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         **********          

                                    2011-10-30

工业控制网络的发展前景

姓名：赵宇涛         学号：**********

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 made a simple introduction, reviews the development course of the industrial control network, then enumerate some of the characteristics of the industrial control network, and then discusses the future of the industrial control network development prospects and the specific such as industrial Ethernet is introduced. Finally reached the industrial control network future development prospect conclusion. 

Keywords Development, industrial communication, advanced manufacturing, field bus, industrial Ethernet 

1.引言

随着控制、通信、计算机、网络等技术的发展，企业的信息集成系统得到了迅猛发展，从工厂的现场控制到市场、监控、经营管理的各个层次以及从生产加工、原料采购的各个环节都被覆盖在其中，并且这种范围一直扩散到成品储运销售的全过程当中去。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。

2.工业控制网络的概念

工业控制网络是由多个“网络节点”而构成的，这些网络节点是指分散在各个生产现场，具有相应数字通信能力的测量控制仪器。工业控制网络不仅包括底部设备层的检测器、传感器等部件，而且包括终端管理层的办公操作系统和串联所有系统的现场总线技术。它采用规范、公开的通信协议，把现场总线当做通信连接的纽带，从而使现场控制设备可以相互沟通信息，共同完成相应生产任务的控制系统与网络系统。

现场总线技术是工业控制网络的起源，现场总线广泛应用于连接现场设备，如控制器、传感器与执行器等，采用全数字通信，结构简单，节约线缆。与传统DCS相比，现场总线安装成本降低了约50％。现场总线实现信息处理的现场化，在传输控制信息的同时，可从现场获取更多诊断、维护等非控制信息。目前现场总线技术已得到广泛应用，其定义、规格、实现和市场等方面都比较成熟。国际标准IEC 61158中包含了TS61158，Profibus，p-NET，WorldFIP，Interbus，FF H1，Sercos以及CC Link等10余种主要类型的现场总线。引领世界的主要有Profibus总线以及Interbus总线。同时，也有一些应用广泛但还没有纳入IEC标准的现场总线，如DevieeNet总线以及CAN总线等。

3.工业控制网络的特点

（1）系统的开放性

工业控制网络的开放性是指对相关标准的公开性、一致性，强调对标准的遵从与共识，它可以和世界上其他地方遵守相同标准的系统或者设备连接，用户可以根据自己的要求，把来自不同厂家的产品组合成自己需要的系统。

（2）互用性与互操作性

互用性意味着可以相互替换不同生产厂家生产的性能类似的设备，而互操作性则是指实现互联系统间、设备间的信息沟通与传送。

（3）通信的及时性

实现测量监控是工业控制网络的基本任务，但是有些测控任务是有严格的实时性和时序要求的，这就要求工业控制网络要能够提供相应的实时通讯，提供时间管理与时间发布功能。

（4）对现场环境的适应性

工业控制网络作为工厂网络的底层，能够适应各种不同的现场环境，支持同轴电缆、双绞线、红外线、射频、电力线等，抗干扰能力较强，能够采用两线制实现通信与供电，并可满足安全防爆的要求。

4未来发展方向

工业控制网络经历了从传统控制网络到现场总线，再到目前研究非常广泛的无线网络以及工业以太网的发展过程。但是工业控制网络未来的发展不仅仅体现在实时性的研究方面，其他的一些技术难题也应该引起注意，具体的未来发展方向主要体现在一下几个方面：

（1）提高通信的实时性

提高交换技术和操作系统以支持实时通讯，操作系统在优先级策略的基础上对实时性和非实时性的传输提供多队列排队方式，此外，在提高实时性的方法上还可以通过改善拓扑结构、如何提高在MAC层上的数据传输的调度方法。

（2）提高通信的安全性

安全性意味着能够在一定程度上预防及防范风险，例如电磁干扰、高温辐射、系统故障以及恶意攻击等因素带来的威胁，目前的一些总线研究机构在黑通道原理的基础之上针对数据丢失、破坏、非法访问以及时延等错误所采用的密码授权、数据编号以及CRC安全校验等保护措施，例如Profisafe、Interbus Safety以及EtherCAT Safety等，可以作为工业控制网络安全性研究的参考。

（3）提高通信可信性

工业控制网络的通信的可靠性之所以非常重要是因为它进行不同类型网络站点之间的通信是在不同网络交换技术的基础之上的。虚拟自动化网络中包含不同的可靠区域及抽象层，可靠区域包括局部生产操作区域、自动设备区域以及远程接入区域等，其中，重点是可靠区域的设计。

（4）多总线集成

多总线相互并存且互相竞争的局面已经有了很长时间的历史，并且在未来相当长的一段时间内，可以通过使用代理机制将单一总线系统中的设备映射到以工业以太网为基础的工业控制网络中。

（5）工业以太网

将以太网应用于工业控制领域。构成工业以太网，已成目前研究的热点。典型的工业以太网由现场设备层、控制层以及管理层构成。各层都有其本质需要和不同类型的信息交换，网络大小、支持设备数量、网络速度、反馈时间和负载大小等方面的不同导致各层所采用的网络技术也不同。考虑到工业以太网对实时性能的需求，实时性主要依赖于传输消息的类型，在现场设备层，要求进行实时通信，有严格受限的硬件及通信资源，而在管理层则可允许进行非实时通信。

5结论

国际工作的研究方向随着信息时代的到来，逐渐从单一化、重工业、转变到微电子、多元化，作为其中一项重要内容的自动化技术逐渐显示出了它的优势。也带动了全球的工业化发展，未来的工业控制网络将会在提高生产速度、合理高效加工、管理生产过程以及保证安全生产等先进制造及工业控制领域起到越来越重要的作用。

参考文献

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