工业控制网络技术培训讲义(ppt 41页)

控制网络与信息网络的区别
控制网络和信息网络有以下四点区别： (1)控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是控制系统最基
本的要求。 (2)控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性。 (3)在企业自动化系统中，分散的单一用户必须借助控制网络进入系统，
所以通信方式多使用广播和组播方式，在信息网络中某个自主系统与另 外一个自主系统一般都建立一对一的通信方式。 (4)控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互兼容问题， 即互操作性问题。
管理级 监控级
运行员 操作站
管理计算机
至其它局域网 网间连接器
Mnet
局域网（LAN)
运行员 操作站
运行员 操作站
Snet
工程师 工作站
计算站
控制级
过程控制站 通信 接口
基本控 基本控 制单元 制单元
Cnet
基本控 制单元
现场级
常用仪表
过程控制站 通信 接口 Cnet
数据采集 通信 接口 Cnet
基本控 基本控 制单元 制单元
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集散控制系统特点
① 控制功能丰富 ② 监视操作方便 ③ 信息和数据共享 ④ 系统扩展灵活 ⑤ 安装维护方便 ⑥ 系统可靠性高
• 分散性和集中性 • 自治性和协调性 • 灵活性和扩展性 • 先进性和继承性 • 可靠性和适应性 • 友好性和新颖性
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第一代DCS的基本结构
•第一代DCS的基本结构
智能变送器
智能仪表
现场总线控制系统
现场总线(Fieldbus)是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向 传输、多分支结构的通信网络。 现场总线控制系统(Fieldbus Control System，FCS)是一种以现场总线 为基础的分布式网络自动化系统，它既是现场通信网络系统，也是现场 自动化系统。 现场总线控制系统FCS是在DCS系统的基础上发展而成的，它继承了 DCS的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表 之间的连接上，采用了开放式的现场网络，从而使系统现场设备的连接
计算机网络控制-集散控制系统（DCS）
设计原则:
采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原则，并 采用层次化的体系结构.
所谓分散控制是用多台微型计算机，分散应用于生产过程控制; 所谓集中管理是用通信网络技术把多台计算机构成网络系统.
分散控制系统是纵向分层、横向分散 的大型综合控制系统
工业控制网络技术
东华大学 机械工程学院 周虎 （副教授）
计算机控制系统组成结构
图 计算机控制系统组成框图
直接数字控制系统
生
测量变送
输入通道
计
产
算
显示
过
机
打印
程
执行器
பைடு நூலகம்
输出通道
报警
图 DDC系统框图
计算机监督控制(SCC)
SCC系统由上、下位机构成，上位机起监控作用，下 位机起DDC作用。
SCC计算机
利用分层方法，我们可以容易地实现网际联网、网络配置 间的连接。为了实现计算机系统之间的互连，1977年国际标准 化组织（ISO）提出了开放系统互连参考模型OSI（Open System Interconnection／Reference Model）。这个网络层次结构模 型规定了七个功能层，每层都使用它自己的协议。
操作站 高速数据通道
监控机
数据采集装置
过程控制单元
其基本结构由监控机、操作 站、数据采集装置、过程控 制单元及高速数据通道等5部 分组成。
第二代DCS的基本结构
•第二代DCS的基本结构
主计算机
操作站
LLAANN
子
系
网关
统
网关
一般工业网
组成：
系统管理站 (1)局部网络 (LAN) ； (2)节点工作站，即指过程控制单元(PCU)； (3)中央操作站，它是挂接在LAN上的节点 工作站，负责对全系统的信息进行综合管 理，是系统的主操作站；
基本控 制单元
数据输入 数据输入 数据输入 输出单元 输出单元 输出单元
Fnet
现场总线仪表
常用仪表
集散控制系统
集散控制系统的基本构成
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集散控制系统的体系结构
操作站、工程师站和上位 计算机构成集中管理部分； 现场监测站、现场控制站构 成分散控制部分；通信网络 是连接集散系统各部分的纽 带，是实现集中管理、分散 控制的关键。
形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。
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传统计算机控制系统的缺点
传统计算机控制系统 结构示意图
传统计算机控制系统的缺点
➢ 这种传输方式一方面要 使用大量的信号线缆； ➢ 另一方面模拟信号的传 输和抗干扰能力低。
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现场总线对自动化领域的变革
（1）用一对通信线连接多台数字仪表取代一对信号线只能连接一台仪表；
（2）用多变量、双向、数字通信方式取代单变量、单向、模拟传输方式；
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
计算机网络控制技术概述
控制网络的特点
从技术上讲，控制网络有以下一些技术特点： (1)要求有高实时性和良好的时间确定性； (2)传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁； (3)容错能力强，可靠性、安全性好； (4)控制网络协议简单实用，工作效率高； (5)控制网络结构具有高度分散性； (6)控制设备的智能化与控制功能的自治性； (7)与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。
检测
给定 DDC计算机
控制
生产过程
图 SCC系统原理图
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计算机工业网络基础
• 网络协议及其层次结构
在通信网络中，对所有的节点来说，它们都要共享网络中 的资源或相互之间要进行信息交换，但由于连接到网上的计算 机或设备可能出自不同的生产厂家，型号也不尽相同，再加上 软硬件的差异，这些都给节点之间的通信带来了困难。因此在 通信网络中所有“成员”必须遵循某种相互都能接受的一组规 则，以便实现彼此的通信和资源共享。这些规则的集合称为网 络协议。在计算机网络中各终端用户之间，用户与资源之间或 资源与资源之间的对话与合作必须按照预先规定的协议进行。
过程控制单元 (4)系统管理站，又称为系统管理模块； (5)主计算机，也称管理计算机； (6)网关(GateWay)。
第三代DCS的基本结构
•第三代DCS的基本结构
主计算机
操作站 网关
MAP或MLAAPN兼容网络
节点工作站
节点装置
第一、二代DCS基本上为封闭系统， 不同系统之间无法互连，第三代DCS 局域网(LAN)遵循开放系统互连参考 模型的7层通信协议,符合国际标准， 比较容易构成信息集成系统。