工业控制网络..

工业控制网络技术学习重点工业控制网络是一种涉及局域网、广域网、分布式计算等多方面技术的网络，在工业自动化领域中还包含现场检测和控制系统。作为一种综合应用的网络技术，工业控制网络的特点是要适应各类工业企业的不同应用需求，并确定各具应用特色的技术实现方案。本章重点对对工业控制网络中的集散控制系统、现场控制系统、工业以太网的网络组成及工作原理进行论述。1.工业控制的需求？2.问什么要研究工业控制网络？节省成本的潜力安装节省电线PLCI/O板安装元件（Ex-/电流隔离器等）排列机架空间减少错误减少安装时间工业控制网络的发展工业控制网络技术是在工业生产的现代化要求情况下提出来的，与计算机技术、控制技术和网络技术的发展密切相关。随着网络技术的发展，Internet正在把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，形成信息高速公路，形成公用数据网络。在此基础上，传统的工业控制领域也正经历一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展，形成了新的控制网络。工业控制网络一般用来处理现场实时的测控信息,是网络控制系统进行实时控制信息处理的数据流通道。它是工业企业网络的一个重要部分（另一部分是信息网络）。按照工业自动化与信息化层次模型，控制网络可以分为两类：设备层网络，如Profibus等面向自动化的主干控制网络工业控制网络工业控制网与企业网工业控制网络是网络技术在工业控制领域中的具体应用，是工业企业网中的一个重要组成部分。工业网络的结构一般可以分为上层的信息网和下层的控制网。有如下三种常见的体系结构：信息网络与控制网络统一组网，再与现场总线互联构成工业企业网。如图所示。现场设备的控制采用嵌入式系统加以实现，该嵌入式系统具有网络通信能力的接口，能够实现与控制网的信息交换，而控制网与信息网统一构建组网形成工业企业网。如图所示。现场总线与内联网集成。在该方案中，动态数据库一方面根据现场信息，动态地修改自身的数据；另一方面接收监控站的控制信息对其进行处理并送往现场。同时，为了保证控制的实时性，控制信息也可直接下送至现场。如图所示。典型工业企业网工业企业网的产生和发展背景工业企业网的产生和发展是需求拉动和技术推动的结果。从需求上来说，作为企业信息基础设施的企业网越来越被企业所重视，企业的需求呼唤着企业网的产生和发展。从技术上来说，飞速发展的计算机技术、网络与通信技术和控制技术推动着企业网技术的产生和发展。工业企业网正是这3种技术在企业中的融合和应用。工业企业网的基本概念和特性工业企业网（EnterpriseNetwork）目前尚无统一定义。一般是指在一个工业企业范围内将实现信号检测、控制以及数据传递、处理与计算的设备、装置或系统连接在一起，以实现企业内的资源共享、信息管理、过程控制、经营决策，并能够访问企业外的信息资源，使得各项事务协调运作，从而实现企业集成管理和控制的一种网络环境。工业企业网有很多的特性，如：范围确定性、集成性、安全性以及相对开放性等等。工业企业网的发展历程工业企业网的发展有三个阶段：20世纪70年代中期开始，企业网只是指企业中传统的分时共享中心主机及其各终端所构成的网络，基本上只限于作业处理，其功能和应用是有限的。随着局域网技术的发展，企业内不仅中小型计算机而且微型计算机也能够被连入网络，共享信息与资源，其功能有了很大的扩展。而且由于工业以太网、集散控制系统以及可编程序控制器的产生和发展，工业企业内的现场控制设备也被集成到一起，使得企业网发展到了一个新阶段。工业企业网的发展有三个阶段(续)从20世纪90年代开始，由于Internet技术的成熟和迅速推广，出现了Intranet的概念，进而在Intranet的基础上又出现了Extranet（外联网）和基础网的概念，而且现场总线技术也越来越为人们所接受，并被普遍用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等系统之中，于是便分别以Infranet或Extranet技术和现场总线技术（或工业以太网）为信息网络和控制网络的依托，形成了当前意义上的企业网概念。什么是Extranet、Intranet、Infranet？Extranet（外联网）是一个使用Internet/Intranet技术使企业与其客户、其他企业相连来完成其共同目标的合作网络。它通过存取权限的控制，允许合法使用者存取远程公司的内部网络资源，达到企业与企业间资源共享的目的。Intranet（企业内部网）与Internet相比，Internet是面向全球的网络，而Intranet则是Internet技术在企业机构内部的实现,它能够以极少的成本和时间将一个企业内部的大量信息资源高效合理地传递到每个人。Intranet为企业提供了一种能充分利用通讯线路、经济而有效地建立企业内联网的方案Infranet（基础网）是一个通用的、公共的、数据包交换网络补充设施，为企业和高要求的私人用户提供一个高安全性、灵活性和高质量服务的网络环境。Internet与Intranet及Extranet的比较：InternetIntranetExtranet参与人员一般大众公司内部员工公司内部员工、顾客、战略联盟厂商存取模式自由授权授权可用带宽少多中等隐私性低高中等安全性需求高较低较高控制网络与信息网络的互连1）必要性可以建立实时信息库有利于决策。可以及时交换控制信息和生产信息，有利于了解生产情况。建立分布式数据库有利于保证数据的一致性完整性和互操作性。可以对控制网络进行远程操作，节省资源。为企业提供完善的信息资源。2）特点要求节点有较高的实时性。容错能力强，有较高的可靠性和安全性。控制网络协议实用、简单、可靠以及结构的分散性。现场控制设备的智能化和功能自治性。网络数据传输量小和节点处理能力需要减小。性能价格比高。3）应用Internet对传统控制系统的影响Infranet和Intranet与现场总线的结合目前控制系统的思想已经趋向于网络化、分散化、开放性等。网络上的节点不仅有计算机、工作站，还有智能测控仪表。当传统DCS逐渐走向基于现场总线的Infranet之后，就可能建立Internet的新型网络结构，通过网络互连的控制系统功能将远远大于系统中独立个体功能的总和，我们把这种强大的网络结构称为“网络的网络”。工业控制网络的特点分析1.集散控制系统计算机集中控制系统结构工业控制网络的特点分析1.集散控制系统集散控制系统结构工业控制网络技术集散控制系统第一代DCS结构3.2工业控制网络技术集散控制系统图3-5第二代DCS结构3.2工业控制网络技术集散控制系统第三代DCS的四个层次与一般的计算机控制系统相比，DCS具有以下特点：（1）松耦合的多处理器系统，可实现硬件积木化；（2）软件模块化；（3）控制系统用组态方法生成；（4）通信网络的应用；（5）可靠性高。集散控制系统DCS集散控制系统是20世纪70年代中期发展起来的以微处理器为基础的、实行集中管理、分散控制的计算机控制系统。它是计算机（Computer）、通信（Communication）、CRT和控制（Control）技术发展的产物。由于该系统在发展初期以实行分散控制为主，因此又称为分散型控制系统或分布式系统（DistributedControlSystem，DCS），简称为集散系统或DCSDCS自问世以来，发展异常迅速，几经更新换代，技术性能日臻完善，并以其技术先进、性能可靠、构成灵活、操作简便和价格合理的特点，赢得了广大用户，已被广泛应用于是有、化工、电力、冶金和轻工等工业领域集散控系统的体系结构☞集散控制系统经过三十多年的发展，其结构不断更新。随着DCS开放性的增强，其层次化的体系结构特征更加显著，充分体现了DCS集中管理、分散控制的设计思想。DCS是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息共享和协调工作，共同完成各种控制、管理及决策任务。☞下图为一个DCS的典型体系结构。按照DCS各组成部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络(FieldNetwork，Fnet)、控制网络(ControlNetwork，Cnet)、监控网络(SupervisionNetwork，Snet)和管理网络(ManagementNetwork，Mnet)。集散控制系统的体系结构DCS的构成与联系一.DCS硬件基本构成1.现场控制级➢现场控制级设备直接与生产过程相连，是DCS的基础。典型的现场控制级设备是各类传感器、变送器和执行器。它们将生产过程中的各种工艺变量转换为适宜于计算机接收的电信号，送往过程控制站或数据采集站；过程控制站又将输出的控制器信号送到现场控制级设备，以驱动控制阀或变频调速装置等，实现对生产过程的控制。➢归纳起来，现场控制级设备的任务主要有以下几个方面。一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。➢现场网络与各类现场传感器、变送器和执行器相连，以实现对生产过程的监测与控制。同时与过程控制级的计算机相连，接收上层的管理信息，传递装置的实时数据。➢现场网络的信息传递有三种方式，一种是传统的模拟信号传输方式，第二种是全数字信号（现场总线信号）传输方式；第三种是混合信号（如在模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号）传输方式。现场信息以现场总线为基础的全数字传输是今后的发展方向。2.过程控制级➢过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。➢过程控制站接收现场控制级设备送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，并将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。过程控制站可以同时实现反馈控制、逻辑控制或顺序控制等功能。➢数据采集站与过程控制站类似，也接收由现场设备送来的信号，并对其进行必要的转换和处理之后送到集散控制系统中的其他工作站（如过程管理级设备）。数据采集站接收大量的非控制过程信息，并通过过程管理级设备传递给运行人员，它不直接完成控制功能。➢在DCS的监控网络上可以挂接现场总线服务器(FieldbusServer，FS)，实现DCS网络与现场总线的集成。现场总线服务器是一台安装了现场总线接口卡与DCS监控网络接口卡的完整的计算机。现场设备中的输入、输出、运算、控制等功能模块，可以在现场总线上独立构成控制回路，不必借用DCS控制站的功能。➢过程控制级的主要功能表现在以下几个方面。一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及I/O卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。3.过程管理级➢过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。➢操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以在操作站上观察生产过程的运行情况，了解每个过程变量的数值和状态，判断每个控制回路是否工作正常，并且可以根据需要随时进行手动、自动、串级、后备串级等控制方式的无扰动切换，修改设定值，调整控制信号，操控现场设备，以实现对生产过程的干预。另外还可以打印各种报表，复制屏幕上的画面和曲线等。➢为了实现以上功能，操作站是由一台具有较强图形处理功能的微型机，以及相应的外部设备组成的，一般配有CRT或LCD显示器、大屏幕显示装置(选件)、打印机、键盘、鼠标等，开放型DCS采用个人计算机作为其人机接口。➢工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。工程师站一般由PC机配置一定数量的外部设备组成，例如打印机、绘图仪等。➢监控计算机的主要任务是实现对生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。根据产品、原材料库存以及能源的使用情况，以优化准则来协调装置间的相互关系，以实现全企业的优化管理。另外，监控计算机通过获取过程控制级的实时数据，进行生产过程的监视、故障检测和数据存档。由于监控计算机的主要功能是完成复杂的数据处理和运算功能，因此，对它主要是运算能力和运算速度的要求。一般，监控计算机由超级微型机或小型机构成。4.经营管理级➢经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。经营管理级的设备可能是厂级管理计算机，也可能是若干个生产装置的管理计算机。它们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。➢经营管理级也可分为实时监控和日常管理两部分。实时监控是全厂各机组和公用辅助工艺系统的运行管理层，承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分配和日常运行管理等任务。日常管理承担全厂的管理决策、管理、行政管理等任务，主要是为厂长和各管理部门服务。➢对管理计算机的要求是具有能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统，能够对大量数据进行高速处理与存储，具有能够连续运行可冗余的高可靠性系统，能够长期保存生产数据，并具有优良的、高性能的、方便的人机接口，丰富的数据库管理软件，过程数据收集软件，人机接口软件以及生产管理系统生成等工具软件，能够实现整个工厂的网络化和计算机的集成化。集散控制系统的硬件结构☞DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成，通过通信网络系统将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。由于不同DCS厂家采用的计算机硬件不尽相同，因此，DCS的硬件系统之间的差别也很大。为了从功能上和类型上来介绍DCS的硬件构成，只能抛开各种具体的DCS的硬件组成及特点。集中操作管理装置的主要设备是操作站，而分散过程控制装置的主要设备是现场控制站。这里，着重介绍DCS的现场控制站和操作站。现场控制站☞从功能上讲，分散过程控制装置主要包括现场控制站、数据采集站、顺序逻辑控制站和批量控制站等，其中现场控制站功能最为齐全，为了便于结构的划分,下面统称之为现场控制站。现场控制站是DCS与生产过程之间的接口，它是DCS的核心。分析现场控制站的构成，有助于理解DCS的特性。☞现场控制站是一个可独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等与一般的计算机系统有所不同。1.机柜➢现场控制站的机拒内部均装有多层机架，以供安装各种模块及电源之用。为了给机柜内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽，其外壳均采用金属材料(如钢板或铝材)，并且活动部分(如柜门与机柜主体)之间要保证有良好的电气连接。同时，机柜还要求可靠接地，接地电阻应小于4Ω。➢为保证柜中电子设备的散热降温，一般柜内均装有风扇，以提供强制风冷。同时为防止灰尘侵入，在与柜外进行空气交换时，要采用正压送风，将柜外低温空气经过滤网过滤后引入柜内。➢在灰尘多、潮湿或有腐蚀性气体的场合(例如安装在室外使用时)，一些厂家还提供有密封式机柜，冷却空气仅在机柜内循环，通过机柜外壳的散热叶片与外界交换热量。为了保证在特别冷或热的室外环境下正常工作，还为这种密封式机柜设计了专门的空调装置，以保证柜内温度维持在正常值。另外，现场控制站机柜内大多设有温度自动检测装置，当机柜内温度超过正常范围时，会产生报警信号。2.电源➢只有保持电源(交流电源和直流电源)稳定、可靠，才能确保现场控制站正常工作。➢为了保证电源系统的可靠性，通常采取以下几种性措施(1)每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。(2)如果现场控制站机拒附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。(3)如果电网电压波动很严重，应采用交流调压器，快速稳定供电电压。3.控制计算机➢控制计算机是现场控制站的核心，一般是由CPU、存储器、输入/输出通道等基本部分组成。。操作站☞DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。其中工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口，或者对应用系统进行监视。工程师站上配有组态软件，为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过它来实现用户所要求的各种控制策略。为节省投资，许多系统的工程师站可以用一个操作员站代替。☞运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现，给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费。维护费用也比较少。采用通用系统要比使用各种不同的专用系统更为简单，用户也可减少人员培训的费用。开放性能好，很容易建立生产管理信息系统，更新和升级容易。因此，通用操作站是DCS的发展方向。☞为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置有以下设备。1.操作台➢操作台用来安装、承载和保护各种计算机和外部设备。目前流行的操作台有桌式操作台、集成式操作台和双屏操作台等，用户可以根据需要选择使用。2.微处理机系统➢DCS操作站的功能越来越强，这就对操作站的微处理机系统提出了更高的要求。一般的DCS操作站采用32位或64位微处理机。3.外部存储设备➢为了很好的完成DCS操作站的历史数据存储功能，许多DCS的操作站都配有一到两个大容量的外部存储设备，有些系统还配备了历史数据仪。4.图形显示设备➢当前DCS的图形显示设备主要是LCD，有些DCS还在使用CRT。有些DCS操作站配备有厂家专用的图形显示器。5.操作键盘和鼠标(l)操作员键盘操作员键盘一般都采用具有防水、防尘能力、有明确图案或标志的薄膜键盘。这种键盘从键的分配和布置上都充分考虑到操作直观、方便，外表美观，并且在键体内装有电子蜂鸣器，以提示报警信息和操作响应。(2)工程师键盘工程师键盘一般为常用的击打式键盘，主要用来进行编程和组态。➢现代的DCS操作站已采用了通用PC机系统，因此，无论是操作员键盘，还是工程师键盘都在使用通用键盘和鼠标。6.打印输出设备➢有些DCS操作站配有两台打印机，一台用于打印生产记录报表和报警报表；另一台用来拷贝流程画面。随着激光等非击打式打印机的性能不断提高，价格不断下降，有的DCS己经采用这类打印机，以求得清晰、美观的打印质量和降低噪声。集散控制系统的软件体系☞一个计算机系统的软件一般包括系统软件和应用软件两部分。由于集散控制系统采用分布式结构，在其软件体系中既包括了上述两种软件，还增加了诸如通信管理软件、组态生成软件及诊断软件等。集散控制系统的系统软件☞集散控制系统的系统软件是一组支持开发、生成、测试、运行和维护程序的工具软件，它与一般应用对象无关，主要由实时多任务操作系统、面向过程的编程语言和工具软件等部分组成。集散控制系统的组态软件☞DCS组态是指根据实际生产过程控制的需要，利用DCS所提供的硬件和软件资源，预先将这些硬件设备和软件功能模块组织起来，以完成特定的任务。这种设计过程习惯上称作组态或组态设计。从大的方面讲，DCS的组态功能主要包括硬件组态(又叫配置)和软件组态两个方面。➢DCS软件一般采用模块化结构。系统的图形显示功能、数据库管理功能、控制运算功能、历史存储功能等都有成熟的软件模块。但不同的应用对象，对这些内容的要求有较大的区别。因此，一般的DCS具有一个(或一组)功能很强的软件工具包(即组态软件)，该软件具有一个友好的用户界面，使用户在不需要什么代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用“程序”。➢操作系统是一组程序的集合，用来控制计算机系统中用户程序的执行顺序，为用户程序与系统硬件提供接口软件，并允许这些程序(包括系统程序和用户程序)之间交换信息。用户程序也称为应用程序，用来完成某些应用功能。在实时工业计算机系统中，应用程序用来完成功能中所规定的功能，而操作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。集散控制系统的基本功能☞集散控制系统自问世至今，市场上的产品不计其数。它们结构类型各具特色，功能特性有弱有强，但一些基本功能是必须具备的。这里主要介绍现场控制站和操作站的基本功能。现场控制站的基本功能☞现代DCS的现场控制站是多功能型的，其基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信等功能。1.反馈控制➢在生产过程控制诸多类型中，反馈控制仍然是数量最多、最基本、最重要的控制方式。现场控制站的反馈控制功能主要包括输入信号处理、报警处理、控制运算、控制回路组态和输出信号处理等。(1)输入信号处理➢对于过程的模拟量信号，一般要进行采样、模/数转换、数字滤波、合理性检验、规格化、工程量变换、零偏修正、非线性处理、补偿运算等。对于数字信号则进行状态报警及输出方式处理。对于脉冲序列，需进行瞬时值变换及累积计算。(2)报警处理➢集散控制系统具有完备的报警功能，使操作管理人员能得到及时、准确又简洁的报警信息，从而保证了安全操作。DCS的报警可选择各种报警类型、报警限值和报警优先级。操作站的基本功能☞操作站的基本功能主要表现为显示、操作、报警、组态、系统维护和报告生成等几个方面。1.显示➢操作站的彩色显示器(CRT或LCD)具有很强的显示功能。DCS能将系统信息集中地反映在屏幕上，并自动地对信息进行分析、判断和综合。它以模拟方式、数字方式及趋势曲线实时显示每个控制回路的测量值(PV)、设定值(SV)及控制输出值(MV)。所有控制回路以标记形式显示于总貌画面中，而每个回路中的信息又可以详尽地显示于分组画面中。非控制变量的实时测量值以及经处理后的输出值也可以各种方式在屏幕上显示。2.操作➢操作站可对全系统每个控制回路进行操作，对设定值、控制输出值、控制算式中的常数值、顺控条件值和操作值进行调整，对控制回路中的各种操作方式(如手动、自动、串级、计算机、顺序手动等)进行切换。对报警限设定值、顺控定时器及计数器的设定值进行修改和再设定。为了保证生产的安全，还可以采取紧急操作措施。3.报警➢操作站以画面方式、色彩(或闪光)方式、模拟方式、数字方式及音响信号方式对各种变量的越限和设备状态异常进行各种类型的报警。4.报告生成➢根据生产管理需要，操作站可以打印各种班报、日报、操作日记及历史记录，还可以拷贝流程图画面等。工业控制网络的特点分析2.现场总线控制系统现场总线控制网络结构现场总线概述现场总线技术是近年来发展形成的自控领域的网络技术。是计算机网络、通信技术与自控技术结合的产物适应了企业信息集成系统、管理控制一体化系统的发展趋势与需要。工业数据通信系统；生产现场网络系统；网络集成式控制系统。是IT技术在自控领域的延伸;自控领域的IT技术控制网络与现场总线什么是现场总线技术？IEC规范中对现场总线的描述：现场总线是一种应用于生产现场，在现场控制设备之间、现场设备与监控装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。控制网络：由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而形成的网络以现场总线作为通信连接的纽带完成测量控制任务的网络系统、控制系统控制网络与计算机网络的区别网络节点计算机网络：计算机、工作站、打印机、显示终端控制网络：除了以上设备之外，还有PLC、数字调节器、开关、马达、变送器、阀门、按钮等。为内嵌有CPU、单片机或其它专用芯片的设备，或功能简单的非智能设备工作环境计算机网络：办公室控制网络：工业生产现场，酷暑严寒、粉尘、电磁干扰、震动、易燃易爆环境（本质安全），总线供电的需求任务计算机网络：传输文件、图象、话音等。许多情况下有人参与。控制网络：传输工业数据（图象），承担自动测控任务。许多情况下要求自动完成特点实时性可靠性的要求高数据帧包含的字节数少控制网络是一类特殊的网络广泛应用于离散、连续制造业，交通、楼宇、家电、以至农、林、牧、渔等各行各业。现场总线数据通信系统现场总线数据通信在测量、控制设备的各功能单元之间、设备与设备之间、以及这些设备与计算机之间传递数据信息的过程。现场总线数据通信:多个工业控制设备之间二进制数据的交换过程它区别于电话、电报通信，也有别于计算机通信现场总线数据通信系统现场总线数据通信的内容生产装置运行参数的测量值、控制量、阀门的工作位置开关状态、报警状态设备的资源信息与维护信息、零点量程调校信息系统组态、参数修改信息等数据通信系统的组成数据通信系统的组成发送设备接收设备传输介质传输报文通信协议数据通信系统实际上是一个硬软件的结合体现场总线与上层网络的三种连接方式一、采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网上二、将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC机的PCI插槽内，在PC机内完成数据交换。实现控制网段与上层网络的连接三、将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备内，借助WEB服务器和通用浏览工具，实现数据信息的动态交互3.2工业控制网络技术现场总线系统的特点（1）系统的开放性：开放是指与相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。（2）互可操作性与互用性：互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。现场总线系统的特点（3）现场设备的智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。（4）系统结构的高度分散性：现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。（5）对现场环境的适应性：工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。现场总线的特点和优点——FCS与DCS的详细对比1.结构FCS：一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。DCS：一对一:一对传输线接一台仪表，单项传输一个信号。现场总线的特点和优点——FCS与DCS的详细对比2.可靠性FCS：操作员在控制室既可以了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备处于操作员的远程监视与可控状态之中DCS：操作员在控制既不能了解现场设备或现场仪表的工作状况，也不能对设备进行参数调整，也不可以预测或寻找故障，使设备处于失控状态现场总线的特点和优点——FCS与DCS的详细对比3、失控状态FCS：可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高；DCS：可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。现场控制层面临的问题控制网络种类繁多，形形色色的现场总线再加上DCS、PLC等网络内部的通信一致性差，个异性强控制网络与信息网络存在较大差异通信协议，网络节点类型等有较大差异控制网络与信息网络实现信息交换有难度实时性、环境适应性方面还面临许多问题需要解决3.2工业控制网络技术所谓工业以太网，就是在以太网技术和TCP/IP技术的基础上开发出来的一种现场总线。作为现场总线的工业以太网与一般的商用以太网有很大不同。必须强调的是，工业以太网在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在进行产品设计时，在材质的选用、产品的强度和适用性方面应能满足工业现场的需要。工业以太网工业以太网的概念工业以太网，就是指在以太网技术和TCP/IP技术的基础上开发出来的一种新的工业网络，是为了简化网络结构、方便设备互联而提出来的。以前，以太网一般是在商业应用中作为办公网络用的，目前以太网在工业应用中的使用已经成为热点，将来工业以太网有可能成为工业控制网络结构的主要形式，形成一网到底的网络结构。工业以太网工业控制网络的特点分析1）实时性2）透明的TCP/IPTCP/IP进入工业现场，使得工厂的管理可以深入到控制现场，是企业内连网延伸到现场设备的基础。具有TCP/IP接口的现场设备，可以无须通过现场的计算机直接连接互联网，实现远程监控或远程维修功能。3）资源共享采用工业以太网架构后，电缆、连接器、集线器、交换机、网络接口甚至软件开发环境皆与主流市场相同，很容易实现资源共享，并且产品选择余地大，产品价格更低。工业以太网的特点在工业领域中使用以太网会会带来很多好处：使用以太网要比其他现场总线容易以太网产品的价格比较低廉，使用以太网会降低成本以太网技术发展迅速，其技术之先进、功能之强大是其他现场总线所无法比拟的信息集成更加方便在工业应用中使用以太网，符合自动化系统的网络结构扁平化的必趋势工业以太网的缺点及其解决方法工业应用中广泛采用以太网也面临问题：以太网的确定性不高对其进行改进，使它能够进行确定性的通信，并适应恶劣的工业环境以太网不提供标准的面向工业应用的应用层协议把现有的工业应用层协议与以太网、TCP/IP集成在一起。在以太网和现有的工业网络之间安装网关，进行协议转换。重新开发应用层协议