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1、第03章工业通讯网络特点本讲稿第一页，共十页jmchenieee.org3.13.1工业通讯网络要求与特点工业通讯网络要求与特点l工业通信局域网，也可以称为工业控制局域网，是一工业通信局域网，也可以称为工业控制局域网，是一种特殊的通信网络种特殊的通信网络l直接面向生产过程和控制，肩负着工业生产运行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引发物质或能量的运动和转换l通常应满足通常应满足强实时性强实时性、高可靠性高可靠性、恶劣的工业现场、恶劣的工业现场环境环境适应性适应性、总线供电总线供
2、电等特殊要求和特点。等特殊要求和特点。本讲稿第二页，共十页jmchenieee.orgl可使用性好可使用性好，网络自身不易发生故障。这要求网络设备质，网络自身不易发生故障。这要求网络设备质量高，平均故障间隔时间长，能尽量防止发生故障；提量高，平均故障间隔时间长，能尽量防止发生故障；提高网络传输质量的一个重要的技术是差错控制技术。高网络传输质量的一个重要的技术是差错控制技术。l容错能力强容错能力强，网络系统局部单元出现故障，不影响整个系，网络系统局部单元出现故障，不影响整个系统的正常工作。如在现场设备或网络局部链路出现故障统的正常工作。如在现场设备或网络局部链路出现故障的情况下，能在很短的时间内
3、重新建立新的网络链路。的情况下，能在很短的时间内重新建立新的网络链路。l可维护性高可维护性高，故障发生后能及时发现和及时处理，通过维，故障发生后能及时发现和及时处理，通过维修使网络及时恢复。这是考虑当网络系统万一出现失效时，修使网络及时恢复。这是考虑当网络系统万一出现失效时，系统一要能采取安全性措施，如及时报警，输出锁定，工作系统一要能采取安全性措施，如及时报警，输出锁定，工作模式切换等等，二要能具有极强的自诊断和故障定位能力，模式切换等等，二要能具有极强的自诊断和故障定位能力，且能迅速排除故障。且能迅速排除故障。3.1.13.1.1高可靠性高可靠性本讲稿第三页，共十页jmchenieee.o
4、rgl工业控制局域网是与工业现场测量控制设备相连工业控制局域网是与工业现场测量控制设备相连接的一类特殊通信网络。接的一类特殊通信网络。l在工业自动化控制中需要在工业自动化控制中需要及时及时地传输现场过程信息地传输现场过程信息和操作指令，工业控制局域网不但要完成非实时和操作指令，工业控制局域网不但要完成非实时信息的通信，而且还要求支持实时信息的通信。信息的通信，而且还要求支持实时信息的通信。l不仅要求工业控制局域网传输速度快，而且还要不仅要求工业控制局域网传输速度快，而且还要求响应快，即响应实时性要好。求响应快，即响应实时性要好。l实时性实时性表现在对内部和外部事件能及时地响应，表现在对内部和外
5、部事件能及时地响应，并作出相应地处理，不丢失信息，不延误操作。并作出相应地处理，不丢失信息，不延误操作。3.1.23.1.2快速实时响应能力快速实时响应能力本讲稿第四页，共十页jmchenieee.orgl由于工业生产现场环境与一般商业环境不同，如由于工业生产现场环境与一般商业环境不同，如温度与湿度变化范围大，空气污浊、粉尘污染温度与湿度变化范围大，空气污浊、粉尘污染大，大，振动、电磁干扰大，并常常伴随有腐蚀性、有毒气振动、电磁干扰大，并常常伴随有腐蚀性、有毒气体等等体等等l要求工业控制局域网必须具有机械环境适应性（如要求工业控制局域网必须具有机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、气候环境适应性
6、（工作温度要耐振动、耐冲击）、气候环境适应性（工作温度要求为求为-4085C-4085C，至少为，至少为-20-2070C70C，并要耐腐蚀、，并要耐腐蚀、防尘、防水）、电磁环境适应性或电磁兼容性防尘、防水）、电磁环境适应性或电磁兼容性EMCEMC等等要求，要求，l工业控制局域网设备需要经过严格的设计和测试。工业控制局域网设备需要经过严格的设计和测试。3.1.33.1.3符合恶劣的环境应用特征符合恶劣的环境应用特征本讲稿第五页，共十页jmchenieee.orgl信息本身的保密性、完整性、鉴别性以及信息来信息本身的保密性、完整性、鉴别性以及信息来源和去向的可靠性是每一个管理者和操作者始终源和去
7、向的可靠性是每一个管理者和操作者始终不可忽视的，也是整个工业控制局域网系统必不不可忽视的，也是整个工业控制局域网系统必不可少的重要组成部分。可少的重要组成部分。l工业控制局域网可能涉及到的受攻击手段有：病工业控制局域网可能涉及到的受攻击手段有：病毒破坏、中断、截取、更改以及伪造。毒破坏、中断、截取、更改以及伪造。l保证网络安全的措施主要有：防火墙、信息加密、保证网络安全的措施主要有：防火墙、信息加密、身份认证、内容检查等等。身份认证、内容检查等等。3.1.43.1.4网络安全性网络安全性本讲稿第六页，共十页jmchenieee.org3.23.2工业通讯网络的特殊性工业通讯网络的特殊性l信息长
8、度较小；信息长度较小；l周期与非周期信息共存，正常工作状态下，周期性信息（如过周期与非周期信息共存，正常工作状态下，周期性信息（如过程测量与控制信息、监控信息等）程测量与控制信息、监控信息等）较多较多，而非周期信息（如突，而非周期信息（如突发事件报警、程序上下载等）发事件报警、程序上下载等）较少较少；l有限的时间响应有限的时间响应，一般办公室自动化计算机局部网响应时间，一般办公室自动化计算机局部网响应时间可在几秒范围内，而工业控制局域网的响应时间应在可在几秒范围内，而工业控制局域网的响应时间应在0.0110.011秒；秒；l信息流向具有明显的信息流向具有明显的方向性方向性，如测量信息由变送器向
9、控制器传，如测量信息由变送器向控制器传送，控制信息由控制器向执行机构传送等。送，控制信息由控制器向执行机构传送等。l测量控制信息的传送有一定的测量控制信息的传送有一定的顺序性顺序性，如测量信息首先需要传，如测量信息首先需要传送到控制器，由控制器进行控制运算，发出的控制信息传送给送到控制器，由控制器进行控制运算，发出的控制信息传送给执行机构，控制相关阀门的动作。执行机构，控制相关阀门的动作。本讲稿第七页，共十页jmchenieee.org3.33.3工业通讯网络的应具备的功能工业通讯网络的应具备的功能u网络通信在时间上的网络通信在时间上的确定性确定性，即在时间上，任务，即在时间上，任务的行为可以
10、预测；的行为可以预测；u实时响应适应外部环境的变化，包括任务的变化、实时响应适应外部环境的变化，包括任务的变化、网络节点的增网络节点的增/减、网络失效诊断等；减、网络失效诊断等；u减少通信处理延迟，使现场设备间的信息交互在减少通信处理延迟，使现场设备间的信息交互在极小的通信延迟时间内完成。极小的通信延迟时间内完成。l方式主要有：采用简单的网络通信方式、降方式主要有：采用简单的网络通信方式、降 低网络负载、低网络负载、减少网络冲突、提高网络传输效率、应用报文优先级技术减少网络冲突、提高网络传输效率、应用报文优先级技术等等。等等。本讲稿第八页，共十页jmchenieee.org3.43.4工业通讯
11、网络的体系结构工业通讯网络的体系结构l在一个现代化工厂环境中，由于被控对象、测控装置在一个现代化工厂环境中，由于被控对象、测控装置等物理设备的地域分散性，以及控制与监控等任务对等物理设备的地域分散性，以及控制与监控等任务对实时性的要求，工业控制局域网一般采用实时性的要求，工业控制局域网一般采用分层分层的体系的体系结构。结构。l根据网络的地域大小，连接的设备的数量，网络根据网络的地域大小，连接的设备的数量，网络的速度，网络的响应时间和有效负荷的大小，传的速度，网络的响应时间和有效负荷的大小，传统的工业控制局域网在体系结构上一般分为统的工业控制局域网在体系结构上一般分为设备设备层层，控制层控制层和和信息管理层信息管理层。本讲稿第九页，共十页jmchenieee.org3.53.5工业通讯网络的分层模型工业通讯网络的分层模型经常较少响应时间分分毫秒兆字节有效负荷企业管理级过程监控级现场级本讲稿第十页，共十页