一 工业控制网络概述
工业控制网络知识点总结
工业控制网络知识点总结一、工业控制网络的概念工业控制网络是指用于工业自动化领域的数据通信系统，其目的是实现对生产设备、工艺过程和生产信息的监控和控制。
工控网络主要包括传感器、执行器、PLC、DCS、SCADA系统等组成部分。
工控网络的设计目标是提高生产效率、降低生产成本和提高生产安全性。
二、工业控制网络的特点1. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
2. 可靠性：工控网络对通信的可靠性要求非常高，因为生产过程中可能会遇到各种干扰和故障，需要能够确保数据传输的准确性和完整性。
3. 安全性：工业控制网络需要能够防范各种网络攻击和恶意操作，保证生产过程的安全性和稳定性。
4. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
5. 可扩展性：工控网络需要能够根据生产需求进行扩展和升级，灵活适应不同的生产环境和设备组合。
三、工业控制网络的组成部分1. 传感器和执行器：传感器用于采集环境参数，例如温度、压力、流量等；执行器用于对生产设备进行控制，例如电动阀门、马达、启动器等。
2. PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是工控网络的核心设备，用于实现对生产过程的自动控制。
PLC能够根据预先编制的程序对输入信号进行处理，并输出控制指令，实现对执行器的控制。
3. DCS（分布式控制系统）：DCS是用于对生产过程进行集中监控和控制的系统，通常包括多个控制节点和界面站，能够实现对整个生产线的远程控制。
4. SCADA系统：SCADA系统是用于对生产现场进行实时监控和数据采集的系统，能够通过图形界面对生产现场进行动态显示和实时数据查询。
四、工业控制网络的通信协议工业控制网络使用的通信协议通常包括有线和无线两种类型，其中有线协议主要用于固定式设备的数据通信，无线协议主要用于移动设备和无线传感器网络的数据通信。
1. 有线通信协议（1）Profibus：Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，适用于实时数据传输和设备控制。
1 工业控制网络概述
1.5递阶分布式控制系统
图1.2 普渡企业参考体系结构
12
1990 年 ， 美 国 AMR （ Advance Manufacturing Research）提出的制造行业的三层BPS/MES/PCS结构，采用 BPS/MES/PCS三层结构的CIMS将流程工业综合自动化系统分 为以设备综合控制为核心的过程控制系统（PCS）、以财务 分析/决策为核心的经营计划系统（BPS）和以优化管理、 优化运行为核心的制造执行系统（MES）。
6
1.3 典型现场总线简介
现场总线举例： Control Net现场总线 Control Net的基础技术最初于1995年面世。该总线网络是
一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络。同 时，它允许传送无时间苛求的报文数据。由Control Net现场总 线构成的系统结构示于图1.1。
从图1.1可以看出，从工厂到设备划分为信息层 （Ethernet）、控制层（ControlNet）和现场层（DeviceNet） 三层结构。
计算机控制网络计算机控制网络1215递阶分布式控制系统图12普渡企业参考体系结构13计算机控制网络计算机控制网络1990advancemanufacturingresearch提出的制造行业的三层bpsmespcs结构采用bpsmespcs三层结构的cims将流程工业综合自动化系统分为以设备综合控制为核心的过程控制系统pcs以财务分析决策为核心的经营计划系统bps和以优化管理优化运行为核心的制造执行系统mes
在控制网络中，我们的主要任务却是将控制信息在网络 上传输，从而达到系统同步或控制的目的，强调的是信息传输 的实时性、网络的可靠性和控制信息的确定性。
5
计算机控制网络正在为工业领域带来一场新的革命， 它对于控制理论和控制方法发展的影响，对于自动化学 科的影响，怎样估计也不会过高。
工业控制网络技术基础
工业控制网络技术的发展历程
早期的工业控制网络技术主要基于模 拟信号传输，随着技术的发展，逐渐 演变为数字信号传输。
近年来，随着物联网、云计算和大数 据等技术的快速发展，工业控制网络 技术也得到了不断升级和完善。
工业控制网络技术的应用场景
工业控制网络技术广泛应用于能源、化工、制造、交通等领域的自动化生产过程中。 在智能制造、智能物流、智能监控等领域，工业控制网络技术也发挥着重要作用。
工业控制网络技术基础
• 引言 • 工业控制网络技术基础知识 • 工业控制网络技术实现方式 • 工业控制网络安全防护 • 工业控制网络技术的发展趋势
01
引言
工业控制网络技术的定义
01
工业控制网络技术是指用于连接 和控制工业生产过程中的各种设 备、传感器和执行器的网络技术 。
02
它通过实时、可靠的数据传输和 控制系统，实现了对工业过程的 精确监测和控制，提高了生产效 率和安全性。
工业控制网络的设备
01
02
03
网络交换机
用于连接各个设备和系统， 实现数据传输和通信。
网关
用于实现不同协议之间的 转换，以实现设备和系统 之间的互操作性。
服务器和客户端
用于存储、处理和监控数 据，实现远程管理和控制。
03
工业控制网络技术实现方式
现场总线技术
现场总线技术是工业控制网络 中的重要组成部分，它是一种 用于连接现场设备与控制系统
工业控制网络的通信协议
Modbus协议
一种串行通信协议，用于连接工业电子设备。
EtherNet/IP协议
一种工业以太网协议，支持实时数据传输和设备 管理。
ABCD
Profinet协议
《工业控制网络》课件
工业控制网络是指用于实现工业生产自动化和控制的通信网络。它与传统IT网 络在技术特点、应用场景和安全要求等方面有所不同。
ห้องสมุดไป่ตู้述
工业控制网络定义
工业控制网络是用于实现工业生产自动化和控制的通信网络。
工业控制网络与传统IT网络的区别
工业控制网络与传统IT网络在技术特点、应用场景和安全要求等方面有所不同。
1 工业控制网络的威胁 2 工业控制网络的安全 3 工业控制网络的安全
工业控制网络面临来自内
风险
防范措施
部和外部的威胁，如网络
工业控制网络的安全风险
为了确保工业控制网络的
攻击、数据泄露和设备故
包括生产中断、数据泄露
安全，需要采取物理隔离、
障。
和设备被操控等。
网络隔离和加密等安全防
范措施。
工业控制网络的标准化
工业控制网络的应用场景
工业控制网络在制造业、能源领域和交通运输等领域有广泛的应用。
工业控制系统
控制系统组成
工业控制系统由传感器、执行器、控制器和通信网 络等组成。
工业控制系统的种类及特点
常见的工业控制系统包括PLC系统、DCS系统和 SCADA系统，每种系统都有其独特的特点和适用领 域。
工业控制网络的安全问题
工业控制网络将逐渐向智能化、 无线化和云化方向发展。
工业控制网络的商业 趋势
工业控制网络市场将继续增长， 并涌现出更多的厂商和解决方 案。
工业控制网络的应用 趋势
工业控制网络将在工业自动化、 物联网和人工智能等领域得到 广泛应用。
结
1 工业控制网络的重要 2 工业控制网络的发展 3 工业控制网络的需求
1
工业控制网络的标准化概述
工业控制网络技术电子第3章工业控制网络的基本构成课件
集散控制系统（DCS）
集散型控制系统是计算机（Computer）、通信（Communication）、CRT显 示和控制（Control）技术（简称四C技术）发展的产物。它采用危险分散、 控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结 构形式，适应现代化的生产和管理要求。它是在为解决原有计算机集中DDC 控制导致的危险集中和常规模拟仪表控制功能单一的局限性，同时在为克 服DDC控制双工系统高成本的探索中，于20世纪70年代中期研究出来的以多 微机系统为基础的新型控制系统。
典型的工业企业网
工业企业网络应用
1.管理信息系统（MIS）
为了能实现管理信息系统的主要任务，MIS必须具备以下七个方面的 特点：
（1）MIS是一个人机结合的辅助管理系统，管理和决策的主体是人， 计算机系统只是工具和辅助设备。
（2）主要应用于结构化问题的解决。 （3）主要考虑完成例行的信息处理业务，包括数据输入、存储、加 工与输出，制定生产计划，进行生产和销售的统计等。 （4）以高速度低成本完成数据的处理业务，追求系统处理问题的效 率。 （5）目标是要实现一个相对稳定的、协调的工作环境。因为系统的 工作方法、管理模式和处理过程是确定的，所以系统能够稳定协调地工 作。 （6）数据信息成为系统运作的驱动力。因为信息处理模型和处理过 程的直接对象是数据信息，只有保证完整的数据资料的采集，系统才有 运作的前提。 （7）设计系统时，强调科学的、客观的处理方法的应用，并且系统 设计要符合实际情况。
典型的工业企业网
工业企业网络结构
工业企业网络构建策略
典型的工业企业网
工业企业网络应用
1.管理信息系统（MIS）
典型的工业企业网
管理信息系统辅助完成企业日常结构化的信息处理任务，MIS的 任务主要体现在如下几个方面：
工业控制网络
工业控制网络(简称控制网络)是近年来发展形成的自动控制领域的网络技术，随着自动控制、网络、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断涌现，工业控制网络系统已经成为自动控制系统发展的主流方向，工业控制网络技术在自动控制领域中的作用与日俱增。
它已经成为当今自动控制领域研究的热点，被誉为跨世纪的自控新技术。
工业控制网络能将具有数字通信能力的测控仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，把控制设备连接成相互沟通信息，共同完成自动控制任务的网络系统。
其特点：
●可靠性和安全性高；
●网络协议简单实用；
●网络结构分散性；
●易于实现与信息网络的集成。
工业控制网络工作计划范文
工业控制网络工作计划范文一、引言随着工业自动化的快速发展，工业控制网络已成为现代工业中不可或缺的一部分。
工业控制网络的稳定、安全与可靠性直接关系到整个工业系统的运行和生产效率。
因此，建立和维护一个稳定、安全和高效的工业控制网络至关重要。
因此，制定一份详细的工业控制网络工作计划显得十分必要。
在本文中，将就工业控制网络的建设、运维和维护等方面制定一份详细的工作计划。
二、工业控制网络概述1.1 工业控制网络的定义工业控制网络是指用于监控和控制工业生产过程的网络系统。
它是连接各种传感器、执行器、PLC、SCADA系统和人机界面等设备的网络，用于实时监控和控制生产线的运行状态，确保工业生产的稳定和高效运行。
1.2 工业控制网络的特点工业控制网络与普通的企业IT网络有着很大的不同，主要表现在以下几个方面：1) 实时性要求高：工业控制网络需要实时监控和控制生产过程，对数据传输的实时性要求较高。
2) 稳定性要求高：工业控制网络对网络的稳定性要求非常高，一旦出现网络故障可能会导致生产线停机，严重影响生产效率。
3) 安全性要求高：工业控制网络中涉及到诸多关键设备和控制系统，需要保证网络的安全性，防止黑客攻击和病毒感染。
1.3 工业控制网络的关键技术工业控制网络的建设和运行涉及到多种技术，其中包括网络拓扑设计、网络设备选型、数据通信协议、安全防护和数据备份等方面的技术。
三、工业控制网络工作计划3.1 工业控制网络建设3.1.1 网络拓扑设计首先需要根据工业生产的实际情况，进行工业控制网络的拓扑设计。
根据生产线的布局和设备的分布，确定网络拓扑结构，包括主干网、子网、设备间的连接方式等，确保整个网络的稳定和可靠性。
3.1.2 网络设备选型根据网络拓扑设计，选择合适的网络设备，包括交换机、路由器、防火墙、工业交换机等，并根据设备的特点进行合理的布局和配置。
3.1.3 数据通信协议针对工业控制网络，需要选择合适的数据通信协议，如Modbus、Profibus、Ethernet/IP 等，以满足工业控制设备之间的数据交换和通信需求。
工业控制网络..
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
A/D 转换 D/A 转换 变送器 /执行器 检测/执 行元件
计 算 机
被 控 对 象
计算机集中控制系统结构
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
工作站
控制单元（控制） … 控制室 现场
集散控制系统结构
工业控制网络技术
集散控制系统
CRT 操作站 临控计算机
➢现场网络的信息传递有三种方式，一种是传统 的模拟信号 传输方式，第二种是全数字信号（ 现场总线信号）传输方式；第三种是混合信号 （如在 模拟量信号上，叠加调制后的数字量信 号）传输方式。现场信息以现场总线为基础的 全数字传输是今后的发展方向。
2.过程控制级
➢过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和 现场总线接口等构成。 ➢过程控制站接收现场控制级设备送来的信号， 按照预定的控制规律进行运算，并将运算结果 作为控制信号，送回到现场的执行器中去。过 程控制站可以同时实现反馈控制、逻辑控制或 顺序控制等功能。
什么是ranet、Intranet、 Infranet ？
Extranet（外联网）是一个使用Internet/Intranet技术使 企业与其客户、其他企业相连来完成其共同目标的合作 网络。它通过存取权限的控制，允许合法使用者存取远 程公司的内部网络资源，达到企业与企业间资源共享的 目的。 Intranet（企业内部网）与Internet相比，Internet是面向 全球的网络，而Intranet则是Internet 技术在企业机构内部 的实现,它能够以极少的成本和时间将一个企业内部的大 量信息资源高效合理地传递到每个人。Intranet为企业提 供了一种能充分利用通讯线路、经济而有效地建立企业 内联网的方案
工业控制网络概述
IEC61158 第3版。
标准的类型
IEC61158 第3版包括l0种技术类型：
类型1：IEC技术报告（FF的H1，美国Fisher-Rosemount公司）； 类型2：ControlNet（美国Rockwell公司支持）； 类型3：Profibus（德国Siemens公司支持）； 类型4：P-Net（丹麦Process Data公司支持）； 类型5：FF HSE（美国Fisher-Rosemount公司支持）； 类型6：SwiftNet（美波音公司支持）； 类型7：WorldFIP（法国阿尔斯通Alstom公司支持）； 类型8：Interbus（德国菲尼克斯Phoenix 公司支持）； 类型9：FF应用层（Application Layer)； 类型10：Profinet。
第一章 概论
控制网络 现场总线的概念与产生 现场总线的标准化
第3节 现场总线的标准化
➢制订现场总线标准的机构 ➢现场总线的标准化历程
制订现场总线标准的机构
一、IEC/TC65/SC65C/WG6
IEC/TC65是国际电工委员会第65分技术委员会，它成立于1969 年。
SC65C是IEC/TC65下的分委员会 (SC是SubCommittee的缩写)， 负责测量和控制系统的数字数据通信的标准化工作。 WG6是SC65C 下的工作组 (WG是WorkingGroup的缩写，WG6是第6工作组)，
4. 1987年法国Alston公司推出FIP总线，于1990年成为 法国国家标准；
现场总线的标准化历程
5. 1993年，CAN成为国际标准ISO11898； 6. 1993年IEC61158-2物理层规范通过表决成为国际标准，
工业控制网络设计
工业控制网络设计工业控制网络设计是指在工业控制系统中建立和配置网络的过程，旨在实现设备之间的相互通信和数据传输。
以下将按段落解释该主题，以易于理解的术语阐述。
1. 工业控制网络的基本概念工业控制网络是一个由各种设备和组件组成的网络，用于监控和控制生产过程。
它包括传感器、执行器、控制器等设备，通过物理连接或无线连接进行互联。
这些设备之间的通信和数据传输对于实现自动化和优化生产过程至关重要。
2. 网络拓扑结构在设计工业控制网络时，需要考虑网络的拓扑结构。
常见的拓扑结构有总线型、星型和环形。
总线型拓扑结构将设备连接在一个共享的总线上，星型拓扑结构将设备连接到一个中央控制器或交换机，而环形拓扑结构将设备连接成一个环状的网络。
选择合适的拓扑结构取决于网络的规模、设备的布置和通信的要求。
3. 网络协议工业控制网络需要使用特定的协议来实现设备之间的通信。
常见的工业控制网络协议包括Modbus、Profibus、Ethernet/IP等。
这些协议定义了数据传输格式、通信规则和错误处理机制，确保设备能够正确地发送和接收数据。
在设计工业控制网络时，需要选择适合的协议并配置设备以支持这些协议。
4. 网络安全网络安全是设计工业控制网络时必须考虑的重要问题。
由于工业控制网络涉及到关键设备和数据的传输，网络的安全性对于保护生产过程和防止潜在的攻击至关重要。
在设计工业控制网络时，需要采取措施来保护网络免受未经授权的访问和恶意攻击，例如使用防火墙、加密技术和访问控制机制。
5. 网络性能和可靠性工业控制网络需要具备良好的性能和可靠性，以确保实时数据的传输和响应。
网络的性能包括带宽、延迟和抖动等指标，这些指标影响着控制系统的响应速度和稳定性。
同时，网络的可靠性是指网络在面对故障或异常情况时的恢复能力，例如冗余设计和备份机制。
在设计工业控制网络时，需要注意这些因素，以满足实际应用的需求。
总结：工业控制网络设计涉及到网络拓扑结构、网络协议、网络安全以及网络性能和可靠性等多个方面。
1_工业控制网络第一章解析
• 外部输入的干扰信号是以共模方式出现 的，2根传输线上的共模干扰信号相同， 而接收器是差分输入，只对差模信号进 行处理，共模信号可以互相抵消。只要 接收器有足够的抗共模干扰能力，就能 克服外部干扰。
• RS-422A
最大传输速率为10M Bit /S（此时允许的 最大通信距离为12m）。 最大通信距离为1200m（此时的最大传 输速率为100 kbit/s）。 一台驱动器可以连接10台接收器。 广泛地用于计算机与终端或外设之间的远 距离通信。
2. 中继器
• 中继器是连接网络线路的一种装置，用于延 长网络的长度。线路上传输的信号会发生衰 减，因此线路距离有一定的限制。中继器可 将信号进行放大后再次发送，通过中继器可 将线路接长而信号衰减仍在允许范围内。
3. 集线器（HUB）
• 集线器实际上是一种中继器的扩展形式，它与中 继器的区别在于能够提供多端口服务，因此可称 为多口中继器。
2. 环型拓扑结构
• 网络中各节点通过1条首尾相 连的通信链路连接而成1个闭 合环型结构网，数据在环上 单向流动。由于各节点共享 环路，因此需要采取措施 （如令牌控制）来协调控制 各节点的发送。 • 环型结构的优点是无通道选 择问题，它的缺点是不便于 扩充，系统响应延时大
令牌网：（Token Ring 或 Token Bus)
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四、常用网络设备
• 为了实现网络资源共享，须将处于同一地域或不 同地域的、同类型或不同类型的网络互相连接起 来（网络互联）。网络互联一般都不能简单地直 接相连，而需要通过一定的网络设备进行连接。 • 工控网中常用的网络设备有网卡、集线器、路由 器及光/电交换器等。
1. 网卡
• 网卡（网络接口卡）是局域网的接入设备，是计 算机与网络之间的桥梁。 • 网卡的作用： • 读入由其它网络设备传输过来的数据包，将其变 换成计算机能识别的数据（解包），通过计算机 内部总线将数据传输到CPU、RAM或硬件驱动器 中； • 将PC设备发送的数据打包后输送到其它网络设备 中去。
工业控制网络技术基础
03 工业控制网络的架构与设 计
网络架构选择
星型结构
以中央控制器为核心，其他设 备与中央控制器直接相连，结 构简单，容易实现，但扩展性
差。
环型结构
设备互联构成闭环，数据传输 方向单一，可靠性较高，但扩 展困难，容易出现单点故障。
网状结构
设备之间有多条路径相连，数 据传输灵活，可实现路径优化 ，但配置复杂，成本较高。
树型结构
层次化设计，类似于组织结构 ，易于管理和维护，扩展性好
，适用于大规模网络。
网络拓扑结构
总线型拓扑
星型拓扑
所有设备连接在一条总线上， 结构简单，成本低，但可连 接设备数量有限，传输距离 受限。
以中央设备为核心，其他设 备与中央设备直接相连，易 于扩展和维护，但中央设备 负担较重。
环型拓扑
设备互联构成闭环，数据传 输方向单一，可靠性较高， 但扩展困难，容易出现单点 故障。
工业控制网络技术为智能制造提供了高效、可靠和实时的信息传输，使得生产过程中的各种 数据能够及时反馈给管理者和操作员，以便快速做出决策和调整。
智能制造中的工业控制网络技术还支持自动化生产线和智能设备的集成，提高了生产线的协 同作业能力，减少了人工干预，降低了生产成本。
工业自动化
工业控制网络技术使得自动化设备和系统能够相互连 接和协同工作，实现了对整个生产过程的精确控制和 优化。这有助于提高生产效率、减少能耗和降低生产 成本。
工业控制网络技术基础
目录
• 工业控制网络概述 • 工业控制网络的核心技术 • 工业控制网络的架构与设计 • 工业控制网络的应用场景 • 工业控制网络的未来发展
01 工业控制网络概述
定义与特点
定义
工业控制网络是一种专为工业自动化 应用设计的网络技术，用于连接各种 工业设备、传感器和执行器，实现实 时数据传输和控制。
工业控制网络
☞下图为一个DCS的典型体系结构。按照DCS各组成 部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层 次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、 过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的 四层局部网络分别是现场网络 (Field Network ， Fnet)、控制网络 (Control Network，Cnet)、监控网 络 (Supervision Network ， Snet) 和 管 理 网 络 (Management Network，Mnet)。
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
A/D 转换
变送器
计 算 机
D/A 转换
/执行器 被
控
检测/执
对 象
行元件
计算机集中控制系统结构
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
工作站
控制单元（控制） …
控制室 现场
集散控制系统结构
工业控制网络技术
集散控制系统
CRT 操作站
临控计算机
数据采集单元 （DAU）
• DCS自问世以来，发展异常 迅速，几经更新换代，技术 性能日臻完善，并以其技术 先进、性能可靠、构成灵活 、操作简便和价格合理的特 点，赢得了广大用户，已被 广泛应用于是有、化工、电 力、冶金和轻工等工业领域
集散控系统的体系结构
☞集散控制系统经过三十多年的发展，其结构不 断更新。随着 DCS 开放性的增强，其层次化 的体系结构特征更加显著，充分体现了DCS集 中管理、分散控制的设计思想。DCS是纵向分 层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层 局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的 各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实 现各部分的信息共享和协调工作，共同完成各 种控制、管理及决策任务。
第一章 工业控制网络概论
• • • • • • • •
四、控制网络与信息网络的互连 1、互连基础：实现Infranet与Intranet的互连。 2、意义： ①利于管理层决策 ②现场控制信息和生产实时信息可以及时交换 ③可保持数据的一致性、完整性和互操作性 ④节省投资和人力 ⑤内外兼顾，可带来巨大的经济利益
• • • • • • • •
• 由于采用数字信号替代模拟信号，因 而可实现一对电线上传输多个信号(包 括多个运行参数值、多个设备状态、 故障信息)，同时又为多个现场总线设 备提供电源；现场总线设备以外不再 需要A/D、D/A转换部件。这样就为简 化系统结构、节约硬件设备、节约连 接电缆与各种安装、维护费用创造了 条件。
FCS和DCS的详细对比
• • • • • • • •
二、特性 (1)范围确定性 具有特定的地域范围和服务范围。 (2)集成性 (3)安全性 区别于Internet和其他广域网，相对独立。 (4)相对开放性 作为Internet的一个组成部分出现，开放是相对的。
• 三、发展历程 • 发展大体分3个阶段： • (1)起始于20世纪70年代中期，分时共享中 心主机及其各终端所构成的网络。仅限于 作业处理。 • (2)工业以太网、集散控制系统及可编程序 控制器（PLC）的产生和发展，集成了现场 控制设备。 • (3)Infranet/Extranet技术和现场总线技术
第一章 工业控制网络概论
1.1 概述
一、工业控制网络的发展 分四个阶段： 1、直接数字控制（DDC） 以数字仪表取代模拟仪表的控制方式。 优点：提高了系统的控制精度和控制的灵活性。 2、分层控制系统 由中小型计算机和微机共同作用，微机作为前置机 进行过程控制，中小型计算机对生产过程进行管 理。 优点：实现了控制功能和管理信息的分离。
《工业控制网络》课件
无线通信技术是工业控制网络中 的重要组成部分，它利用无线信 号传输信息，实现了设备间的无
线连接和通信。
无线通信技术具有灵活、方便、 可移动等优点，适用于一些复杂
环境和移动设备。
常见的无线通信技术有WiFi、蓝 牙、ZigBee等。
工业控制网络安全技术
01
随着工业控制网络的普及和应用 ，网络安全问题越来越受到关注 。工业控制网络安全技术是保障 工业控制网络安全的重要手段。
特点
实时性、可靠性和安全性是工业控制 网络的重要特点，能够满足工业自动 化领域对快速、准确地传输控制指令 和数据的需求。
工业控制网络的重要性
提高生产效率
促进智能化发展
工业控制网络能够实现设备之间的快 速通信，提高生产效率，降低生产成 本。
工业控制网络的发展推动了工业智能 化的发展，使得工业生产更加自动化 、智能化。
工业以太网技术
工业以太网技术是基于以太网协议的工业控制网络技术，它将传统的以太网技术与 工业控制需求相结合，实现了高速、可靠的信息传输和实时控制。
工业以太网技术具有高带宽、低延时、高可靠性等优点，能够满足现代工业控制系 统的需求。
常见的工业以太网协议有EtherNet/IP、Profinet等。
无线通信技术
AI技术将提升工业控制网络的自适应和自学习能力，优化生产过程，提 高产品质量和降低能耗。
AI技术将增强工业控制网络的预测性和决策性功能，支持智能决策和优 化管理。
工业控制网络的绿色发展
绿色发展是未来工业控制网络的重要趋 势，通过节能减排和资源循环利用，降
低对环境的影响。
工业控制网络将采用更高效、低能耗的 工业控制网络将促进清洁能源的开发和
边缘计算能够将数据处理和分析 的需求从中心服务器转移至设备
第一章 工业控制网络概述
1、工业企业网的产生和发展背景
目前，企业网己渗透到国民经济的各个领域，它的发展和应用， 对企业的产业结构、产品结构、经营管理方式将产生变革性的影 响 它也将成为衡量一个企业科技水平和综合力量的重要标志 企业网的应用不仅可以改造传统产业，提高产品的附加值，而且 对推动企业的发展，促进产业经济信息化也将起到关键性的作用 在各类企业中应用企业网技术将是我国应该长期坚持的方针，企 业网在企业的生存和发展中占有重要的战略地位 从需求上来说，作为企业信息基础设施的企业网越来越被企业所 重视，企业的需要呼唤着企业网的产生和发展
需求背景
在当前市场经济条件下，企业要实现管理现代化，要 在激烈的市场竞争中求得生存和发展,就必须善于收集信 息、处理信息、利用信息，开发信息资源。(企业信息化)
在一个企业的管理过程中，信息是企业预测的基础 ,预测必须以 信息为起点和终点，才能进行分析、演绎和逻辑推理，并进而得 到有用的信息 信息又是企业决策的前提，要使决策者做出正确并切实可行的决 策，就必须及时掌握全面可靠的信息 信息也是指挥和控制生产经营活动的依据，从一定意义上说，企 业生产经营活动的好坏在于管理者驾驭信息能力的强弱 现代社会，充分有效地利用信息资源是一个组织取得成功的重要 条件 企业网作为企业的信息基础设施恰恰适应了这种需要，能够满足 企业对信息的获取、分析和决策的要求
ERP将企业内部所有资源整合在一起，对采购、生产、 成本、库存、分销、运输、财务、人力资源进行规划，从而 达到最佳资源组合，取得最佳效益。ERP, （ Enterprise Resource Planning）的合理运用已经改变了企业运作的面貌。 ERP通过运用最佳业务制度规范（business practice）以及集 成企业关键业务流程(business processes)来发问和提高企业利 润，市场需求反应速度和企业。
工业控制网络1
1．工业自动控制系统的类型：模拟仪表控制系统、直接数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统2.集散控制系统的特点：集中管理分散控制3.现场总线的定义：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线4.现场总线的国际标准：1).ISO11898和ISO11519 【CAN标准】2).IEC61158 3).IEC620265.IEC61158第二版现场总线类型：1).IEC61158 TS，即FF H1 2).Controlnet 3).PROFIBUS※4).P-NET 5). FF6). SwiftNet 7). WorldFIP 8).Interbus 6.数据通信系统组成：信息源与信宿、发送设备、传输介质、接收设备7.数据通信系统的性能指标：误码率、数据传输速率、协议效率8.常用的工业控制网络的节点：可编程控制器、传感器与变送器、执行器与驱动器、人机界面、网络互连设备9.网络传输介质的访问控制方式：载波监听多路访问/冲突检测、令牌访问控制方式、时分复用、轮询、集总帧方式10.OSI参考模型的功能划分：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层11.通用Modbus帧PDU功能：Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDA），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加字段。
附加地址---用于告知站地址功能码---告知将执行那种操作数据---含有请求和响应参数的数据域差错校验码—根据报文内容执行冗余校验计算的结果12.通信传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质13.网络拓扑结构：星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树型拓扑14.RS-485接口特点：双线差分电气信号、半双工传输模式、最远1200米通信距离、最快10M bit/s通信速率、最大支持32个节点模式17.Modbus的功能码：公共功能码、用户定义功能码、保留功能码18.Modbus差错校验：奇偶校验、帧校验19.PROFIBUS的三种兼容协议：PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP20.PEOFIBUS-DP的特点：1）。
工业控制网络安全
工业控制网络安全1.什么是工业控制系统和工业控制网络？二者之间又有怎样的联系？答：(1)工业控制系统(Industrial Control System,ICS)是指由计算机和工业过程控制部件组成的工业自动控制系统，它由控制器、传感器、传动器、执行器和输入/输出接口等部分组成。
(2)工业控制网络指以具有通信能力的控制器、传感器、执行器、测控仪表作为网络节点，以现场总线或以太网等作为通信介质，连接成为开放式、数字化、多节点通信，从而完成测量控制任务的网络。
(3)工业控制网络是工业控制系统中的网络部分，是一种把工厂各个生产流程和自动化控制系统通过各种通信设备组织起来的通信网络。
工业控制系统包括工业控制网络和所有的工业生产设备，而工业控制网络只侧重工业控制系统中组成通信网络的元素，包括通信节点(包括上位机、控制器等)、通信网网络(包括现场总线、以太网以及各类无限通信网络等)、通信协议(包括Modbus、Profibus等)。
2.通用的工业控制系统系统可以划分为哪几层？每一层的功能单元和包含的资产组件分别是什么？(1)企业资源层主要通过ERP系统为企业决策及员工提供决策运行手段。
该层次应重点保护与企业资源相关的财务管理、资产管理、人力资源管理等系统的软件和数据资产不被恶意窃取，硬件设施不遭到恶意破坏。
(2)生成管理层主要通过MES为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理等管理模块。
该层次应重点保护与生产制造相关的仓储管理、先进控制、工艺管理等系统的软件和数据资产不被恶意窃取，硬件设施不遭到恶意破坏。
(3)过程控制层主要通过分布式SCADA系统采集和监控生产过程控制，并利用HMI系统实现人机交互。
该层次应重点保护各个操作员站、工程师站、OPC服务器等物理资产不被恶意破坏，同时应保护运行在这些设备上的软件和数据资产，如组态信息、监控软件、控制程序/工艺配方等不被恶意篡改或窃取。
(4)现场控制层主要通过PLC、DCS控制单元和RTU等进行生产过程的控制。
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第一章 概论
—工业控制网络—
控制网络 现场总线的概念与产生 现场总线的标准化
—工业控制网络—
第3节 现场总线的标准化
➢制订现场总线标准的机构 ➢现场总线的标准化历程
—工业控制网络—
控制网络的概念
控制网络将多个 分散在生产现场，具 有数字通信能力的测 量控制仪表作为网络 节点，采用公开、规 范的通信协议，以现 场总线作为通信连接 的纽带，把现场控制 设备连接成可以相互 沟通信息，共同完成 自控任务的网络系统 与控制系统。
—工业控制网络—
控制网络的概念
—工业控制网络—
工业控制网络
王超
Email：wangcha信息技术
工业控制网络
过程控制系统 计算机控制理论与应用
第一章 概论
—工业控制网络—
控制网络 现场总线的概念与产生 现场总线的标准化
第1节 控制网络
➢控制网络的概念 ➢控制系统对网络的要求 ➢工业控制网络的特点
➢ 从实际应用的角度出发，控制界也不断在控制精度、 可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。
现场总线的产生
—工业控制网络—
➢ 进人20世纪90年代，工业生产的规模越来越大，生产 的过程也日益强化；因此对生产过程进行检测与控制的点 数与质量要求也越来越高；随着测点的增加，所需的控制 电缆数势必随之增涨。
现场总线的标准化历程
—工业控制网络—
1. 1983年现场总线的概念首先在欧洲兴起，丹麦的 Process Data公司推出P－Net；
2. 1984年IEC就开始制订现场总线的国际标准，稍后即 成立了推广及试用的组织IFC；
3. 1984年德国Siemens公司推出Profibus总线，于1989 年成为德国国家标准；
现场总线的产生
—工业控制网络—
技术基础
➢ 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理 器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。
➢ 通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开 始得到广泛应用。
现场总线的产生
—工业控制网络—
需求：
➢ 基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记 录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息， 并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级 控制系统的通信量大增。
控制器
执行器
控制对象
检测器
控制系统对网络的要求
—工业控制网络—
在网络集成式控制系统中，网络是控制系统运行的动 脉，是通信的枢纽。
➢ 开放性 ➢ 互操作性与互用性 ➢ 通信的实时性 ➢ 对环境的适应性
工业控制网络的特点
—工业控制网络—
工业控制网络的特点
—工业控制网络—
1、改变了传统控 制系统的结构形式
通过了IEC 61158标准。
二、IEC/TC17/SC17B
IEC/TCl7是分管电器的标准化委员会，其下的SC17B是负责低 压电器的分委员会，也制订了与之有关的现场总线的标准。
通过了IEC62026，包括：ASI、DeviceNet、SDS和Seriplex。
三、ISO
ISO11898 CAN
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制订现场总线标准的机构
一、IEC/TC65/SC65C/WG6
IEC/TC65是国际电工委员会第65分技术委员会，它成立于1969 年。
SC65C是IEC/TC65下的分委员会 (SC是SubCommittee的缩写)， 负责测量和控制系统的数字数据通信的标准化工作。 WG6是SC65C 下的工作组 (WG是WorkingGroup的缩写，WG6是第6工作组)，
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11. 对此标准持支持态度的法国与美国又根据ISO/IEC导则 的有关规定，向IEC中央秘书处提出复议请求，其理由 是反对票中的奥地利因未涉及任何理由，应作为弃权票 处理。1997年4月30日IEC中央秘书处在日内瓦召开联席 会议专门对现场总线标准的复议问题进行了讨论，最终 决定对数据链路层标准进行重新表决。
这是由IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信部分 国际标推化工作的SC65/WG6定义的。
现场总线的产生
—工业控制网络—
现场总线出现前的情况
➢在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用 着一种信号标准，那就是4-20mA的模拟信号标准。
➢ 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而 此时的计算机提供的是集中式控制处理。
9. 1994年因FF已成立，IFC解散了。现场总线基金会FF成 立以后，现场总线国际标准理应顺利产生，但事实并非 如此。
10. 1996年12月30日，对经过改进后的链路层又进行了一次 投票表决，但还是因为与Profibus不一致而遭到德国为 首的一些欧洲国家的反对，未通过。
现场总线的标准化历程
7. 1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工厂仪表协议 (World Factory Instrumentation Protocol)简称。 它基于法国的FIP,它也有100多家公司参加,由 Honeywell公司牵头。
现场总线的标准化历程
—工业控制网络—
8. 1994年6月，ISP与WorldFIP感到二大阵营旗鼓相当，谁 也胜不了谁，于是握手言和，合并成为现场总线基金会 (FieldbusFoundation)简称FF，它推出的基金会现场总 线(FoundationFieldbus)也简称FF。
2、提供更为丰富 的信息
3、提高了信号测 量、控制和传输的 精度
4、打破了自动化 孤岛
第一章 概论
—工业控制网络—
控制网络 现场总线的概念与产生 现场总线的标准化
—工业控制网络—
第2节 现场总线的概念与产生
现场总线的概念
—工业控制网络—
按照IEC对现场总线(FieldBus)一词的定义，现场总 线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与 控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
4. 1987年法国Alston公司推出FIP总线，于1990年成为 法国国家标准；
现场总线的标准化历程
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5. 1993年，CAN成为国际标准ISO11898；
6. 1993年IEC61158-2物理层规范通过表决成为国际标准， 但关键的链路层因与Profibus有分歧，遭到德国为首 的一些国家的抵制而未获通过。