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1、自动化系统网络结构,一、综述二、现场总线三、基础自动化网络技术四、过程自动化网络技术五、生产制造执行系统简介,一、综述,1、企业自动化系统结构2、自动化系统常用的网络拓扑结构3、网络设备,1、企业自动化系统结构,企业信息化和自动化系统是分层实现的，一般分为五层结构：现场设备与总线级（L0）基础自动化级（L1）过程控制级（L2）制造执行级（L3）企业资源规划级（L4）,自动化系统的典型网络拓扑,企业自动化系统的结构原理图,2、自动化系统常用的网络拓扑结构,自动化系统常用的网络拓扑结构主要有星型、环型、总线型三种（1）星形拓扑星形拓扑是由中央节点和通过点到到通信链路接到中央节点的各个站点组成。星形
2、拓扑结构分为单星形拓扑和双星形拓扑两种,星形拓扑结构优点主要有：1.控制简单2.故障诊断和隔离容易3.方便服务星形拓扑结构缺点主要有：1.电缆长度和安装工作量可观2.中央节点的负担较重，形成瓶颈 3.各站点的分布处理能力较低,（2）环形拓扑 环形拓扑网上所有结点都通过点对点链路连接，并构成一个封闭环，工作站通过结点接口单元与环相连，数据沿环单向或双向传输，其中，双向传输时须考虑路径控制问题。,环形拓扑优点主要有：1.电缆长度短。2.增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作3.可使用光纤 4.结构简单5.控制逻辑简单6.挂接或摘除结点也比较容易7.系统的初始开发成本以及修改费用较低,环形拓扑缺点主
3、要有：1.节点的故障会引起全网故障 2.故障检测困难 3.环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传达式传递的方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比较低。,（3）总线拓扑总线拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。有些总线设有通讯控制器，采取集中控制方式；而有些把通讯控制功能分设在各通讯接口中，称为发散控制方式,总线拓扑结构优点主要有：1.总线结构所需要的电缆数量少 2.总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性 3.易于扩充，增加或减少用户比较方便总线拓扑结构优点主要有：1.总线的传输距离有限，通信范围受到限制2
4、.故障诊断和隔离较困难3.分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能,网络拓扑结构特点的对比与总结,3、网络设备,（1）传输介质,（2）交换机交换机是按照通信两端需要，用自动方法把要传输的信息送到符合要求网络上的设备。选择交换机时，应把握几个原则：确定适当的端口数和类型 考虑工作层次 考虑性能档次,交换机品牌非常多，国外著名品牌有Cisco、安奈特、NETGEAR等，国内的如华为、D-LINK、TP-LINK、实达等以TP-Link TL-SG3424型24口全千兆二层交换机为例，介绍生产自动化系统常用交换机的基本特性:,TP-Link TL-SG3424型交换机特性主要包括：1.提供丰
5、富的接口，灵活接入：24个10/100/1000M自适应RJ45端口，4个千兆SFP（mini GBIC）光纤模块扩展插槽，1个配置管理接口2.支持存储转发，交换容量48Gbps，支持8K bits地址表3.全面的安全防护体系，保障网络长期稳定运行丰富的QoS策略和ACL访问控制功能，多业务高效融合运作4.支持端口汇聚和多种生成树协议，提高链路冗余备份的能力5.提供Web网管，CLI命令行，SNMP等安全灵活的方式;提供环回检测、线缆检测、系统日志等功能，维护简单。,（3）路由器路由器能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络选择路
6、由器时，应把握几个原则：确定连接方式 明确应用定位 选择合适端口 明确传输速率 关注控制管理功能 考虑可靠性和安全性,以华为Quidway AR28-31型路由器为例，简单介绍一下生产自动化系统常用路由器的基本特性:,配置包括：1.提供丰富的接口：2个10/100M自适应RJ45端口，1个AUX口（备份），1个同步/异步接口，23个扩展模块接口，1个配置管理接口2.基本配置为：CPU为MPC8245(300MHz),32MB Flash，256MB SDRAM，90100Kpps(包每秒)转发性能,特性包括:成熟的VPN解决方案 网络安全 互连协议 网络协议 应用层协议及业务特性,特性包括:Q
7、OS 网络可靠性 系统可靠性 语音特性 简单便捷的网络检测工具 配置管理,（4）防火墙防火墙指的是一个由软件和硬件设备组合而成，在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障.是一种获取安全性方法的形象说法防火墙是一种计算机硬件和软件的结合，使网络之间建立起一个安全网关（Security Gateway），从而保护内部网免受非法用户的侵入选择防火墙时，应按照以下几个步骤来开展:做好需求分析 把握基本原则 明确常用指标,防火墙产品中，国外主流厂商为思科（Cisco）、CheckPoint、NetScreen等，国内主流厂商为东软、天融信、山石网科、网御神州、联想、方正等，它们都提
8、供不同级别的防火墙产品以CISCO ASA5505型防火墙为例，简单介绍常用企业级防火墙的基本特性：,配置包括：1.提供丰富的接口：8个以太网口(RJ45型)，1个SSC扩展插槽，3个USB 2.0接口，1个配置管理接口（RJ45）2.基本配置为：64MB Flash，256MB SDRAM等,特性主要包括：1.防火墙吞吐率高达150Mbps2.VPN 吞吐率高达100Mbps3.支持并发连接25000个4.安全过滤带宽为100Mbps5.IPSec VPN对为10或256.SSL VPN对许可证级别为10或257.内置一个灵活的8端口10/100快速以太网交换机，其端口能进行动态组合，为家庭
9、、企业和互联网流量创建3个独立的无中继支持的虚拟接口(VLAN)，以改进网络分区和安全8.提供两个以太网供电(PoE)端口，简化了配备自动安全IP语音(VoIP)功能的思科IP电话的部署，以及外部无线接入点的部署，扩展了网络移动性9.通过其模块化设计，提供了1个外部扩展插槽和3个USB端口，能在未来添加更多服务，从而实现了出色的扩展能力和投资保护,二、现场总线,1、引言2、现场总线定义3、现场总线的特点4、现场总线用途5、现场总线的现状和发展趋势6、主流现场总线简介7、现场总线应用,1、引言,以现场总线为核心连接现场设备的基础自动化系统,2、现场总线定义,现场总线是指安装在制造或过程区域的现场
10、装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题,3、现场总线的特点,增强了现场级信息集成能力 开放式、互操作性、互换性、可集成性 系统结构的高度分散性 现场设备的智能化 系统可靠性高、可维护性好 降低了系统及工程成本 对现场环境的适应性,4、现场总线用途,制造业自动化：如汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织等行业 过程控制自动化：如石化、制药、水泥、食品、饮料等；电力及楼宇自
11、动化：如发电、输配电等 楼宇自动化：如空调、风机、照明等 铁路交通：如信号系统等,5、现场总线的现状和发展趋势,（1）现场总线的现状 多种现场总线并存 各种总线都有其应用的领域 每种现场总线都有其国际组织和支持背景 多种总线成为国家和地区标准 设备制造商参与多个总线组织 各个总线彼此协调共存,（2）现场总线发展趋势 寻求统一的现场总线国际标准，统一的标准是大势所趋，目前众多的总线会变成一两种总线标准 Industrial Ethernet走向工业控制网络,6、主流现场总线简介,几种主流的现场总线：基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网）LonWorks DeviceNet PROFIBUS HART CC-Link WorldFIP INTERBUS,7、现场总线应用,（1）现场总线选型需考虑特定的比较参数和设计，主要包括：通信速率和数据延迟 物理互连媒介 抗扰度 比特误差率和总线故障 允许的互连长度 允许的网络节点数量 容易增加额外的节点 功耗、成本、可靠性和隔离要求,现场总线选型需要折衷考虑的因素,常用现场总线应用范围,常用现场总线允许的节点数量,
