計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)1計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)2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(diǎn)：數(shù)據(jù)包大，發(fā)送頻率相對(duì)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(lái)傳輸數(shù)據(jù)比較大的文件，信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有苛刻的限制。控制網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：在許多節(jié)點(diǎn)之間高頻率的發(fā)送大量比較小的數(shù)據(jù)包來(lái)滿足實(shí)時(shí)性的要求。

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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(shí)時(shí)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(diǎn)的動(dòng)態(tài)改變（增加節(jié)點(diǎn)或者刪除節(jié)點(diǎn)）和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載改變的影響。計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)41.2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(qiáng)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(qiáng)調(diào)的是信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性和控制信息的確定性。5計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)正在為工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)新的革命，它對(duì)于控制理論和控制方法發(fā)展的影響，對(duì)于自動(dòng)化學(xué)科的影響，怎樣估計(jì)也不會(huì)過(guò)高。掌握工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)、設(shè)計(jì)并熟練操作控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，正在成為自動(dòng)化專業(yè)及其相關(guān)學(xué)科專業(yè)人才的重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)61.3典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)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(duì)信息傳送有時(shí)間苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，它允許傳送無(wú)時(shí)間苛求的報(bào)文數(shù)據(jù)。由ControlNet現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)層（DeviceNet）三層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)總線舉例：ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線7計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)圖1.1ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet現(xiàn)場(chǎng)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(gè)特殊的令牌傳遞機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)的媒體存儲(chǔ)通過(guò)限制時(shí)間存儲(chǔ)算法來(lái)控制，采用并行時(shí)間域多路存?。–TDMA）方法，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)刷新間隔（NUI）內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的傳接信息機(jī)會(huì)。客戶通常選擇ms級(jí)的網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間（NUT）來(lái)組態(tài)NUI，客戶能夠指定的最小NUT為2ms。計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)91.4工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的要求1.現(xiàn)場(chǎng)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(shí)處理所傳信息。10計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)2.現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性能（1）傳輸速度快指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率?lái)衡量。這條要求與普通計(jì)算機(jī)通信是一致的。（2）響應(yīng)時(shí)間短指突然發(fā)生意外事件時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)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(shí)間。（3）巡回時(shí)間短指系統(tǒng)與所有通信對(duì)象都至少完成一次通信所需的時(shí)間。計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)111.5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)12計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)

1990年，美國(guó)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(dòng)化系統(tǒng)分為以設(shè)備綜合控制為核心的過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）、以財(cái)務(wù)分析/決策為核心的經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)（BPS）和以優(yōu)化管理、優(yōu)化運(yùn)行為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次模型有著多種不同提法，但