第10章 控制网络技术

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1、第10章控制网络技术近年来，随着计算机、通信、网络等信息技术的发展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场，因此，需要建立包含从工业现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。主要内容工业控制网络概述控制网络技术基础工业以太网现场总线技术集散控制系统10.1工业控制网络概述10.1.1企业信息化与自动化工业控制网络作为工业企业综合自动化系统的基础,从结构上看可分为3个层次,即管理层、控制层和现场设备层,如图10.1所示。企业网工业局域网工业控制网络管理层控制层设备层图10.

2、1企业综合自动化系统结构层次示意图最上层的是企业信息管理网络，它主要用于企业的生产调度、计划、销售、库存、财务、人事以及企业的经营管理等方面信息的传输。中间的过程监控网络主要用于将采集到的现场信息置入实时数据库，进行先进控制与优化计算、集中显示、过程数据的动态趋势与历史数据查询、报表打印。最底层的现场设备层网络则主要用于控制系统中大量现场设备之间测量与控制信息以及其他信息(如变送器的零点漂移、执行机构的阀门开度状态、故障诊断信息等)的传输。10.1.2控制网络的特点工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，肩负着工业生产运行一线测量与控制

3、信息传输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换，因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。与此同时，开放性、分散化和低成本也是工业控制网络另外重要的三大特征。即工业控制网络应该:①具有较好的响应实时性②高可靠性③力求简洁④开放性要好10.1.3控制网络的类型从工业自动化与信息化层次模型来说，控制网络可分为面向设备的现场总线控制网络与面向自动化的主干控制网络。在主干控制网络中，现场总线作为主干网络的一个接入节点。从网络的组网技术来分，控制网络通常有两类：共享式控制网络与交换式控制网络。控制网络的

4、类型及其相互关系如图10.2所示。图10.2控制网络的类型及其相互关系共享式控制网络分布式控制网络交换式控制网络现场总线控制网络CANHARTFFLonWorksProfibus10.2控制网络技术基础控制网络是一类特殊的局域网，它既有局域网共同的基本特征，也有控制网络固有的技术特征。控制网络的基本技术要素包括：网络拓扑结构、介质访问控制技术、差错控制技术。10.2.1网络拓扑结构网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理连接结构称为拓扑。通常有星形、环形、总线形和树形拓扑结构，如图10.3所示。图10.3网络拓扑结构⑴星形结构。星形的中心结点是主

5、结点，它接受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。⑵环形结构。其各结点通过环接连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单项传送到另一个结点。⑶总线形。在总线形结构中，各节点接口，通过一条或几条通信线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被总线中的任何一结点所接收。⑷树形结构。是分层结构，适用于分级管理和控制系统。上述四种网络结构中，总线形结构是目前使用最广泛的结构，也是一种最传统的主流网络结构，改种结构最适于信息管理系统、办公室自动化系统、教学系统等领域的应用。实

6、际组建网时，其网络结构不一定仅限于其中的某一种，通常是几种结构的综合。10.2.2介质访问控制技术在局部网络中，由于各结点通过公共传输通路传输信息，因此任何一个物理信道在某一时间段内只能为一个节点服务，即被某结点占用来传输信息，这就产生了如何合理使用信道、合理分配信道的问题，各结点能充分利用信道的空间时间传送信息，而不至于发生各信息间的互相冲突。传输访问控制方式的功能就是合理解决信道的分配。目前常用的传输访问控制方式有三种：冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）；令牌环（TokenRing）；令牌总线（TokenBus）。⑴冲突监测的载波侦

7、听多路访问（CSMA/CD）CSMA/CD是由Xerox公司提出，又称随机访问技术或争用技术。主要用于总线形和树形网络结构。该控制方法的工作原理是：当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其他结点正发送信息，若没有则立即发送；否则，即网络中以有某结点发送信息（信道被占用），该结点就须等待一段时间，再侦听，直至信道空闲，开始发送。载波侦听多路访问是指多个结点共同使用同一条线路，任何结点发送信息前都必须先检查网络的线路是否有信息传输。⑵令牌环令牌环全称是令牌通行环（TokenPassingRing），仅适用于环形网络结构。在这种方式中，令牌是控制

8、标志，网中只设一张令牌，只有获得令牌的结点才能发送信息，发送完后，令牌又传给相邻的另一结点。令牌环的优点是能提供可调整的访问控制方式，能