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2.6 现场总线控制网络

2.6.1 现场总线网络节点

现场总线控制网络用于完成各种数据采集和自动控制任务,是一种特殊的、开放的计算机网络,它是工业企业综合自动化的基础。从现场控制网络节点的设备类型、传输信息的种类、网络所执行的任务、网络所处的环境等方面来看,都有别于其他计算机构成的数据网络。

现场总线控制网络可以通过网络互联技术实现不同网段之间的网络连接与数据交换,包括在不同传输介质、不同传输速率、不同通信协议的网络之间实现互联,从而更好地实现现场检测、数据采集、控制和执行以及信息的传输、交换、存储与利用的一体化,满足用户的需求。

现场总线网络的节点常常分散在生产现场,大多是具有计算与通信能力的智能测控设备。它们可能是普通计算机网络中的个人计算机或其他种类的计算机、操作站等设备。也可能是具有嵌入式CPU,但功能比较单一、计算或其他能力远不及普通计算机,且没有键盘、显示等的人机交互接口。也有的设备甚至不带有CPU,只带有简单的通信接口。

例如,具有通信能力的现场设备有:条形码阅读器、各类智能开关、可编程序控制器、监控计算机、智能调节阀、变频器、机器人等,这些都可以作为现场总线控制网络的节点使用。由于受到制造成本等因素的影响,作为现场总线网络节点的设备,在计算能力等方面一般比不上普通的计算机。

现场总线控制网络就是把单个分散的、有通信能力的测控设备作为网络节点,按照总线型、星形、树形等网络拓扑结构连接而成的网络系统。如图2-17所示的总线型控制网络连接,使得各个节点之间可以相互沟通信息、共同配合完成系统的控制任务。

图2-17 现场总线控制网络连接示意图

2.6.2 现场总线控制网络的任务

现场总线控制网络主要完成以下任务。

1)将控制系统中现场运行的各种信息传送到控制室,使现场设备始终处于 远程监视 之中。例如,在控制室监视生产现场阀门的开度、开关的状态、运行参数的测量值及现场仪表的工作状况等信息。

2)控制室将各种控制、维护、参数修改等命令信息送往位于生产现场的测量控制设备中,使得生产现场的设备处于 可控状态 之中。

3)与操作终端、上层管理网络实现 数据传输与信息共享

此外,现场总线控制网络还要面临工业生产的高温高压、强电磁干扰、各种机械振动及其他恶劣工作环境,因此要求现场总线控制网络能适应各种可能的工作环境。

正是由于现场总线控制网络要完成的工作任务和所处的工作环境,使得它具有许多不同于普通计算机网络的特点。

影响控制网络性能的主要因素有网络的拓扑结构、传输介质的种类与特性、介质访问方式、信号传输方式以及网络监控系统等。为了适应和满足自动控制任务的需求,在开发控制网络技术及设计现场总线控制网络系统时,应该着重于满足控制的实时性、可靠性以及工业环境下的抗干扰性等控制要求。

2.6.3 控制网络的安全问题

随着控制网络中智能设备、计算机等智能节点的使用,以及控制网络与企业管理层网络及其他业务应用的集成,控制网络的信息交换需求与共享范围也在不断扩大,这种交换和共享信息的能力一方面扩展了控制网络的功能,另一方面由于工业领域的合作联盟、外包服务及IP的使用等因素,使得工业自动化控制系统与现场设备在网络层可能会受到同商业系统一样的攻击;再加上近年来对商业和个人计算机的恶意攻击显著增加,因特网上用于自动攻击的工具又随处可见,因此,控制网络的应用和信息向商业领域的延伸都大大增加了工业自动化控制系统运行的风险。

由于工业自动化控制系统的设备是直接和工艺过程相联系的,信息安全一旦遭到破坏,就可能会造成商业机密泄露、信息传送中断,还可能会带来潜在的对人员或生产造成的损失、环境破坏以及危及运行安全等严重后果,因此工业控制系统的信息安全问题已经受到越来越广泛的关注,控制网络对于信息安全的需求也显得越来越重要。 zjtNy5FrS7PwcOdTN8vocAPgRJDITU3ohO2jeX6I1wjlw1Dj+4TfeBir3W58vpdg

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