工业控制网络

数据通信与工业控制网络知识点总结关键信息项：1、数据通信的基本概念和原理定义：＿___________________________特点：＿___________________________重要性：＿___________________________2、工业控制网络的类型和特点类型：＿___________________________各自特点：＿___________________________3、数据传输方式串行传输：＿___________________________并行传输：＿___________________________优缺点比较：＿___________________________4、通信协议常见协议：＿___________________________协议的作用和功能：＿___________________________5、网络拓扑结构总线型：＿___________________________星型：＿___________________________环型：＿___________________________优缺点分析：＿___________________________ 6、工业控制网络中的数据交换技术电路交换：＿___________________________分组交换：＿___________________________报文交换：＿___________________________ 7、差错控制技术纠错编码：＿___________________________检错编码：＿___________________________重传机制：＿___________________________ 8、网络安全与防护威胁类型：＿___________________________防护措施：＿___________________________ 9、工业控制网络的应用案例案例介绍：＿___________________________效果评估：＿___________________________11 数据通信的基本概念和原理数据通信是指在不同设备之间通过传输介质进行数据的传递和交换。

工业控制网络知识点总结一、工业控制网络的概念工业控制网络是指用于工业自动化领域的数据通信系统，其目的是实现对生产设备、工艺过程和生产信息的监控和控制。

工控网络主要包括传感器、执行器、PLC、DCS、SCADA系统等组成部分。

工控网络的设计目标是提高生产效率、降低生产成本和提高生产安全性。

二、工业控制网络的特点1. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。

2. 可靠性：工控网络对通信的可靠性要求非常高，因为生产过程中可能会遇到各种干扰和故障，需要能够确保数据传输的准确性和完整性。

3. 安全性：工业控制网络需要能够防范各种网络攻击和恶意操作，保证生产过程的安全性和稳定性。

4. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。

5. 可扩展性：工控网络需要能够根据生产需求进行扩展和升级，灵活适应不同的生产环境和设备组合。

三、工业控制网络的组成部分1. 传感器和执行器：传感器用于采集环境参数，例如温度、压力、流量等；执行器用于对生产设备进行控制，例如电动阀门、马达、启动器等。

2. PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是工控网络的核心设备，用于实现对生产过程的自动控制。

PLC能够根据预先编制的程序对输入信号进行处理，并输出控制指令，实现对执行器的控制。

3. DCS（分布式控制系统）：DCS是用于对生产过程进行集中监控和控制的系统，通常包括多个控制节点和界面站，能够实现对整个生产线的远程控制。

4. SCADA系统：SCADA系统是用于对生产现场进行实时监控和数据采集的系统，能够通过图形界面对生产现场进行动态显示和实时数据查询。

四、工业控制网络的通信协议工业控制网络使用的通信协议通常包括有线和无线两种类型，其中有线协议主要用于固定式设备的数据通信，无线协议主要用于移动设备和无线传感器网络的数据通信。

1. 有线通信协议（1）Profibus：Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，适用于实时数据传输和设备控制。

1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：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行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现第二章CAN （控制器局域网）1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。

数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段27、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1”8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。

工业控制网络课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习工业控制网络的基本概念、原理和技术，使学生掌握工业控制网络的基本知识，提高学生分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.了解工业控制网络的基本概念和分类；2.掌握工业控制网络的体系结构和工作原理；3.熟悉工业控制网络的主要技术和应用。

4.能够分析工业控制网络系统的组成和功能；5.能够设计和实现简单的工业控制网络系统；6.能够运用所学知识分析和解决工业控制网络实际问题。

情感态度价值观目标：1.培养学生对工业控制网络技术的兴趣和好奇心；2.培养学生团队合作精神和自主学习能力；3.培养学生关注工业控制网络技术的发展和应用，提高学生的社会责任感和创新意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.工业控制网络的基本概念和分类：工业控制网络的定义、分类和特点；2.工业控制网络的体系结构和工作原理：工业控制网络的体系结构、数据传输方式和通信协议；3.工业控制网络的主要技术和应用：工业控制网络的关键技术、常见应用场景和案例分析。

教学内容将按照教材的章节进行安排，每个章节都有相应的教学目标和教学内容，确保学生的学习具有连贯性和系统性。

三、教学方法为了提高教学效果和学生的学习兴趣，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握工业控制网络的基本概念、原理和技术；2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解和应用所学知识；4.实验法：通过动手实验，培养学生的实践能力和创新能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习材料；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、教案等多媒体资料，提高教学效果；4.实验设备：准备实验设备，为学生提供实践操作的机会。

工业控制网络(简称控制网络)是近年来发展形成的自动控制领域的网络技术，随着自动控制、网络、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断涌现，工业控制网络系统已经成为自动控制系统发展的主流方向，工业控制网络技术在自动控制领域中的作用与日俱增。

它已经成为当今自动控制领域研究的热点，被誉为跨世纪的自控新技术。

工业控制网络能将具有数字通信能力的测控仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，把控制设备连接成相互沟通信息，共同完成自动控制任务的网络系统。

其特点：
●可靠性和安全性高；
●网络协议简单实用；
●网络结构分散性；
●易于实现与信息网络的集成。

1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：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行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现第二章CAN （控制器局域网）1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。

数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段27、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1”8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。

一、实验目的本次实验旨在了解工业控制网络的基本原理、组成与工作方式，掌握工业控制网络的构建方法，并验证其稳定性和可靠性。

通过实验，提高学生对工业控制网络技术的理解和应用能力。

二、实验原理工业控制网络是一种用于工业现场数据采集、传输、处理和控制的网络系统。

它具有实时性、可靠性和抗干扰性等特点。

常见的工业控制网络有现场总线、工业以太网等。

本次实验以现场总线为例，介绍其基本原理。

三、实验内容1. 实验器材：- 工业控制网络实验箱- 现场总线模块- 控制器模块- 数据采集模块- 电源模块- 连接线2. 实验步骤：（1）搭建现场总线网络：1. 将现场总线模块连接到控制器模块上；2. 将控制器模块连接到数据采集模块上；3. 将电源模块连接到整个实验箱上。

（2）配置现场总线网络参数：1. 设置现场总线模块的通信协议、波特率、数据位、停止位等参数；2. 设置控制器模块的数据采集周期、报警阈值等参数；3. 设置数据采集模块的采集点、报警类型等参数。

（3）运行实验：1. 启动实验箱，观察现场总线网络运行状态；2. 输入模拟信号，观察数据采集模块的采集结果；3. 观察控制器模块的报警情况。

（4）分析实验结果：1. 检查采集到的数据是否符合预期；2. 分析控制器模块的报警原因；3. 评估现场总线网络的稳定性和可靠性。

四、实验结果与分析1. 实验结果：（1）现场总线网络搭建成功，数据采集模块能够实时采集模拟信号；（2）控制器模块能够根据采集到的数据进行报警；（3）现场总线网络稳定运行，抗干扰性能良好。

2. 实验分析：（1）本次实验成功验证了现场总线网络在工业控制中的应用，其实时性、可靠性和抗干扰性等特点在实际生产中具有重要意义；（2）实验过程中，需要注意现场总线网络参数的配置，确保数据采集的准确性和实时性；（3）现场总线网络在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的通信协议和模块，以提高网络的稳定性和可靠性。

五、实验结论本次实验成功搭建了现场总线网络，并验证了其在工业控制中的应用。