第四章控制网络系统的构建与实现

?Байду номын сангаас－总体规划与设计
? 主要任务：确定方案 ? 网型选择：建网关键 ? 采用成熟、先进的技术和设备，维修方便 ? 网络应具有可扩充性、兼容性 ? 安全可靠 ? 易于实现数据库管理系统及应用软件开发 ? 性能指标优越
? －详细设计 ? －工程实施 ? －运行维护
? 以太控制网络系统的组成
? 书163图4－1 星形结构
? 通信协议的开放性 ? 行业的适用性 ? 不同总线有不同的应用范围，因此选用现
场总线时，对现场总线配套产品的开发情 况应有清楚的了解。
? －实时性要求 ? 在工业环境中，现场总线实时传输的是现
场设备的运行参数、状态及故障信息和控 制室的各种控制、维护与组态命令等。这 些信息对实时性要求高，往往涉及系统安 全，设计控制网络时需重点考虑。
现场总线控制网络的性能比较
? 物理特性 ? 传输特性
总线类型 网络拓扑结构 物理介质 最大设备数 最大传输 （节点数） 距离
LonWorks星形、总线型、双绞线、光纤、 32000点/域 2700m
环形、自由形 电力线
（78kbit/s）
CAN
总线型 双绞线、同轴电 110点
10km
缆、光纤
（5kbit/s）
? 特点： ? －可以传输多种不同类型的数据 ? －面向连接 ? －用不同的方式传输不同类型的报文 ? TCP：发送显式报文（协议信息和服务指
? 中心：网络交换机，100M连至服务器
? 监视工作站：监控控制网络工作状态
? 控制设备：一般工业PC（以太网卡接入）、 PLC（以太网模块接入，不带模块通过 RS485/232转换及工业PC接入）、嵌入式 控制器（自带以太网模块接入）等，现场 总线控制网络通过数据网关接入以太网。
? 控制设备可通过交换式集线器接入。
? －适用于工业控制现场的以太网媒体规范问题 不 同厂商生产的设备的直连问题
? －应用层协议问题 需定义统一的应用层规范 ? －通信实时性服务质量控制策略与客观评价问题 ? －网络安全性问题
工业以太网模型
? EtherNet/IP指的是“以太网工业协 议”(Ethernet Industrial Protocol) 。它定义 了一个开放的工业标准，将传统的以太网与工业 协议相结合。
Profibus 星形、总线型、双绞线、光纤 127点 24km（光
环形
纤）
DeviceNet 干线－分支方 24v直流电源线 64点
式
和信号线、两组
500m
双绞线及信号屏 蔽线
ContolNe总t 线型、星形、RG6同轴电缆、 99点（带中 20km（光
树形及混合
光纤
继器）
纤）
总线类型通信方式 传输速度
DeviceNe主/从、 500、250、 0～8B
t 多主或其 125kbit/s 他方式
令牌传递 CRC CSMA CRC
站、模 块和通 道诊断
总线监 控
ContolNe多主、主 最大5Mbit/s 0～505B隐性令牌 CRC 总线监
t /从、对
传递
控
等
以太控制网络系统与工业以太网
? 以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网 技术。IEEE制定的IEEE 802.3 标准给出了以太 网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、 电信号和介质访问层协议（CSMA/C）D的内容。 以太网是当前应用最普遍的局域网技术。
第四章 控制网络系统的构建与实现
概述
? 工业控制网络要求： ? －具有较好的响应实时性 ? －高可靠性，能满足工业现场的要求，现场设备
或局部网络出现故障能迅速恢复
? －结构简洁，降低设备成本，提高系统的健壮性 ? －开放性好 ，尽量不要采用专用网络 ? 现场总线控制网络的构建： ? －现场总线的选择 ： ? 数据传输容量的不同 ? 本质安全的适用性
究中） ? －软硬件资源丰富 ? －可持续发展潜力大 ? －易于与Internet连接 ? 工业以太网在技术上与商用以太网兼容，但因其
面向工业现场，产品设计时需满足以下要求：
? 环境适应性 机械、气候、电磁 ? 可靠性 ? 安全性 ? 安装方便
? 以太网全面应用于工业控制网络还需解决以下关 键技术问题：
传输数据仲裁机制 错误检 诊断
包长度
查方式
LonWork主s 从、对 1.25Mbit/s全 228B
等
双工
CSMA
CRC CRC和 设备错 数据库
CAN 多主
5k～1Mbit/s 0～8B 非破坏性 CRC CRC和
总线仲裁
设备错
数据库
Profibus 主/从、 DP：最大 244B 对等 12Mbit/sPA:3 1.25kbit/s
? 控制网络规模较大时，可采用分段结构。
? 操作系统需满足实时性要求。
工业以太网
? 工业以太网 ：在以太网技术和 TCP/IP技术的基础 上开发出来的一种现场总线。
? 优点： ? －应用广泛 支持几乎所有的编程语言 ? －成本低廉 软硬件价格低廉 ? －通信速率高： 10M、100M、1000M、10G（研
能要求的前提下，选择不同的变量，求得网络代 价最小的设计方案。
? 控制网络系统的构建： 5个阶段 ? －系统分析 ? 可行性分析：组建网络的必要性、系统总体目标、
系统实现方案的比较、经济技术指标、系统实现 的可行性论证、系统的经济效益和社会效益等。
? 逻辑设计：系统数据流图设计、信息量分析统计 与信息量交换表的制定、系统总目标和功能的描 述、子系统目标和功能的描述等。
? 以太控制网络系统的设计内容： ? －分析设计目标并确定主要性能指标 ? －确定组网方式 ? －网络拓扑结构设计 ? －网络设备和网络硬件、软件的选择与配臵
? 设计评价指标： ? －费用 一般是在满足控制网络功能与性能指标的
要求下，寻求费用最少的方案。 ? －功能和性能 ? 可靠性 ? 设计任务：根据给定数据，在满足用户功能与性
? Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应 用层协议。它建立在标准 TCP/IP协议之上，利用 固定的以太网硬件和软件，为配臵、访问和控制 工业自动化设备定义了一个应用层协议。
? EtherNet/IP是基于TCP/IP系列协议，因此采用 以原有的形式 OSI层模型中较低的 4层。所有标准 的以太网通信模块，如 PC接口卡、电缆、连接器、 集线器和开关都能与 EtherNet/IP 一起使用。