现场总线与工业以太网工业数据通信和控制网络

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1、第1章　工业数据通信和控制网络技术基础1.1工业数据通信和控制网络技术概述1.2工业数据通信和控制网络连接及传输介质1.3网络互连参考模型和规范1.1.1工业自动化技术及发展趋势1.1.2控制系统体系结构的演变1.1.3工业数据通信与控制网络1.1工业数据通信和控制网络技术概述工业数据通信与控制网络是近年来发展形成的自控领域的网络技术。是计算机网络、通信技术与自控技术结合的产物。1.1工业数据通信和控制网络技术概述企业信息系统的发展对工业数据通信的开放性、对底层控制网络的功能及性能都提出了更高的要求。工业数据通信与控制网

2、络技术正是在这种形势下逐渐发展形成的。随着自动控制、计算机、通信、网络等技术的发展，企业的信息集成系统正在迅速壮大，将覆盖从现场控制到监控、市场、经营管理的各个层次以及从原料采购、生产加工的各个环节，并将一直延伸到成品储运销售乃至世界各地市场的供需链全过程，以适应企业管理控制一体化的应用需求。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

3、性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，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。工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。在传统的自动化系统中，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由价格昂贵的过程计算机或小型机组成。然而

4、，自20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。工业PC是基于商用微型计算机或个人电脑，并采用了总线式结构、工业标准机箱和工业级元器件等诸多满足工业控制需求的实用技术。以工业PC为基础的低成本工业控制自动化系统的特点是：开放的结构，用户可以选择来自1、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化已成为主流不同厂商的不同产品，为应用提供更大的系统柔性，便于系统集成；PC工

5、控机的软硬件丰富，用户可以得到更高性价比的产品；提供有力、柔性的联网能力，可以使用标准TCP/IP以太网和网卡；能运行复杂任务（如趋势分析），并且可基于多种平台运行，如windowsNT、windowsCE和Linux等。目前，我国的许多大企业已拆除了原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获得了良好效果。2、PLC（可编程序控制器）得到了广泛的应用PLC是由器逻辑控制系统发展而来的，初期主要代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面，后来，随着微电子技术、大规模集成电路技术、计

6、算机技术和通信技术的发展，PLC在技术上和功能上发生了极大的变化。在逻辑运算的基础上，增加了数值计算、闭环调节等功能；增加了模拟量和PID调节等功能模块，实现了顺序控制和过程控制的结合；运算速度得到提高，新型PLC的CPU在能力已经赶上了工业控制机；开发了具有智能I/O模块；通信功能实现了PLC之间、PLC与上位机之间以及PLC与其他智能设备间的通信，由此发展了多种局部总线和网络，也可构成集散控制系统。PLC这些性能特点使其在工业控制自动化领域中得到了广泛的应用。现代PLC的发展有两个重要趋势：其一是向体积更小、速度更快、

7、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面发展。具体有以下几个方面：（1）大型网络化。主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上可与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。（2）多功能。随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制、仿真、通信处理和故障诊断等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。（3）高可靠性。由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊

8、断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用和并行工作、多数表决的工作方式。即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全封闭的模板依然能正常工作。在操作运行过程中，有些PLC的模板还可热插拔。3、面向测控管一体化设计的集散控制系统集散控制系统，也称为分布式控制系统或