认识工业控制网络

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。

工控网络安全工控网络安全什么是工控网络安全工控网络安全，即工业控制系统网络安全，是指对工业控制系统网络进行保护和防御，以确保工控系统运行正常、安全可靠的一系列技术和措施。

工控网络安全主要应用于工业控制系统中，包括工厂自动化、能源管理、交通信号控制等领域。

工控网络安全的重要性工控系统通常涉及到对关键基础设施的控制和监控，例如电力系统、水务系统、交通系统等。

如果这些系统受到攻击或者遭到破坏，将会对社会经济发展和人民生活带来极大的影响。

因此，保护工控系统网络的安全对于社会稳定和经济发展具有重要意义。

工控网络安全存在的挑战和威胁1. 高风险：工控系统网络通常面临更高的风险和威胁，包括恶意软件、黑客攻击、网络等。

2. 脆弱性：工控系统网络的脆弱性较高，因为这些系统通常存在安全漏洞，或者过于依赖过时的技术和设备。

3. 隐蔽性：工控系统网络攻击往往具有隐蔽性，攻击者可以隐藏自己的身份，难以被发现和追溯。

4. 可用性：工控系统网络的可用性是一个重要的问题，因为网络安全措施可能会对系统的正常运行产生一定的影响。

工控网络安全的解决方案1. 网络隔离：将工控系统网络与企业内部网络进行隔离，避免攻击从企业网络传播到工控系统网络。

2. 强密码策略：采用强密码策略，包括使用复杂的密码、定期更换密码，并限制密码的使用权限。

3. 安全更新和补丁管理：及时更新和安装工控系统网络的安全补丁和更新，以修补已知的漏洞和弱点。

4. 态势感知和入侵检测：建立有效的态势感知系统和入侵检测系统，及时发现和应对潜在的安全威胁。

5. 安全培训和意识提升：开展安全培训，提高工控系统网络管理员和操作人员的安全意识，防范社会工程学攻击。

6. 安全审计和风险评估：定期进行安全审计和风险评估，发现和修复可能存在的安全漏洞。

工控网络安全的未来发展趋势1. 和机器学习在工控网络安全中的应用将逐渐增加，用于识别和应对新型威胁和攻击。

2. 工控系统网络将更加智能化和自动化，提升对网络安全的响应速度和效率。

工业控制网络与Ethernet和TCP/IP技术1 引言20世纪80年代中期发展起来的现场总线(Fieldbus)技术，由于其适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，促进了目前的自动化仪表、DC S(Distributed Control System) 和PLC等产品所面临的体系结构和功能结构的重大变革，导致工业自动化产品的更新换代，从而给控制领域带来了一场革命。

但是，目前现场总线标准不统一，多种总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现相互高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟，难以实现真正的开放性。

而以太网以其低成本、通信速率高、高度开放性的优点逐渐受到人们的关注。

2 以太网技术介绍2.1 以太网技术基础以太网是由DEC、Intel和Xerox三家公司在20世纪70年代开发研制的。

它采用的是载波侦听/冲突检测(CSMA/CD)的多路访问协议。

设计以太网最初是为了使系统能够不局限于某一种传输介质，如光纤、同轴电缆、无线电波,因此取名为以太网。

80年代中期，IEEE在DEC、Intel和Xerox三家公司开发的以太网基础上，制定了802.3LAN标准。

因此，现在有IEEE的802.3LAN标准和DIX II以太网2个标准，但二者差别不大，他们的帧格式如图1所示。

图1 DIX Ethernet数据帧格式在IEEE 802.3标准中，定义目的地址和源地址长度是2字节或者6个字节。

因此帧的长度范围是64-1518个字节。

需要注意的是在实际应用中，目的地址和源地址长度都是6字节，因此帧的实际最小长度为72个字节。

2.2 以太网技术的特点以太网由于其应用的广泛性和技术的先进性，逐渐应用于工业现场。

与目前的现场总线相比，以太网具有以下优点:(1) 成本低廉目前以太网卡的价格只有Profibus、FF等现场总线网卡的1/10。

(2) 应用广泛以太网可以保证多种开发工具和开发环境可供选择。

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。