工业控制网络发展
工业控制网络的发展初探
摘要：工业自动化和信息技术的发展,使整个社会生产已经向自动控制、智能控制上转型。作为21世纪工业生产的一个重要标志,工业控制网络逐渐应用于工业生产的各个方面。工业控制网络既包括底部设备层的传感器,检测器等器件,也包括终端管理层的办公自动化操作系统,还包括串联起整个系统的现场总线技术。工业控制网络在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。
关键词：工业控制网络；现场总线；发展趋势
0.引言
随着计算机技术、网络技术、控制技术以及现场总线技术的迅速发展，嵌入式微处理器的广泛应用，国际工作研究方向逐渐从重工业、单一化转变为微电子、多元化。自动化技术作为其中的一项重要内容,在工业控制上逐渐显现出了它的优势。本文主要通过对工业控制网络的结构和现场总线技术的描述,来探究未来工业控制网络结构的发展方向。
1、传统工业控制网络结构
从总体结构上来讲，传统企业网络可分为三个层次：管理层、监控层和现场设备层。其结构示意图如下所示：
图一传统工业控制网络
●管理层。主要是办公自动化系统，同时从监控层提取有关生产数据用于制定综合管理决策。管理层一般使用通用以太网，方便操作，并可连入外部网络。
工业控制网络复习重点
工业控制网络 题型： 填空（15*1’） 选择（10） 分析（2） 简答（5） 操作（10’） 第一章 1.现场总线 定义：国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义： 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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 现场总线——控制网络 现场总线——工业电话线 现场总线——底层控制网络 2.输入输出设备 总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据；总线上的输出数据用于：驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。 3.现场总线特点 ?适应工业应用环境。 ?要求实时性强，可靠性高，安全性好。 ?多为短帧传送。(短帧传输体现实时性) ?通信的传输速率相对较低。 4.几种现场总线 ?Foundation Fieldbus，FF ?LonWorks ?Profibus ?ControlNet ?DeviceNet ?CAN ?Hart 5.现场总线系统组成与组织结构 ?硬件： ◆总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/介体）。 ◆连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节点（主节点、从节点）、站点 （主站、从站）。 软件包括： ?系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。 包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件。 ?系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。 6.在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类 ?变送器／传感器（输入设备）；
工业控制的应用现状和发展趋势
现代工业控制总线的发展趋势 前言 随着计算机、通信、自动控制、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断出现，以及在传感器、通信和计算机领域所取得的巨大成就使人们对系统综合性能尤其是安全性能提出了越来越高的要求：希望能对系统设备的工作状况进行实时监测和控制，并在此基础上实现设备的智能维护。对企业自动化设备而言，对其工作状况进行远程监测和控制，不仅可方便设备管理者随时了解设备工作状态，设备出现异常时主动报警，便于及时维修，还可拓宽设备服务范围，提高工作性能，延长使用寿命。这一目标的实现对控制网络在开放性、互连性、分散性等方面提出了更高要求。 一分散控制系统(DCS) 当前工业控制计算机的应用范围仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，进一步扩展了大型分散控制系统的应用。 1. 应用现状 DCS自1975年问世以来，大约有3次比较大的变革，70年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发并没有动态流程图，通信网络基本上是轮询方式；80年代通信网络较多使用令牌方式；90年代操作站出现了通用系统，90年代末通信网络有的部分遵循TCP/IP协议，有的开始采用以太网。20多年来，DCS已广泛应用于各工业领域并趋于成熟，成为工业控制系统的主流。 虽以现场总线为基础的FCS发展很快，最终将取代传统DCS，但其发展仍面临一些问题，如统一标准、仪表智能化等。而传统控制系统的维护和改造还需DCS，因此FCS完全取代传统DCS尚有较长过程。现DCS的新产品的特点为：系统开放、管控一体化及带有先进控制软件，DCS生产厂家也从事FCS的研发、生产和推广应用。
工业控制网络发展
工业控制系统的网络化发展及现状研究 发布: 2009-10-26 | 作者: | 来源: 0引言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）[1]。对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。这股工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。 1计算机控制系统的发展 计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）。 进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。 80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC 控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。 进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。
2016级《工业控制组网与组态技术》
《工业控制组网与组态技术》教学大纲 课程代码：01ANN803 适用专业：自动化专业 教学时数：56 学时其中实践56 学时 一、课程简介及基本要求 本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 二、课程实验目的要求 通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。 三、主要仪器设备 I／A S小型集散控制系统、过程控制实验装置 四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法 五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次 六、实验项目设置与内容（小四号黑体字） 序号实验名称内容提要 实验 学时 每组 人数 实验 属性 开出 要求 备注 1 集散控制系统的组 态 1、掌握软件组态 2、学习集散控制方法 8 6 验证必做 2 基于DCS的温度控制 系统的设计与实施 1、系统设计、硬件连接 2、组态和实现控制 8 6 综合必做 3 基于DCS的液位控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合选做 4 基于FCS的温度控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 5 基于FCS的液位控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 6 PROFIBUS-DP应用1、掌握网络系统故障及诊断 2、掌握STEP7使用方法 8 6 综合选做 7 HMI组态软件 1、掌握HMI的使用 2、完成基本PLC功能 8 6 综合选做 七、教材及实践指导书 1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材： 杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008． 何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.
工业控制网络复习题 --电子科技大学
《工业控制网络》复习题 一、概念题 1、现场总线：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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2、模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。 3、数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。 4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、非归零码（NRZ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”的数字数据编码。 9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。 10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 13、全双工通信：指能同时作双向通信。 14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
级工业控制组网与组态技术
级工业控制组网与组态技 术 The latest revision on November 22, 2020
《工业控制组网与组态技术》教学大纲 课程代码：01ANN803适用专业：自动化专业 56学时其中实践56学时 教学时 数： 一、课程简介及基本要求 本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（HumanMachineInterface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 二、课程实验目的要求 通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300PLC工程实例，达到一定运用能力。 三、主要仪器设备 I／AS小型集散控制系统、过程控制实验装置 四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法 五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次 七、教材及实践指导书
1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材： 杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008． 何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.
石油化工行业工业控制网络安全
石油化工行业工业控制网络 安全 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
石油化工行业工业控制网络安全 石油化工企业是典型的资金和技术密集型企业，生产的连续性很强，装置和重要设备的意外停产都会导致巨大的经济损失，因此生产过程控制大多采用DCS等先进的控制系统，DCS控制系统的供应商主要有霍尼韦尔、艾默生、横河电机、中控科技等。 1. 石油化工行业网络安全分析 石油化工企业是典型的资金和技术密集型企业，生产的连续性很强，装置和重要设备的意外停产都会导致巨大的经济损失，因此生产过程控制大多采用DCS等先进的控制系统，DCS控制系统的供应商主要有霍尼韦尔、艾默生、横河电机、中控科技等。 在早期，由于信息化程度水平有限，控制系统基本上处于与信息管理层处于隔离状态。因此，石化企业的信息化建设首先从信息层开始，经过10多年的建设积累，石化&化工行业信息层的信息化建设已经有了较好的基础，涉及到了石油勘探、开发、炼油、化工、储运、销售、数据管理等诸多研究领域，企业在管理层的指挥、协调和监控能力，提高上传下达的实时性、完整性和一致性都有很大提升，相应的网络安全防护也有了较大提高。与其他行业一样，在信息管理层面，石化石化企业大量引入IT技术，同时也包括各种 IT 网络安全技术，包括如防火墙、IDS、VPN、防病毒等常规网络安全技术，这些技术主要面向商用网络应用，应用也相对成熟。 与此同时，在信息技术不断发展的推动下，石化&化工企业的生产管理理念和技术也在不断发展，DCS发展到今天，已经进入了第四代，新一代DCS呈现的一个突出特点就是开放性的提高。石化&化工企业普遍开始采用基于ERP/SCM、MES和PCS三层架构的的管控一体化信息模型思想，随着两化融合政策的推进，越来越多的石化企业实施MES系统，使管理实现了管控一体化。
西南科技大学新年《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题
西南科技大学2014-2015年《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题 一、填空题 1. 按照地理分布距离和覆盖范围来看，计算机网络可以分为广域网、城域网和局域网。 2. 光纤分为单模和多模两种类型，其传输原理都是基于光的全反射。 3. 工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统，还是一个借助网络完成控制功能的自控系统。 4.工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和工厂管理层三个层次。 5. 参照ISO/OSI标准模型，CAN通信模型包括物理层和数据链路层两层。 6. CAN的报文帧有以下四种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。 7. 同步是数据传输中必须要解决的重要问题，在报文帧的传送过程中有三种同步方式：位同步、字同步和帧同步。 8.工业控制系统经历了基地式仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等主要阶段。 9.CAN总线是有效支持分布式实时控制的串行通信网络，从定位时的同步方式考虑，它属于异步通信。 10.现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现
场通信网络与控制系统的集成。 11.CAN总线支持位仲裁的介质访问方式，是多主工作方式。 12.CAN通信协议规定了4种不同类型的帧：数据帧，远程帧，错误帧，过载帧。 13.CAN总线上用显性和隐性两个互不的逻辑值表示0和1。 14.CAN协议可以检测到位错误，填充错误，CRC错误，格式错误，应答错误。 15. CAN总线是多主工作方式，任意节点可以主动发送信息。通过非破坏性总线仲裁机制解决多节点同时发送时的冲突问题。 16.CAN的ISO/OSI参考模型包括两层：数据链路层、物理层。 17.CAN空闲时网络电平保持隐性1位。 18.现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 19.RS-422接口通信需要4根线，它是全双工的，RS-485接口通信需要2根线，它是半双工的。 20.Modbus基于串行链路的通信方式有ASCII和RTU。 21.PROFIBUS-DP协议的两个主要部分是用户接口层和直接数据链接映射层。 22.目前的PROFIBUS标准IEC61158提供了三种传输方式：双绞线、同轴电缆、光纤。 23.基于PROFIBUS的远程监控系统由三层组成：底层控制层、SCADA层（现场监控层）、远程监控层。 24.CAN的直接通信距离最远达10km ，通信速率最高可达1Mbps。
工业控制网络作业题
工业控制网络作业题
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工业控制网络作业题 一、现场总线技术 1.现场总线的定义。 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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2.现场总线网络的特点。 1)适应工业应用环境。 2)要求实时性强，可靠性高,安全性好。 3)多为短帧传送。 4)通信的传输速率相对较低。 3.现场总线系统的组成。 4.在现场总线控制系统中,总线设备主要分为6类。 1)输入设备（变送器/传感器)； 2)输出设备（执行器等); 3)控制器； 4)监控／监视计算机; 5)网络互联设备（网桥/网关／中继器/集线器/交换机／路由器）； 6)其他现场总线设备(ＨMI)。 5.现场总线上的数据输入设备有哪些?输出数据用于什么? ●总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传 输其位置状态、参数值等数据； ●总线上的输出数据用于:驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。
6.几种有影响的现场总线 基金会现场总线(FＦ总线)、ＣＡN、PRＯＦIBUS、LｏnＷｏｒks、 ContrｏｌＮeｔ、DevｉceNet、Hart 7.请给出现场总线的技术特点。 1)现场通信网络 2)数字通信网络 3)系统的开放性 4)现场设备互连网络 5)系统结构和功能的高度分散性 6)互操作性与互换性网络 8.请给出５个现场总线的优点。 1)导线和连接附件大量减少 2)仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少 3)设计、安装和调试费用大大降低 4)维护开销大幅度下降 5)提高了系统的可靠性 6)提高了系统的测量与控制精度 7)系统具有优异的远程监控功能 8)系统具有强大的(远程）故障诊断功能 9)用户具有高度的系统集成主动权 10)现场设备更换和系统扩展更为方便 11)为企业信息系统的构建创造了重要条件 9.请列举现场总线的一些应用领域。 ●连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸,过程自动化仪表;火 车、汽车、轮船、机器人、数控机床;智能传感器 ●楼宇自控、仓储； ●智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络) ●农、林、水利、养殖等 二、数据通信基础 10.工业数据通信系统的基本组成:发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、 通信协议 有效性指标:数据传输速率；比特率；波特率;频带利用率;协议效率；通信效率 可靠性指标: 误码率 11.数据传输方式: 根据代码的传输顺序可分为串行传输、并行传输 根据数据信号传输时的同步方式可分为同步传输、异步传输 12.请说明数据通信方式（通信线路的工作方式）都有哪几种,并简单说明其不 同之处。 数据通信方式有单工、半双工、全双工3种。 1)单工通信：指所传送的信息始终朝着一个方向，而不进行与此相反方向的传 送
工业控制网络
1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成 1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：一种应用于生产现场，在现场设备之间，现场设备与控制装置之间实行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络 2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制 3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制 4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题 5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现 第二章CAN （控制器局域网） 1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能 2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层 3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧 4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束 5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误 6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2 7、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1” 8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。其功能组成：接口管理逻辑（iml）、发送缓冲器（txb）、接受缓冲器（rxb、rxfifo，b字节） 工作模式：basiccan模式、elican模式。 （2）tn82527can通信控制器。（3）内嵌can控制器的p8xc591。 10，CAN总线io器件：82c150 主要功能：can接口功能io功能。 11，节点设计 CAN总线系统有两类节点：不带微处理器的非智能节点和带微处理器的智能节点，1.硬件电路设计：采用898c51作为节点的微处理器，在can总线通信接口中，can 通信控制器采用sja1000，can总线收发器采用82c250 2.软件设计：三部分 can节点初始化，报文发送和报文接收。 第三章 Profibus(国际现场总线标准） 1.profibus分为哪三部分，个部分结构主要用途是什么？ 答：profibus--FMS：用于解决车间一级通用性通信任务。 Profibus--DP：用于解决设备一级的告诉数据通信。
《工业控制网络》课程教学大纲
《工业控制网络》课程教学大纲 课程编码：T1060260 课程中文名称：工业控制网络 课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK 总学时：40讲课学时：28 实验学时：12学分: 2.5 授课对象：电气工程及其自动化专业 先修课程：电路集成电子技术嵌入式系统原理及应用 一、课程教学目的 工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。 本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。 二、教学内容及基本要求 本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。 第1章绪论 现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。 第2章数据通信与计算机网络基础 数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 第3章控制器局域网——CAN CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型，错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析，CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。 第4章DeviceNet DeviceNet简介，DeviceNet的连接（CAN标识符区的DeviceNet使用、连接建立概述、预定义主/从连接组、客户机和服务器的连接终点），DeviceNet信息协议（显式信息、输入/输出信息、分段/ 重组、重复MAC ID检测协议），DeviceNet通信对象类，网络访问状态机制，预定义主/从连接组，构建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计、DeviceNet系统应用实例。 第5章ControlNet
工业以太网的意义及其应用分析
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域内，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要
20工业控制网络及组态技术教学大纲
《工业控制网络及组态技术》课程教学大纲 课程代码：010132053 课程英文名称：Industrial Control Network and HMI Technology 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1.本课程是机电一体化专业的专业选修课 2.现场总线/工业以太网技术是当今工业控制系统的主流组网技术，是控制向分散化、网络化、智能化方向发展的技术基础。 本课程主要包括：现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法。 2.掌握HMI的设计方法。 3.结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。 （三）实施说明 本课程应重点讲授工业控制网络原理、设计方法、结合PLC系统，以实例为主线，以作业、讲解等互动形式，调动学生的积极性。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课有：计算机基础、机电传动控制、电工及电子技术、控制工程基础。 （五）对习题课、实践环节的要求 1.习题要求：习题应促进学生消化、巩固所学内容。习题要密切配合教师的讲授内容，注意要使概念类、分析类和设计类习题并存，培养学生的分析和设计能力。教师通过习题发现问题，改进教学，同时习题也是考核学生的依据之一。 2．实验要求：根据课时较短，同时仿真系统在脱离实验设备亦能进行的实际情况，实验环节以作业形式安排在课后，以实例、作业、互动来完成实践过程，不单独设置实验课。 （六）课程考核方式 1.考核方式：课程大作业。 2.考核目标：在考核学生对控制网络基本知识和方法掌握的基础上，重点考核学生实际运用能力。 3.成绩构成：出勤（约占20%），平时考察（约占30%），课程大作业（占50%） （七）参考书目 《S7-300/400 PLC 应用技术》，廖常初编，机械工业出版社，2008 《工业控制网络与现场总线技术》，陈在平，机械工业出版社，2006 《工业控制网络技术》，杨卫华，机械工业出版社，2008。 二、中文摘要
工业4.0与工业控制网络
工业4.0与工业控制网络技术 摘要 第四次工业革命（“工业4.0”）是德国版的再工业化战略，以提高德国制造业的竞争力为主要目的，是从嵌入式系统向信息物理融合系统（CPS）发展的技术进化。它的主要内容包括“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。本文简单介绍了“工业4.0”概念、主要内容、技术基础以及新工业时代所面临问题与挑战。随后介绍了工业控制网络技术的概念、主要内容包括现场总线技术与工业以太网技术。最后描述了自己对“工业4.0”与工业控制网络技术之间的关系与相互作用的认识，以及本专业（控制科学与工程）在“工业4.0”下体现。 关键字：工业4.0；工业控制网络技术；控制科学与工程；工业革命 一、工业4.0综述 1. 工业4.0概念 工业4.0（Industry 4.0）是指利用物联信息系统（CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。 与国际社会关于第三次工业革命的说法不同，德国学术界与产业界认为，前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。他们将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0，20世纪初的电气化为2.0，始于20世纪70年代的生产工艺自动化定义为3.0，而物联网和制造业服务化迎来了以智慧制造为主导第四次工业革命，或革命性的生产方法，即为“工业4.0”。德国“工业4.0”战略旨在通过充分利用信息通讯技术和物联信息系统（CPS）相结合的手段，推动制造业向智能化转型。 2. 工业4.0主要内容 工业4.0简单可以概括为“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。 2.1 “1个核心” 工业4.0的核心是“智能+网络化”，即通过虚拟-实体系统（Cyber-Physical System,CPS)，构建智慧工厂，实现智能制造的目的。CPS系统建立在信息和通讯技术（ICT）高速发展的基础上。 （1）通过大量部署通过大量部署各类传感元件实现信息的大量采集； （2）将IT控件小型化与自主化，然后将其嵌入各类制造设备中从而实现设备的智能化； （3）依托日新月异的通信技术达到数据的高速与无差错传输；
工业控制网络的发展综述
2014 ~ 2015 学年第2 学期 《工业控制网络》 课程报告 题目：工业控制网络的发展综述 电气工程学院 2015年5月25 日 工业控制网络的发展综述 1.引言 工业控制网络在提高生产速度、管理生产过程、合理高效加工以及保证安全
生产等工业控制及先进制造领域起到越来越关键的作用。图1总结了工业控制网络的4大主要类型：传统控制网络、现场总线、工业以太网以及无线网络。传统控制网络现在已经很少使用，目前广泛应用的是现场总线与工业以太网，而工业以太网关键技术的研究是目前工业控制网络研究的热点。 图1 工业控制网络的主要分类 2.现场总线 现场总线控制系统FCS是在基地式气动控制信号控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS之后发展起来的新一代控制系统，它将DCS 中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理信息层交换信息，代表了工业控制网络技术的发展方向。 2.1现场总线主要技术特点 现场总线打破了传统控制系统的结构形式，图2为现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比。在传统模拟控制系统中采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接；而在FCS中，所有的设备作为网络节点连接到总线上，不仅节省了电缆，而且还方便了布线。
图2 现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比 2.3 主流现场总线的比较 目前现场应用比较广泛的现场总线主要有FF、Profibus-DP、CAN 总线等，这些现场总线在技术上各有特色，目前它们还不能相互代替而应用到所有的领域，几种总线的特性和应用对比见表1。 表1 几种现场总线的比较
工业控制网络课程设计
工业控制网络课程 设计
辽宁工业大学 工业控制网络课程设计（论文） 题目：基于CAN总线的舵机加载系统油源温度监控仪的设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化093 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间： .1.2- .1.11
课程设计（论文）报告的内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括： ①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等） ②设计(论文)任务及评语 ③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字） ④目录 ⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） ⑥参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：字周数。 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 ①标题“目录”（小二号、黑体、居中） ②章标题（四号字、黑体、居左）
③节标题（小四号字、宋体） ④页码（小四号字、宋体、居右） 6、正文格式 ①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉 1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订； ②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体； ③行距：20磅行距； ④页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 ①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。 ②示例：（五号宋体） 期刊类：[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次. 图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.
工业控制网络的发展前景
工业控制网络课程论文论文题目：工业控制网络的发展前景所在学院控制工程学院 专业电气工程及其自动化082 姓名赵宇涛 学号 2008072053 2011-10-30
工业控制网络的发展前景 姓名：赵宇涛学号：2008072053 摘要信息技术和工业自动化的发展，带动了整个社会生产向自动控制、智能控制方面转型。工业控制网络作为二十一世纪工业生产的一个重要标志，逐渐应用于工业生产的各个方面，在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。本文首先对工业控制网络的概念以及现场总线技术做了一下简单的介绍，回顾了工业控制网络的发展历程，接着列举出了一些工业控制网络的特点，然后进行探讨工业控制网络的未来发展前景以及具体如工业以太网的介绍。最后得出工业控制网络未来发展前景的结论。 关键词发展，工业通信，先进制造领域，现场总线，工业以太网 The prospect of the development of industrial control network Abstract Information technology and industrial automation development, drive the whole society is produced to automatic control, intelligent control aspect transformation. Industrial control network in the 21 st century as the industrial production an important sign, has been used in industrial production of aspects in the industrial communication and advanced manufacturing field plays an important role. In this paper, first, the concept of industrial control network and fieldbus technology
综述工业控制网络发展现状
综述工业控制网络发展现状 工业控制网络在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。回顾工业控制网络的发展历程，简要介绍了目前国际上已经应用的几种主要的控制网络：现场总线、工业以太网以及无线网络。最后对控制网络的发展趋势进行了展望。 工业控制网络在提高生产速度、管理生产过程、合理高效加工以及保证安全生产等工业控制及先进制造领域起到越来越关键的作用。工业控制网络从最初的计算机集成控制系统CCS到集散控制系统DCS，发展到现场总线控制系统。近年来，以太网进入工业控制领域，出现了大量基于以太网的工业控制网络。同时，随着无线技术的发展，基于无线的工业控制网络的研究也已开展。工业控制网络可以总结为四大类型：传统控制网络、现场总线、工业以太网及无线网络。传统控制网络现在已经很少使用，目前广泛应用的是现场总线与工业以太网，而工业以太网关键技术的研究是目前工业控制网络研究的热点。 现场总线 现场总线控制系统FCS是在基地式气动控制信号控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、直接数字控制系统、集散控制系统之后发展起来的新一代控制系统，他将DCS中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理信息层交换信息，代表了工业控制网络技术的发展方向。 现场总线是综合运用微处理技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物，他在现场控制设备和测量仪器中嵌入微处理器，使他们具有数字计算和数字通信的能力，构成能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。 按照国际电工委员会IEC61158标准的定义，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”。 现场总线发展现状 由于各个国家各公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就开始着手定制现场总线的标准，但至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。 目前现场总线的特点是：①各种现场总线都有其应用的领域；②每种现场总线都有国际组织支持的背景；③多种总线成为国家和地区标准；④设备制造商参与多个现场总线组织； ⑤各个现场总线彼此协调共存。
工业控制网络的区别
AB用Ethernet IP网络。
SIEMENS则是PROFINET网络，还有TCP/IP网络,
请问3者有什么区别 Ethernet/IP（以太网工业协议）是主推ControlNet现场总线的Rockwell Automation公司对以太网进入自动化领域做出的积极响应。Ethernet/IP网络采用商业以太网通信芯片、物理介质和星形拓扑结构，采用以太网交换机实现各设备间的点对点连接，能同时支持10Mbps 和100Mbps以太网商用产品，Ethernet/IP的协议由IEEE 802.3物理层和数据链路层标准、TCP/IP协议组和控制与信息协议CIP(Control Information Protocol)等3个部分组成，前面两部分为标准的以太网技术，其特色就是被称作控制和信息协议的CIP部分。Ethernet/IP 为了提高设备间的互操作性，采用了ControlNet和DeviceNet控制网络中相同的CIP，CIP 一方面提供实时I/O通信，一方面实现信息的对等传输，其控制部分用来实现实时I/O通信，信息部分则用来实现非实时的信息交换。 profinet：(实时以太网)基于工业以太网,具有很好的实时性,可以直接连接现场设备(使用PROFINET IO),使用组件化的设计,PROFINET支持分布的自动化控制方式(PROFINET CBA,相当于主站间的通讯).PROFINET同样是西门子SIMATIC NET中的一个协议，具体说是众多协议的集合，其中包括PROFINET IO RT, CBA RT, IO IRT等等的实时协议。 所以说PROFINET和工业以太网不能比，只能说PROFINET是工业以太网上运行的实时协议而以。不过现在常常称有些网络是PROFINET网络，那是因为这个网络上应用了PROFINET协议而已。 TCP/IP：不过对于Step7 TCP的连接可以有两种方式，一种是通过Open IE的方法，通过功能块确定Server/Client的关系来实现动态的一种连接，也可以断开这个连接。PLC对于这个连接个数同样是有限制的。另外一种就是在NetPro中建立TCP连接,当下载组态后，连接自动建立，但这个资源不能动态释放。连接一旦建立，数据就开始通讯了。不过每个包数据的大小并不是我们决定的，而是TCP的滑动窗口算法决定的。所以使用TCP协议时，速度的快慢不是我们所能把握的。 Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP三种协议的区别在协议层不同而已。取个例子，以太网就像高速公路，Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP分别像高速公路上的宝马、奔驰、奥迪车，都可以从一个城市把物品运送到另一城市。但是每个车上安装的零件无法和另一车上的零件进行更换。 Ethernt/IP属于ODVA组织，Rockwell只是其中一个推广力度比较大的公司而已。施耐德也是ODVA组织的成员，施耐德所有PLC都可以支持Ethernt/IP协议。Ethernt/IP协议是十大总线之一，和Controlnet、Devicenet一起称为CIP总线。可以实现协议间路由，但是需要Rslinx软件进行配置。通讯时需要设置RPI参数，没有任何客户端的反馈信息，因此不管现场客户端是否收到数据，数据一致由服务器不断的发，缺少相应的检测。 Profinet也是十大总线之一，由西门子主推，Profinet在很多方面比Ethernet/IP、Modbus TCP/IP要强，比如同步，安全总线等方面，也是为了保证数据的可靠性和安全性，在开放性方面较差一些。 Modbus TCP/IP由Modbus IDA组织提出，有施耐德旗下的Modicon公司主推，在目前施耐德所有PLC产品中都支持，同时也支持Ethernet/IP协议，Modbus TCP/IP是免费的、全开放协议，可以用VB等高级编程语言调用winsock控件即可实现与PLC的数据通讯，因此，很多产品都支持该协议。同时利用该协议进行通讯时，可以得到客户端的数据校验返回，因此可靠性和安全性较高，当然牺牲了数据量。 1; 这几种协议有什么区别和优势。