第9章—工业控制网络

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1、Linux操作系统与应用第9章工业控制网络1第9章工业控制网络9.1工业控制网络概述9.2工业控制网络技术9.3工业控制网络的实现2本章学习要求：了解：工业控制网络的特点。掌握：工业控制网络的模型。掌握：现场总线的基本概念。了解：现场总线的国际标准。了解：工业以太网作为工业环境下的控制网络须解决的几个问题。了解：结合实例了解工业控制网络的结构。39.1工业控制网络概述9.1.1工业控制网络的特点9.1.2工业控制网络的基本模型49.1工业控制网络概述工业控制网络的发展：20世纪60年代，工厂的自动化控制体系初步形成了。20

2、世纪70年代中期，集散控制系统(DCS)出现了，这是工业控制体系结构的一次大变革。几十年来，DCS不断发展。目前的DCS大量采用了通信、网络技术的成果，同时，DCS和现场总线、工业以太网相结合，进行信息互联，构成大规模的综合控制系统。现场总线技术和工业以太网技术迅猛发展及广泛应用。59.1.1工业控制网络的特点工业控制网络专用于工业领域，和商业信息网络比较，具有自身的特殊要求：（1）实时性好；（2）可靠性高；（3）开放性好；（4）结构简单；（5）增加用户层。69.1.2工业控制网络的基本模型工业控制网络模型从底向上依次为现

3、场控制层、过程控制／监控层、管理信息层，如下图所示：7工业控制网络的基本模型89.1.2工业控制网络的基本模型一个大型完整企业的工业网络除了包括工厂现场级的实时控制网络和本地信息处理网络外，还可能包括企业驻外地机构及与企业有关部门的其他网络部分。那么企业工业控制网络的一般实现结构可以用下图表示：9109.2工业控制网络技术9.2.1现场总线9.2.2工业以太网119.2.1现场总线1.定义：根据国际电工委员会IEC61158标准定义，现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通

4、信的数据总线。基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统(FieldbusControlSystem,FCS)。12现场总线连接示意图139.2.1现场总线2、现场总线协议由于历史的原因，目前现场总线技术的现状是多种总线共存，也就是说现存的多种现场总线的协议并未完全统一。目前国际上公认的三个标准族：（1）IEC61158标准：由国际电工委员会（IEC）制定的用于工业控制系统的现场总线标准；（2）IEC62026标准：也是IEC制定的用于低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口的；（3）ISO11898：是由国际标准化

5、组织（ISO）制定的用于道路车辆数字信息交换的现场总线标准。149.2.1现场总线目前国际上现场总线标准中，应用比较广泛的有FF、CAN、DEVICENET、LonWorks、PROFIBUS、HART、InterBus、CC-Link、ControlNet、WorldFIP、P-Net、SwiftNet等现场总线。下面对现场总线PROFIBUS做简单介绍。159.2.1现场总线（1）PROFIBUS组成PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-FMS：用于车间

6、级监控网络，是一个令牌结构的实时多主网络。PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有本征安全规范。169.2.1现场总线（2）PROFIBUS协议结构PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-SIO）作为参考模型的。该模型共有七层，如下图所示：17PROFIBUS协议结构模型189.2.1现场总线PROFIBUS协议包括三个主要部分：（1）PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口，第三到

7、第七层未加描述；用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为；主站和从站之间采用轮循的通信方式；主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。199.2.1现场总线（2）PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议，还描述了现场设备行为的PA行规；根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电，通过使用连接器可在DP上扩展PA网络；其电源和通信数据通过总线并行传输；主要用于面向过程自

8、动化系统中单元级和现场级通信。209.2.1现场总线（3）PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（FMS）和低层接口（LLI），还包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，而且LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。定义了主站和主站之