网络控制系统综述

１ 引言
网络控制系统（ ｔ ｒ ｅ ｏ ｔｏ Ｓ ｓ ｍｓＮＣ ） Ｎｅｗｏｋ ｄ Ｃ ｎｒ ｌ ｙｔ ， Ｓ ， ｅ 又称为 网络化 的控制 系统 ，是一种全分布 、 网络化 实时 反馈控制系统 。它 是指某区域现场传感器 、控 制器 及执 行器和通信网络的集合 ， 以提供设备之 间的数据传 输 ， 用 使该 区域 内不 同地 点 的用户实 现资源共 享和协 调操作 。 它是上世纪 ９ ０年代初提出的概念 ， 是计算机技术 、通信
２ 计 算 机 控 制 系统 的 发 展 历 程
２ ０世纪 中期的 自动控制生产规模很小 ， 数字计算机
支结构的通信网络 。它突破了 Ｄ Ｃ Ｓ系统 中采用专用 网络 的缺 陷 ， 把专 用封闭协议 变成标 准开放协议 。 同时它使 系统具有 完全数字计算和 数字通信能力 。结构上 它采用 了全分布式方 案 ， 把控制功能彻底 下放 到现场 ， 提高了系
Ａ ｅ ｆｈ ｔ ｒｅ ｎｒｌ ｙ ｔ ｍｓ Ｓｕｖ ｙｏ ｅＮｅｗｏ ｋ ｄＣｏ ｔ ｓｅ ｒ ｔ ｏＳ
ＸＵ ｎ － ｉ ＸＵ ａ ｇ ｙ ｎ Ｆｅ ｇ ｑ ｎ， Ｘｉ ｎ － ｕａ
（ｉｎｉ ｏｙｅｈ ｉ Ｕｎｖｒｉ ｏ ｕｅ ｅｈ ｏｏ ｙａ ｄＡｕｏ ｔｄＩｓ ｔｔ，ｉ ｊｎ３ ０ ６ ，ｈｎ ） ＴБайду номын сангаасｊ Ｐ ｌｔｃ ｎｃ ｉ ｅｓｙＣ ｐ ｔｒ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｔｍａ ｔｕｅ ａ ｉ ０ １ ０Ｃ ｉａ ｎ ｔ Ｔ ｅ ｎ ｉ Ｔｎ
一
３ ２ 网络 时延 ．
网络控 制 中的时 延 ，主要来源 于数据在 网络 上的传 输时延和控制器的运算时延（ｒ ， ） 这些时延的位置分布 如图 ２所示『ｌ ７。数据在 网络上 的传输 时延由传感器 到控 制器 时延（ ） ｒ 以及控制器到执行器时延（ｒ ） 两段构成， 他们具有相 似的特点 ， 通常都是时变的 ， 控制器执行运算 产生 的时延 ｒ 通 常也 是时变的 。但依据不 同的 网络结 构与协议又 可以分 为周期性 、确定性 时延 以及 随机性 时 延两种情 况。针对 不 同的时 延 ， 多人提 出了不同的处 很
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｓａｔｃｅｒ ｖｅ ｓｔｅｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｉｔ ｒ ｆｔ ｅＮＣＳ， ｄ ｉｔｏ ｕ ｅ ｔ ｕ ｒｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓａｕ ｅ ． ｓ ｄｏ ｘ ｓｉ ｇ ｓｒ ｃ ： ｉ ｒｉｌ ｅ ｉｗ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｈ ｓｏ ｙ ｏ ｈ ｈ ｎ ａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｉ ｃ ｒｅ ｔｒｓ ａ ｃ ｔｔｓ ｓ Ｂａｅ ｎ ｅ ｉｔｎ ｓ ｐ ｏ ｌｍ ｓ ｔ ｅｆ ｔ ｒ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｆＮＣＳ ａ ｅｏ ｔ ｎ ｄ． ｒ ｂ ｅ ，ｈ ｕ ｕ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎｓｏ ｒ ｕｌ ｅ ｉ Ｋｅ ｗＯ ｄｓｎ ｔ ｒ ｅ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍｓ ｎ ｔ ｒ ｅａ ； ｆ ｒ ａｉ ｎｉ ｔｇ ａ ｉｎ；ｔｂｌｔ ｙ ｒ ： ｅｗｏ ｋ ｄｃ ｎｒ ｌ ｓｅ ； ｅ ｗｏ ｋｄ ｌｙｉ ｏ ｍ ｔｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｓ ｎ ｏ ｓａ ｉ ｙ ｉ
收稿 日期： ｏ 一 ６ ２７ ２ ６ ｏ － ｏ
维普资讯
现场 总线 与 网络
Ｆｉ ｄ Ｂｕ ｄ Ｎｅ ｗｏ ｋ ｅｌ ｓ ａｎ ｔ ｒ ｓ
《 自动化 技术与应用 》２ ０ 年第 ２ 卷第 ３ ０７ ６ 期
统可靠性和灵活性 。但是 ＦＣＳ 系统 的各 种协议并不统
摘 要 ： 文回顾 了网络控制系统的发展历 史 ， 本 介绍 了网络控制系统 的研 究现状 ， 指出网络控制系统存 在的 问题 的 在 基 础上 ，提 出了未来 网络控制 系统的 发展方 向。 关键词 ： 网络控制 系统 ； 网络时延 ； 息集成 ； 信 稳定性 中图分类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号：０ ３ ７ ４ （０ ７０ — ０ ０ ０ ｌ０ — ２ １ ０ ）３ ０ ３ — ５ ２
技 术 与 控 制 技 术 发展 与 融合 的 产 物 。 网 络 控 制 系 统 充 分
技术 尚不 发达 ， 计算机价格 昂贵 ， 人们企 图用一 台计算机 取 代尽可 能多的控制 室仪表 ， 于是 出现 了集 中式数字控 制系统 （ ＤＤＳ） 。由于 当时计算机 可靠性较差 ， 一旦计算
机 出现某种故 障 ， 会造成所 有相关控 制 回路瘫 痪 、生 就
产 停产 的严 重局面 。 ２ ０世纪 ８ ０年代中期 ， 随着 计算机可靠性的提高 ， 价 格 的大幅度 下降 ，出现 了数字调 节器 、可编程控 制器 以 及 由多个计算机递 阶结 构的集 中与分散相 结合的集散控 制系统（ Ｓ ， ＤＣ ） 它在功能、性能上较 Ｄ ＤＳ系统有 了很大进 步， 但是 ＤＣＳ系统仍然是模拟数字混合系统 ， 模拟信号的 转换 和传输使 系统精度 受到 限制 。其次 ，它结构上遵 循 主从式思想 ， 没有完全突破集 中控制模式的束缚 ， 系统可 靠性有限。而且 Ｄ ＣＳ系统属非开放式专用网络 ， 各系统 互不 兼容 ， 不利于系 统的普及与应 用。
体现了控制系统 向网化 、集成化 、分 布化 、节点智 能化 的方 向发展 ，在工业 自动化 等方 面 已产 生 了深 远影 响。
它 的典 型 结 构如 图 ｌＩ 示 ： 【】 所
图 １ 典型 网络控 制系统设 置与信息流 向
现场总线技术 （ ＣＳ Ｆ ）兴起于 ２ ０世纪 ９ ０年代， 是连 接智能 现场设备和 自动化 系统的数字 式双 向传输 、多分
维普资讯
《 动 术 应 》 ０７ 第２卷 期 自 化技 与 用 ２０ 年 ６ 第３
现 场 总 线 与 网络
Ｆ ｅ ｄ ＢＵ ｎ ｔ ｒ ｓ ｉ ｌ Ｓ ａ ｄ Ｎｅ ｗｏ ｋ
网络 控 制 系统 综 述
徐 丰 芹 ，徐 湘 元
（ 天津工业大学 自动化系， 天津 ３ ０ ６ ） ０ ｌ ０