工业自动化网络ppt
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西门子工业以太网简介及其组态-PPT
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表5-4 S5兼容通信
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）
17
ISO传输协议： ISO传输协议支持基于ISO的发送和接收，使得设备（例如
SIMATIC S5或PC）在工业以太网上的通信非常容易，该服 务支持大数据量的数据传输（最大8KB）。 ISO数据接收有通信方确认，通过功能块可以看到确认信息。 TCP： TCP即TCP/IP中传输控制协议，提供了数据流通信，但并不 将数据封装成消息块，因而用户并不接收到每一个任务的确 认信号。TCP支持面向TCP/IP的Socket。 TCP支持给予TCP/IP的发送和接收，使得设备（例如PC或 非西门子设备）在工业以太网上的通信非常容易。该协议支 持大数据量的数据传输（最大8KB），数据可以通过工业以 太网或TCP/IP网络（拨号网络或因特网）传输。 通过TCP，SIMATIC S7可以通过建立TCP连接来发送/接收 数据。
2
5.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表5-所 示。
表5-1 工业网络与传统办公室网络的比较
3
工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气 体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要 求耐腐蚀、防尘和防水。
工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需 要采取防爆措施保证安全生产。
工业生产现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具 有机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、电磁环境适应 性或电磁兼容性（EMC——Electro Magnetic Compatibility）等。
工业控制系统网络架构介绍.ppt
工业控制网络最底层的是 现场总线控制网络，包含现场 控制层和现场设备层，是自动 化系统与现场设备相连的唯一 网络，是整个控制系统的关键 环节。
过程控制与监控网络
现场总线控制网络的上 一层是过程控制与监控网络层， 这一层包含生产管理层和过程 监控层。
企业办公网络
最上面一层是企业网络层， 即图中的企业资源层，负责公司 日常的商业计划和物流管理、工 程系统等，主要涉及企业应用资 源，如企业资源配置ERP、 生 产制造执行系统MES和办公自 动化OA等与企业运营息息相关 的系统，通常由各种功能的计算 机构成。谢谢工业控制系统网络架构介绍
通常将工业控制网络定义为以具有通信能力的传感器、 执行器、测控仪表作为网络节点、以现场总线或以太网等作 为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，从而完 成测量控制任务的网络。
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
现场总线控制网络
过程控制与监控网络
现场总线控制网络的上 一层是过程控制与监控网络层， 这一层包含生产管理层和过程 监控层。
企业办公网络
最上面一层是企业网络层， 即图中的企业资源层，负责公司 日常的商业计划和物流管理、工 程系统等，主要涉及企业应用资 源，如企业资源配置ERP、 生 产制造执行系统MES和办公自 动化OA等与企业运营息息相关 的系统，通常由各种功能的计算 机构成。谢谢工业控制系统网络架构介绍
通常将工业控制网络定义为以具有通信能力的传感器、 执行器、测控仪表作为网络节点、以现场总线或以太网等作 为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，从而完 成测量控制任务的网络。
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
现场总线控制网络
工业互联网课件
5G通信技术
随着5G网络的普及，工业互联网将实现更高效、低延迟的数据传 输，提升设备间的通信能力。
云计算与边缘计算
云计算将提供强大的数据处理和分析能力，而边缘计算则将数据处 理和分析能力下沉到设备端，提升实时响应能力。
大数据分析与人工智能
大数据分析和人工智能技术将进一步挖掘工业数据的价值，提升决 策效率和准确性。
人工智能领域
机器学习、深度学习、自然语言处理等。
人工智能发展前景
与各行业深度融合，提升生产效率和生活品 质。
区块链技术
区块链技术
实现去中心化的信任机制，保障数据 的真实性和可靠性。
区块链特点
去中心化、可追溯、不可篡改。
区块链应用场景
数字货币、供应链管理、电子投票等 。
区块链发展前景
促进各行业的透明度和可信度，降低 交易成本。
智慧城市的发展趋势是数字化 、网络化、智能化，未来将实 现城市可持续发展等目标。
智能交通
智能交通是指通过信息技术手段 ，实现交通管理和服务的智能化
和高效化。
智能交通的应用场景包括智能信 号控制、智能车辆调度等，能够 提高交通效率、降低拥堵和事故
风险。
智能交通的发展趋势是数字化、 网络化、智能化，未来将实现自
防火墙配置
配置有效的防火墙，以防 止恶意攻击和未经授权的 访问。
入侵检测与预防
建立入侵检测和预防系统 ，及时发现和阻止网络攻 击。
网络安全审计
定期进行网络安全审计， 检查网络的安全性并发现 潜在的安全风险。
应用安全
身份认证
确保只有经过身份认证的用户才能访问工业互联网应用。
授权管理
实施严格的授权管理，限制用户对敏感操作的访问权限。
关于工业网络安全 PPT
•工信部下发451号文件《关于加强工业控制系统信息安全管理 的通知》，明确规定加强重点领域工控信息系统安全管理措施。 •2017年6月1日施行《中华人民共和国网络安全法》
传统的IT安全产品无法解决工控安全问题
对比项 建设目标
工业控制系统（ICS）
传统IT信息系统
利用各种自动化控制技术、不同的工业协 利用通用的计算机、互联网
国内工控信息安全相关政策
•国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干 意见，国发〔2012〕23号 •《意见》6-3明确，保障工业控制系统安全。加强核设施、航 空航天、先进制造、石油石化、油气管网、电力系统、交通运 输、水利枢纽、城市设施等重要领域工业控制系统，以及物联 网应用、数字城市建设中的安全防护和管理。
制造业
2005年：Zotob蠕虫事 件对全球制造行业造成巨大经 济损失超过$1,400,000
水利
2007年：攻击者入侵加
拿大一水利SCADA控制系统
，破坏了取水调度的控制计算
机
自2009年以来中国网 络遭受黑客攻击增长 15倍以上，30%是针 对国家基础设施
市政
2008年：攻击者利用电 视遥控器改变轨道扳道器，攻 击了波兰Lodz的城铁系统，导 致4节车厢出轨，12名乘客受 伤
工业控制系统信息安全主要目标
1 可用性 2 完整性
3保密性
保护工控系统免受病毒等恶意代码的侵袭。 避免工控系统遭受人为恶意或者无意的违规操作。 防范外部、内部的网络攻击。 在不利条件下维护生产系统功能。 安全事件发生后能迅速定位找出问题根源。
工控网络攻击入侵途径分析
企业办公网 远程维护通道 手机等智能终端
数据库 ERP MES 服务器 服务器 服务器 OPC OPC 服OPC ERP 数据库 监控终端 客户端 客户端
传统的IT安全产品无法解决工控安全问题
对比项 建设目标
工业控制系统（ICS）
传统IT信息系统
利用各种自动化控制技术、不同的工业协 利用通用的计算机、互联网
国内工控信息安全相关政策
•国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干 意见，国发〔2012〕23号 •《意见》6-3明确，保障工业控制系统安全。加强核设施、航 空航天、先进制造、石油石化、油气管网、电力系统、交通运 输、水利枢纽、城市设施等重要领域工业控制系统，以及物联 网应用、数字城市建设中的安全防护和管理。
制造业
2005年：Zotob蠕虫事 件对全球制造行业造成巨大经 济损失超过$1,400,000
水利
2007年：攻击者入侵加
拿大一水利SCADA控制系统
，破坏了取水调度的控制计算
机
自2009年以来中国网 络遭受黑客攻击增长 15倍以上，30%是针 对国家基础设施
市政
2008年：攻击者利用电 视遥控器改变轨道扳道器，攻 击了波兰Lodz的城铁系统，导 致4节车厢出轨，12名乘客受 伤
工业控制系统信息安全主要目标
1 可用性 2 完整性
3保密性
保护工控系统免受病毒等恶意代码的侵袭。 避免工控系统遭受人为恶意或者无意的违规操作。 防范外部、内部的网络攻击。 在不利条件下维护生产系统功能。 安全事件发生后能迅速定位找出问题根源。
工控网络攻击入侵途径分析
企业办公网 远程维护通道 手机等智能终端
数据库 ERP MES 服务器 服务器 服务器 OPC OPC 服OPC ERP 数据库 监控终端 客户端 客户端
工业控制网络05-PPT精选
图 总装生产线现场总线控制系统
哈工大网络与电气智能化研究所 18
基金会现场总线
1994 年 6 月 ， 现 场 总 线 的 两 大 国 际 组 织 ISP （Interoperable System Protocol）和北美World FIP (World Factory Instrumentation Protocol) 组织正式 合 并 ， 产 生 了 现 场 总 线 基 金 会 （ Fieldbus Foundation）。 现场总线基金会是由国际上100多家主要的控制 和检测仪表厂家以及最终用户组成的非营利性中 立组织。其宗旨是开发适应于过程控制、开放、 可相互操作、标准的现场总线。它同时符合IEC （国际电工委员会）标准及ISA（美国仪器仪表学 会）的SP50标准，在国际上具有广泛的代表性。
其体系结构与拓扑结构分别如图5-1、图5-2所 示。ControlNet支持冗余方式，如图5-3所示。
哈工大网络与电气智能化研究所 11
ControlNet
图5-1 ControlNet体系结构
哈工大网络与电气智能化研究所 12
ControlNet
图5-2 ControlNet拓扑结构
哈工大网络与电气智能化研究所 13
哈工大网络与电气智能化研究所 9
ControlNet
ControlNet突出优点 ：
（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大 限度地优化了带宽的利用率，并可构成多主、 主/从、对等的通信结构；媒体访问算法确 保了控制信息传送时间的准确性。
（4）ControlNet具有灵活的安装选择，可使 用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有 强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒 体冗余方式。
哈工大网络与电气智能化研究所 10
哈工大网络与电气智能化研究所 18
基金会现场总线
1994 年 6 月 ， 现 场 总 线 的 两 大 国 际 组 织 ISP （Interoperable System Protocol）和北美World FIP (World Factory Instrumentation Protocol) 组织正式 合 并 ， 产 生 了 现 场 总 线 基 金 会 （ Fieldbus Foundation）。 现场总线基金会是由国际上100多家主要的控制 和检测仪表厂家以及最终用户组成的非营利性中 立组织。其宗旨是开发适应于过程控制、开放、 可相互操作、标准的现场总线。它同时符合IEC （国际电工委员会）标准及ISA（美国仪器仪表学 会）的SP50标准，在国际上具有广泛的代表性。
其体系结构与拓扑结构分别如图5-1、图5-2所 示。ControlNet支持冗余方式，如图5-3所示。
哈工大网络与电气智能化研究所 11
ControlNet
图5-1 ControlNet体系结构
哈工大网络与电气智能化研究所 12
ControlNet
图5-2 ControlNet拓扑结构
哈工大网络与电气智能化研究所 13
哈工大网络与电气智能化研究所 9
ControlNet
ControlNet突出优点 ：
（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大 限度地优化了带宽的利用率，并可构成多主、 主/从、对等的通信结构；媒体访问算法确 保了控制信息传送时间的准确性。
（4）ControlNet具有灵活的安装选择，可使 用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有 强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒 体冗余方式。
哈工大网络与电气智能化研究所 10
《工业互联网安全技术基础》课件—— 21-工控网络结构
二、工业以太网设计
3.工业以太网交换机/集线器
ADAM-6510: 4-port 10Mbps Ethernet Hub ADAM-6520: 5-port 10/100Mbps Ethernet Switch ADAM-6521: 5-port 10/100Mbps Ethernet Switch with Fiber port EDG-6528: 8-Port Industrial 10/100 Mbps Ethernet Switch EDG-6528M: 6-Port Industrial 10/100 Mbps Ethernet Switch w/ Multi-mode Fiber EDG-6528S: 6-Port Industrial 10/100 Mbps Ethernet Switch w/ Single-mode Fiber
图1 实例1
一、常见工控网络结构
1.工业控制系统实例
图2 实例2
一、常见工控网络结构
1.工业控制系统实例
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。
图3 企业综合自动化系统网络架构图
一、常见工控网络结构
1.工业控制系统实例
上部
管理信息网
主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的网络体系，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。
二、工业以太网设计
6. 8-port Ethernet Switch
EDG-6528: 8端口10/100M工业以太网交换机 • EDG-6528M: 带光纤8端口10/100M工业以太网交换机 （多模光纤接口） • EDG-6528S: 带光纤8端口10/100M工业以太网交换机 （单模光纤接口） • 提供网络风暴保护 • 支持MDI/MDI 自动交叉 • 支持全双工/半双工数据流控制
《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
《工业通信网络》课件
5G技术在工业通信网络中的应用场景 包括智能制造、智能物流、智能农业 等，能够提升生产效率、降低运营成 本，推动工业互联网的发展。
物联网技术与工业通信网络融合
物联网技术通过实现设备间的互联互通，推动了工业通信网 络的智能化和自动化。
物联网技术在工业通信网络中的应用包括设备监测、数据采 集、远程控制等，能够提升设备的运行效率和可靠性，降低 维护成本。
安全工具
包括漏洞扫描、安全加固 、日志分析等工具，帮助 管理员及时发现和处理安 全问题。
培训与意识提升
提高员工的安全意识和技 能水平，减少因误操作和 滥用权限导致的安全问题 。
05
工业通信网络发展趋势与展望
5G技术与工业通信网络融合
5G技术为工业通信网络提供了更高 的数据传输速度、更低的延迟和更高 的可靠性，为工业自动化、远程控制 和实时监测等应用提供了更好的支持 。
无线通信技术
Wi-Fi技术
Wi-Fi是一种无线局域网技术，具有高速、可靠和灵活的特点，广泛应用于工 业自动化领域。
ZigBee技术
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信技术，适用于需要低速率、低功耗和 低成本的工业环境。
通信协议与标准
Modbus协议
Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域，支持主从设备之间 的数据交换。
人工智能技术在工业通信网络中的应用包括故障预测、智 能调度、优化控制等，能够提升系统的自适应性和可靠性 。
THANK YOU
未来工业通信网络
未来工业通信网络将朝着更加智能 化、安全化和高效化的方向发展， 支持更多的应用场景和更高的性能 要求。
02
工业通信网络技术基础
有线通信技术
以太网技术
物联网技术与工业通信网络融合
物联网技术通过实现设备间的互联互通，推动了工业通信网 络的智能化和自动化。
物联网技术在工业通信网络中的应用包括设备监测、数据采 集、远程控制等，能够提升设备的运行效率和可靠性，降低 维护成本。
安全工具
包括漏洞扫描、安全加固 、日志分析等工具，帮助 管理员及时发现和处理安 全问题。
培训与意识提升
提高员工的安全意识和技 能水平，减少因误操作和 滥用权限导致的安全问题 。
05
工业通信网络发展趋势与展望
5G技术与工业通信网络融合
5G技术为工业通信网络提供了更高 的数据传输速度、更低的延迟和更高 的可靠性，为工业自动化、远程控制 和实时监测等应用提供了更好的支持 。
无线通信技术
Wi-Fi技术
Wi-Fi是一种无线局域网技术，具有高速、可靠和灵活的特点，广泛应用于工 业自动化领域。
ZigBee技术
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信技术，适用于需要低速率、低功耗和 低成本的工业环境。
通信协议与标准
Modbus协议
Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域，支持主从设备之间 的数据交换。
人工智能技术在工业通信网络中的应用包括故障预测、智 能调度、优化控制等，能够提升系统的自适应性和可靠性 。
THANK YOU
未来工业通信网络
未来工业通信网络将朝着更加智能 化、安全化和高效化的方向发展， 支持更多的应用场景和更高的性能 要求。
02
工业通信网络技术基础
有线通信技术
以太网技术
工业互联网(物联网)及其应用PPT-工业互联网课件最新PPT课件
? 关键技术 任务驱动的大规模自治组 网技术、上下文感知技术、移动通信 网络与无线传感器网络无缝融合技术 、海量信息处理技术等。
? 主要特征 泛在的感知服务将海量信 息进行聚合，产生出新的有应用价值 的信息，即物联网广泛应用于各个领 域，实现任何人、任何物体、任何时 间、任何地点的互联互通，引发新的 应用和服务模式。
美国逐步将物联网的发展和重塑美国制造优势计划结合以期重新占领制造业制高点！
一、物 联 网 概 述
2005 2007 2009
欧盟委员会公布了I2010-Initiative，注重ICT的创 新和研发投入及其对国民经济发展的影响
启动了欧盟第七框架计划（FP7），重点推进ICT 技术发展，并设立了IoT-A、IoT6等一系列项目对 物联网相关领域进行探索研究
工业和信息化部制定了《物联网“十二五”发展 规划》，到 2015年我国要初步形成创新驱动、应 用牵引、协同发展、安全可控的物联网发展格局
国务院发布《关于推进物联网有序健康发展的指 导意见》，同时成立物联网发展专家咨询委员会
与欧盟共同签订《中欧物联网架构共同申明》以 及《中欧物联网标识白皮书》
二、物 联 网 在 智 能 制 造 中 应 用
? 边缘业务控制实现业务感知、控制和策略转发
接入网络
? ? ?
无线接入： 2G/3G/LTE/WLAN/WiMax ）
有线接入：光纤（ ）和铜线（ 汇集承载： IP化传输PO网N络（ PTN/CE
） xDSL
一、物 联 网 概 述
应用层是物联网智能处理的核心
应用层作用
? 信息技术与行业专业技术结合 ? 实现广泛智能化应用的解决方
? ITU Internet reports 2005：通过二维码识读设备、 RFID装置、 红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按 约定 的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
? 主要特征 泛在的感知服务将海量信 息进行聚合，产生出新的有应用价值 的信息，即物联网广泛应用于各个领 域，实现任何人、任何物体、任何时 间、任何地点的互联互通，引发新的 应用和服务模式。
美国逐步将物联网的发展和重塑美国制造优势计划结合以期重新占领制造业制高点！
一、物 联 网 概 述
2005 2007 2009
欧盟委员会公布了I2010-Initiative，注重ICT的创 新和研发投入及其对国民经济发展的影响
启动了欧盟第七框架计划（FP7），重点推进ICT 技术发展，并设立了IoT-A、IoT6等一系列项目对 物联网相关领域进行探索研究
工业和信息化部制定了《物联网“十二五”发展 规划》，到 2015年我国要初步形成创新驱动、应 用牵引、协同发展、安全可控的物联网发展格局
国务院发布《关于推进物联网有序健康发展的指 导意见》，同时成立物联网发展专家咨询委员会
与欧盟共同签订《中欧物联网架构共同申明》以 及《中欧物联网标识白皮书》
二、物 联 网 在 智 能 制 造 中 应 用
? 边缘业务控制实现业务感知、控制和策略转发
接入网络
? ? ?
无线接入： 2G/3G/LTE/WLAN/WiMax ）
有线接入：光纤（ ）和铜线（ 汇集承载： IP化传输PO网N络（ PTN/CE
） xDSL
一、物 联 网 概 述
应用层是物联网智能处理的核心
应用层作用
? 信息技术与行业专业技术结合 ? 实现广泛智能化应用的解决方
? ITU Internet reports 2005：通过二维码识读设备、 RFID装置、 红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按 约定 的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
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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第1 章 绪 论
1.2.3 控制系统对网络的要求 控制网络的通信系统应具有开放性 开放性（ 1、控制网络的通信系统应具有开放性（指协 标准公开， 议、标准公开，遵循相同标准的设备可互连并实 现数据的交互）。 现数据的交互）。 2、控制网络中的控制设备应具有互操作性 控制网络中的控制设备应具有互操作性 指互连设备间的信息传输） 互用性（ （指互连设备间的信息传输）与互用性（指设备 的相互替换）。 的相互替换）。 时序 3、控制网络应满足系统的时序、实时性及有 控制网络应满足系统的时序、实时性及 效性要求 要求。 效性要求。 适应性 4、控制网络应具有对现场环境的适应性。 控制网络应具有对现场环境的适应性。
Infranet FCS Intranet MES Internet ERP
第1 章 绪 论
资源规划层 ERP
制造执行层 MES
Internet
现场控制层 FCS
图2 功能层次的网络类型
第1 章 绪 论
1.3.3 控制网络与上层网络的连接方式 采用专用网关完成不同通信协议的转换， 1、采用专用网关完成不同通信协议的转换， 将控制网段或DCS连接到以太网上。 将控制网段或DCS连接到以太网上。 DCS连接到以太网上 2、将以太网卡和现场总线网卡置入工控机中 的PCI插槽，再PC机内实现数据交换。 PCI插槽， PC机内实现数据交换。 插槽 机内实现数据交换 WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备 服务器直接置入PLC 3、将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备 借助WEB WEB服务器和通用浏览工具实现数据信 内，借助WEB服务器和通用浏览工具实现数据信 息的动态交互。 息的动态交互。
@ X X X X 报文 X X * CR 分隔符 结束符
单元号 报头
0~31
帧检验和
帧检验和计算区
第1 章 绪 论
主 机
单 元 号
FCS
FCS
符
符
FCS
报 头
第
报 文
分 隔
报 文
分 隔
报 文
结 束 符
分 隔 符
分 隔 符
单 元 号
FCS
报 头
报 文
结 束 符
第1 章 绪 论
1.1.3 早期的总线技术 Genius I/O：采用分段令牌总线结构，使用频移键控 ：采用分段令牌总线结构， 调制信号，网段节点总数达32。 调制信号，网段节点总数达32。 32 Interbus-S：电气规范遵循EIA-485标准，适用于单 ：电气规范遵循EIA-485标准， EIA 标准 主机系统，有远程总线与本地总线之分， 主机系统，有远程总线与本地总线之分，远程节点总数 64。 达64。 Sensoplex：德国福特汽车公司开发，采用主从式总 ：德国福特汽车公司开发， 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64 64。 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64。 P-Net：丹麦Process Data公司开发，电气规范遵循 ：丹麦Process Data公司开发 公司开发， EIA-485标准 采用分段结构的多主网络系统， 标准， EIA-485标准，采用分段结构的多主网络系统，主节点 总数达32 各主节点间采用“虚拟令牌” 32， 总数达32，各主节点间采用“虚拟令牌”依次控制总线 的访问权。 的访问权。
第1 章 绪 论
服务器 网关 工控机
服务器
d i g i t a l
工控机
PCI 通讯卡
控制网段 控制网段
Ba y Net works
网桥控制网段（a）源自关连接PCI连接 （b） PCI连接
第1 章 绪 论
习题
1、什么是控制网络、现场总线、工业数据通信？ 、什么是控制网络、现场总线、工业数据通信？ 2、控制系统对网络有哪些具体要求？ 控制系统对网络有哪些具体要求？ 3、控制网络与上层网络的连接方式分为哪几种？ 控制网络与上层网络的连接方式分为哪几种？ 企业网络系统的层次结构按网络连接结构、 4、企业网络系统的层次结构按网络连接结构、功能结构可 划分为哪几层？ 划分为哪几层？
第1 章 绪 论
1.3 控制网络 在企业网络系统中的地位与作用
1.3.1 企业网络系统的层次结构 网络连接结构划分： 网络连接结构划分：底层控 制网 （ Infranet ） 、 企业内部 网 （ Intranet ） 、 互 联 网 （Internet）。 Internet） 网络功能结构划分： 网络功能结构划分：企业资 源规划层（ERP） 源规划层 （ ERP ） 、 制造执行层 MES） 现场控制层（ FCS） （ MES ） 、 现场控制层 （ FCS ） 。
第1 章 绪 论
第1章 绪 章
论
1.1 工业数据通信与控制网络概述 1.2 网络集成式控制系统 1.3 控制网络在企业网络系统中的地位与作用 1.4 控制网络的发展与标准化 习题
第1 章 绪 论
1.1 工业数据通信与控制网络概述
1.1.1 控制网络与现场总线 控制网络：将多个分散在生产现场， 控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能 力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、 力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通 信协议，以现场总线作为通信连接的纽带， 信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，将现场控制 设备连接成可相互传递信息， 设备连接成可相互传递信息，共同完成自控任务的网络 系统与控制系统。 系统与控制系统。 现场总线：是一种应用于生产现场， 现场总线：是一种应用于生产现场，在现场设备之 现场设备与控制装置之间实现双向、串行、 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的国际标准化小组SC65C/WG6 IEC的国际标准化小组 数字通信的技术。它由IEC的国际标准化小组SC65C/WG6 定义。 定义。
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MIS 网主机 1
MIS 网主机 2
HUB2 企业 MIS 网
打印机
C320 通讯模块
IBM 服务器 HUB1
PLC 甲罐称重 乙罐称重 仓泵 1# ……………. PLC 甲罐称重 乙罐称重 仓泵 6#
工控机（监视） 工控机（监视）
工控机（主控） 工控机（主控）
现场控制站
图1
工业控制网络示意图
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例2：C200H-LK202通讯模块 200H LK202通讯模块 202 200H LK202 202通讯模块提供了一种智能化的通讯 SYSMAC C200H-LK202通讯模块提供了一种智能化的通讯 链路， 它采用全自动的应答方式实现PLC PC之间的数 PLC与 链路 ， 它采用全自动的应答方式实现 PLC 与 PC 之间的数 据交换， 据交换，它内部集成的通信协议支持半双工点对点方式 或一对多方式通讯。 无论是在 “ Multiple-Link”还是 或一对多方式通讯 。 Multiple-Link 还是 Single-Link”的通讯系统中 的通讯系统中， 在“Single-Link 的通讯系统中，当数据块长度超过规 定值时，数据块都必须划分成几个帧进行传送。 定值时，数据块都必须划分成几个帧进行传送。在这种 情况下，起始帧和中间帧是以分隔符（CR）结尾， 情况下，起始帧和中间帧是以分隔符（CR）结尾，而不 是块结束符（ CR） 串行口数据帧的格式如下： 是块结束符（*CR）。串行口数据帧的格式如下：
1
2
3 帧检验和计算区
4
5
6
其中： 其中： STX表示可选的ASCII起始符02H 表示可选的ASCII起始符02 (1)、STX表示可选的ASCII起始符02H SWA、SWB、SWC表示PANTHER设置的状态字 表示PANTHER (2)、SWA、SWB、SWC表示PANTHER设置的状态字 (3)、表示六位不带符号和小数点的重量值 (4)、表示六位不带符号和小数点的皮重值 CR表示ASCII回车符 表示ASCII回车符ODH (5)、CR表示ASCII回车符ODH CKS表示可选的帧检验和 (6)、CKS表示可选的帧检验和
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例1：PANTHER称重变送器 PANTHER称重变送器 PANTHER称重变送器的数据链路层协议中 称重变送器的数据链路层协议中， 在 PANTHER 称重变送器的数据链路层协议中 ， 串行口数 据的连续输出帧格式如下： 据的连续输出帧格式如下：
STX SWA SWB SWC XXXXXX XXXXXX CR CKS
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1.2 网络集成式控制系统
1.2.1 控制系统的新型结构 现场总线控制系统是继基地式气动仪表控制系统 、 现场总线控制系统 是继基地式气动仪表控制系统、 电 是继基地式气动仪表控制系统 动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、 动单元组合式模拟仪表控制系统 、 集中式数字控制系统 、 集散式控制系统之后的新型结构。 集散式控制系统之后的新型结构。 集 现 气 数字 散 集 直 场 动 基 中 接 控 总 、 地 制 电 模拟 线 控 数字 数 式 系 动 控 制 字 仪 统 式 制 系 控 表 系 仪 统 制 统 表 PLC DCS
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1.2.2 网络集成式控制系统的特点 Genius I/O：采用分段令牌总线结构，使用频移键控 ：采用分段令牌总线结构， 调制信号，网段节点总数达32。 调制信号，网段节点总数达32。 32 Interbus-S：电气规范遵循EIA-485标准，适用于单 ：电气规范遵循EIA-485标准， EIA 标准 主机系统，有远程总线与本地总线之分， 主机系统，有远程总线与本地总线之分，远程节点总数 64。 达64。 Sensoplex：德国福特汽车公司开发，采用主从式总 ：德国福特汽车公司开发， 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64 64。 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64。 P-Net：丹麦Process Data公司开发，电气规范遵循 ：丹麦Process Data公司开发 公司开发， EIA-485标准 采用分段结构的多主网络系统， 标准， EIA-485标准，采用分段结构的多主网络系统，主节点 总数达32 各主节点间采用“虚拟令牌” 32， 总数达32，各主节点间采用“虚拟令牌”依次控制总线 的访问权。 的访问权。