工业控制网络

1、HIT Rockwell Automation Lab工业控制网络概述工业控制网络概述 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 罗克韦尔自动化实验室罗克韦尔自动化实验室2003年年10月第二版月第二版HIT Rockwell Automation Lab工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展50年代基地式气动仪表控制系统年代基地式气动仪表控制系统50年代末年代末420mA电动模拟信号控制系统电动模拟信号控制系统60年代计算机控制系统年代计算机控制系统70年代中期年代中期DCS（集散控制系统）（集散控制系统）80年代年代FCS（现场总线控制系统）（现场总线控制系统）HIT Rockwell Auto

2、mation Lab 人们一般把人们一般把 50年代前的气动信号控制系统年代前的气动信号控制系统称作第一代控制系统称作第一代控制系统 ,把把 4 2 0等等电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统 ,把把数字计算机集中式控制系统称为第三代数字计算机集中式控制系统称为第三代 控制系控制系统统,而把而把 70年代中期以来的集散式分布控制系统年代中期以来的集散式分布控制系统称作第四代控制系统。称作第四代控制系统。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（2）HIT Rockwell Automation Lab工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（

3、3） 第三代数字计算机集中式控制系统一般是第三代数字计算机集中式控制系统一般是以微处理器、以微处理器、PC或工控机为核心，总线系列或工控机为核心，总线系列一般采用一般采用S-100、STD、PC中的中的ISA、PCI、MULTIBUS总线等。这些总线由于采用集中总线等。这些总线由于采用集中式控制方式，降低了系统的可靠性。同时，式控制方式，降低了系统的可靠性。同时，现场太多、太长的接线，使得系统的抗干扰现场太多、太长的接线，使得系统的抗干扰能力降低。如直接数字控制（能力降低。如直接数字控制（DDC）系统和）系统和监督控制（监督控制（SCC）系统。）系统。HIT Rockwell Automati

4、on Lab 进入进入 7 0年代年代 ,大规模集成电路问世大规模集成电路问世 ,微处理微处理器的诞生器的诞生 ,控制技术、显示技术、计算机技术、控制技术、显示技术、计算机技术、通信技术等的进一步发展通信技术等的进一步发展 ,人们为了继承常规模人们为了继承常规模拟仪表和计算机控制技术的优点拟仪表和计算机控制技术的优点 ,进一步提高控进一步提高控制系统的安全性和可靠性并降低成本制系统的安全性和可靠性并降低成本 ,开发研制开发研制了以微处理器为基础的新型过程控制系统了以微处理器为基础的新型过程控制系统集散控制系统集散控制系统(Distributed Control System),简称简称 DCS

5、。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（4）HIT Rockwell Automation Lab 回顾回顾DCS应用三十年来的情况应用三十年来的情况 ,虽然很虽然很多公司相继开发出一代又一代的产品多公司相继开发出一代又一代的产品 ,功能功能不断改进不断改进 ,在通信方式上在通信方式上 ,管理级和监控级管理级和监控级是数字总线通信是数字总线通信 ,而处于现场的控制级和检而处于现场的控制级和检测级仍是测级仍是 4 2 0 m A模拟量通信。模拟量通信。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（5）HIT Rockwell Automation LabI/O4-20 mAAnaly

6、zerPLC4-20 mA控制站控制站操作站操作站LAN工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（6）DCS系统结构系统结构HIT Rockwell Automation Lab 现场总线控制系统作为新一代控制系统现场总线控制系统作为新一代控制系统 ,一方面一方面 ,突破了系统采用通信专用网络的局限突破了系统采用通信专用网络的局限 ,采用了基于公开化、标准化的解决方案采用了基于公开化、标准化的解决方案 ,克服了封克服了封闭系统所造成的缺陷闭系统所造成的缺陷 ;另一方面把的集中与分另一方面把的集中与分散相结合的集散系统结构散相结合的集散系统结构 ,变成了新型全分布式结构变成了新型全分布式结

7、构 ,把控制功能彻底下放到现场。可以说把控制功能彻底下放到现场。可以说 ,开放性、分开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（7）HIT Rockwell Automation LabH2网桥网桥32H1H1H2H1操作站操作站LAN总线卡总线卡服务器服务器124台设备台设备现场总线现场总线现场总线现场总线H132台设备台设备现场总线现场总线H132台设备台设备现场总线现场总线工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（8）新一代新一代FCS系统结构系统结构HIT Rockwell Auto

8、mation Lab现场总线的定义现场总线的定义根据根据IECIEC的标准定义：的标准定义：“安装在制造和过程安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向串行传输、多路通置之间的数字式、双向串行传输、多路通信的数据总线称为现场总线。信的数据总线称为现场总线。HIT Rockwell Automation Lab设备层设备层控制层控制层Level of Data Integration信息自动化机器企业ModularOpenEmbeddedFCS控制系统结构控制系统结构HIT Rockwell Automation Lab罗克韦尔推

9、出的现场总线控制系统体系结构InternetPhotoelectricSensorEtherNetControlNetTMDeviceNetTMInformationDevice ControlComputer 2 Computer 1Controller4Controller3Controller1Controller2Bar Code ReaderSmart Speed ControllerHMIOperatorInterfaceI/OI/ORemote AccessRouter DeviceDisplay StationFCS控制系统结构控制系统结构HIT Rockwell Automa

10、tion LabFCS控制系统组成控制系统组成HIT Rockwell Automation Lab组态工具软件组态工具软件为用计算机进行设备配置、网络为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台的工具软件，如：组态提供平台的工具软件，如：RSNetworx For RSNetworx For DeviceNetDeviceNet， RSNetworx For ControlNetRSNetworx For ControlNet；组态通信软件组态通信软件为通过计算机将设备配置、网络为通过计算机将设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的软件（将配置与组组态信息传送至总线设备而使用的软件（将配置与

11、组态信息根据现场总线协议规范（态信息根据现场总线协议规范（ProtocolSpecification）的通信要求进行处理，再从计算机通过）的通信要求进行处理，再从计算机通过总线电缆传送至总线设备），如：总线电缆传送至总线设备），如：RSLinxRSLinx；FCS控制系统组成（控制系统组成（2）HIT Rockwell Automation Lab控制器编程软件控制器编程软件为用户程序提供编程环境的软为用户程序提供编程环境的软件平台，件平台，RSLogixRSLogix 5 550050050005000系列编程软件；系列编程软件；用户程序软件用户程序软件根据系统的工艺流程及其他要求根据系统的

12、工艺流程及其他要求而编写的而编写的PLC（控制器）应用程序；（控制器）应用程序；设备接口通信软件设备接口通信软件根据现场总线协议规范而根据现场总线协议规范而编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件；软件；FCS控制系统组成（控制系统组成（3）HIT Rockwell Automation Lab设备功能软件设备功能软件使总线设备实现自身功能（不包使总线设备实现自身功能（不包括现场总线通信部分）的软件，如电动机保护器本括现场总线通信部分）的软件，如电动机保护器本身的软件部分；身的软件部分；监控组态软件监控组态软件运行于监控计算机运行于监控计算机

13、(通常也称为上通常也称为上位机位机)上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能，及报表打印等功能，RSview32RSview32等。等。 FCS控制系统组成（控制系统组成（4）HIT Rockwell Automation Lab现场总线的特点现场总线的特点（1 1）现场总线是现场通信网络）现场总线是现场通信网络a.现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制造现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制造或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业

14、现场的；或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；b.现场总线完全适应于工业现场环境，因为它就是为此而现场总线完全适应于工业现场环境，因为它就是为此而设计的。设计的。（2 2）现场总线是数字通信网络）现场总线是数字通信网络在现场总线（系统）中，同层的或和不同层的总线设备在现场总线（系统）中，同层的或和不同层的总线设备之间均采用数字信号进行通信。之间均采用数字信号进行通信。传统的传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪表与控制站中的输入输出单元之间采用的是一对一的模仪表与控制站中的输入输出单元之间采用的是一对一的模拟信号传输。拟信号传

15、输。HIT Rockwell Automation Lab（3 3）现场总线是开放互连网络）现场总线是开放互连网络a. 现场总线标准、协议规范是公开的，所有制造现场总线标准、协议规范是公开的，所有制造商都必须遵守；商都必须遵守；b. 现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪，也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪一家；一家；（4 4） 现场总线是现场设备互连网络现场总线是现场设备互连网络通过一根通信线将所需的各个现场设备（如变送器通过一根通信线将所需的各个现场设备（如变送器传感器、执行器、控制器）互相连

16、接起来，即用传感器、执行器、控制器）互相连接起来，即用一根通信线直接互连一根通信线直接互连N个现场设备，从而构成了现场个现场设备，从而构成了现场设备的互连网络。设备的互连网络。现场总线的特点（现场总线的特点（2）HIT Rockwell Automation Lab现场总线的特点（现场总线的特点（3） （5 5）现场总线是结构与功能高度分散的系统）现场总线是结构与功能高度分散的系统 a. 现场总线的系统结构具有高度分散性，这是由上述现场总线的系统结构具有高度分散性，这是由上述（4）、（）、（3）两点决定的；）两点决定的； b. 现场总线的系统功能实现了高度分散。现场总线的系统功能实现了高度分散

17、。 现场总线废弃了现场总线废弃了DCS的控制站及其输入输出单元，的控制站及其输入输出单元，从根本上改变了从根本上改变了DCS集中与分散相结合的集散控制系统体集中与分散相结合的集散控制系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现了彻底的分散控制。了彻底的分散控制。 （6 6）现场设备的互操作性与互换性）现场设备的互操作性与互换性 a.互操作性：不同厂商的现场设备可以互连，互相之间互操作性：不同厂商的现场设备可以互连，互相之间可以进行信息交换并可统一组态；可以进行信息交换并可统一组态； b. 互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以互相

18、替互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以互相替换换 现场总线中现场设备的互操作性与互换性是现场总线中现场设备的互操作性与互换性是DCS无无法具备的。法具备的。 HIT Rockwell Automation Lab 1. 导线导线和和连接附件连接附件大量减少大量减少 2. 仪表和输入输出转换器（卡件）仪表和输入输出转换器（卡件）大量减大量减少少 3. 设计、安装和调试设计、安装和调试周期短，周期短，费用费用大大降低大大降低 4. 维护开销维护开销大幅度下降大幅度下降 5. 系统系统可靠性可靠性提高提高 6 6. 系统测量与控制的系统测量与控制的精度精度提高提高 现场总线的优点现场总线的优点H

19、IT Rockwell Automation Lab7. 系统具有优异的系统具有优异的远程监控远程监控功能功能8. 系统具有强大的（远程）系统具有强大的（远程）故障诊断故障诊断功能功能9. 设备配置、网络组态和系统集成设备配置、网络组态和系统集成方便自由方便自由10. 现场设备现场设备更换更换和系统和系统扩展扩展更为方便更为方便1111.为为企业信息系统企业信息系统的构建创造了重要条件的构建创造了重要条件现场总线的优点（现场总线的优点（2）HIT Rockwell Automation Lab2.现场总线产生的因素现场总线产生的因素 (1)模拟仪表的模拟仪表的缺点缺点 *一对一结构：一对一结构

20、：一一对传输线，对传输线，一一台仪表，单向传输台仪表，单向传输一一个信号；个信号； 安装接线庞杂，工程费用高，维护困难；安装接线庞杂，工程费用高，维护困难； *可靠性差：模拟信号传输易受干扰，精度低；可靠性差：模拟信号传输易受干扰，精度低； (2)现场总线仪表的现场总线仪表的优点优点 *一对一对N结构：结构：一一对传输线，对传输线，N台仪表，双向传输台仪表，双向传输多多个信号；个信号； 安装接线简单，工程费用低，维护容易；安装接线简单，工程费用低，维护容易； *可靠性高：数字信号传输抗干扰强，精度高；可靠性高：数字信号传输抗干扰强，精度高； *可控状态：操作人员在控制室既可了解其工作状况，也能

21、对其进行可控状态：操作人员在控制室既可了解其工作状况，也能对其进行 参数调整，还可预测故障；参数调整，还可预测故障； *综合功能：现场总线仪表既有检测、变换和补偿功能，综合功能：现场总线仪表既有检测、变换和补偿功能， 又有控制和运算功能；又有控制和运算功能； *分散控制：功能块分散在现场仪表中，实现了分散控制：功能块分散在现场仪表中，实现了彻底的分散控制彻底的分散控制。现场总线产生的因素现场总线产生的因素(1/2)HIT Rockwell Automation Lab现场总线产生的因素现场总线产生的因素(2/2)(3)微处理器微处理器技术的发展技术的发展(4)集成电路集成电路技术的发展技术的发

22、展(5)计算机计算机技术的发展技术的发展(6)通信网络通信网络技术的发展技术的发展(7)用户需求和市场竞争用户需求和市场竞争HIT Rockwell Automation Lab 现场总线将现场总线将网络化网络化、信息化信息化的概念引入控制领域中，构建的概念引入控制领域中，构建完整的控制网络和信息网络，实现控制灵活、分散控制、信息完整的控制网络和信息网络，实现控制灵活、分散控制、信息共享、优化企业生产过程，实现企业的共享、优化企业生产过程，实现企业的量化管理量化管理，减少安装、，减少安装、维护成本，提高设备可靠性，提高生产效率。当今不少国家的维护成本，提高设备可靠性，提高生产效率。当今不少国家

23、的自动化公司都投入巨大的人力、物力、财力全方位地进行现场自动化公司都投入巨大的人力、物力、财力全方位地进行现场总线技术研究与应用开发，形成了剧烈的市场竞争，这使现场总线技术研究与应用开发，形成了剧烈的市场竞争，这使现场总线技术出现了复杂的局面，形成了多种现场总线技术标准，总线技术出现了复杂的局面，形成了多种现场总线技术标准，据统计目前国际上至少有超过据统计目前国际上至少有超过40种的现场总线标准。种的现场总线标准。IEC（国（国际电工委员会）际电工委员会）1984年开始着手试图制订单一的国际总线标准年开始着手试图制订单一的国际总线标准，但一直未能实现。，但一直未能实现。现场总线的标准现场总线的

24、标准(1/4)HIT Rockwell Automation Lab 目前国际上是目前国际上是多种多种现场总线现场总线并存并存，IEC于于2000年年1月月4日公布日公布 IEC现场总线标准现场总线标准(IEC61158) 的的 投票结果。投票结果。 IEC61158采用以下采用以下8种种现场总线：现场总线： 类型类型1：IEC61158技术报告技术报告 (即即FF H1) 类型类型2：ControlNet (美国美国Rockwell Automation) 类型类型3：PROFIBUS (德国德国Siemens) 类型类型4：P-NET (丹麦丹麦Process Data) 类型类型5：FF

25、 HSE (美国美国Fisher-Rosemount) 类型类型6：Swiftnet (美国美国Boeing) 类型类型7：World FIP (法国法国Alstom) 类型类型8：Interbus (德国德国Phoenix Contact) 注：注：IEC现场总线标准的现场总线标准的8种类型都是平等的，并要求类型种类型都是平等的，并要求类型28对类型对类型1提供接口，但不要求类型提供接口，但不要求类型28之间提供接口。之间提供接口。现场总线的标准现场总线的标准(2/4)HIT Rockwell Automation Lab其余现场总线：其余现场总线： HART (美国美国Fisher-Ros

26、emount) CAN (德国德国Bosch，ISO11898 ，Philips) LON (Lon Works) (美国美国Echelon) Dupline (瑞士瑞士Carlo Gavazzi) * * 设备层设备层现场总线现场总线: IEC62026 - (IEC17B Committee) DeviceNet(Rockwell, Omron, Cutler-Hammer,.)AS-i (P+F, Siemens) SDS *现场总线的标准现场总线的标准(3/4)HIT Rockwell Automation Lab* 每种总线的产生都有一定的应用背景，如每种总线的产生都有一定的应用背景

27、，如Profibus在制在制造业，造业，WorldFIP、FF、ControlNet在过程控制行业，在过程控制行业，P-Net在农业自动化领域。在农业自动化领域。*每种总线都有一个或多个大公司的支持，公司的利益与每种总线都有一个或多个大公司的支持，公司的利益与总线的发展息息相关。如总线的发展息息相关。如WorldFIP主要由主要由Alstom公司支持公司支持，Profibus以以Siemens为主要支持，为主要支持，ControlNet则以则以Rockwell公司为主要背景。公司为主要背景。*每种总线都力图开发其应用领域，以扩张其势力范围。每种总线都力图开发其应用领域，以扩张其势力范围。大多数

28、总线都成立了相应的国际组织，力图在制造商和用大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制造商和用户中创造影响，以取得更多方面的支持。户中创造影响，以取得更多方面的支持。*每种总线大多将自己作为国家或地区标准，以加强自己每种总线大多将自己作为国家或地区标准，以加强自己的竞争地位，如的竞争地位，如P-Net已成为丹麦标准，已成为丹麦标准，Profibus已成为德已成为德国标准，国标准，WorldFIP成为法国标准成为法国标准2。现场总线的标准现场总线的标准(4/4)HIT Rockwell Automation LabFCS和和DCS的集成技术的集成技术现场总线数字仪表现场总线数字仪表逐步替代逐步替

29、代常规的模拟仪表常规的模拟仪表 FCS逐步改造逐步改造DCS FCS和和DCS集成集成HIT Rockwell Automation LabFCS系统和系统和DCS 系统系统 的集成的集成(1/2)DCSFCS net网关网关控制单元控制单元 ( ( CU ) )常规模拟仪表常规模拟仪表 输入输出单元输入输出单元 ( ( IOU ) ) 现线总线服务器现线总线服务器 ( ( FS ) )H1H2现线总线数字仪表现线总线数字仪表H1H1网桥网桥H1 IO总总线线DCS net工程师站工程师站操作员站操作员站计算机站计算机站工程师站工程师站操作员站操作员站计算机站计算机站终端器终端器FCSHIT

30、Rockwell Automation Lab企业网络企业网络(Intranet)网关网关DCSFCS网关网关FCS系统和系统和DCS 系统系统 的集成的集成(1/2)FCS信息层信息层FCS控制层控制层FCS设备层设备层网关网关DCSHIT Rockwell Automation Lab网络基本概念网络基本概念1.通信系统组成通信系统组成信息源信息源发送设备编码调制传输介质接收设备译码调制接收者接收者噪声干扰信息源：信息源：信息的产生者信息的产生者接收者：接收者：信息的接收者信息的接收者发送设备：发送设备：发送设备的基发送设备的基本功能是将信息源产生的本功能是将信息源产生的信号经过编码，并变

31、换为信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送便于传送的信号形式，送往传输介质往传输介质接收设备：接收设备：接收设备的基接收设备的基本功能是完成发送设备的本功能是完成发送设备的反变换，从带有干扰的信反变换，从带有干扰的信号中正确恢复出原始的信号中正确恢复出原始的信息来。息来。传输介质：传输介质：发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介HIT Rockwell Automation Lab网络基本概念（网络基本概念（2）传输介质传输介质双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆光纤光纤无线与卫星通信无线与卫星通信HIT Rockwell Automation L

32、ab网络基本概念（网络基本概念（3）2. 通信方式通信方式单工通信：单工通信：信息传输始终是一个方向信息传输始终是一个方向半双工通信：半双工通信：信息流可在两个方向上传输，信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向但同一时刻只限于一个方向传输传输全双工通信：全双工通信：能同时作双向通信的网络。与能同时作双向通信的网络。与半双工相比全双工通信效率高，半双工相比全双工通信效率高，控制简单，但结构复杂，成本控制简单，但结构复杂，成本较高较高发送单向通道接收发送接收单向通道接收发送发送接收接收发送双向通道HIT Rockwell Automation Lab网络基本概念（网络基本概念（4）3.

33、 网络拓扑结构网络拓扑结构星型星型树型树型总线型总线型环型环型采用集中式通讯控制策略，所有节点通讯均采用集中式通讯控制策略，所有节点通讯均由中央节点控制由中央节点控制适合于主次、分等级的层次型管理系统适合于主次、分等级的层次型管理系统HIT Rockwell Automation Lab网络基本概念（网络基本概念（4）介质访问控制方式介质访问控制方式在总线和环形拓扑结构中，网上的设备必须共享传输线路。为解决同一时在总线和环形拓扑结构中，网上的设备必须共享传输线路。为解决同一时间有几个设备同时争用传输介质，需有某种介质访问控制方式，以便协调间有几个设备同时争用传输介质，需有某种介质访问控制方式，

34、以便协调设备访问介质的顺序，设备之间交换数据。设备访问介质的顺序，设备之间交换数据。CSMACD（载波监听多路访问冲突检测）（载波监听多路访问冲突检测）这种工作方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机这种工作方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，称之为争用技术。若同一时刻有多个的，必须在网络上争用传输介质，称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站、向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭工作站、向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭破坏，称为破坏，称为“冲突冲突”。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站发

35、。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监载波监听听”。HIT Rockwell Automation Lab网络基本概念（网络基本概念（5）令牌访问控制令牌访问控制令牌环（令牌环（tokenring)形式形式环形结构网络采用的一种访问控制方式。环形结构网络采用的一种访问控制方式。节点节点A要传递一个信息给节点要传递一个信息给节点C， 则等到持有令牌时，将包含有目的地址和数据的数据帧发送给则等到持有令牌时，将包含有目的地址和数据的数据帧发送给B节点，节点，B节点比较目的地址与本站地

36、址不相符，便将原帧发送给节点比较目的地址与本站地址不相符，便将原帧发送给C节点，节点，C节节点接收后，修改状态位，表示此帧已被正确接收，并将修改后数据帧点接收后，修改状态位，表示此帧已被正确接收，并将修改后数据帧传送给传送给D节点，节点，E节点，最后回到节点，最后回到A，A从返回帧的状态位上得知发送从返回帧的状态位上得知发送成功，则取消此帧，并将令牌传递给成功，则取消此帧，并将令牌传递给B节点。节点。 A B C D EHIT Rockwell Automation Lab网络基本概念（网络基本概念（5）令牌传递总线（令牌传递总线（token-Ring bus)方式方式采用总线拓扑结构，网上各

37、工作站按一定顺序形成一逻采用总线拓扑结构，网上各工作站按一定顺序形成一逻辑环，按照令牌环网的形式进行通信。辑环，按照令牌环网的形式进行通信。令牌环令牌环网网络每个站点都知道信息的来去动向，保证了较网网络每个站点都知道信息的来去动向，保证了较高的信息传递的确定性。由于能估算出信息传输的延迟时高的信息传递的确定性。由于能估算出信息传输的延迟时间，所以比较适合在实时系统中应用。而间，所以比较适合在实时系统中应用。而CSMA/CD方式方式的信息传递时间是不确定的。令牌环方式对轻、重负荷不的信息传递时间是不确定的。令牌环方式对轻、重负荷不太敏感，但网络节点出现故障时会使整个网络瘫痪，可靠太敏感，但网络节

38、点出现故障时会使整个网络瘫痪，可靠性较差。性较差。令牌传递总线令牌传递总线具有网络初始化（分配访问顺序）、故障恢具有网络初始化（分配访问顺序）、故障恢复、出去不活动节点及添加新网络节点的功能，但也大大复、出去不活动节点及添加新网络节点的功能，但也大大增加了令牌传递总线访问控制的复杂性。增加了令牌传递总线访问控制的复杂性。HIT Rockwell Automation Lab通信网络模型通信网络模型国际标准化组织国际标准化组织(ISO)公布的开放系统互连公布的开放系统互连(OSI)参考模型共有参考模型共有七层七层ISO：InternationalStandardizationOrganizati

39、onOSI：OpenSystemInterconnection通信网络模型通信网络模型(1/4)HIT Rockwell Automation Lab通信网络模型通信网络模型(2/4)国际标准化组织国际标准化组织(ISO)公布的开放系统互连公布的开放系统互连(OSI)参考模型共有参考模型共有七层七层：应用层应用层 7表示层表示层 6会话层会话层 5传输层传输层 4网络层网络层 3链路层链路层 2物理层物理层 1应用层应用层 7表示层表示层 6会话层会话层 5传输层传输层 4网络层网络层 3链路层链路层 2物理层物理层 1传输介质传输介质ISO：InternationalStandardizat

40、ionOrganizationOSI：OpenSystemInterconnectionS1S2HIT Rockwell Automation Lab物理层：物理层： 提供通信设备的机械、电气、功能和规程特性，提供通信设备的机械、电气、功能和规程特性， 对数据位流进行编码和解码，故障检测指示；对数据位流进行编码和解码，故障检测指示；链路层：链路层： 构造传送数据的帧，构造传送数据的帧， 介质访问控制，差错控制介质访问控制，差错控制；网络层：网络层： 传送报文分组，选择路径，传送报文分组，选择路径， 拥挤控制，网络互连；拥挤控制，网络互连；传送层：传送层： 提供建立、维护和拆除传送连接的功能，提

41、供建立、维护和拆除传送连接的功能， 提供可靠的传送服务提供可靠的传送服务；会话层：会话层： 建立和管理两个进程之间的连接，建立和管理两个进程之间的连接， 为两个进程提供对话服务；为两个进程提供对话服务；表示层：表示层： 提供数据变换服务，提供数据变换服务， 协议转换服务，协议转换服务， 数据库管理服务；数据库管理服务；应用层：应用层： 面向用户，为面向用户，为OSI用户提供各种服务用户提供各种服务， 如通信服务、终端服务、文件传送和网络管理等。如通信服务、终端服务、文件传送和网络管理等。通信网络模型通信网络模型(3/4)HIT Rockwell Automation Lab应用层应用层 7表示

42、层表示层 6会话层会话层 5传输层传输层 4网络层网络层 3链路层链路层 2物理层物理层 1S1应用层应用层 7表示层表示层 6会话层会话层 5传输层传输层 4网络层网络层 3链路层链路层 2物理层物理层 1S2数数 据据数数 据据H7数数 据据H7H6数数 据据H7H6H5数数 据据H7H6H5H4数数 据据H7H6H5H4H3H2数数 据据H7H6H5H4H3T2H2数数 据据H7H6H5H4H3T2数数 据据H7数数 据据H2H3H4H5H6T2H7数数 据据H2H3H4H5H6T2H7数数 据据H3H4H5H6H7数数 据据H4H5H6H7数数 据据H5H6H7数数 据据H6H7数数

43、据据封装封装卸装卸装报头报头(Header) H7H2报尾报尾(Trailer) T2帧帧通信网络模型通信网络模型(4/4)HIT Rockwell Automation Lab现场总线模型现场总线模型 邮件内容邮件内容：n 通用语言通用语言n 读读并并理解理解FB: 功能块功能块信件内容信件内容：n 收收/发信件人发信件人n 信件内容信件内容FB: 数据参数数据参数信封内容信封内容：n收收/发信人的地址发信人的地址n邮票邮票n信件内容包在里面信件内容包在里面n书写格式严格书写格式严格FB: 报文何时送出报文何时送出 送给哪个设备送给哪个设备信箱信箱：n 保存信封保存信封n 地地址址并并标识标

44、识运送信件运送信件：FB: 在通信媒体上的信号在通信媒体上的信号物物 理理层层数数 据据 链链 路路 层层应应用用层层网络管理网络管理传输介质传输介质用用户户层层Postmaster:n Coordination网网络络管管理理1278TAG TIC101Reactor TemperaturePV = 242 degrees C省略省略36层层HIT Rockwell Automation Lab选择什么样的网络选择什么样的网络控制系统的通信中往往要考虑以下几个控制系统的通信中往往要考虑以下几个问题：问题：系统中不同产品间要有可靠的系统中不同产品间要有可靠的互操作性互操作性及不及不同供货商的同

45、类产品要有可同供货商的同类产品要有可互换性互换性。产品怎样互联在一起？产品怎样互联在一起？产品将要交换什么样产品将要交换什么样类型类型的数据？的数据？是控制数据是控制数据( (如如 I/O I/O 等等) )还是信息数据。还是信息数据。系统需要什么样的吞吐量系统需要什么样的吞吐量产品怎样被组态？产品怎样被组态？系统能否在将来可以进一步扩充？系统能否在将来可以进一步扩充？HIT Rockwell Automation Lab根据具体的应用需求来选择不同的网络，不根据具体的应用需求来选择不同的网络，不同的应用需求对数据的要求是不同的同的应用需求对数据的要求是不同的: : 对数据量要求的不同。网络上

46、要求传送的数据量可对数据量要求的不同。网络上要求传送的数据量可能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化，对能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化，对网络的带宽有不同要求。网络的带宽有不同要求。 对数据类型要求不同。要求可能是对数据类型要求不同。要求可能是I/OI/O信息，状态信息，状态突变的信息或显式报文（突变的信息或显式报文（Explicit MessagingExplicit Messaging），），程序的程序的 上载上载/ /下载下载 ，诊断信息等，诊断信息等 对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速离散量或者模拟量，对工业控制网络特别

47、要求确定离散量或者模拟量，对工业控制网络特别要求确定性和可重复性。性和可重复性。选择什么样的网络选择什么样的网络HIT Rockwell Automation Lab红外色谱扫描仪器传感器分析仪器开关量信号单回路控制器驱动装置微驱动装置控制阀门马达启动器接触器 电磁阀ASI数据宽度：位字节数据流SeriplexDeviceNetINTER-BUSPROFI-BUS-DPPROFIBUS-FMSP-NETLON WorksFIPFOUNDATION FieldbusControlNet各种现场总线适于应用的场合HIT Rockwell Automation Lab吞吐量吞吐量吞吐量：来自设备的输

48、入数据传送到需要它的所有节点和吞吐量：来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和节点产生的输出数据传送到需要它的所有节点的速率。节点产生的输出数据传送到需要它的所有节点的速率。吞吐量有以下三个因素决定：吞吐量有以下三个因素决定： 波特率波特率 是把数字信号放到网上去的原始速率，通常上用每是把数字信号放到网上去的原始速率，通常上用每秒比特位或字节表示。秒比特位或字节表示。 协议效率协议效率：数据包中有效数据位与整个包长度的比值。：数据包中有效数据位与整个包长度的比值。 网络模式网络模式：源：源/目的模式，生产者目的模式，生产者/消费者模式消费者模式。其他影响吞吐量的因素：其他影响吞吐量的因素：介

49、质访问控制介质访问控制冲突检测机制冲突检测机制HIT Rockwell Automation Lab 波特率波特率 数字信号放到网上的原始速率数字信号放到网上的原始速率 协议效率协议效率 数据包中有效数据位与整个包长度的比值数据包中有效数据位与整个包长度的比值 网络模式网络模式ProduceConsumer、源目的、源目的吞吐量决定因素吞吐量决定因素HIT Rockwell Automation Lab网络传输模式网络传输模式现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源源/ /目的目的 (Source/Destination)(Source/D

50、estination)模型和模型和 生产者生产者/ /消费者消费者 (Producer/Customer)(Producer/Customer)模型。模型。典型的源典型的源/ /目的模型的一个数据包如下所示：目的模型的一个数据包如下所示：源目的模式是以节点地址为中心的编码方式，数源目的模式是以节点地址为中心的编码方式，数据包中包含了据包中包含了源源IDID、目的目的IDID、数据及校验码。、数据及校验码。源源目的目的数据数据crcHIT Rockwell Automation Lab网络传输模式（网络传输模式（2 2）- - 在主在主/ /从系统中经常用这种模式，主从系统中经常用这种模式，主/

51、 /从是一个层次体系，从是一个层次体系， 系统中包含一个发起所有通信的主机，从机只能跟主机通信系统中包含一个发起所有通信的主机，从机只能跟主机通信并且以并且以“只答只答”的方式（的方式（speak only when spoken tospeak only when spoken to），）， 当用于当用于I/OI/O信息时，这种网络就只能限于这种功能。信息时，这种网络就只能限于这种功能。- - 点对点结构优于主点对点结构优于主/ /从结构，提供更多的灵活性，在点对点从结构，提供更多的灵活性，在点对点的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设备的请求。由于所要求的灵活性，