工業控制網路的體系結構及標准

1. 工業控制計算機匯流排體系結構及發展趨勢

工業控制首要的是穩定性因素，原因是機器不能停止下來，阻礙正常生產。
但無限追求實時性因素，實時響應高的機器，普遍情況下，能提高精度和效率。
這個結構的計算機匯流排體系，實質是信息傳遞的一個通道或平台。
根據這個論點，推測的是匯流排體系結構在可靠傳輸數據的基礎上，信息更加快速的傳遞。
因此無論是有線，無線，星型，匯流排型，神經元，哪怕將來的量子概念型。都會朝著更穩定，更快速的方向發展。

2. 工業網路的種類及其優缺點

工業網路在自動控制系統中的應用常有以下幾種形式：分布式控制系統DCS(Distr~uted ControlSystem)、現場匯流排控制系統FC(Fieldbus ControlSystem)及工業乙太網(Instrial F_．themet)，它們構成當今工業控制的主流，同時Intemet及Web技術的發展，促進工業控制系統向Web自動化的趨勢發展。(1)DCS系統又稱集散控制系統，是一種穩定、可靠、安全的工業控制方式，目前廣泛應用於國內各種工業控制現場。其基本思想是分散控制、集中管理，典型結構是上、下位機系統及其通信網路，上位機稱為操作站，下位機稱為控制站。操作站處於信息監控層，實現控制系統的控制操作、過程狀態及報警狀態顯示、歷史數據的收集和各種趨勢的顯示及報表生成與列印；控制站處於現場控制層，是對現場物理信號(包括模擬及開關信號)進行實時採集並進行數據處理、控制運算，並將結果傳送到上位機；系統的網路負責各控制站之間、操作站與控制站之間以及操作站之間的數據通信和聯絡。(2)FCS系統產生於2O世紀8O年代，是在DCS基礎上發展起來的，在智能現場設備、自動化系統之間提供了一個全數字化的、雙向的、多節點的通信鏈路。FCS的出現促進了現場設備的數字化和網路化，並且使現場控制的功能更加強大。相對於DCS一對一結構、採用單向信號傳輸、布線及調試成本高、互操作性相對較差等缺點，FCS最大的特點就是大大減少了布線及由此引起的調試、安裝、維護等其它成本，因而獲得了廣泛應用，發展非常迅速。目前世界上流行的現場匯流排有Profibus-DP、FF、DeviceNet、Lonworks、Modbus等4O多種。
(3)工業乙太網 具有現場匯流排開放性、互操作性、互換性、可集成性、數字化信號傳輸等特點，許多專家預測乙太網將會成為取代現場匯流排的一種最
佳選擇和最終發展方向。乙太網是IEFES02-3所支持的區域網標准，採用帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問技術(CSMA／CD)，在辦公自動化領域得到了廣泛應用。乙太網技術應用於實時性要求很高的工業控制領域，關鍵要採取有效手段避免CSMA／CD中的碰撞。由於乙太網通信帶寬得到大幅提高，5類雙絞線將接收和發送信號分開，並且採用了全雙工交換式乙太網交換機，以星形拓撲結構為其埠上的每個網路節點提供獨立帶寬，使連接在同一個交換機上面的不同設備不存在資源爭奪，隔離了載波偵聽，因此網路通信的實時性得到大大改善，保證了乙太網產品能真正應用於工業控制現場。而且乙太網技術成熟，連接電纜和介面設備價格相對較低，帶寬迅速增長，可以滿足現場設備對通信速度增加而原有匯流排技術不能滿足的場合的需求。
(4)Web自動化技術 Intemet網把全世界連成了一個整體，而Web技術引發了信息技術的革命。把Web技術應用到工業控制領域就產生了web自動化。web自動化的基本思想是只要需要，在任何時間和地點都可以對工業現場的數據進行實時訪問和控制。web數據採集和控制的基本要求是：必須要有一個能夠通過web網路和TCP／IP協議連接監控設備和過程數據的界面，即用戶界面層；要有一台能夠使所需顯示或控制頁面通過過程瀏覽器訪問的Web伺服器，即運行邏輯層；要有一個處理本地事務(即w曲伺服器)和遠端系統(即客戶端)之間數據接收和存儲的資料庫伺服器，即資料庫層。這就是典型的三層結構。第三層(資料庫層)第二層(運行邏輯層)第一層(用戶界面層)在web模式下可以實現用戶界面和運行邏輯的有效分離，用戶瀏覽器僅負責界面的顯示，操作者可直接通過瀏覽器訪問web伺服器上的各類信息而將運行邏輯遷移至web伺服器端；無需對客戶端的應用軟體進行安裝，也無需對客戶端的控制項進行注冊，應用軟體的升級很方便，如果應用程序的功能和運行邏輯需要改變，系統維護人員可直接在web伺服器上對相應的頁面和組件進行修改，用戶立即能得到新的功能。
(5)上述控制方式的應用特點 雖然FCS技術具有傳統DCS所無法比擬的優越性，但其推廣應用也受到諸多因素的制約，DCS並沒有也不會隨著FCS的發展而馬上退出現場過程式控制制的舞台，這是因為，首先，目前我國控制現場很多設備還不是智能儀表，不能直接與現場匯流排相連；其次，FCS的價格特別是智能設備比較昂貴，採用FCS的綜合價格仍高於DCS；第三，DCS也在不斷採用新技術，如與PLC(可編程序控制器)很好地融合、滲透和集成，普遍採用IPC作為其操作站，並且採用人工智慧技術等，DCS呈現出向綜合化和智能化發展的趨勢；第四，FCS標准種類繁多，不同標準的設備相互通訊一
般比較繁瑣i第五，在強調安全、可靠第一位的應用場合，更多地是考慮DCS技術的成熟和高可靠性，同時一些專家擔心FCS一旦通信線路故障將引整個系統的癱瘓。在電廠輔機系統如化學水處理系統，目前一般仍以DCS為主，在此基礎上局部採用FCS技術，組成混合系統，筆者稱之為FDCS系統(Fieldbus Distr~uted Control System)。對工業乙太網，目前已不僅僅只適用於工業網路控制系統的信息層，而且提供了現場控制級的應用，如SIEMENS公司的PLC提供專用的乙太網介面模塊，研華科技的新型智能模塊中內置了Web伺服器，使現場模塊具備網頁發布功能，通過網頁與外界直接交換信息。而web自動化技術的優點是，操作者可在現場之外，不受時間和空間限制，通過瀏覽器訪問web伺服器上的各類信息，方便電廠調度、指揮等部門瀏覽、查詢現場數據，或根據許可權發布控制命令，實現對現場設備的監控。

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3. 簡述現代網路體系結構

網路體系結構是指通信系統的整體設計，它為網路硬體、軟體、協議、存取控制和拓撲提供標准。它廣泛採用的是國際標准化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection)的參考模型。

中文名
網路體系結構

外文名
Network Architecture

解釋
通信系統的整體設計

目的
為網路硬體提供標准

提出
國際標准化組織

採用
開放系統互連的參考模型。

協議定義
1、網路體系結構（networkarchitecture）：是計算機之間相互通信的層次，以及各層中的協議和層次之間介面的集合。

2、網路協議：是計算機網路和分布系統中互相通信的對等實體間交換信息時所必須遵守的規則的集合。
3、語法（syntax）:包括數據格式、編碼及信號電平等。
4、語義（semantics）：包括用於協議和差錯處理的控制信息。
5、定時（timing）：包括速度匹配和排序。

計算機網路是一個非常復雜的系統，需要解決的問題很多並且性質各不相同。所以，在ARPANET設計時，就提出了「分層」的思想，即將龐大而復雜的問題分為若干較小的易於處理的局部問題。

簡介
1974年美國IBM公司按照分層的方法制定了系統網路體系結構SNA（System NetworkArchitecture）。SNA已成為世界上較廣泛使用的一種網路體系結構。

一開始，各個公司都有自己的網路體系結構，就使得各公司自己生產的各種設備容易互聯成網，有助於該公司壟斷自己的產品。但是，隨著社會的發展，不同網路體系結構的用戶迫切要求能互相交換信息。為了使不同體系結構的計算機網路都能互聯，國際標准化組織ISO於1977年成立專門機構研究這個問題。1978年ISO提出了「異種機連網標准」的框架結構，這就是著名的開放系統互聯基本參考模型 OSI/RM (Open Systems InterconnectionReferenceModle),簡稱為 OSI 。

OSI得到了國際上的承認，成為其他各種計算機網路體系結構依照的標准，大大地推動了計算機網路的發展。20世紀70年代末到80年代初，出現了利用人造通信衛星進行中繼的國際通信網路。網路互聯技術不斷成熟和完善，區域網和網路互聯開始商品化。

OSI參考模型用物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、對話層、表示層和應用層七個層次描述網路的結構，它的規范對所有的廠商是開放的，具有指導國際網路結構和開放系統走向的作用。它直接影響匯流排、介面和網路的性能。常見的網路體系結構有FDDI、乙太網、令牌環網和快速乙太網等。從網路互連的角度看，網路體系結構的關鍵要素是協議和拓撲

4. 網路體系結構

網路體系結構是指通信系統的整體設計，是計算機之間相互通信的層次，以及各層中的協議和層次之間介面的集合。它為網路硬體、軟體、協議、存取控制和拓撲提供標准。主要包括以下幾個層次：

1、物理層（PhysicalLayer）：

規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。

2、數據鏈路層（DataLinkLayer)

在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，並進行各電路上的動作系列。

3、網路層（Network layer）：

在計算機網路中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網路層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。網路層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網路層報頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網路地址。

4、傳輸層（Transport layer）：

第4層的數據單元也稱作處理信息的傳輸層（Transport layer）。它為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數據傳輸服務。所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。

5、會話層（Session layer）：

這一層也可以稱為會晤層或對話層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如伺服器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。

6、表示層（Presentation layer）：

這一層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法，轉換為適合於 OSI 系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮， 加密和解密等工作都由表示層負責。例如圖像格式的顯示，就是由位於表示層的協議來支持。

7、應用層（Application layer）

應用層為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。應用層協議的代表包括 Telnet、FTP、HTTP、SNMP 等。

「網路體系結構」的相關概念：

1、網路協議：是計算機網路和分布系統中互相通信的對等實體間交換信息時所必須遵守的規則的集合。

2、語法（syntax）：包括數據格式、編碼及信號電平等。

3、語義（semantics）：包括用於協議和差錯處理的控制信息。

4、定時（timing）：包括速度匹配和排序。

以上內容參考：網路-網路體系結構

5. 目前的網路體系結構有哪些

是指通信系統的整體設計，它為網路硬體、軟體、協議、存取控制和拓撲提供標准。它廣泛採用的是國際標准化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection)的參考模型。OSI參考模型用物理層、數據鏈路層、網路層、傳送層、對話層、表示層和應用層七個層次描述網路的結構，它的規范對所有的廠商是開放的，具有知道國際網路結構和開放系統走向的作用。它直接影響匯流排、介面和網路的性能。目前常見的網路體系結構有FDDI、乙太網、令牌環網和快速乙太網等。從網路互連的角度看，網路體系結構的關鍵要素是協議和拓撲。
網路體系結構 Network Architecture ↑
Network Architecture 網路體系結構 網路體系結構定義計算機設備和其他設備如何連接在一起以形成一個允許用戶共享信息和資源的通信系統。存在專用網路體系結構，如IBM的系統網路系統結構(SNA)和DEC的數字網路體系結構(DNA)，也存在開放體系結構，如國際標准化組織(ISO)定義的開放式系統互聯(OSI)模型。網路體系結構在層中定義(參見「分層體系結構」)。如果這個標準是開放的，它就向廠商們提供了設計與其他廠商產品具有協作能力的軟體和硬體的途徑。然而，OSI模型還保持在模型階段，它並不是一個已經被完全接受的國際標准。考慮到大量的現存事實上的標准，許多廠商只能簡單地決定提供支持許多在工業界使用的不同協議，而不是僅僅接受一個標准。
分層在一個「協議棧」的不同級別說明不同的功能。這些協議定義通信如何發生，例如在系統之間的數據流、錯誤檢測和糾錯、數據的格式、數據的打包和其它特徵。基本結構如圖N-9所示。
通信是任何網路體系結構的基本目標。在過去，一個廠商需要非常關心它自己的產品可以相互之間進行通信，並且如果它公開這種體系結構，那麼其它廠商就也可以生產和此競爭的產品了，這樣就使得這些產品之間的兼容通常是很困難的。在任何情況下，協議都是定義通信如何在不同操作的級別發生的一組規則和過程。一些層定義物理連接，例如電纜類型、訪問方式、網路拓樸，以及數據是如何在網路之上進行傳輸的。向上是一些關於在系統之間建立連接和進行通信的協議，再向上就是定義應用如何訪問低層的網路通信功能，以及如何連接到這個網路的其它應用
如上所述，OSI模型已經成為所有其它網路體系結構和協議進行比較的一個模型。這種OSI模型的目的就是協調不同廠商之間的通信標准。雖然一些廠商還在繼續追求他們自己的標准，但是象DEC和IBM這樣的一些公司已經將OSI和象TCP/IP這樣的Internet標准一起集成到他們的聯網策略中了。
當許多LAN被連接成企業網時，互操作性是很重要的。可以使用許多不同的技術來達到這一目的，其中包括在單一系統中使用多種協議或使用可以隱藏協議的「中間件」的技術。中間件還可以提供一個介面來允許在不同平台上的應用交換信息。使用這些技術，用戶就可以從他們的台式應用來訪問不同的多廠商產品了。

6. 什麼是網路體系結構如何建立符合某種體系結構的網路

定義：網路的體系結構指計算機網路的各層及其協議的集合。換種說法，計算機網路的體系結構就是這個計算機網路及其所應完成的功能的精確定義，它是計算機網路中的層次、各層的協議以及層間介面的集合。
欲建立符合某種體系結構的網路，首先得了解此體系結構的組成要素，職能（原理）、各要素之間的關系等，具有什麼樣的層次結構，各層的協議，即對等實體間進行通信的規則集合：「硬體實體」規則有信號的表示形式，電平標准，正負邏輯等：「軟體實體」規則有PDU的格式，PDU的處理演算法，時序等，在此基礎上，建立各站點可以應用並識別該體系結構的協議的網路，各站點間可以通過該體系結構的PDU格式及定址方式實現通信的網路。

7. 工業控制通信協議有哪些

工業控制通信協議有CANBUS、MODBUS、profibus等。

簡介：
1、作為ISO11898CAN標準的CANBus（ControLLer Area Net-work Bus），是製造廠中連接現場設備（感測器、執行器、控制器等）、面向廣播的串列匯流排系統，最初由美國通用汽車公司（GM）開發用於汽車工業，後日漸增多地出現在製造自動化行業中。
2、Modbus是由Modicon（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發明的，是全球第一個真正用於工業現場的匯流排協議。
ModBus網路是一個工業通信系統，由帶智能終端的可編程序控制器和計算機通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統結構既包括硬體、亦包括軟體。它可應用於各種數據採集和過程監控。
3、PROFIBUS，是一種國際化．開放式．不依賴於設備生產商的現場匯流排標准。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當匯流排系統啟動時，所有連接到匯流排上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用於製造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用於工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場匯流排技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網路，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

8. 工業控制網路的發展趨勢

工業控制網路的發展歷程是分步驟的，從傳統的控制網路發展到較為先進的現場匯流排，再後來隨著科技文明的進步，發展為現在研究熱點工業乙太網以及到無線網路控制。未來工業網路的發展需要從通信的實時性，安全性和可靠性來努力，想要達到這個層度也不是很簡單的，實現多匯流排路集成，實時異構網路也是將來發展的一個重要方向。 工業控制網路的方向 現如今企業的經營方式隨著互聯網和其相關技術的出現和發展，已經被改變了很多，它使信息通信環繞在整個社會生活中，並在很大的范圍內得以貫穿，世界上有文明的地方就有工業控制網路。在一些領域里，例如辦公自動化領域里，辦公設備中出現了互聯網技術的支持。除此之外，在製造加工工業中，在互聯網的基礎上，開放式的、透明的商業運作是新技術的發展方向。 更高的帶寬 更高的帶寬是高性能工業控制網路的要求，要增加帶寬，首先要分散控制數據，在將來的幾年裡，分散控制系統會產生增加二十到三十倍的製造信息。同樣地，PLC 從場地設備採集的信息預計也會增加一二十倍。在自動化控制和通信設施中，如果總使用新的處理體系和技術，網路很可能無法承載，離散的網路組織也可能產生瓶頸效應從而對網路變成透明的、覆蓋企業范圍的應用實體產生阻礙。乙太網的標准帶寬是10Mbps，近期研究高速乙太網，其速度能達到百兆甚至千兆，從而能夠成為企業大范圍內的主幹網路。在這種狀況下，只有乙太網能滿足大家的需要，這同時也促進了多樣控制網路的出現。 開放性的工業控制網路體系 隨著經濟全球化的發展和大部分產品周期的提高，為了降低生產成本，企業大都應用互聯網、智能設備和伺服器式應用系統以及無線通信等新技術。雖然這樣確實降低了成本，但同時這些新技術和商業過程無法避免地生成了很多數據，這些數據分配又是一個難題。雖然在執行方式上，硬體和軟體不同，但它們在商業系統中具有相同的本質標准，那就是開放式的生產管理體系。這種體系能使企業脫離單一的設備維護費用的運作方式。除此之外，開放式的系統使動態的製造數據得以釋放，在整個企業網路范圍內，使我們的管理者能能把數據自由地分配給廣大使用者，從而提高了企業的工作效率。

內容提要
本書介紹了工業控制網路的特點、發展歷程、技術現狀和發展趨勢，重點介紹了Modbus、PROFIBUS、CAN、DeviceNet及CANopen等現場匯流排技術，還介紹了EPA、PROFINET、HSE、Ethernet/IP及Modbus TCP等工業乙太網技術，並結合台達工業自動化產品有針對性地安排了大量工業控制網路應用案例和實驗內容，著重對學生的實際動手能力、獨立思考能力、創新思維能力和綜合運用能力進行培養和訓練。本書可作為普通高等院校電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、儀器儀表、計算機、機械電子、汽車電子及相關專業的教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。

9. 網路體系結構是什麼的集合

1、網路體系結構（networkarchitecture）：是計算機之間相互通信的層次，以及各層中的協議和層次之間介面的集合。

2、網路協議：是計算機網路和分布系統中互相通信的對等實體間交換信息時所必須遵守的規則的集合。
3、語法（syntax）:包括數據格式、編碼及信號電平等。
4、語義（semantics）：包括用於協議和差錯處理的控制信息。
5、定時（timing）：包括速度匹配和排序。

計算機網路是一個非常復雜的系統，需要解決的問題很多並且性質各不相同。所以，在ARPANET設計時，就提出了「分層」的思想，即將龐大而復雜的問題分為若干較小的易於處理的局部問題。
網路體系結構網路體系結構定義計算機設備和其他設備如何連接在一起以形成一個允許用戶共享信息和資源的通信系統。存在專用網路體系結構，如IBM的系統網路系統結構(SNA)和DEC的數字網路體系結構(DNA)，也存在開放體系結構，如國際標准化組織(ISO)定義的開放式系統互聯(OSI)模型。網路體系結構在層中定義(參見「分層體系結構」)。如果這個標準是開放的，它就向廠商們提供了設計與其他廠商產品具有協作能力的軟體和硬體的途徑。然而，OSI模型還保持在模型階段，它並不是一個已經被完全接受的國際標准。考慮到大量的現存事實上的標准，許多廠商只能簡單地決定提供支持許多在工業界使用的不同協議，而不是僅僅接受一個標准。