工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述課件

計算機控制網(wǎng)絡(luò)1計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)1計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)2計算機控制網(wǎng)絡(luò)第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述第2章通信理論基礎(chǔ)第3章OSI參考模型與現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)第4章RS-232、RS-485通信第5章典型現(xiàn)場總線解析第6章現(xiàn)場總線“應(yīng)用層”的研究與設(shè)計第7章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)第8章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實例剖析第9章本鋼冷軋板線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡介計算機控制網(wǎng)絡(luò)2計算機控制網(wǎng)絡(luò)第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述計算機控制網(wǎng)絡(luò)3第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述1.1信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上交換信息的類型，現(xiàn)代分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可分為兩種：控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)絡(luò)的特點：數(shù)據(jù)包大，發(fā)送頻率相對比較低，經(jīng)常是瞬間傳送大量數(shù)據(jù)，要求以高傳送速度來傳輸數(shù)據(jù)比較大的文件，信息網(wǎng)絡(luò)對實時性沒有苛刻的限制?？刂凭W(wǎng)絡(luò)特點：在許多節(jié)點之間高頻率的發(fā)送大量比較小的數(shù)據(jù)包來滿足實時性的要求。

計算機控制網(wǎng)絡(luò)3第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述1.1信息網(wǎng)絡(luò)與控計算機控制網(wǎng)絡(luò)4

區(qū)分信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因素是看網(wǎng)絡(luò)是否具有支持實時應(yīng)用的能力?？刂凭W(wǎng)絡(luò)要求數(shù)據(jù)的確定性和可重復(fù)性。確定性：指數(shù)據(jù)有限制的延遲和有保證的傳送。可重復(fù)性：指網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力不受網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點的動態(tài)改變（增加節(jié)點或者刪除節(jié)點）和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載改變的影響。計算機控制網(wǎng)絡(luò)4區(qū)分信息網(wǎng)絡(luò)和控制計算機控制網(wǎng)絡(luò)51.2控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景

在信息網(wǎng)絡(luò)中，我們的主要任務(wù)是將大量的信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，從而達(dá)到資源共享的目的，強調(diào)的是網(wǎng)絡(luò)的連通性和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在控制網(wǎng)絡(luò)中，我們的主要任務(wù)卻是將控制信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，從而達(dá)到系統(tǒng)同步或控制的目的，強調(diào)的是信息傳輸?shù)膶崟r性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性和控制信息的確定性。計算機控制網(wǎng)絡(luò)51.2控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景在信息網(wǎng)絡(luò)6計算機控制網(wǎng)絡(luò)

計算機控制網(wǎng)絡(luò)正在為工業(yè)領(lǐng)域帶來一場新的革命，它對于控制理論和控制方法發(fā)展的影響，對于自動化學(xué)科的影響，怎樣估計也不會過高。掌握工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、設(shè)計并熟練操作控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，正在成為自動化專業(yè)及其相關(guān)學(xué)科專業(yè)人才的重要標(biāo)志。6計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)71.3典型現(xiàn)場總線簡介

ControlNet的基礎(chǔ)技術(shù)最初于1995年面世。該總線網(wǎng)絡(luò)是一種用于對信息傳送有時間苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。同時，它允許傳送無時間苛求的報文數(shù)據(jù)。由ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示于圖1.1。從圖1.1可以看出，從工廠到設(shè)備劃分為信息層（Ethernet）、控制層（ControlNet）和現(xiàn)場層（DeviceNet）三層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線舉例：ControlNet現(xiàn)場總線計算機控制網(wǎng)絡(luò)71.3典型現(xiàn)場總線簡介Con8計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.1ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.1ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成9計算機控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet現(xiàn)場總線的通信模式：采用生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumermodel）模式。ControlNet數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)存取控制協(xié)議：采取了一個特殊的令牌傳遞機制。網(wǎng)絡(luò)的媒體存儲通過限制時間存儲算法來控制，采用并行時間域多路存取（CTDMA）方法，在每個網(wǎng)絡(luò)刷新間隔（NUI）內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點的傳接信息機會?？蛻敉ǔ＿x擇ms級的網(wǎng)絡(luò)刷新時間（NUT）來組態(tài)NUI，客戶能夠指定的最小NUT為2ms。9計算機控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet現(xiàn)場總線的通信模式：計算機控制網(wǎng)絡(luò)101.4工業(yè)生產(chǎn)過程對現(xiàn)場總線的要求1.現(xiàn)場總線的基本功能：

（1）經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳遞信息；

（2）正確使用所傳信息；（3）及時處理所傳信息。計算機控制網(wǎng)絡(luò)101.4工業(yè)生產(chǎn)過程對現(xiàn)場總線的要求1.現(xiàn)11計算機控制網(wǎng)絡(luò)2.現(xiàn)場總線的實時性能（1）傳輸速度快指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率來衡量。這條要求與普通計算機通信是一致的。（2）響應(yīng)時間短指突然發(fā)生意外事件時，終端節(jié)點將該事件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時間。（3）巡回時間短指系統(tǒng)與所有通信對象都至少完成一次通信所需的時間。11計算機控制網(wǎng)絡(luò)2.現(xiàn)場總線的實時性能計算機控制網(wǎng)絡(luò)121.5遞階分布式控制系統(tǒng)

圖1.2普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)計算機控制網(wǎng)絡(luò)121.5遞階分布式控制系統(tǒng)圖1.2普13計算機控制網(wǎng)絡(luò)

1990年，美國AMR（AdvanceManufacturingResearch）提出的制造行業(yè)的三層BPS/MES/PCS結(jié)構(gòu)，采用BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的CIMS將流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)分為以設(shè)備綜合控制為核心的過程控制系統(tǒng)（PCS）、以財務(wù)分析/決策為核心的經(jīng)營計劃系統(tǒng)（BPS）和以優(yōu)化管理、優(yōu)化運行為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。對于計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次模型有著多種不同提法，但基本結(jié)構(gòu)都相似。如羅克韋爾公司采用RNA體系層次結(jié)構(gòu)。13計算機控制網(wǎng)絡(luò)1990年，14計算機控制網(wǎng)絡(luò)

圖1.3BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)14計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.3BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)15計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.4RNA體系層次結(jié)構(gòu)圖

15計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.4RNA體系層次結(jié)構(gòu)圖計算機控制網(wǎng)絡(luò)16本章小結(jié)1.信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)2.控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景3.典型的現(xiàn)場總線4.工業(yè)生產(chǎn)過程對現(xiàn)場總線的要求5.遞階分布式控制系統(tǒng)計算機控制網(wǎng)絡(luò)16本章小結(jié)1.信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)17計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)1計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)18計算機控制網(wǎng)絡(luò)第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述第2章通信理論基礎(chǔ)第3章OSI參考模型與現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)第4章RS-232、RS-485通信第5章典型現(xiàn)場總線解析第6章現(xiàn)場總線“應(yīng)用層”的研究與設(shè)計第7章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)第8章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實例剖析第9章本鋼冷軋板線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡介計算機控制網(wǎng)絡(luò)2計算機控制網(wǎng)絡(luò)第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述計算機控制網(wǎng)絡(luò)19第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述1.1信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上交換信息的類型，現(xiàn)代分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可分為兩種：控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)絡(luò)的特點：數(shù)據(jù)包大，發(fā)送頻率相對比較低，經(jīng)常是瞬間傳送大量數(shù)據(jù)，要求以高傳送速度來傳輸數(shù)據(jù)比較大的文件，信息網(wǎng)絡(luò)對實時性沒有苛刻的限制?？刂凭W(wǎng)絡(luò)特點：在許多節(jié)點之間高頻率的發(fā)送大量比較小的數(shù)據(jù)包來滿足實時性的要求。

計算機控制網(wǎng)絡(luò)3第1章工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述1.1信息網(wǎng)絡(luò)與控計算機控制網(wǎng)絡(luò)20

區(qū)分信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因素是看網(wǎng)絡(luò)是否具有支持實時應(yīng)用的能力。控制網(wǎng)絡(luò)要求數(shù)據(jù)的確定性和可重復(fù)性。確定性：指數(shù)據(jù)有限制的延遲和有保證的傳送?？芍貜?fù)性：指網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力不受網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點的動態(tài)改變（增加節(jié)點或者刪除節(jié)點）和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載改變的影響。計算機控制網(wǎng)絡(luò)4區(qū)分信息網(wǎng)絡(luò)和控制計算機控制網(wǎng)絡(luò)211.2控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景

在信息網(wǎng)絡(luò)中，我們的主要任務(wù)是將大量的信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，從而達(dá)到資源共享的目的，強調(diào)的是網(wǎng)絡(luò)的連通性和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在控制網(wǎng)絡(luò)中，我們的主要任務(wù)卻是將控制信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，從而達(dá)到系統(tǒng)同步或控制的目的，強調(diào)的是信息傳輸?shù)膶崟r性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性和控制信息的確定性。計算機控制網(wǎng)絡(luò)51.2控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景在信息網(wǎng)絡(luò)22計算機控制網(wǎng)絡(luò)

計算機控制網(wǎng)絡(luò)正在為工業(yè)領(lǐng)域帶來一場新的革命，它對于控制理論和控制方法發(fā)展的影響，對于自動化學(xué)科的影響，怎樣估計也不會過高。掌握工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、設(shè)計并熟練操作控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，正在成為自動化專業(yè)及其相關(guān)學(xué)科專業(yè)人才的重要標(biāo)志。6計算機控制網(wǎng)絡(luò)計算機控制網(wǎng)絡(luò)231.3典型現(xiàn)場總線簡介

ControlNet的基礎(chǔ)技術(shù)最初于1995年面世。該總線網(wǎng)絡(luò)是一種用于對信息傳送有時間苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。同時，它允許傳送無時間苛求的報文數(shù)據(jù)。由ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示于圖1.1。從圖1.1可以看出，從工廠到設(shè)備劃分為信息層（Ethernet）、控制層（ControlNet）和現(xiàn)場層（DeviceNet）三層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線舉例：ControlNet現(xiàn)場總線計算機控制網(wǎng)絡(luò)71.3典型現(xiàn)場總線簡介Con24計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.1ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖1.1ControlNet現(xiàn)場總線構(gòu)成25計算機控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet現(xiàn)場總線的通信模式：采用生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumermodel）模式。ControlNet數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)存取控制協(xié)議：采取了一個特殊的令牌傳遞機制。網(wǎng)絡(luò)的媒體存儲通過限制時間存儲算法來控制，采用并行時間域多路存?。–TDMA）方法，在每個網(wǎng)絡(luò)刷新間隔（NUI）內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點的傳接信息機會。客戶通常選擇ms級的網(wǎng)絡(luò)刷新時間（NUT）來組態(tài)NUI，客戶能夠指定的最小NUT為2ms。9計算機控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet現(xiàn)場總線的通信模式：計算機控制網(wǎng)絡(luò)261.4工業(yè)生產(chǎn)過程對現(xiàn)場總線的要求1.現(xiàn)場總線的基本功能：

（1）經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳遞信息；

（2）正確使用所傳信息；（3）及時處理所傳信息。計算機控制網(wǎng)絡(luò)101.4工業(yè)生產(chǎn)過程對現(xiàn)場總線的要求1.現(xiàn)27計算機控制網(wǎng)絡(luò)2.現(xiàn)場總線的實時性能（1）傳輸速度快指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁啵ǔＳ貌ㄌ芈蕘砗饬?。這條要求與普通計算機通信是一致的。（2）響應(yīng)時間短指突然發(fā)生意外事件時，終端節(jié)點將該事件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時間。（3）巡回時間短指系統(tǒng)與所有通信對象都至少完成一次通信所需的時間。11計算機控制網(wǎng)絡(luò)2.現(xiàn)場總線的實時性能計算機控制網(wǎng)絡(luò)281.5遞階分布式控制系統(tǒng)

圖1.2普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)計算機控制網(wǎng)絡(luò)121.5遞階分布式控制系統(tǒng)圖1.2普29計算機控制網(wǎng)絡(luò)

1990年，美國AMR（AdvanceManufacturingResearch）提出的制造行業(yè)的三層BPS/MES/PCS結(jié)構(gòu)，采用BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的CIMS將流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)分為以設(shè)備綜合控制為核心的過程控制系統(tǒng)（PCS）、以財務(wù)分析/決策為核心的經(jīng)營計劃系統(tǒng)（BPS）和以優(yōu)化管理、優(yōu)化運行為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。對于計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次模型有著多種不同提法，但基本結(jié)構(gòu)都相似。如羅克韋爾公司采用RNA體系層次結(jié)構(gòu)。13計算機控制