第二章 网络通信基础(第二讲).pdfVIP

第1章 概述 1.1 网络控制技术的定义和特点 1.2 网络控制技术的发展历程 1.3 现场总线的发展过程 1.4 工业以太网的发展状况 1.1 网络控制技术的定义和特点 • 工业控制网络的定义 工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程 和控制，肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特 殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换。因此，它 通常应满足强实时性与确定性、高可靠性与安全性、工业现 场恶劣环境的适应性、总线供电与本质安全等特殊要求。 • 网络控制的定义 借助于通信介质而完成某种或一系列的控制任务的过程。 因此可见，其目的在于控制，但是控制命令信息却需要有数 据的承载信道。 1.2 网络控制技术的发展历程 • 基地式气动仪表控制系统 50年代,基于3～15psi的气动信号标准 • 电动单元组合式模拟仪表控制系统 基于模拟电流信号标准0～10mA(4～20 mA) • 集中式数字控制系统（CCS） 20世纪70年代，工业中使用了数字计算机 • 集散控制系统（DCS） 20世纪80年代，微处理机的出现,产生了DCS • 现场总线控制系统（FCS） 20世纪90年代,全数字,双向通信,串行的底层控制系统 • 工业以太网技术 21世纪初,使用以太网来作为通信介质的新一代工业通信 网络 1.3 现场总线的发展 • 现场总线定义：于1984年左右提出的。根据国际电工委员会 IEC1158定义（后改为IEC61158），现场总线是 “安装在生产 过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系 统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。 • 或者说，现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和 自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的网 络系统与控制系统，它以单个分散的、数字化、智能化的测 量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换 信息，共同完成自动控制功能。 1.4 工业以太网的发展 • 近年来工业以太网的兴起，引起了自动控制领域的重视， 同时许多人担心工业以太网标准的不统一会影响其渗透到 自动控制网络的应用。现场总线标准争了十多年，工业以 太网标准或许也会这样。下一步向工业以太网发展，也有 可能形成的多种类型的协议标准，分别是由主要的现场总 线生产厂商和集团支持开发的，如： (1) FF和WorldFIP向HSE发展； (2) ControlNet和DeviceNet向EtherNet/IP发展； (3) INTERBUS和MODBUS向IDA发展； (4) PROFIBUS向PROFINET发展。 1.4 工业以太网的发展 • 在2002年在北京举行的国际电工委员会（IEC）年会期间， TC SC65C曾作了一项决定：在2007年开始对现场总线国际标 准IEC61158进行修订之前，不再增加新的类型。但考虑成立 新的工作组对工业以太网技术开展研究，并起草相关的标准。 2003年在SC65C下成立了WG11、WG12、WG13等新的工作组专 门负责有关工业以太网标准的制订。 • 2004年法国会议之前收到的六个新的实时以太网协议提案将 以PAS （Publicly Available Specification，公用可用规 范）的形式发布，这些提案包括：中国的EPA、日本横河的 V-net和东芝的TCnet、欧洲开放网络联合会IAONA的EPL （Ethernet PowerLink）、法国施耐德的MODBUS TCP （RTPS）。 1.4 工业以太网的发展 工业以太网广泛应用所需要解决的主要问题： ⑴要求有高实时性与良好的时间确定性； ⑵传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁 ⑶容错能力强，可靠性、安全性好； ⑷控制网络协议简单实用，工作效率高； ⑸控制网络结构具有高度分散性； ⑹控制设备的智能化与控制功能的自治性；