第1 章 绪 论
1.2.3 控制系统对网络的要求 控制网络的通信系统应具有开放性 开放性（ 1、控制网络的通信系统应具有开放性（指协 标准公开， 议、标准公开，遵循相同标准的设备可互连并实 现数据的交互）。 现数据的交互）。 2、控制网络中的控制设备应具有互操作性 控制网络中的控制设备应具有互操作性 指互连设备间的信息传输） 互用性（ （指互连设备间的信息传输）与互用性（指设备 的相互替换）。 的相互替换）。 时序 3、控制网络应满足系统的时序、实时性及有 控制网络应满足系统的时序、实时性及 效性要求 要求。 效性要求。 适应性 4、控制网络应具有对现场环境的适应性。 控制网络应具有对现场环境的适应性。
Infranet FCS Intranet MES Internet ERP
第1 章 绪 论
资源规划层 ERP
制造执行层 MES
Internet
现场控制层 FCS
图2 功能层次的网络类型
第1 章 绪 论
1.3.3 控制网络与上层网络的连接方式 采用专用网关完成不同通信协议的转换， 1、采用专用网关完成不同通信协议的转换， 将控制网段或DCS连接到以太网上。 将控制网段或DCS连接到以太网上。 DCS连接到以太网上 2、将以太网卡和现场总线网卡置入工控机中 的PCI插槽，再PC机内实现数据交换。 PCI插槽， PC机内实现数据交换。 插槽 机内实现数据交换 WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备 服务器直接置入PLC 3、将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备 借助WEB WEB服务器和通用浏览工具实现数据信 内，借助WEB服务器和通用浏览工具实现数据信 息的动态交互。 息的动态交互。
@ X X X X 报文 X X * CR 分隔符 结束符
单元号 报头
0~31
帧检验和
帧检验和计算区
第1 章 绪 论
主 机
单 元 号
FCS
FCS
符
符
FCS
报 头
第
报 文
分 隔
报 文
分 隔
报 文
结 束 符
分 隔 符
分 隔 符
单 元 号
FCS
报 头
报 文
结 束 符
第1 章 绪 论
1.1.3 早期的总线技术 Genius I/O：采用分段令牌总线结构，使用频移键控 ：采用分段令牌总线结构， 调制信号，网段节点总数达32。 调制信号，网段节点总数达32。 32 Interbus-S：电气规范遵循EIA-485标准，适用于单 ：电气规范遵循EIA-485标准， EIA 标准 主机系统，有远程总线与本地总线之分， 主机系统，有远程总线与本地总线之分，远程节点总数 64。 达64。 Sensoplex：德国福特汽车公司开发，采用主从式总 ：德国福特汽车公司开发， 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64 64。 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64。 P-Net：丹麦Process Data公司开发，电气规范遵循 ：丹麦Process Data公司开发 公司开发， EIA-485标准 采用分段结构的多主网络系统， 标准， EIA-485标准，采用分段结构的多主网络系统，主节点 总数达32 各主节点间采用“虚拟令牌” 32， 总数达32，各主节点间采用“虚拟令牌”依次控制总线 的访问权。 的访问权。
第1 章 绪 论
服务器 网关 工控机
服务器
d i g i t a l
工控机
PCI 通讯卡
控制网段 控制网段
Ba y Net works
网桥控制网段（a）源自关连接PCI连接 （b） PCI连接
第1 章 绪 论
习题
1、什么是控制网络、现场总线、工业数据通信？ 、什么是控制网络、现场总线、工业数据通信？ 2、控制系统对网络有哪些具体要求？ 控制系统对网络有哪些具体要求？ 3、控制网络与上层网络的连接方式分为哪几种？ 控制网络与上层网络的连接方式分为哪几种？ 企业网络系统的层次结构按网络连接结构、 4、企业网络系统的层次结构按网络连接结构、功能结构可 划分为哪几层？ 划分为哪几层？
第1 章 绪 论
1.3 控制网络 在企业网络系统中的地位与作用
1.3.1 企业网络系统的层次结构 网络连接结构划分： 网络连接结构划分：底层控 制网 （ Infranet ） 、 企业内部 网 （ Intranet ） 、 互 联 网 （Internet）。 Internet） 网络功能结构划分： 网络功能结构划分：企业资 源规划层（ERP） 源规划层 （ ERP ） 、 制造执行层 MES） 现场控制层（ FCS） （ MES ） 、 现场控制层 （ FCS ） 。
第1 章 绪 论
第1章 绪 章
论
1.1 工业数据通信与控制网络概述 1.2 网络集成式控制系统 1.3 控制网络在企业网络系统中的地位与作用 1.4 控制网络的发展与标准化 习题
第1 章 绪 论
1.1 工业数据通信与控制网络概述
1.1.1 控制网络与现场总线 控制网络：将多个分散在生产现场， 控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能 力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、 力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通 信协议，以现场总线作为通信连接的纽带， 信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，将现场控制 设备连接成可相互传递信息， 设备连接成可相互传递信息，共同完成自控任务的网络 系统与控制系统。 系统与控制系统。 现场总线：是一种应用于生产现场， 现场总线：是一种应用于生产现场，在现场设备之 现场设备与控制装置之间实现双向、串行、 间、现场设备与控制装置之间实现双向、串行、多节点 数字通信的技术。它由IEC的国际标准化小组SC65C/WG6 IEC的国际标准化小组 数字通信的技术。它由IEC的国际标准化小组SC65C/WG6 定义。 定义。
第1 章 绪 论
MIS 网主机 1
MIS 网主机 2
HUB2 企业 MIS 网
打印机
C320 通讯模块
IBM 服务器 HUB1
PLC 甲罐称重 乙罐称重 仓泵 1# ……………. PLC 甲罐称重 乙罐称重 仓泵 6#
工控机（监视） 工控机（监视）
工控机（主控） 工控机（主控）
现场控制站
图1
工业控制网络示意图
第1 章 绪 论
例2：C200H-LK202通讯模块 200H LK202通讯模块 202 200H LK202 202通讯模块提供了一种智能化的通讯 SYSMAC C200H-LK202通讯模块提供了一种智能化的通讯 链路， 它采用全自动的应答方式实现PLC PC之间的数 PLC与 链路 ， 它采用全自动的应答方式实现 PLC 与 PC 之间的数 据交换， 据交换，它内部集成的通信协议支持半双工点对点方式 或一对多方式通讯。 无论是在 “ Multiple-Link”还是 或一对多方式通讯 。 Multiple-Link 还是 Single-Link”的通讯系统中 的通讯系统中， 在“Single-Link 的通讯系统中，当数据块长度超过规 定值时，数据块都必须划分成几个帧进行传送。 定值时，数据块都必须划分成几个帧进行传送。在这种 情况下，起始帧和中间帧是以分隔符（CR）结尾， 情况下，起始帧和中间帧是以分隔符（CR）结尾，而不 是块结束符（ CR） 串行口数据帧的格式如下： 是块结束符（*CR）。串行口数据帧的格式如下：
1
2
3 帧检验和计算区
4
5
6
其中： 其中： STX表示可选的ASCII起始符02H 表示可选的ASCII起始符02 (1)、STX表示可选的ASCII起始符02H SWA、SWB、SWC表示PANTHER设置的状态字 表示PANTHER (2)、SWA、SWB、SWC表示PANTHER设置的状态字 (3)、表示六位不带符号和小数点的重量值 (4)、表示六位不带符号和小数点的皮重值 CR表示ASCII回车符 表示ASCII回车符ODH (5)、CR表示ASCII回车符ODH CKS表示可选的帧检验和 (6)、CKS表示可选的帧检验和
第1 章 绪 论
例1：PANTHER称重变送器 PANTHER称重变送器 PANTHER称重变送器的数据链路层协议中 称重变送器的数据链路层协议中， 在 PANTHER 称重变送器的数据链路层协议中 ， 串行口数 据的连续输出帧格式如下： 据的连续输出帧格式如下：
STX SWA SWB SWC XXXXXX XXXXXX CR CKS
第1 章 绪 论
1.2 网络集成式控制系统
1.2.1 控制系统的新型结构 现场总线控制系统是继基地式气动仪表控制系统 、 现场总线控制系统 是继基地式气动仪表控制系统、 电 是继基地式气动仪表控制系统 动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、 动单元组合式模拟仪表控制系统 、 集中式数字控制系统 、 集散式控制系统之后的新型结构。 集散式控制系统之后的新型结构。 集 现 气 数字 散 集 直 场 动 基 中 接 控 总 、 地 制 电 模拟 线 控 数字 数 式 系 动 控 制 字 仪 统 式 制 系 控 表 系 仪 统 制 统 表 PLC DCS
第1 章 绪 论
1.2.2 网络集成式控制系统的特点 Genius I/O：采用分段令牌总线结构，使用频移键控 ：采用分段令牌总线结构， 调制信号，网段节点总数达32。 调制信号，网段节点总数达32。 32 Interbus-S：电气规范遵循EIA-485标准，适用于单 ：电气规范遵循EIA-485标准， EIA 标准 主机系统，有远程总线与本地总线之分， 主机系统，有远程总线与本地总线之分，远程节点总数 64。 达64。 Sensoplex：德国福特汽车公司开发，采用主从式总 ：德国福特汽车公司开发， 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64 64。 线结构,使用频移键控调制信号，节点总数达64。 P-Net：丹麦Process Data公司开发，电气规范遵循 ：丹麦Process Data公司开发 公司开发， EIA-485标准 采用分段结构的多主网络系统， 标准， EIA-485标准，采用分段结构的多主网络系统，主节点 总数达32 各主节点间采用“虚拟令牌” 32， 总数达32，各主节点间采用“虚拟令牌”依次控制总线 的访问权。 的访问权。