第7章网络集成式分散控制系统.ppt

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1、第第7 7章章 网络集成式分散控制系统网络集成式分散控制系统4 4、现场总线控制系统、现场总线控制系统(FCS)(FCS)2 2、计算机网络控制技术概述、计算机网络控制技术概述 3 3、集散控制系统（、集散控制系统（DCSDCS）1 1、计算机工业网络基础、计算机工业网络基础 总体结构总体结构（一个用于工业控制领域的通信系统示意图）（一个用于工业控制领域的通信系统示意图）一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络的三大功能：网络的三大功能：（l l）数据传送）数据传送 （2 2）资源共享）资源共享 （3 3）提高计算机的可靠性和可用性）提高计算机的可靠性和可用性 网络的类型网络的类型通

2、信网络的类型可以按不同的标准进行划分，按网络范围和计算机之间互连的距通信网络的类型可以按不同的标准进行划分，按网络范围和计算机之间互连的距离可分为广域网（离可分为广域网（WANWAN）和局域网（）和局域网（LANLAN）两种。）两种。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络拓扑结构网络拓扑结构 1星形结构星形结构 星形结构的星形结构的特点特点：（1 1）结构简单，便于管理。）结构简单，便于管理。（2 2）控制简单，建网容易，通信功能简单。）控制简单，建网容易，通信功能简单。（3 3）网络延迟时间小，传输误差较低。）网络延迟时间小，传输误差较低。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络

3、基础 网络拓扑结构网络拓扑结构 2环形结构环形结构 环形结构的环形结构的特点特点：（1 1）在环路上，每个节点的地位是相同的，每个）在环路上，每个节点的地位是相同的，每个节点都可以获得网络的控制权。节点都可以获得网络的控制权。（2 2）不需要进行路径选择，控制比较简单，意味）不需要进行路径选择，控制比较简单，意味在环形结构中，信息从源地址到目的地的路径只在环形结构中，信息从源地址到目的地的路径只有一条。有一条。（3 3）传输信息的延迟时间固定，有利于实时控制。）传输信息的延迟时间固定，有利于实时控制。第第8 8章章 计算机网络控制计算机网络控制一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络

4、拓扑结构网络拓扑结构 3总线形结构总线形结构 总线形结构的总线形结构的特点特点：（l l）较好的扩充性，网络上节点的增删容较好的扩充性，网络上节点的增删容易，网络大小可通过转接部件延伸和扩展。易，网络大小可通过转接部件延伸和扩展。（2 2）不需要中央控制器，有利于分布控制，）不需要中央控制器，有利于分布控制，可靠性高。可靠性高。（3 3）由于多台设备共用一条通信线，所以信）由于多台设备共用一条通信线，所以信道利用率较高。道利用率较高。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络拓扑结构网络拓扑结构 4树线形结构树线形结构 树线形结构的树线形结构的特点特点：树形结构是分层结构，适用于分级管

5、树形结构是分层结构，适用于分级管理和分级控制系统。与星形结构相比，理和分级控制系统。与星形结构相比，由于通信线路总长度较短，故它连网由于通信线路总长度较短，故它连网成本低，易于维护和扩展，但结构较成本低，易于维护和扩展，但结构较星形结构复杂。星形结构复杂。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络传输介质网络传输介质 传输介质又称传输媒体，是通信系统中接收方与发送方之间的物理通道，起传输介质又称传输媒体，是通信系统中接收方与发送方之间的物理通道，起了设备互连和传播信息的作用。传输介质可分为两大类：有线介质（如双绞了设备互连和传播信息的作用。传输介质可分为两大类：有线介质（如双绞线、同轴

6、电缆、光纤等）和无线介质（如卫星通信、红外通信、微波通信的线、同轴电缆、光纤等）和无线介质（如卫星通信、红外通信、微波通信的载体）。载体）。网络访问控制网络访问控制 信息访问控制信息访问控制有：查询、令牌环、令牌总线、有：查询、令牌环、令牌总线、CSMACSMACDCD、信息槽等。、信息槽等。信息交换技术信息交换技术 信息交换技术是计算机网络实现技术中十分重要和基本的内容，它分为两类：信息交换技术是计算机网络实现技术中十分重要和基本的内容，它分为两类：线路交换与存储转发交换。存储转发交换中又分为两种：报文存储转发交换线路交换与存储转发交换。存储转发交换中又分为两种：报文存储转发交换与报文分组存

7、储转发交换。与报文分组存储转发交换。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络协议及其层次结构网络协议及其层次结构 在通信网络中，对所有的节点来说，它们都要共享网络中的资源或相互之间要进行信息交换，但由于连接到网上的计算机或设备可能出自不同的生产厂家，型号也不尽相同，再加上软硬件的差异，这些都给节点之间的通信带来了困难。因此在通信网络中所有“成员”必须遵循某种相互都能接受的一组规则，以便实现彼此的通信和资源共享。这些规则的集合称为网网络协议络协议。在计算机网络中各终端用户之间，用户与资源之间或资源与资源之间的对话与合作必须按照预先规定的协议进行。利用分层方法，我们可以容易地实现网际联网

8、、网络配置间的连接。为了实现计算机系统之间的互连，1977年国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互连参考模型OSI（Open System InterconnectionReference Model）。这个网络层次结构层次结构模型规定了七个功能层，每层都使用它自己的协议。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网络互连网络互连 网络互连是指采用网络互连设备将同一类型网络互连是指采用网络互连设备将同一类型的网络或不同类型的网络及其产品相互连接的网络或不同类型的网络及其产品相互连接起来组成地理覆盖范围更大，功能更强的网起来组成地理覆盖范围更大，功能更强的网络。络。网络互连网络互连常用设备

9、常用设备有：有：中继器、网桥、路由器、网关。中继器、网桥、路由器、网关。中继器中继器是网络物理层的一种介质连接设备，是网络物理层的一种介质连接设备，是延长网络距离的最简是延长网络距离的最简 单、最廉价的互单、最廉价的互连设备。连设备。网桥同类型网络之间的互连设备。一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 路由器路由器属于属于OSIOSI网络层的一种互连设备，对应于网络层进行数据分组网络层的一种互连设备，对应于网络层进行数据分组转发，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层互不相同转发，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层互不相同的协议。下面为的协议。下面为路由器路由器工作原

10、理工作原理：一、计算机工业网络基础一、计算机工业网络基础 网关网关又称为网间连接器，能使不同类型（异种网络操作系统）的网络又称为网间连接器，能使不同类型（异种网络操作系统）的网络连接在一起。连接在一起。下图是网关连接示意图下图是网关连接示意图 二、二、计算机网络控制技术概述计算机网络控制技术概述 1.1.控制网络的特点控制网络的特点 从技术上讲，控制网络有以下一些技术特点：从技术上讲，控制网络有以下一些技术特点：(1)(1)要求有高实时性和良好的时间确定性；要求有高实时性和良好的时间确定性；(2)(2)传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁；传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁；(3)(3)

11、容错能力强，可靠性、安全性好；容错能力强，可靠性、安全性好；(4)(4)控制网络协议简单实用，工作效率高；控制网络协议简单实用，工作效率高；(5)(5)控制网络结构具有高度分散性；控制网络结构具有高度分散性；(6)(6)控制设备的智能化与控制功能的自治性；控制设备的智能化与控制功能的自治性；(7)(7)与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。与信息网络之间有高效的通信，易于实现与信息网络的集成。二、二、计算机网络控制技术概述计算机网络控制技术概述 2.控制网络与信息网络的区别控制网络与信息网络的区别 控制网络和信息网络有以下四点区别：控制网络和信息网络有以下四点区别：(1)(1)

12、控制网络中数据传输的及时性和系统响应的控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性实时性是控制系统最基是控制系统最基本的要求。本的要求。(2)(2)控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性可靠性。(3)(3)在企业自动化系统中，分散的单一用户必须借助控制网络进入系统，在企业自动化系统中，分散的单一用户必须借助控制网络进入系统，所以通信方式多使用所以通信方式多使用广播和组播广播和组播方式，在信息网络中某个自主系统与另方式，在信息网络中某个自主系统与另外一个自主系统一般都建立一对一的通信方式。外一个自主系统一般都建立一对一的通信方式。(4)(4)控

13、制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互兼容兼容问题，问题，即即互操作性互操作性问题。问题。二、二、计算机网络控制技术概述计算机网络控制技术概述 3.控制网络的类型及其相互关系控制网络的类型及其相互关系 三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）设计原则设计原则:采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原则，并采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原则，并采用层次化的体系结构采用层次化的体系结构.所谓所谓分散控制分散控制是用多台微型计算机，分散应用于生产过程控制是用多台微型计算机，分散应用于

14、生产过程控制;所谓所谓集中管理集中管理是用通信网络技术把多台计算机构成网络系统是用通信网络技术把多台计算机构成网络系统.分散控制系统是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统。分散控制系统是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统。见下图见下图:1.集散控制系统集散控制系统 三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）2.2.集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）的特点）的特点 分散性和集中性分散性和集中性 自治性和协调性自治性和协调性 灵活性和扩展性灵活性和扩展性 先进性和继承性先进性和继承性 可靠性和适应性可靠性和适应性 友好性和新颖性友

15、好性和新颖性三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）3.3.集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）的体系结构）的体系结构 主要有三代产品主要有三代产品 第一代第一代DCSDCS的基本结构的基本结构 其基本结构由监控机、操作其基本结构由监控机、操作站、数据采集装置、过程控站、数据采集装置、过程控制单元及高速数据通道等制单元及高速数据通道等5 5部部分分组成组成。三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）3.3.集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）的体系结构）的体系结构 主要有三代产品主要有三代产品 第二代第二代DCSDCS的基本结构的基本结构 组成：组成：(1)(1)

16、局部网络局部网络 (LAN)(LAN)；(2)(2)节点工作站，即指过样控制单节点工作站，即指过样控制单(PCU)(PCU)；(3)(3)中央操作站，它是挂接在中央操作站，它是挂接在LANLAN上的节点上的节点工作站，负责对全系统的信息进行综合管工作站，负责对全系统的信息进行综合管理，是系统的主操作站；理，是系统的主操作站；(4)(4)系统管理站，又称为系统管理模块；系统管理站，又称为系统管理模块；(5)(5)主计算机，也称管理计算机；主计算机，也称管理计算机；(6)(6)网关网关(GateWay(GateWay)。三、集散控制系统（三、集散控制系统（DCSDCS）3.3.集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）的体系结构）的体系结构 主要有三代产品主要有三代产品 第三代第三代DCSDCS的基本结构的基本结构 第一、二代第一、二代DCSDCS基本上为封闭系统，基本上为封闭系统，不同系统之间无法互连，第三代不同系统之间无法互连，第三代DCSDCS局域网局域网(LAN)(LAN)遵循开放系统互连参考遵循开放系统互连参考模型的模型的7 7层通信协议层通信协议,符合国际标准，符合国际标准，比