控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成課程論文

研究生課程論文(2010-2011學(xué)年第一學(xué)期) 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展和研究研究生：劉樹青提交日期：2010年月25日研究生簽名：劉樹青學(xué)號(hào)201020114832學(xué)院自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院課程編號(hào)S0811016課程名稱控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成學(xué)位類別碩士任課教師陳立定教師評(píng)語：成績?cè)u(píng)定：分任課教師簽名：年月日控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展和研究劉樹青摘要：隨著現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中大型復(fù)雜分布式控制應(yīng)用的不斷增長，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)被廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域?？刂?、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的交叉與融合，促成了控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS)這一新控制模式的產(chǎn)生和開展?？刂凭W(wǎng)絡(luò)技術(shù)引起了控制領(lǐng)域的深刻變革，控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必將成為未來自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流。本論文正是在這樣的背景下，首先給出控制網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的定義，論述了它們的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。其次，在對(duì)于控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化開展趨勢進(jìn)行分析的根底上，提出了控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開展的三個(gè)主要階段及其技術(shù)特性。接著，分析了當(dāng)前控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開展的現(xiàn)狀，指出不同控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間互連與集成是現(xiàn)階段的主要特點(diǎn)。最后，詳細(xì)介紹了目前國內(nèi)外控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論與應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；工業(yè)以太網(wǎng)；系統(tǒng)集成ResearchandDevelopmentOnControlNetworkSystemLiuShuqingAbstract：Astheapplicationsoflargescale，complexanddistributedcontrolcontinuetogrowinbothdailylifeandsocialproduction，computerandnetworkcommunicationtechnologiesarewidelyusedinthedomainofautomaticcontrol．Mergingofcontrol，computerandnetworktechnologiespromotesthebirthanddevelopmentofcontrolnetworksystem(CNS)，whichconsistsofabrandnewcontrolpattern.ControlnetworktechnologyhascausedprofoundchangesincontrolareaandCNSisduetobethemainstreamoffutureautomaticcontrolsystems.Onthisbackground，weintroducesthedefinitionofcontrolnetworkandCNS．Discussingtheircharacteristicsandadvantages．Onthebasisofanalyzingthedevelopmentofnetworkcontrolsystems,itsummarizesthreeimportantdevelopmentphrasesofCNSandtheirowntechnicalcharacteristics.Then，itstudiescurrentsituationofcontrolnetworkdevelopment，pointingoutthatinterconnectionandintegrationofdifferentkindsofCNSisthekeycharacteristicofthephraseundergoing.Finally,thechapterexplains，indetail，theresearchstatusofCNSinboththeoryandapplication.Keywords:ControlNetworkSystem;Fieldbus;IndustrialEthemet;SystemIntegration引言信息技術(shù)的高速開展和應(yīng)用推廣徹底改變了社會(huì)生產(chǎn)、生活的運(yùn)作方式和運(yùn)行效率，給工業(yè)企業(yè)開展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。信息化促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的全球一體化，隨著我國參加WTO，全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，經(jīng)濟(jì)的競爭威脅到眾多企業(yè)的生存。人們?yōu)樽非蟾蟮慕?jīng)濟(jì)效益，對(duì)生產(chǎn)過程的平安、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的要求在不斷提高?，F(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)向自動(dòng)化和信息化方向開展成為必然的趨勢，是提高企業(yè)綜合競爭力的重要保證手段。信息溝通的領(lǐng)域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備到控制、管理的各個(gè)層次，覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場。形成新型的管控一體化的全開放工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)代企業(yè)提出的要求，也是信息開展進(jìn)程的結(jié)果。通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)是分散控制系統(tǒng)誕生的重要特征，而今天以現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、開放技術(shù)為核心的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成技術(shù)，也正推動(dòng)著工業(yè)控制系統(tǒng)向綜合自動(dòng)化邁進(jìn)，推動(dòng)著工業(yè)企業(yè)向信息化方向邁進(jìn)。工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成技術(shù)，作為企業(yè)綜合自動(dòng)化、信息化的根底，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)集成自動(dòng)化、先進(jìn)控制、過程優(yōu)化、高效生產(chǎn)管理的技術(shù)保證，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的開展起著舉足輕重的作用。從集散控制系統(tǒng)DCS開始，引入了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入控制系統(tǒng)，帶來了控制系統(tǒng)的一系列變革，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與控制技術(shù)開展和融合的產(chǎn)物，分布式控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它表達(dá)了過程控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化、節(jié)點(diǎn)智能化的開展趨勢。計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展水平直接影響著控制技術(shù)的進(jìn)步。無論是DCS還是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，無一例外地建立在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上。因此，控制與通信、人與機(jī)器的交互是現(xiàn)代控制論的主題。1控制網(wǎng)絡(luò)及控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1.1控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的定義定義1控制網(wǎng)絡(luò)(ControlNetwork)是面向復(fù)雜分布式控制應(yīng)用或控制對(duì)象，采用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，在各個(gè)功能模塊化的控制節(jié)點(diǎn)或予系統(tǒng)間傳遞控制和管理信息，完成復(fù)雜的整體控制功能，從而形成的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。定義2控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ControlNetworkSystem)是由控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合相應(yīng)控制策略和方法所形成的分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也被稱為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NetworkedControlSystem)。本文一般均采用控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS)這種稱法?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有狹義和廣義之分。狹義的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是指在局部區(qū)域內(nèi)現(xiàn)場的檢測、控制、操作設(shè)備以及通信線路的集合，用以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，使該區(qū)域內(nèi)不同地點(diǎn)的設(shè)備和用戶實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)調(diào)操作。廣義控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包括狹義控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還包括通過企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)甚至Internet實(shí)現(xiàn)的對(duì)全工廠、車間生產(chǎn)線直至現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控調(diào)度、管理優(yōu)化等?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生和開展有內(nèi)外兩個(gè)因素?，F(xiàn)代控制應(yīng)用中，控制對(duì)象更加復(fù)雜，覆蓋地理范圍更加廣泛，對(duì)象模型越來越不確定，優(yōu)化控制要求越來越高，這是控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式控制技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)不斷開展，提供了客觀現(xiàn)實(shí)條件，促成了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)。這是其產(chǎn)生的外部條件。以底層控制網(wǎng)絡(luò)為根底，把控制現(xiàn)場的各種傳感器、控制器、執(zhí)行器、監(jiān)控管理模塊或者某些單獨(dú)集中式控制系統(tǒng)連接起來，進(jìn)而通過網(wǎng)關(guān)或路由器把各種控制網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)互連，組成了大型復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1．2控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)控制融絡(luò)系統(tǒng)衍生于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)。由于應(yīng)用對(duì)象和采用技術(shù)的改變，控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與兩者既有緊密聯(lián)系，也有較顯著區(qū)別?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有自己的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：1)分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這是控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同于以往控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)。在現(xiàn)代工業(yè)、交通及能源生產(chǎn)等控制中，存在大量分散的控制和傳感信號(hào)，它們分布范圍小到幾十米，大到幾公里、幾十公里。傳統(tǒng)集中式體系結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)顯然無法滿足要求，必須引入網(wǎng)絡(luò)和分布式技術(shù)到現(xiàn)代控制應(yīng)用中。2)全數(shù)字化通訊?？刂凭W(wǎng)絡(luò)幾乎完全摒除了模擬通訊方式，采用了全數(shù)字通訊技術(shù)。由于模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部完成，信息傳遞過程中均采用數(shù)字化形式，因而系統(tǒng)整體精度得到提高。3)模塊化的功能設(shè)計(jì)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了分布式技術(shù)，相比以往控制系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的功能模塊化劃分。通過將整體控制功能細(xì)化、分解，使不同控制節(jié)點(diǎn)完成不同控制功能。這樣簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)可靠性。一些已定義的常用功能模塊如：DI／DO模塊、AD/DA模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊、控制算法模塊、通訊接口模塊、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)模塊等。4)節(jié)點(diǎn)間較強(qiáng)的耦合性。控制網(wǎng)絡(luò)是面向控制對(duì)象的整體。各個(gè)不同功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)必須通過信息交換，按照某些特定算法，協(xié)調(diào)完成對(duì)象的控制任務(wù)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的耦合性比計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)只有通過互相依賴、相互協(xié)作，才可能實(shí)現(xiàn)滿意的控制效果。5)網(wǎng)絡(luò)通訊的強(qiáng)實(shí)時(shí)性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般均通過網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成閉環(huán)控制模式，周期性控制任務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通訊具有較高的實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)，由于涉及到人身和設(shè)備平安等因素，控制網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)時(shí)性與可靠性的要求總體上比計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)更高?？焖?、可靠的數(shù)據(jù)投遞是對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的根本要求。6)低本錢和惡劣環(huán)境的適應(yīng)性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于生產(chǎn)和管理過程的底層，現(xiàn)場檢控設(shè)備繁多、復(fù)雜；而且不同于計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)主要用于企業(yè)辦公和家庭信息處理，它的應(yīng)用環(huán)境更加惡劣。這些因素導(dǎo)致對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的低廉本錢、不良環(huán)境的適應(yīng)性提出了更高要求。7)網(wǎng)絡(luò)的局域性。盡管控制網(wǎng)絡(luò)能夠通過網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展、互連，但是控制系統(tǒng)和應(yīng)用對(duì)象的實(shí)時(shí)性決定了它不會(huì)等同于Internet這種大規(guī)模廣域互連計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。控制網(wǎng)絡(luò)具有一定的局域特性，這也使得它同計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上有相似性。控制網(wǎng)絡(luò)也被稱為控制領(lǐng)域的局域網(wǎng)。8)系統(tǒng)的開放性和兼容性。控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊協(xié)議應(yīng)是開放的協(xié)議，這也是它優(yōu)于傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的通訊協(xié)議由各生產(chǎn)廠家規(guī)定；它們屬于專用協(xié)議，各種協(xié)議不能互相兼容。當(dāng)前控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幾乎全都是公開協(xié)議，有統(tǒng)一的組織進(jìn)行管理和標(biāo)準(zhǔn)，因而具有開放性。遵循同一協(xié)議的不同系統(tǒng)可以方便她互連，具有良好兼容性和互操作性。由于歷史和現(xiàn)實(shí)利益等原因，在協(xié)議開放性和系統(tǒng)兼容性方面仍有很多工作需要去做。9)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和易重構(gòu)性。任何網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都具有較好的可擴(kuò)展性和易重構(gòu)性，這也是控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)控制對(duì)象發(fā)生變化時(shí)，可以通過改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或擴(kuò)展網(wǎng)段來滿足控制應(yīng)用要求。對(duì)以往的控制系統(tǒng)而言，適應(yīng)這些形式上的改變是比擬困難的。1．3控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)決定了它相對(duì)于傳統(tǒng)集中式或集散式控制系統(tǒng)具有更多優(yōu)點(diǎn)。1)提高了控制系統(tǒng)的精度和可靠性模塊化功能設(shè)計(jì)、全數(shù)字通訊和分布式多節(jié)點(diǎn)參與控制提高了系統(tǒng)控制精度；通過改變緊耦合結(jié)構(gòu)的集中控制形式為松耦合結(jié)構(gòu)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了系統(tǒng)整體的可靠性。2)增強(qiáng)了系統(tǒng)信息集成能力，有利于不同網(wǎng)絡(luò)的互連集成控制網(wǎng)絡(luò)不僅傳遞控制參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)，還可以包括設(shè)備診斷和電子歸檔信息，其信息含量十分豐富；其開放性和互操作性使得系統(tǒng)信息集成、共享的要求能夠得到最大滿足。由于各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向控制領(lǐng)域的滲透以及控制技術(shù)開展的延續(xù)性，當(dāng)前控制網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議共存的局面。多種控制網(wǎng)絡(luò)互連是目前控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的主要特點(diǎn)之一，它實(shí)現(xiàn)了控制信息的共享與融合?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上逐步趨同，也使得它更容易同管理信息網(wǎng)絡(luò)集成。由于控制網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上有相通之處，因而它們可以比擬容易通過軟、硬件設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)局部現(xiàn)場控制和企業(yè)宏觀決策的一體化，為工業(yè)控制和企業(yè)管理決策帶來一種新模式。3)便于安裝和維護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)思想與分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也使得系統(tǒng)的安裝和維護(hù)得到了簡化。安裝和維護(hù)都可以按照不同的功能模塊來進(jìn)行。各種豐富的現(xiàn)場信息增加了系統(tǒng)的可維護(hù)性。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)試不同功能模塊，可以迅速查找出故障點(diǎn)；還可以通過暫時(shí)屏蔽故障節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場維修。系統(tǒng)的算法和組態(tài)可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)下載到現(xiàn)場各節(jié)點(diǎn)，便于系統(tǒng)的升級(jí)。4)可以降低系統(tǒng)本錢在傳統(tǒng)集中或集散控制系統(tǒng)中，一個(gè)回路或一個(gè)控制點(diǎn)就需要一根饋線，系統(tǒng)本錢很高?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大多是總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過一條通訊線連接所有節(jié)點(diǎn)，極大地節(jié)省了系統(tǒng)本錢；通過將相應(yīng)的控制功能分別交給不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使得系統(tǒng)體積也大為減少。5)可以作為實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜分布式或優(yōu)化控制算法的應(yīng)用平臺(tái)當(dāng)前控制理論尤其是分布式控制理論正處于快速開展階段，計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域分布式計(jì)算和分布式人工智能方面的研究成果也不斷應(yīng)用到控制領(lǐng)域中?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以其內(nèi)在的分布式體系結(jié)構(gòu)，成為各種復(fù)雜分布式或優(yōu)化控制算法的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它不僅可以在理論上檢驗(yàn)這些算法的正確性，還可以在實(shí)際環(huán)境中測試其實(shí)用性。6)對(duì)于系統(tǒng)開發(fā)者和用戶而言，它都打破了技術(shù)壟斷控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開放性決定了它必將打破現(xiàn)階段各大控制設(shè)備生產(chǎn)商對(duì)技術(shù)的壟斷。用戶可以具有更大自由度，能夠選擇不同廠家的控制產(chǎn)品，各系統(tǒng)之間互連和互操作不再是限制因素。對(duì)于控制系統(tǒng)中小開發(fā)商而言，控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也提供了打破各大控制設(shè)備生產(chǎn)商對(duì)市場壟斷的技術(shù)條件；只要產(chǎn)品具有特點(diǎn)和創(chuàng)新性，大家可以在同一根底上競爭。這對(duì)于國內(nèi)各控制系統(tǒng)開發(fā)廠家而言，無疑是一次提升技術(shù)含量和競爭力的良好機(jī)遇。2控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展及各階段開展特點(diǎn)20世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)開始運(yùn)用于工業(yè)控制，產(chǎn)生了直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)不興旺且價(jià)格昂貴，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代幾乎所有控制室儀表，實(shí)現(xiàn)過程控制的全部功能，但同時(shí)也帶來了危險(xiǎn)集中的脆弱性問題，即一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成整個(gè)控制系統(tǒng)的癱瘓。20世紀(jì)70年代中期，集散控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，這標(biāo)志著控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的產(chǎn)生。控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展經(jīng)歷了三個(gè)階段。2．1集散控制系統(tǒng)(DCS)隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速開展，工業(yè)控制系統(tǒng)不斷發(fā)生變革。與此同時(shí)，作為控制系統(tǒng)的重要組成局部——工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，也不斷地向前開展。自20世紀(jì)60年代開始，控制室和現(xiàn)場儀表之間采用電氣信號(hào)傳輸．電動(dòng)組合儀表如控制器、顯示儀表、記錄儀也開始大量使用，工廠自動(dòng)化控制體系初步形成。20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的集散控制系統(tǒng)(DCS)，第一次引入了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)中，帝來了控制系統(tǒng)的一系列變革。可以說，DCS的出現(xiàn)，開創(chuàng)了“網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”的先河，推動(dòng)著自動(dòng)化控制領(lǐng)域的開展方向。集散控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為“操作站．現(xiàn)場控制站．FO及信號(hào)變換器”等三級(jí)分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)，是一種分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中不再只是具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表、智能部件組成。這種用于控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與普通的局域網(wǎng)不同，普通局域網(wǎng)強(qiáng)調(diào)的是提高信道的利用率，而控制網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)的是可靠性、平安性、實(shí)時(shí)性和廣泛的實(shí)用性。DCS存在著自身無法克服的問題。首先是信息傳遞落后，目前從現(xiàn)場一次儀表到DCS和從DCS到現(xiàn)場的信號(hào)大都沿用DDZIII型儀表的信號(hào)規(guī)格，4-20mADC或I～5VDC，采用點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸方式，信號(hào)傳輸精度低，抗干擾和糾錯(cuò)能力差，難以發(fā)揮現(xiàn)場儀表的特長；另外，分散程度不夠，每臺(tái)DCS的現(xiàn)場控制單元一般都要處理幾十個(gè)控制回路，并由此而帶來實(shí)時(shí)性的問題，很難實(shí)現(xiàn)緊急停車時(shí)要求的ms級(jí)的反響速度；再者，DCS的本錢較高，其網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)大多采用封閉式和本公司專用的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，加之受到現(xiàn)場儀表在數(shù)字化、智能化方面的限制，它沒能將控制功能“徹底地”分散到現(xiàn)場。DCS被稱為自動(dòng)控制領(lǐng)域的又一次革命，成為當(dāng)時(shí)解決過程控制自動(dòng)化最成功的系統(tǒng)，直到今天，DCS仍有其一席之地。2．2現(xiàn)場總線計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)的開展及當(dāng)今對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化(或分散化)的要求，產(chǎn)生了以現(xiàn)場總線技術(shù)為核心的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)，F(xiàn)CS是繼DCS之后又一種全新的控制體系開展，F(xiàn)CS廢除了DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)場控制站、輸入輸出單元(I／0)和信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將現(xiàn)場控制站中的控制功能下移到網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場智能設(shè)備中，從而構(gòu)成虛擬控制站，通過現(xiàn)場儀表就可構(gòu)成控制回路，故實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。它不僅僅是從“分散控制”開展到“現(xiàn)場控制”并實(shí)現(xiàn)了智能下移、數(shù)據(jù)傳輸從“點(diǎn)到點(diǎn)”開展到采用“總線”方式，而是用大系統(tǒng)的概念來看待整個(gè)過程控制系統(tǒng)：即整個(gè)控制系統(tǒng)可看作是一臺(tái)巨大的“計(jì)算機(jī)”按總線方式運(yùn)行，故資源共享是FCS的主要開展空間。FCS從以下幾個(gè)方面開展了DCS：互操作性、網(wǎng)絡(luò)化、體系結(jié)構(gòu)趨于扁平化，提高了系統(tǒng)的可靠性、自律性和靈活性?，F(xiàn)場總線的概念是隨著微電子技術(shù)的開展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能后，于1984年左右提出的。根據(jù)國際電工委員會(huì)IECll58標(biāo)準(zhǔn)定義(后改IEC61158)，現(xiàn)場總線是“安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域地現(xiàn)場設(shè)備，儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。其中，“生產(chǎn)過程”應(yīng)包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類?，F(xiàn)場設(shè)備、儀表指位于現(xiàn)場的傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備。因此，現(xiàn)場總線是面向工廠底層自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?，F(xiàn)場總線類型主要有：FieldBusFoundation、Profibus、ControlNet、P-NET、FFHSE、SwiftNet、WorldFIP、InterBus、CAN等。這些總線各有各的標(biāo)準(zhǔn)，互不兼容?；诂F(xiàn)場總線的自動(dòng)化系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS(FieldBuscontrolsystem)，其主要特征為：1)數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級(jí)的模擬量(如4～20mA，O～5V等信號(hào))和開關(guān)量信號(hào)；2)在車間級(jí)與設(shè)備級(jí)通信的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)；3)現(xiàn)場總線是工廠自動(dòng)化過程中現(xiàn)場級(jí)通信的～次數(shù)字化革命；4)現(xiàn)場總線使自控系統(tǒng)與設(shè)備參加工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場；5)在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)根底?，F(xiàn)場總線是工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通信標(biāo)準(zhǔn)，是基于現(xiàn)場總線的低本錢自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)的采用將帶來工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的革命。采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以促進(jìn)現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)開展趨勢?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1)全數(shù)字化。將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合一直是工業(yè)界夢(mèng)寐以求的，但只有在FCS出現(xiàn)以后才有可能高效、低本錢地出現(xiàn)。在采用FCS的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動(dòng)控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接。此外，數(shù)字化信號(hào)固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統(tǒng)的可靠性；2)全分布。在FCS中，各現(xiàn)場設(shè)備有足夠的自主性，它們彼此之間相互通信，完全可以把各種控制功能分散到各種設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制，而不再需要一個(gè)中央控制計(jì)算機(jī)；3)雙向傳輸。對(duì)于傳統(tǒng)的4～20mA電流信號(hào)，一條線只能傳遞一路信號(hào)?，F(xiàn)場總線設(shè)備在一條線上那么既可以向上傳遞傳感器信號(hào)，也可以向下傳遞控制信息；4)自診斷。現(xiàn)場總線儀表本身具有自診斷功能，而且這種診斷信息可以送到中央控制室，以便于維護(hù)，而這在只能傳遞一路信號(hào)的傳統(tǒng)儀表中是做不到的；5)節(jié)省布線及控制室空間。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個(gè)儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線架。而在FCS系統(tǒng)中多臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備可串行連接在一條總線上，只需較少的線進(jìn)入中央控制室，這樣就大量節(jié)省了布線費(fèi)用，同時(shí)也降低了中央控制室的造價(jià)；6)多功能儀表。數(shù)字、雙向傳輸方式使得現(xiàn)場總線儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個(gè)儀表中集成多種功能，做成多變量變送器，甚至集檢測、運(yùn)算、控制于一體的變送控制器；7)開放性。1999年底現(xiàn)場總線協(xié)議已被IEC批準(zhǔn)正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，從而使現(xiàn)場總線成為一種開放技術(shù)；8)互操作性。現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)保證不同廠家的產(chǎn)品可以互操作，這樣就可以在一個(gè)企業(yè)中由用戶根據(jù)產(chǎn)品的性能、價(jià)格選用不同廠商的產(chǎn)品，集成在一起，防止了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)有效的競爭，降低控制系統(tǒng)的本錢；9)智能化與自治性。現(xiàn)場總線設(shè)備具有很高的智能。能處理各種參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)信息及故障信息，甚至能在部件、網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨(dú)立工作，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性；10)容錯(cuò)能力?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通常由以下局部組成：現(xiàn)場總線儀表、控制器；現(xiàn)場總線線路：監(jiān)控、組態(tài)計(jì)算機(jī)。．這里的儀表、控制器、計(jì)算機(jī)一般可根據(jù)需要通過冗余現(xiàn)場總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件連接到網(wǎng)上。因此，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力；現(xiàn)場總線的產(chǎn)生是自動(dòng)化儀表開展的必然趨勢，同時(shí)也是企業(yè)綜合自動(dòng)化開展的需要?，F(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控系統(tǒng)。它作為通信網(wǎng)絡(luò)，不同于日常用于聲音、圖象、文字傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，它所傳輸?shù)氖情_關(guān)量信號(hào)與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運(yùn)行操作過程之中的設(shè)備、人身的平安，要求信號(hào)在粉塵、噪聲、電磁干擾等較為惡劣的環(huán)境下能夠準(zhǔn)確、及時(shí)到位，同時(shí)還具有節(jié)點(diǎn)分散、報(bào)文簡短等特征。它作為自動(dòng)化系統(tǒng)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大變化，其顯著特征是通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸聯(lián)絡(luò)，可由單個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同完成所要求的自動(dòng)化功能，是一種由網(wǎng)絡(luò)集成的自動(dòng)化系統(tǒng)。現(xiàn)場總線本質(zhì)上也是一種控制網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)場中顯得重要根底。由于現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的開展方向，它一產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普遍關(guān)注?，F(xiàn)場總線就是工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)，但不同的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，是這些不同總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之間的互連遭遇障礙。現(xiàn)場總線技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵問題，是要在自動(dòng)化行業(yè)中形成一個(gè)制造商們共同遵守的現(xiàn)場總線通信協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而IEC(國際電工委員會(huì))歷時(shí)十二年于2000年1月4目公布通過的IEC61158現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)容納了8種互不兼容的協(xié)議!多種互不相容的現(xiàn)場總線并存己成定局。因此現(xiàn)場總線沒有真正實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連。2．3工業(yè)以太網(wǎng)低速現(xiàn)場總線開展較快，高速現(xiàn)場總線目前進(jìn)展也卓有成效。高速現(xiàn)場總線主要應(yīng)用于控制網(wǎng)內(nèi)的互聯(lián)，以及連接控制計(jì)算機(jī)、PLC等智能化程度高，處理速度快的設(shè)備。以及實(shí)現(xiàn)低速現(xiàn)場總線網(wǎng)橋間的連接。由于以太網(wǎng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，假設(shè)以以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場總線框架的主體，可以使現(xiàn)場總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主流技術(shù)很好地融合起來，形成現(xiàn)場總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互促進(jìn)的局面。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在實(shí)時(shí)性、可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，是一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的開展，使其從辦公自動(dòng)化走向工業(yè)自動(dòng)化。首先是通信速率的提高，以太網(wǎng)從10Mbps、100Mbps到現(xiàn)在的1Gbps、10Gbps，速率提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷減輕和傳輸延時(shí)減少，網(wǎng)絡(luò)碰撞概率下降：其次采用雙工星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和以太網(wǎng)交換技術(shù)，使以太網(wǎng)交換機(jī)的各端口之間數(shù)據(jù)幀的輸入和輸出不再受CSMA／CD機(jī)制的制約，防止了沖突；再加上全雙工通信方式使端口間兩對(duì)雙絞線(或兩根光纖)上分別同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會(huì)發(fā)生沖突。這樣，全雙工交換式以太網(wǎng)能防止因碰撞而引起的通信響應(yīng)不確定性，保障通信的實(shí)時(shí)性。同時(shí)，由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向分布式、智能化的實(shí)時(shí)控制方面開展，使通信成為關(guān)鍵，用戶對(duì)統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求目益迫切。這樣，技術(shù)和應(yīng)用的開展。使以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域成為必然。近年來工業(yè)以太網(wǎng)的興起，引起了自動(dòng)控制領(lǐng)域的重視，同時(shí)許多人擔(dān)憂，工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一會(huì)影響其滲透到自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)爭了十多年，工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)或許也會(huì)存在同樣的問題。目前世界著名的幾大現(xiàn)場總線無一例外地選擇了以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場總線框架的主體：FF向FieldBusFoundationHSE開展；Con901Net和DeviceNet向Ethemet／IP開展；InterBus和ModBus向IDA開展；ProfiBus向PmfiNet開展；這些工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，都有其支持的廠商并且且前已有相應(yīng)產(chǎn)品。一些國際組織也在積極推進(jìn)以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域，正在進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。2002年在北京TC65年會(huì)期間，SC65C曾作了一項(xiàng)決定，即在2007年開始對(duì)現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158進(jìn)行修訂之前，不再增加新的類型(在IEC61158標(biāo)準(zhǔn)中，目前在市場上比擬有生命力的有FF(包括HSE)、Profibus(包括ProfiNet)、ControlNet、InterBus等)。為此，經(jīng)過SC65C主席、秘書長、協(xié)調(diào)人及有關(guān)工作小組召集人協(xié)商，建議對(duì)2004法國會(huì)議之前收到的6個(gè)新的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議提案將以PAS(PubliclyAvailableSpecification)標(biāo)準(zhǔn)的形式發(fā)布，這些提案包括中國1個(gè)、德國1個(gè)、日本2個(gè)、通過IAONA提出的1個(gè)提案、法國1個(gè)，如下所示：中國的EPA(EthemetforPlantAutomation)；德國Becldaoff公司的EtherCAT(EthemetforControlandAutomationTechnology)；日本橫河的v．Net；日本東芝的TCNet：歐洲開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會(huì)(IAONA)的EPL(EthemetPowerLink)；法國施奈德電氣公司的ModBusTCP(I∞S)等。同時(shí)，這些提案被實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用行規(guī)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784—2正式引用，中國的EPA作為其中的第14類型(CommonProfileFamily14，CPFl4)由中國專家編寫相應(yīng)的應(yīng)用行規(guī)。從目前的趨勢看，以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域是必然的，伴隨著多種現(xiàn)場總線的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在近期內(nèi)也難以完全統(tǒng)一，必然同時(shí)存在多個(gè)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。3控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開展現(xiàn)狀和趨勢提到系統(tǒng)集成，就不可防止要提到信息孤島(自動(dòng)化孤島)，提到信息孤島，首先要介紹一下局部自動(dòng)化。局部自動(dòng)化一般是指針對(duì)企業(yè)的某一局部，如一臺(tái)機(jī)器、一個(gè)部門、一個(gè)車間所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化，如果搞得好，它也能使該局部實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。通過數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的局部自動(dòng)化，會(huì)對(duì)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮積極的作用。但這些系統(tǒng)是針對(duì)企業(yè)的內(nèi)部，即解決了局部問題，它們對(duì)企業(yè)的整體目標(biāo)的作用卻不一定很大。從系統(tǒng)的整體考慮，我們把那些靠人工與外界(即企業(yè)的其他局部)進(jìn)行聯(lián)系的局部自動(dòng)化系統(tǒng)，稱為自動(dòng)化孤島，在信息科學(xué)中稱為信息孤島。信息孤島使信息資源大量流失、沉淀，不能充分發(fā)揮信息在低層控制和高層管理決策中的主導(dǎo)作用?！白詣?dòng)化孤島”，“信息孤島”是伴隨工控組態(tài)軟件的開展和應(yīng)用而逐漸形成的。國際上眾多著名公司(如Intellution，USDATA，Siemens，Rockwell，Wonderware等)開發(fā)了一系列的組態(tài)軟件產(chǎn)品(比方：Foxboro，InToueh，Trancemode，F(xiàn)ix，Honeywell，Siemens，Yokogawa等)，20世紀(jì)90年代國內(nèi)軟件廠商在對(duì)國外產(chǎn)品消化吸收根底上也自主開發(fā)了工控組態(tài)軟件(如：北京亞控公司的組態(tài)王，北京金佳諾公司的世紀(jì)星，北京昆侖公司的MCSG等)。眾多的組態(tài)軟件在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的使用，某種程度上解決了系統(tǒng)組態(tài)問題，但在企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)系統(tǒng)自成體系，一個(gè)公司、一個(gè)分廠、甚至一個(gè)車間往往存在多個(gè)不同通訊協(xié)議、不同格式和不同版本等的軟件系統(tǒng)。單個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果無可挑剔，但各個(gè)系統(tǒng)難以作更大規(guī)模的集成，形成大量有用信息流失、沉淀，信息資源白白浪費(fèi)掉，因此如何將異構(gòu)工控系統(tǒng)群集成受到人們的普遍關(guān)注。3.1系統(tǒng)集成的層次模型在對(duì)企業(yè)的異構(gòu)工控系統(tǒng)群的集成上，要針對(duì)不同的層次采用不同的集成方法，該集成是在同一層次上的集成，只有在同一層次上進(jìn)行無縫集成才能發(fā)揮該層統(tǒng)一向上提供信息和向下傳遞信息的作用，實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次的功能封裝。針對(duì)目前已實(shí)現(xiàn)根底自動(dòng)化的企業(yè)而言，大致可以分成現(xiàn)場設(shè)備層、過程監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層以及企業(yè)經(jīng)營管理層。現(xiàn)場設(shè)備層：設(shè)備層中的設(shè)各種類繁多，有傳感器，啟動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器，I／O部件變送器，閣門等。設(shè)備的多樣性要求設(shè)備層滿足開放性要求，各廠商遵循工廠的標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)化：來自不同廠家的設(shè)備在功能上可以采用相同功能的同類設(shè)備互換，實(shí)現(xiàn)可互換性：來自不同廠家的設(shè)備可以相互通信，并且可以在多廠家的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可互操作性。過程監(jiān)控層：過程監(jiān)控層將來自現(xiàn)場設(shè)備層的信息送往控制室，置入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行高層控制與監(jiān)視，它是網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)化系統(tǒng)的過程監(jiān)控層，通常可由以太網(wǎng)等傳送速度較快的網(wǎng)段組成。各種現(xiàn)場總線網(wǎng)段均可通過通信控制器或PC接口卡與過程監(jiān)控層交換數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理層：工廠的生產(chǎn)調(diào)度、方案、銷售、庫存、財(cái)務(wù)、人事等構(gòu)成了企業(yè)信息管理層，它是局域網(wǎng)的上層，一般由關(guān)系數(shù)據(jù)癢收集、整理這些來自各個(gè)部門的各類信息并進(jìn)行綜合處理。通?？捎梢蕴W(wǎng)、TOP等局域網(wǎng)段組成。管理層和監(jiān)控層共同構(gòu)成了制造執(zhí)行層MES(ManufacturingExeeuzionSystem)。企業(yè)經(jīng)營管理層：該層將跨越工廠或企業(yè)的局部地域，融合外界商業(yè)經(jīng)營網(wǎng)點(diǎn)、原材料供給和部件生產(chǎn)基地的信息，也被稱為企業(yè)資源規(guī)劃層ERP(EnterpriseResourcePlanning)。企業(yè)局域網(wǎng)可通過多種途徑，與來自外界互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)信息等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。3.2控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的集成控制網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)不同于以傳輸信息和資源共享為目的的信息網(wǎng)絡(luò)，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象中能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)移的有效控制，使系統(tǒng)平安穩(wěn)定地運(yùn)行。因此要求具有協(xié)議簡單、平安可靠、糾錯(cuò)性好、本錢低等特點(diǎn)。其網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多為短幀傳輸，信息交換頻繁。控制網(wǎng)與信息網(wǎng)集成的含義是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際間信息與資源的共享。實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成為企業(yè)的優(yōu)化控制、調(diào)度決策提供依據(jù)，是建立企業(yè)綜合實(shí)時(shí)信息庫的根底；通過控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以建立統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫，保證所有數(shù)據(jù)的完整性和互操作性；現(xiàn)場設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信，使用戶通過信息網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面隨時(shí)隨地了解生產(chǎn)情況：控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成也便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維護(hù)功能?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成可以通過以下幾種方式：1)在控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)之間參加轉(zhuǎn)換接口：這種方式通過硬件來實(shí)現(xiàn)，即在底層網(wǎng)段與中間監(jiān)控層之間參加中繼器、網(wǎng)橋、路由器等專門的硬件設(shè)備，使控制網(wǎng)絡(luò)作為信息網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與之緊密集成。硬件設(shè)備可以是一臺(tái)專門的計(jì)算機(jī)，依靠其中運(yùn)行的軟件完成數(shù)據(jù)包的識(shí)別、解釋和轉(zhuǎn)換；對(duì)于多網(wǎng)段的應(yīng)用，它還可以在不同網(wǎng)段之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，起到網(wǎng)橋的作用。此外，硬件設(shè)備還可以是一塊智能接口網(wǎng)板，完成現(xiàn)場總線智能設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。轉(zhuǎn)換接口的集成方式功能較強(qiáng)，但實(shí)時(shí)性較差。信息網(wǎng)絡(luò)一般是采用TCP/IP的以太網(wǎng)，而TCP/IP沒有考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)往，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備有大量信息上傳或遠(yuǎn)程監(jiān)控操作頻繁時(shí)，轉(zhuǎn)換接口都將成為實(shí)時(shí)通信的瓶頸。2)在控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)之間采用開放技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)：當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)之間具有中間系統(tǒng)或共享存儲(chǔ)器工作站時(shí)，可以采用開放數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)(如OPC、DDE等)實(shí)現(xiàn)二者的集成，其實(shí)質(zhì)是各應(yīng)用程序通過共享內(nèi)存來交換信息，中間系統(tǒng)中的信息處理機(jī)是控制網(wǎng)絡(luò)的工作站，另外也是信息網(wǎng)絡(luò)中的工作站。其運(yùn)行兩個(gè)程序，一個(gè)接收、校驗(yàn)實(shí)時(shí)信息的通信程序，為信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；另一個(gè)是數(shù)據(jù)訪問應(yīng)用程序接口，它接收數(shù)據(jù)效勞器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)效勞器中，供信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息處理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。3)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：這種方式將成為控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)完全集成的最終解決方案。由于控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)采用了面向不同應(yīng)用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。因此二者集成時(shí)總需要某種數(shù)量格式的轉(zhuǎn)換機(jī)制，這將使系統(tǒng)復(fù)雜化，也不能確保數(shù)據(jù)的完整性。如果信息網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是提高其實(shí)時(shí)性，而控制網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是提高其傳輸速度，二者的兼容性就會(huì)提高，二者合而為一，這樣從底層設(shè)備到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，都可以使用統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不僅確保了信息準(zhǔn)確、快速、完整的傳輸，還可以極大地簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議就可以兼容TCP/IP，因此可以方便地實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和Intranet/Internet的集成，使控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合在一起，最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前多種總線標(biāo)準(zhǔn)并存，信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也不盡相同，所以要實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的協(xié)議