工业控制系统与控制网络概述
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工业控制系统
• 缺点：传输距离有限，兼容性较差。
03
无线网络技术
• 优点：无需布线，安装维护方便，适用于远距离通信。
• 缺点：受环境因素影响较大，传输速度不稳定，网络安
全性较差。
工业控制系统通信与网络技术的应用
数据采集与传输
• 通过通信技术实现现场设备与中央控制器之间的数据传输。
• 采用网络技术实现远程监控和数据交换。
具，提高漏洞扫描效率。
高安全防护性能。
理机制，实现访问控制。
密钥管理策略，保证加密数
据的安全性。
工业控制系统的安全检测与监控
安全检测
安全监控
• 对工业控制系统进行定期安全检测，评估系统安全性。
• 对工业控制系统进行实时安全监控，发现异常情况并进
• 采用专业的安全检测工具和风险评估方法，提高安全检
行处理。
• 提高生产过程中的效率和产品质量。
无人化与远程操作
• 实现工业控制系统的无人化操作和远程监控。
• 降低生产成本，提高生产效率。
工业控制系统的绿色与可持续发展
节能减排
可持续发展
• 应用节能减排技术，降低工业控制系统的能耗。
• 遵循绿色和可持续发展理念，实现工业控制系统的环保
• 提高生产过程中的能源利用效率。
• 工业控制系统主要由硬件、软件和通信网络三部分组成，具有实时性、可靠性和稳定性等特点。
• 工业控制系统的功能
• 数据采集与处理：实时采集生产过程中各种设备的状态参数，进行处理和分析，为生产决策提供依据。
• 控制与调节：根据生产过程中的实际需求，对设备进行自动控制和调节，以保证生产过程的稳定和高效。
中期阶段（20世纪70年代至90年代）
• 工业控制系统开始采用微处理器和数字电路等先进技术，实现复杂的自动化控制。
03
无线网络技术
• 优点：无需布线，安装维护方便，适用于远距离通信。
• 缺点：受环境因素影响较大，传输速度不稳定，网络安
全性较差。
工业控制系统通信与网络技术的应用
数据采集与传输
• 通过通信技术实现现场设备与中央控制器之间的数据传输。
• 采用网络技术实现远程监控和数据交换。
具，提高漏洞扫描效率。
高安全防护性能。
理机制，实现访问控制。
密钥管理策略，保证加密数
据的安全性。
工业控制系统的安全检测与监控
安全检测
安全监控
• 对工业控制系统进行定期安全检测，评估系统安全性。
• 对工业控制系统进行实时安全监控，发现异常情况并进
• 采用专业的安全检测工具和风险评估方法，提高安全检
行处理。
• 提高生产过程中的效率和产品质量。
无人化与远程操作
• 实现工业控制系统的无人化操作和远程监控。
• 降低生产成本，提高生产效率。
工业控制系统的绿色与可持续发展
节能减排
可持续发展
• 应用节能减排技术，降低工业控制系统的能耗。
• 遵循绿色和可持续发展理念，实现工业控制系统的环保
• 提高生产过程中的能源利用效率。
• 工业控制系统主要由硬件、软件和通信网络三部分组成，具有实时性、可靠性和稳定性等特点。
• 工业控制系统的功能
• 数据采集与处理：实时采集生产过程中各种设备的状态参数，进行处理和分析，为生产决策提供依据。
• 控制与调节：根据生产过程中的实际需求，对设备进行自动控制和调节，以保证生产过程的稳定和高效。
中期阶段（20世纪70年代至90年代）
• 工业控制系统开始采用微处理器和数字电路等先进技术，实现复杂的自动化控制。
控制系统与网络通信集成
控制系统与网络通信集成控制系统与网络通信集成是一种技术手段，通过将控制系统与网络通信技术相结合，实现对设备、系统或过程的远程监控、操作和管理。
该技术的应用领域广泛，包括工业自动化、能源管理、智能建筑、智慧城市等。
一、控制系统与网络通信集成的概述在传统的控制系统中，通信往往是基于有线连接和本地交互的方式进行。
然而，随着互联网的快速发展，基于网络通信的控制系统集成逐渐成为发展的趋势。
控制系统与网络通信集成技术可以方便地将控制系统与现有的网络架构集成，实现设备远程监控和控制，提高工作效率和管理精确度。
二、控制系统与网络通信集成的应用场景1. 工业自动化领域：控制系统与网络通信集成应用于工业生产线的远程监控和操作，可以实现设备状态的实时监测、故障诊断和远程维护。
通过网络通信可以方便对设备进行远程控制和调整，提高生产效率和品质。
2. 智能建筑领域：控制系统与网络通信集成应用于智能建筑的能源管理、安防监控和设备控制。
通过网络通信可以实现对建筑内部各项系统的集中管理，如照明、空调、电梯等，实现能耗监测与控制，提高能源利用效率和舒适度。
3. 智慧城市领域：控制系统与网络通信集成应用于智慧城市的城市基础设施的远程监控和管理，如交通管理、市政设施管理、环境监测等。
通过网络通信可以实时获取城市各项指标数据，进行数据分析和决策支持，提升城市治理水平和公共服务质量。
三、控制系统与网络通信集成的优势1. 实时性：通过网络通信技术，可以实现对控制系统中设备的实时监测和控制，提高响应速度和工作效率。
2. 精确性：通过网络通信技术，可以实现对数据的准确采集和传输，避免了人工操作带来的误差，提高管理精确度。
3. 高效性：通过网络通信技术，可以实现远程操作和管理，节省了人力物力，提高了工作效率。
4. 灵活性：通过网络通信技术，可以实现对系统的远程配置和升级，方便了设备的维护和升级。
四、控制系统与网络通信集成的挑战1. 安全性：网络通信往往伴随着信息泄露和安全威胁的风险，如黑客攻击、网络病毒等。
工业控制系统课件
电力设备状态监测
利用工业控制系统对电力 设备进行实时监测，及时 发现设备故障，降低维修 成本。
智能制造领域应用案例
工业机器人控制
01
通过工业控制系统实现工业机器人的精准控制，提高生产自动
化程度和生产效率。
智能仓储管理
02
利用工业控制系统对智能仓储系统进行管理，实现仓储过程的
自动化和信息化。
生产过程可视化
工业控制系统课件
目录
• 工业控制系统概述 • 工业控制系统基本原理 • 常见工业控制系统类型 • 工业控制系统安全与防护 • 工业控制系统应用案例分析 • 工业控制系统发展趋势与展望
01 工业控制于监控、控制 和优化工业生产过程的系统，包 括硬件、软件和通信网络。
建立安全事件响应机制，明确应急处理流 程和责任人，确保在发生安全事件时能够 及时响应和处置。
05 工业控制系统应用案例分 析
石油化工行业应用案例
自动化生产线控制
通过工业控制系统，实现石油化工生产线的自动化控制，提高生 产效率和产品质量。
危险区域安全监控
利用工业控制系统对石油化工生产过程中的危险区域进行实时监控 ，确保生产安全。
工业物联网平台
构建工业物联网平台，整合设备、数据和应用， 为工业控制系统提供统一的管理和服务。
云计算和大数据在工业控制系统中的应用
1 2
数据存储与分析
通过云计算和大数据技术，实现海量工业数据的 存储、分析和挖掘，为决策提供支持。
弹性扩展
利用云计算的弹性扩展能力，根据工业控制系统 的实际需求，动态调整计算、存储等资源。
DCS主要应用于大型工业过程，如石油化工、钢铁、造纸等行业的大型生产线，实现对生 产过程的全面监控和控制。
《工业控制系统》课件
网络化发展趋势
物联网集成
工业控制系统将与物联网技术深度融合，实现设 备间的互联互通和数据共享。
云计算应用
云计算技术将为工业控制系统提供强大的数据处 理和存储能力，支持远程监控和管理。
无线通信发展
无线通信技术的进步将为工业控制系统的网络化 提供更加便捷和可靠的数据传输方式。
安全性与可靠性提升
安全防护体系
执行器
执行器是工业控制系统中用于执行控制信号的装置。
执行器的种类繁多，常见的有电动执行器、气动执行器和液压执行器等。 执行器的性能指标包括调节精度、响应速度和稳定性等，选择合适的执行 器是实现精确控制的重要环节。
人机界面
人机界面是工业控制系统中用 于实现人与机器交互的设备。
人机界面的种类繁多，常见 的有触摸屏、显示屏和操作
故障诊断与容错技术
故障检测
通过传感器、监控系统等手段实时监测工业 控制系统的运行状态，及时发现异常情况。
故障诊断
利用各种诊断工具和技术，对故障进行定位和原因 分析，以便采取相应的处理措施。
容错技术
采用冗余设计、备件切换等技术，提高工业 控制系统的容错能力，确保系统在部分组件 故障时仍能正常运行。
系统可靠性评估与优化
模糊控制系统的特点
模糊控制系统具有适应性强、鲁棒性好、能够处理不确定性和非线性等优点，但也存在计算量大、精度 不高和稳定性较差等缺点。
04
工业控制系统的设计与实现
系统需求分析
需求调研
深入了解工业控制系统的需求，包括 但不限于控制精度、响应速度、安全 性和稳定性等方面的要求。
需求规格书编写
根据调研结果，编写详细的需求规格 说明书，明确系统的功能、性能和安 全等方面的要求。
工业控制系统架构课件
缺点
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标 。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
密性。
案例四：智能制造的工业控制应用场景
总结词
智能制造是当前工业控制领域的重要发展方向，其应 用场景非常广泛，包括机器人、智能生产线、智能仓 储等。
详细描述
智能制造的工业控制应用场景非常广泛，包括机器人、 智能生产线、智能仓储等。其中，机器人的应用非常普 遍，其控制方式主要是通过PLC或嵌入式系统进行控制 ，实现自动化操作和精确控制。智能生产线则是由多个 机器人和其他设备组成的生产线，实现生产过程的自动 化和信息化。智能仓储则是利用物联网技术和传感器技 术对仓库进行智能化的管理和控制，提高仓库的管理效 率和物流效率。
案例二：汽车制造厂的分布式控制架构
总结词
汽车制造厂的分布式控制架构是一种基于PLC和工业以 太网的架构，实现生产过程的自动化和信息化。
详细描述
汽车制造厂的分布式控制架构主要由现场控制层、监控 层和信息管理层三个层次组成。现场控制层主要负责生 产现场的自动化控制，包括生产设备的控制和生产过程 的监测等。监控层则负责对生产过程进行监控和管理， 包括生产计划、生产进度、质量检测等。信息管理层则 负责对整个制造过程进行信息化管理，包括生产管理、 库存管理、人员管理等。
01
02
03
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标 。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
密性。
案例四：智能制造的工业控制应用场景
总结词
智能制造是当前工业控制领域的重要发展方向，其应 用场景非常广泛，包括机器人、智能生产线、智能仓 储等。
详细描述
智能制造的工业控制应用场景非常广泛，包括机器人、 智能生产线、智能仓储等。其中，机器人的应用非常普 遍，其控制方式主要是通过PLC或嵌入式系统进行控制 ，实现自动化操作和精确控制。智能生产线则是由多个 机器人和其他设备组成的生产线，实现生产过程的自动 化和信息化。智能仓储则是利用物联网技术和传感器技 术对仓库进行智能化的管理和控制，提高仓库的管理效 率和物流效率。
案例二：汽车制造厂的分布式控制架构
总结词
汽车制造厂的分布式控制架构是一种基于PLC和工业以 太网的架构，实现生产过程的自动化和信息化。
详细描述
汽车制造厂的分布式控制架构主要由现场控制层、监控 层和信息管理层三个层次组成。现场控制层主要负责生 产现场的自动化控制，包括生产设备的控制和生产过程 的监测等。监控层则负责对生产过程进行监控和管理， 包括生产计划、生产进度、质量检测等。信息管理层则 负责对整个制造过程进行信息化管理，包括生产管理、 库存管理、人员管理等。
01
02
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第一章控制网络系统概述
1.3.2 控制网络系统的研究现状
国内外学者对于控制网络系统理论与应用的研究，目 前主要集中在以下几个方面： 1.对于各种控制网络协议本身性能和特性的分析与对 比。这主要包括数学建模分析、计算机仿真和实 际网络实验结果。 2.针对各种控制网络协议的改进方法、网络通讯调度 算法以及路由算法等方面的研究。这主要体现在 两个层次上。局域网内协议改进与通讯调度算法 的研究集中在网络数据链路层，即MAC和LLC子 协议层。广域网研究表现为寻求不同网络间基于 路径或时间最短的路由算法。 3.解决由于采用了控制网络技术，对系统性能和控制 策略上带来的影响。闭环控制网络系统中信息传 输延时、数据丢失和分帧传输都将对控制网络系 统的稳定性和控制性能带来不利影响。
1.1.2 控制网络系统的特点
1．分布式的网络体系结构 2．全数字化通讯 3．模块化的功能设计 4．节点间较强的藕合性 5．网络通讯的强实时性 6．低成本和恶劣环境的适应性 7．网络的局域性 8．系统的开放性和兼容性 9．系统的可扩展性和易重构性
1.1.3 控制网络系统的优点
1．提高了控制系统的精度和可靠性 2．增强了系统信息集成能力，有利于不同网 络的互连集成 3．便于安装和维护 4．可以降低系统成本 5．可以作为实现各种复杂分布式或优化控制 算法的应用平台 6．对于系统开发者和用户而言，它都打破了 技术垄断
1.5.2
现场总线的发展
ISA/SP50：1984年 Profibus：1986年 ISP和ISPF：1992年 WbrldFIP：1993年 HARI…和HCF：1986年 FF(FielbdusFoundatino)：1994年 不同行业的大公司利用自身的行业背景，推出了适合一定应 用领域的现场总线，如德国Boseh公司推出的CAN (eontrollerAreaNetwokr)、美国Echeofn公司推出的 onW6rkS等。 现场总线自二十世纪八十年代产生以来，经历了市场的竞争、 淘汰、合并与重组等过程。自二十世纪八十年代产生以来， 经历了市场的竞争、淘汰、合并与重组等过程，到目前为 止，世界上各式各样的现场总线有100多种，其中，宣称为 开放型的现场总线就有40多种。
工业数据通信和控制网络(概述)
3
4
举例
一个一般过程控制系统
控制器2
控制器1
执行器
流量
液位
流量变送器
液位变送器
5
1.1.1
工业自动化技术及发展趋势
工业控制自动化技术：是工业自动化的核心，它是一种 运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业 生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性 技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
电动信号模拟控制系统
1-5V直流电压信号等模拟信号向集中控制室传输信号，
为模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统
缺点：线缆较多，信号变化缓慢，信号传输的抗干扰能 力差
年代： 20世纪50年代
8
1.3
工业控制系统的发展历程
集中式数字控制系统
经历了直接数字控制、集中型计算机控制和分层计算机控制
它主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本 身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作 用。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集 成化方向发展。
6
1.3
工业控制系统的发展历程
工业控制系统的发展经历了以下5个阶段：
气动信号控制系统（Pneumatic Control System，PCS ）
人工控制阶段，使用3～5psi（压力单位，每平方英寸几
磅）的标准气动信号，操作人员通过对生产现场的巡视 来了解生产过程，并在现场直接把被控对象的参数调整
在预定值上。
缺点：仪表信号不能传送给别的仪表或系统 年代： 20世纪50年代以前
7
4
举例
一个一般过程控制系统
控制器2
控制器1
执行器
流量
液位
流量变送器
液位变送器
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1.1.1
工业自动化技术及发展趋势
工业控制自动化技术：是工业自动化的核心，它是一种 运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业 生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性 技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
电动信号模拟控制系统
1-5V直流电压信号等模拟信号向集中控制室传输信号，
为模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统
缺点：线缆较多，信号变化缓慢，信号传输的抗干扰能 力差
年代： 20世纪50年代
8
1.3
工业控制系统的发展历程
集中式数字控制系统
经历了直接数字控制、集中型计算机控制和分层计算机控制
它主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本 身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作 用。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集 成化方向发展。
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1.3
工业控制系统的发展历程
工业控制系统的发展经历了以下5个阶段：
气动信号控制系统（Pneumatic Control System，PCS ）
人工控制阶段，使用3～5psi（压力单位，每平方英寸几
磅）的标准气动信号，操作人员通过对生产现场的巡视 来了解生产过程，并在现场直接把被控对象的参数调整
在预定值上。
缺点：仪表信号不能传送给别的仪表或系统 年代： 20世纪50年代以前
7
《工业控制系统》课件
工业控制系统中 的网络通信技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ主要包括有线和 无线两种方式。
有线网络通信技 术包括以太网、 现场总线等，无 线网络通信技术 包括Wi-Fi、蓝牙 等。
网络通信技术在 工业控制系统中 主要用于数据传 输、设备控制、 系统管理等方面。
网络通信技术的 安全性和可靠性 是工业控制系统 中非常重要的因 素。
农业信息化：通 过工业控制系统 实现农业信息的 实时传输和处理， 提高农业生产效 率
工业控制系统的未 来发展趋势
人工智能技术的应用：提高生产效率，降低成本 工业物联网：实现设备互联，提高生产灵活性 云计算和大数据：提高数据分析能力，优化生产流程 机器人技术：提高生产自动化程度，减少人工干预
节能减排：提高能源利用效率，减少污染物排放 清洁能源：推广使用太阳能、风能等可再生能源 循环经济：实现资源的循环利用，减少废弃物产生 绿色制造：采用环保材料和工艺，降低生产过程中的环境影响
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汇报人：PPT
工业控制系统的硬 件组成
控制器是工业控制系统的核心部件， 负责控制整个系统的运行
控制器的类型包括：PLC、DCS、 SCADA等
添加标题
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控制器的主要功能包括：接收输入 信号、处理信号、输出控制信号
控制器的性能和稳定性直接影响整 个系统的性能和稳定性
作用：检测和控制工业生产过程中的物理量、化学量、生物量等 类型：温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等 工作原理：利用物理效应、化学效应、生物效应等实现信号转换 应用：广泛应用于工业自动化、智能建筑、智能家居等领域
入侵检测系统：检测并阻止 恶意行为
防火墙：保护网络免受外部 攻击
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。
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
工业控制系统课件
逻辑控制是通过逻辑运算对输入信号进行加工处理，产生输出信号来控制生产过程。
常见的逻辑运算
逻辑运算包括与运算、或运算、非运算等，根据实际需求选择合适的逻辑运算进行组合。
逻辑控制器
逻辑控制器是实现逻辑运算的设备，其种类繁多，常见的有继电器、固态继电器、可编程逻辑控制器等。
逻辑控制在工业中的应用
逻辑控制在工业中广泛应用于开关控制、顺序控制等方面，例如电机启停控制、灯光控制等。
及时处置和总结
对发生的安全事件进行及时处置，并总结经验教训，完善应急预案。
05
工业控制系统发展趋势
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，工业控制系统正朝着智能化方向迈进。
智能化工业控制系统能够通过机器学习和人工智能技术，实现自主决策、优化控制和预测性维护等功能，提高生产效率和降低运营成本。
详细描述
工业控制系统课件
contents
目录
工业控制系统概述工业控制系统组成工业控制系统原理工业控制系统安全工业控制系统发展趋势工业控制系统案例分析
01
工业控制系统概述
工业控制系统是一种用于自动化和监控工业过程的系统，它通过收集、处理和传输数据，实现对生产过程的控制、优化和管理。
定义
工业控制系统具有实时性、可靠性和安全性等特点，能够提高生产效率、降低能耗和减少人力成本。
运动控制的组成
运动控制系统通常由运动控制器、伺服驱动器、电机等组成。
运动控制在工业中的应用
运动控制在工业中广泛应用于数控机床、机器人等领域，对于提高生产效率和加工精度具有重要意义。
运动控制的算法
运动控制的算法包括PID控制、模糊控制等，根据实际需求选择合适的算法进行调节。
运动控制的概念
运动控制是指对机械设备的运动部件进行精确控制，使其按照预定的轨迹和参数进行运动。
常见的逻辑运算
逻辑运算包括与运算、或运算、非运算等，根据实际需求选择合适的逻辑运算进行组合。
逻辑控制器
逻辑控制器是实现逻辑运算的设备，其种类繁多，常见的有继电器、固态继电器、可编程逻辑控制器等。
逻辑控制在工业中的应用
逻辑控制在工业中广泛应用于开关控制、顺序控制等方面，例如电机启停控制、灯光控制等。
及时处置和总结
对发生的安全事件进行及时处置，并总结经验教训，完善应急预案。
05
工业控制系统发展趋势
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，工业控制系统正朝着智能化方向迈进。
智能化工业控制系统能够通过机器学习和人工智能技术，实现自主决策、优化控制和预测性维护等功能，提高生产效率和降低运营成本。
详细描述
工业控制系统课件
contents
目录
工业控制系统概述工业控制系统组成工业控制系统原理工业控制系统安全工业控制系统发展趋势工业控制系统案例分析
01
工业控制系统概述
工业控制系统是一种用于自动化和监控工业过程的系统，它通过收集、处理和传输数据，实现对生产过程的控制、优化和管理。
定义
工业控制系统具有实时性、可靠性和安全性等特点，能够提高生产效率、降低能耗和减少人力成本。
运动控制的组成
运动控制系统通常由运动控制器、伺服驱动器、电机等组成。
运动控制在工业中的应用
运动控制在工业中广泛应用于数控机床、机器人等领域，对于提高生产效率和加工精度具有重要意义。
运动控制的算法
运动控制的算法包括PID控制、模糊控制等，根据实际需求选择合适的算法进行调节。
运动控制的概念
运动控制是指对机械设备的运动部件进行精确控制，使其按照预定的轨迹和参数进行运动。
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。
工业控制网络的体系结构及标准
工业控制网络的体系结构及标准1.0 工业控制网络的发展历程机械式/液动式仪表缺点：仪表体积较大，只能实现就地检测、记录和简单的控制，适合单机控制年代：20世纪30年代气动式仪表使用统一的压力信号，带远程发送器，能在远距离外的二次仪表上重现读数，从而能集中在中心控制室进行检测、记录和控制年代：20世纪30年代末和40年代初电动仪表使用4-20mA电流环模拟信号缺点：线缆较多年代：20世纪50年代CCS（ComputerControl System）中央控制计算机系统包括2种类型：SCADA（SupervisoryControl and Data Acquisition）监视控制与计算机采集系统?DDL（Direct Digital Control）直接数字控制系统年代：约1962年特点：控制集中，危险集中，对中央控制计算机要求高DCS（DistributedControl System）集散控制系统/分散控制系统/分布式控制系统是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的年代：约1976年FCS（FieldbusControl System）现场总线控制系统年代：约1972年总结（FCS产生的原因）：?生产力水平的发展所要求；?由简到繁、再由繁到简的螺旋式上升发展过程。
1.1 现场总线的概念国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义是：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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工业控制系统中的现场总线标准——第2部分：物理层规范（Physical Layer Specification）与服务定义（Server definition）又进一步指出：现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本地控制器（local controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
工业自动化网络ppt
数据分析与决策
通过对工业自动化网络中采集的 大量数据进行挖掘和分析，可以 发现生产过程中的问题和改进点，
为决策提供科学依据。
智慧物流
自动化设备
智慧物流需要自动化设备支持，如智能仓储系统、无人搬 运车、智能叉车等，这些设备通过工业自动化网络连接在 一起，实现设备间的信息交互和协同工作。
物流管理
工业自动化网络将物流管理系统与设备层进行集成，实现 物流计划、调度、监控等功能的实时优化，提高物流效率 和降低成本。
工业自动化网络
目 录
• 工业自动化网络概述 • 工业自动化网络的核心技术 • 工业自动化网络的架构与设计 • 工业自动化网络的应用场景 • 工业自动化网络的挑战与解决方案 • 工业自动化网络的未来展望
01 工业自动化网络概述
定义与特点
定义
工业自动化网络是一种将工业控 制系统、设备、传感器和执行器 等连接起来的网络，实现数据传 输、控制和监控等功能。
特点
高可靠性、实时性、安全性和开 放性。工业自动化网络需要保证 数据传输的准确性和及时性，同 时要具备安全防护和互操作性。
工业自动化网络的重要性
提高生产效率
工业自动化网络能够实现设备 之间的信息共享和协同工作，
提高生产效率。
降低成本
通过自动化控制和监测，可以 减少人力成本，降低生产成本 。
提高产品质量
数据分析与决策
通过对工业自动化网络中采集的大量数据进行挖掘和分析， 可以发现物流过程中的问题和改进点，为决策提供科学依 据。
工业远程控制
远程监测
通过工业自动化网络，可以实现 对工业设备的远程监测，实时掌 握设备的运行状态和参数信息。
远程控制
通过工业自动化网络，可以实现对 工业设备的远程控制，对设备进行 远程启动、停止、调整等操作。
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1.2 工业控制网络发展历程与特点
工业控制网络特点：
系统响应的实 时性 开放性
• 控制系统在较短并且可以预测确定的时间内，完成过程参数的采集、 加工处理、控制运算、反馈执行等完整过程，并且执行时序满足过程 控制对时间限制的要求。 • 指协议的开放，也指相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与 遵从。
图5 实例3
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1.3 常见工业控制网络
与现场总线相比，以太网有以下优点：
应用广泛 成本低廉 通信速率高 控制算法简单 软硬件资源丰富 不需要中央控制站 可持续发展潜力大 易于与Internet连接
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1.3 常见工业控制网络
图6 实例4
12/13
1.3 常见工业控制网络
新型控制网络技术－工业无线通信
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1.3 常见工业控制网络
与传统的控制设备相比，FCS有如下特点：
全数字化 可实现分布式测量与控制 双向的数据传输 自诊断 节省布线及控制室空间 仪表功能的多重化 开放性 互操作性 智能化与自治性
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1.3 常见工业控制网络
工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制 中应用以太网的相关组件及技术。工业以太网会采用 TCP/IP 协议，和 IEEE802.3 标准兼容，但在应用层会加入 各自特有的协议。
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1.3 常见工业控制网络
现场总线—Fieldbus Control System
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现双向、串行、多节点数字通信的 技术。它由 IEC （国际电工技术委员会）的国际标准化小 组SC65C/WG6定义。
图4 现场总线的体系结构
第1章 概述
1.1 工业控制系统与控制网络
1.2 工业控制网络发展历程与特点
1.3 常见工业控制网络
1.1 工业控制系统与控制网络
图1 实例1
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1.1 工业控制系统与控制网络
图2 实例2
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1.1 工业控制系统与控制网络
以现场总线和工 业以太网为代表 的工业控制网络 已成为企业综合 自动化体系的核 心技术和核心部 件。
无线电台远传技术 GSM远传技术 GPRS（CDMA）远传技术 3G远传技术 IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.15.4
远程无线通信技术
短程无线通信技术
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图3 企业综合自动化系统网络架构图
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1.1 工业控制系统与控制网络
从企业综合自动化控制系统角度：
上部
主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的网络体 管理信息网 系，包括企业内部的局域网和互联网，整个网络可采用 统一的协议标准。 又称过程监控网，用于连接控制室设备的网络，连接在 过程控制网上的设备从现场设备中获取数据，完成各种 过程控制网 运算、运行参数监测、报警和趋势分析、历史记录、过 程报表等。特点：较好的网络带宽、可靠性及网络可用 性。 又称现场总线，是系统控制器与现场输入输出设备或者 现场设备网 卡件之间信息交换的通道。特点：可靠性、时延确定性、 容错性、安全性。
极高的可靠性 良好的恶劣环 境适应能力 安全性
• 可靠性通常包括三个方面：①可使用性好，网络自身不易发生故障；② 容错能力强；③可维护性强
• 工业控制网络必须具有机械环境适应性、气候环境适应性、电磁环境适 应性或EMC，并满足耐腐蚀性、防尘、防水等要求。
• ①生产安全：控制设备具有本质的安全性能 • ②信息安全：网关、加密技术
1970
1980
1990
2000
2010
t (年业无线通信
模拟仪表控制系统占 主导地位，缺点：模 拟信号精度低、易受 干扰
FCS 实 质 上 是 一 种 开放的、具有可操 作性的、彻底分散 的分布式控制系统。
无线局域网技术可以 便捷地以无线方式连 接网络设备，在一些 禁止或限制使用电缆 的工业现场得以使用。
底部
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1.2 工业控制网络发展历程与特点
DCS（集散控制系统）是一种典 型的运用数字传输技术的控制系 统，其核心思想是集中管理、分 散控制。由于利益冲突，其实质 上是一种封闭或专用的不具互操 作性的分布式控制系统，造价高。
数字信号传输
特点：开放、 高速、低成本、 软硬件丰富。
工业以太网
1960
1.2 工业控制网络发展历程与特点
工业控制网络特点：
系统响应的实 时性 开放性
• 控制系统在较短并且可以预测确定的时间内，完成过程参数的采集、 加工处理、控制运算、反馈执行等完整过程，并且执行时序满足过程 控制对时间限制的要求。 • 指协议的开放，也指相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与 遵从。
图5 实例3
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1.3 常见工业控制网络
与现场总线相比，以太网有以下优点：
应用广泛 成本低廉 通信速率高 控制算法简单 软硬件资源丰富 不需要中央控制站 可持续发展潜力大 易于与Internet连接
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1.3 常见工业控制网络
图6 实例4
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1.3 常见工业控制网络
新型控制网络技术－工业无线通信
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1.3 常见工业控制网络
与传统的控制设备相比，FCS有如下特点：
全数字化 可实现分布式测量与控制 双向的数据传输 自诊断 节省布线及控制室空间 仪表功能的多重化 开放性 互操作性 智能化与自治性
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1.3 常见工业控制网络
工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制 中应用以太网的相关组件及技术。工业以太网会采用 TCP/IP 协议，和 IEEE802.3 标准兼容，但在应用层会加入 各自特有的协议。
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1.3 常见工业控制网络
现场总线—Fieldbus Control System
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现双向、串行、多节点数字通信的 技术。它由 IEC （国际电工技术委员会）的国际标准化小 组SC65C/WG6定义。
图4 现场总线的体系结构
第1章 概述
1.1 工业控制系统与控制网络
1.2 工业控制网络发展历程与特点
1.3 常见工业控制网络
1.1 工业控制系统与控制网络
图1 实例1
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1.1 工业控制系统与控制网络
图2 实例2
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1.1 工业控制系统与控制网络
以现场总线和工 业以太网为代表 的工业控制网络 已成为企业综合 自动化体系的核 心技术和核心部 件。
无线电台远传技术 GSM远传技术 GPRS（CDMA）远传技术 3G远传技术 IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.15.4
远程无线通信技术
短程无线通信技术
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图3 企业综合自动化系统网络架构图
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1.1 工业控制系统与控制网络
从企业综合自动化控制系统角度：
上部
主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的网络体 管理信息网 系，包括企业内部的局域网和互联网，整个网络可采用 统一的协议标准。 又称过程监控网，用于连接控制室设备的网络，连接在 过程控制网上的设备从现场设备中获取数据，完成各种 过程控制网 运算、运行参数监测、报警和趋势分析、历史记录、过 程报表等。特点：较好的网络带宽、可靠性及网络可用 性。 又称现场总线，是系统控制器与现场输入输出设备或者 现场设备网 卡件之间信息交换的通道。特点：可靠性、时延确定性、 容错性、安全性。
极高的可靠性 良好的恶劣环 境适应能力 安全性
• 可靠性通常包括三个方面：①可使用性好，网络自身不易发生故障；② 容错能力强；③可维护性强
• 工业控制网络必须具有机械环境适应性、气候环境适应性、电磁环境适 应性或EMC，并满足耐腐蚀性、防尘、防水等要求。
• ①生产安全：控制设备具有本质的安全性能 • ②信息安全：网关、加密技术
1970
1980
1990
2000
2010
t (年业无线通信
模拟仪表控制系统占 主导地位，缺点：模 拟信号精度低、易受 干扰
FCS 实 质 上 是 一 种 开放的、具有可操 作性的、彻底分散 的分布式控制系统。
无线局域网技术可以 便捷地以无线方式连 接网络设备，在一些 禁止或限制使用电缆 的工业现场得以使用。
底部
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1.2 工业控制网络发展历程与特点
DCS（集散控制系统）是一种典 型的运用数字传输技术的控制系 统，其核心思想是集中管理、分 散控制。由于利益冲突，其实质 上是一种封闭或专用的不具互操 作性的分布式控制系统，造价高。
数字信号传输
特点：开放、 高速、低成本、 软硬件丰富。
工业以太网
1960