楼宇自动化技术与应用陈虹楼宇自动化技术与应用2013版3课件教学.pptVIP

楼宇自动化技术与应用 第三章 工业以太网与网络控制系统 第三章工业以太网与网络控制系统 第一节 工业以太网 工业控制网络应该: ①具有较好的响应实时性 ② 高可靠性 ③ 力求简洁 ④ 开放性要好 现场总线、以太网与工业以太网 现场总线技术在其发展过程中存在许多不足: ①现有的现场总线标准过多,仅国际标准IEC 61158 就包含了8 个类型,未能统一到单一标准上来; ②不同总线之间不能兼容,不能真正实现透明信息互访,无法实现信息的无缝集成; ③由于现场总线是专用实时通信网络,成本较高; ④现场总线的速度较低,支持的应用有限,不便于和Internet 信息集成。 以太网具有以下优点： ①成本低廉 ②应用广泛 ③通信速率高 ④软硬件资源丰富 ⑤ 可持续发展潜力大 ⑥实现网络的无缝连接 工业以太网特点与要求 工业以太网在技术上与商用以太网(即IEEE 802.3标准) 兼容,但应能满足以下要求: ① 环境适应性与可靠性 ② 通信实时性问题 ③ 总线供电 ，本质安全 ④ 安装方便,适应工业环境的安装要求 ⑤ 安全性 工业以太网特点与要求 以太网全面应用于工业控制网络,还需要解决以下关键技术问题: ① 适用于工业控制现场的以太网媒体规范 ② 适用于工业自动化控制的应用层协议 ③ 工业以太网通信实时性服务质量(QoS) 控制策略与客观评价 ④ 网络安全性 Ethernet/IP工业以太网 Ethernet/IP网络采用商业以太网通信芯片和物理介质，采用星形拓扑结构，利用以太网交换机实现各设备间的点对点连接，能同时支持I OMbps和1OOMbps以太网的商业产品 。 Ethernet/IP工业以太网 工业以太网结构 针对工业控制系统的要求，结合商用网络成熟的设计方法，根据网络控制系统与现场总线设计了一个结构化的交换式工业以太网，其系统结构示意图如图所示。 Ethernet/IP工业以太网 整个系统完全基于Ethernet-TCP/IP的一体化设计。其特点如下: (1)分布式对等功能单元 (2)分层式网络结构。 (3)更高的开放性 (4)高传输速率 Ethernet/IP工业以太网 工业以太网拓扑结构 工业以太网系统采用分层式结构，分布层可以进一步采用灵活的拓扑结构。 （1）星形结构 （2）总线结构 （3）环形结构 冗余环拓扑结构 Ethernet/IP工业以太网 冗余设计 根据工业控制的需要，可采用包括链路和硬件的多层冗余设计。过程控制网络的冗余设计首先要实现物理层的双重化设计,包括通信介质、驱动电路、通信控制器、集线器(HUB) 等,实现互为冗余的2 个网络链路完全独立,这样可以保证这2 个网络的物理信号隔离和故障隔离 (见图) ,但它们最终被同一个微处理器(CPU) 所驱动,信息在传输层被统一或分配(也就是冗余处理) 。 互为冗余的控制网络 核心层冗余设计 核心层设备是整个网络的通信枢纽，除选用高可靠性的交换设备外，必须配有冗余设备和链路，这包括: (1)双备三层交换机。 (2) 冗余环 双机热备冗余管理器 冗余环 分布层冗余设计 分布层负责连接各功能单元与核心层，向上可通过冗余链路连接多台核心层交换机;对于管理层非控制单元可不考虑冗余;对于现场控制单元和监控单元，需做冗余设计。 分布层冗余设计 分布层冗余设计 TCP/IP协议总体构成 ① 地址识别协议:ARP 协议; ② 基本数据传输协议: IP 协议; ③ 差错控制协议: ICMP 协议; ④ 无联接数据传输协议:UDP 协议,一般用于传输实时数据； ⑤ 可靠性数据传输协议:TCP 协议,一般用于传输非实时数据。 基于TCP/ IP 协议的解析 TCP/IP 协议 TCP/ IP 采用分层结构, 分为网络接口层、互联网络层、传输层和应用层, 如图所示。传输层在TCP/ IP 模型中位于互联网层之上, 应用层这下。它的功能是使源和目的端主机上的对等这体进行会话。 TCP/ IP协议体系结构图 TCP/IP 协议 网际协议(IP) IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务。不可靠(unreliable)的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地，它仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP