工业控制网络设备如何分类

Ⅰ 了解工业控制

一、工业控制系统（Instrial Control System，ICS）
1、工业控制系统是指由计算机与工业过程控制部件组成的自动控制系统，它由控制器、传感器、传送器、执行器和输入/输出接口等部分组成。这些组成部分通过工业通信线路，按照一定的通信协议进行连接，形成一个具有自动控制能力的工业生产制造或加工系统。
2、根据中华人民共和国公共安全行业标准中的信息安全等级保护工业控制系州燃孝统标准，可将通用的工业企业控制系统层次模型按照不同的功能从上到下划分为5个逻辑层，依次为企业资源层、生产管理层、过程监控层、现场控制层和现场设备层。根据不同的层次结构划分，各个层次在工控系统中发挥不同的功能。

二、工业控制网络
1、目前，工业控制网络还没有一个标准的定义。工业控制网络就是工业控制系统中的网络部分，是一种把工厂中各个生产流程和自动化控制系统通过各种通信设备组织起来的通信网络。
2、工控网络由多个“网络节点册稿”构成，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。它采用规范、公开的通信协议，把现场总线当作通信连接的纽带，从而使现场控制设备可以相互沟通，共同完成相应的生产任务。
3、实现测量监控是工业控制网络的基本任务，因此工业控制网络特别强调数据传输的完整性、可靠性和实时性，这就要求工业控制网络能够提供相应的实时通信功能。
4、从发展过程来看，工控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道路。

三、工业控制系统与工业控制网络
1、工业控制系统包括工业控制网络和所有的工业生产设备，而工业控制网络只侧重工业控制系统中组成通信网络的元素，包括通信节点（包括上位机、控制器等）、通信网络（包括现场总段衫线、以太网以及各类无线通信网络等）、通信协议（包括Modbus、Profibus等）。
2、许多企业对工业控制网络安全存在认识上的误区：认为工业控制网络没有直接接入互联网，入侵者无法通过工业控制网络攻击工业控制系统。而实际的情况是，企业的许多控制网络都是“开放的”，系统之间没有有效的隔离。进一步，采用最新技术的黑客和恶意软件甚至可以有效入侵物理隔离的网络。

不同于传统的生产安全（Safety），工控系统网络安全（Security）是要防范和抵御攻击者通过恶意行为人为制造生产事故、损害或伤亡。可以说，没有工控系统网络安全就没有工业控制系统的生产安全。只有保证了系统不遭受恶意攻击和破坏，才能有效地保证生产过程的安全。虽然工业控制网络安全问题同样是由各种恶意攻击造成的，但是工业控制网络安全问题与传统IT系统的网络安全问题有着很大的区别。

Ⅱ 工业控制网络的目录

第1章绪论11.1工业自动控制系统历史11.1.1模拟仪表控制系统11.1.2直接数字控制系统21.1.3集散控制系统21.1.4现场总线控制系统31.2工业控制网络特点41.3传统控制网络——现场总线41.3.1现场总线的定义41.3.2现场总线的发展历程51.3.3工业控制网络国际标准51.4现代控制网络——工业以太网71.4.1工业以太网定义71.4.2工业以太网的发展历程71.4.3工业以太网的特点81.4.4工业以太网的标准81.4.5工业以太网的发展前景91.5常用工业控制网络介绍91.5.1基金会现场总线(FF)91.5.2PROFIBUS101.5.3CIP111.5.4Modbus121.5.5CAN总线131.5.6LonWorks141.6工业控制网络发展趋势14
第2章数据通信与计算机网络基础162.1数据通信系统概述162.1.1数据通信系统组成162.1.2数据通信系统的性能指标172.2数据编码技术172.2.1数字数据的模拟信号编码172.2.2数字数据的数字信号编码182.2.3数据同步方式192.3传输差错及其检测212.3.1奇偶校验码222.3.2校验和232.3.3循环冗余校验码242.4工业控制网络的节点252.4.1可编程控制器252.4.2传感器与变送器262.4.3执行器与驱动器262.4.4人机界面272.4.5网络互连设备272.5通信传输介质282.5.1双绞线282.5.2同轴电缆282.5.3光纤292.5.4无线传输介质302.6网络拓扑结构302.6.1星型拓扑302.6.2总线型拓扑312.6.3环型拓扑312.6.4树型拓扑322.7网络传输介质的访问控制方式322.7.1载波监听多路访问/冲突检测332.7.2令牌访问控制方式332.7.3时分复用342.7.4轮询342.7.5集总帧方式342.8OSI参考模型352.8.1OSI参考模型简介352.8.2OSI参考模型的功能划分362.8.3几种典型控制网络的通信模型38
第3章Modbus现场总线403.1概述403.1.1Modbus的特点403.1.2Modbus的通信模型403.1.3通用Modbus帧413.1.4Modbus通信原理413.2Modbus物理层423.2.1RS-232接口标准423.2.2RS-485接口标准443.3Modbus串行链路层标准463.3.1Modbus的传输模式463.3.2Modbus差错检验493.3.3Modbus的功能码513.3.4Modbus协议编程实现593.4台达工业自动化设备603.4.1台达PLC简介613.4.2台达触摸屏623.4.3台达变频器623.5Modbus系统组态643.5.1WPLSoft软件介绍643.5.2Screen Editor软件介绍663.5.3PLC与变频器Modbus通信68实验1Modbus网络系统设计72
第4章PROFIBUS现场总线734.1PROFIBUS概述734.1.1PROFIBUS简介734.1.2PROFIBUS的通信参考模型744.1.3PROFIBUS的家族成员744.2PROFIBUS-DP的通信协议764.2.1PROFIBUS-DP的物理层764.2.2PROFIBUS-DP的数据链路层804.2.3PROFIBUS-DP的用户层854.3PROFIBUS-DP设备简介874.3.1西门子S7-300 PLC874.3.2远程I/O904.3.3西门子触摸屏TP 177B924.4PROFIBUS-DP系统924.4.1STEP7软件介绍924.4.2WinCC flexible软件介绍964.4.3PROFIBUS-DP系统组态97实验2PROFIBUS系统设计101
第5章CAN总线1035.1CAN总线特点1035.2CAN总线通信模型1045.2.1CAN总线的物理层1045.2.2CAN总线的数据链路层1085.3CAN总线帧结构1095.3.1数据帧1095.3.2远程帧1115.3.3出错帧1115.3.4超载帧1125.3.5帧间空间1125.4CAN总线的错误处理机制1135.4.1错误类型1135.4.2错误界定规则1145.5SJA1000 CAN控制器1155.5.1SJA1000引脚功能1155.5.2SJA1000内部功能结构1165.5.3SJA1000内部存储区分配1175.5.4SJA1000寄存器功能1185.6CAN总线收发器PCA82C2501265.6.1PCA82C250引脚功能1275.6.2PCA82C250内部功能结构1275.6.3PCA82C250的工作模式1285.7CAN总线节点设计1295.7.1CAN总线节点的硬件设计1295.7.2CAN总线节点的软件设计132实验3CAN总线节点一对一通信实验134
第6章DeviceNet现场总线1356.1DeviceNet概述1356.1.1设备级的网络1356.1.2DeviceNet的特性1366.1.3DeviceNet的通信模式1366.2DeviceNet通信模型1366.2.1DeviceNet的物理层1376.2.2DeviceNet的数据链路层1406.2.3DeviceNet的应用层1406.3DeviceNet设备描述1436.3.1DeviceNet设备的对象模型1436.3.2DeviceNet设备的对象描述1446.3.3DeviceNet设备组态的数据源1456.4DeviceNet连接1456.4.1重复MAC ID检测1466.4.2建立连接1476.4.3DeviceNet预定义主从连接组1516.4.4预定义主从连接的工作过程1526.5预定义主从连接实例1536.5.1显示信息连接1536.5.2轮询连接1546.5.3位选通连接1556.5.4状态变化连接/循环连接1576.5.5多点轮询连接1596.6台达DeviceNet设备简介1616.6.1台达DNET扫描模块1616.6.2台达DeviceNet远程IO适配模块1626.6.3DeviceNet通讯转换模块1636.7台达DeviceNet系统组态1656.7.1DeviceNetBuilder软件介绍1656.7.2DeviceNet应用案例166实验4DeviceNet系统设计实验169
第7章CANopen现场总线1707.1CANopen概述1707.1.1CANopen的发展1707.1.2CANopen的特性1727.2CANopen通信模型1727.2.1CANopen的物理层1737.2.2CANopen的数据链路层1747.2.3CANopen的应用层1747.3台达CANopen设备简介1937.3.1台达CANopen扫描模块1937.3.2台达CANopen从站通信转换模块1947.4台达CANopen系统组态1957.4.1CANopen模块设置介绍1957.4.2CANopen应用案例196实验5CANopen系统设计实验200
第8章工业以太网2028.1工业以太网简介2028.1.1以太网与工业以太网2028.1.2工业以太网的环境适应问题2038.1.3以太网通信的非确定性问题2058.1.4实时以太网2068.2EPA2078.2.1EPA的主要特点2088.2.2EPA的通信协议模型2088.2.3EPA的网络结构2098.3PROFINET2108.3.1PROFINET技术的起源2108.3.2PROFINET的主要技术特点2108.3.3PROFINET通信2128.3.4PROFINET与其他现场总线系统的集成2148.4HSE2148.4.1HSE的系统结构2148.4.2HSE与现场设备间的通信2158.4.3HSE的柔性功能块2168.4.4HSE的链接设备2178.5Ethernet/IP2178.5.1Ethernet/IP概述2178.5.2Ethernet/IP的报文种类2178.5.3基于Ethernet/IP的工业以太网组网2188.6Modbus TCP2218.6.1Modbus TCP概述2218.6.2Modbus TCP应用数据单元2238.6.3Modbus-RTPS2238.7台达工业以太网设备简介2248.7.1台达工业以太网通信模块2248.7.2台达工业以太网远程I/O模块2258.7.3台达工业以太网交换机2268.8台达工业以太网系统组态2278.8.1DCISoft软件介绍2278.8.2工业以太网应用案例229实验6工业以太网系统设计实验234
附录AASCII码表235附录BCAN总线节点一对一通信参考程序236
参考文献239

Ⅲ 网络设备分类

网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。网络设备的种类繁多，且与日俱增。基本的网络设备旅猛虚迹有：计算机（无论其为个人电脑或服务器）、集线器、交换机、网桥、路由器、网关、网络接口卡（NIC）、无线接入点（WAP）、打印机和调制解拆誉桥调器。

Ⅳ 网络互联设备的分类

一、网络互连设备根据不同层实现的机理不一样，又具体分为五类：

1、网络传输介质互联设备

2、网络物理层互联设备

3、数据链路层互联设备

4、网络层互联设备

5、应用层互联设备

二、常用设备

三、网络互联设备 -
互联设备

1、中继器

中继器是局域网互连的最简单设备，它工作在OSI体系结构的物理层，它接收并识别网络信号，然后再生信号并将其发送到网络的其他分支上。要保证中继器能够正确工作，首先要保证每一个分支中的数据包和逻辑链路协议是相同的。例如，在802.3以太局域网和802.5令牌环局域网之间，中继器是无法使它们通信的。

但是，中继器可以用来连接不同的物理介质，并在各种物理介质中传输数据包。某些多端口的中继器很像多端口的集线器，它可以连接不同类型的介质。

中继器是扩展网络的最廉价的方法。当扩展网络的目的是要突破距离和结点的限制时，并且连接的网络分支都不会产生太多的数据流量，成本又不能太高时，就可以考虑选择中继器。采用中继器连接网络分支的数目要受具体的网络体系结构限制。

中继器没有隔离和过滤功能，它不能阻挡含有异常的数据包从一个分支传到另一个分支。这意味着，一个分支出现故障可能影响到其它的每一个网络分支。

2、集线器

集线器是有多个端口的中继器。简称HUB集线器是一种以星型拓扑结构将通信线路集中在一起的设备，相当于总线，工作在物理层，是局域网中应用最广的连接设备，按配置形式分为独立型hub，模块化hub和堆叠式hub三种。

智能型HUB改进了一般HUB的缺点，增加了桥接能力，可滤掉不属于自己网段的帧，增大网段的频宽，且具有网管能力和自动检测端口所连接的PC网卡速度的能力。

市场上常见有10M，100M等速率的HUB。

随着计算机技术的发展，Hub又分为切换式、共享式和可堆叠共享式三种。

(1)切换式Hub

一个切换式Hub重新生成每一个信号并在发送前过滤每一个包，而且只将其发送到目的地址。切换式Hub可以使10Mbps和100Mbps的站点用于同一网段中。

(2)
共享式Hub共享式Hub提供了所有连接点的站点间共享一个最大频宽。例如，一个连接着几个工作站或服务器的100Mbps共享式Hub所提供的最大频宽为100Mbps，与它连接的站点共享这个频宽。共享式Hub不过滤或重新生成信号，所有与之相连的站点必须以同一速度工作(10Mbps或100Mbps)。所以共享式Hub比切换式Hub价格便宜。

(3)堆叠共享式Hub堆叠共享式Hub是共享式Hub中的一种，当它们级连在一起时，可看作是网中的一个大Hub。

3、网桥

网桥(Bridge)是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互联网络的网桥;远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥，通过远程桥互联的局域网将成为城域网或广域网。如果使用远程网桥，则远程桥必须成对出现。
在网络的本地连接中，网桥可以使用内桥和外桥。内桥是文件服务的一部分，通过文件服务器中的不同网卡连接起来的局域网，由文件服务器上运行的网络操作系统来管理。外桥安装在工作站上，实现两个相似或不同的网络之间的连接。外桥不运行在网络文件服务器上，而是运行在一台独立的工作站上，外桥可以是专用的，也可以是非专用的。作为专用网桥的工作站不能当普通工作站使用，只能建立两个网络之间的桥接。而非专用网桥的工作站既可以作为网桥，也可以作为工作站。

4、网络交换机

交换式以太网数据包的目的地址将以太包从原端口送至目的端，向不同的目的端口发送以太包时，就可以同时传送这些以太包，达到提高网络实际吞吐量的效果。网络交换机可以同时建立多个传输路径，所以在应用联结多台服务器的网段上可以收到明显的效果。主要用于联HUB，Server或分散式主干网。

按采用技术对网络交换机进行分类：

（1）直通交换(cut—through)：一旦收到信息包中的目标地址，在收到全帧之前便开始转发。适用于同速率端口和碰撞误码率低的环境。

（2）存储转发(store—and—forward)：确认收到的帧，过滤处理坏帧。适用于不同速率端口和碰撞，误码串高的环境。

5、桥由器

Brouter是网桥和路由器的合并。

6、路由器

路由器工作在OSI体系结构中的网络层，这意味着它可以在多个网络上交换和路由数据数据包。路由器通过在相对独立的网络中交换具体协议的信息来实现这个目标。
比起网桥，路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连接网络分支，还能访问数据包中更多的信息。并且用来提高数据包的传输效率。

路由表包含有网络地址、连接信息、路径信息和发送代价等。

路由器比网桥慢，主要用于广域网或广域网与局域网的互连。

路
由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器是属于网络应用层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息，它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆和双绞线;远程路由器是用来与远程传输介质连接并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机和发射机。

四、网络互联设备 -
设备网关

在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换是一件复杂的事，一般来说，网关只进行一对一转换，或是少数几种特定应用协议的转换，网关很难实现通用的协议转换。用于网关转换的应用协议有电子邮件、文件传输和远程工作站登录等。
网关和多协议路由器(或特殊用途的通信服务器)组合在一起可以连接多种不同的系统。

和网桥一样网关可以是本地的，也可以是远程的。

网关已成为网络上每个用户都能访问大型主机的通用工具。

网关把信息重新包装的目的是适应目标环境的要求。

网关能互连异类的网络。

网关从一个环境中读取数据，剥去数据的老协议，然后用目标网络的协议进行重新包装。

网关的一个较为常见的用途是在局域网的微机和小型机或大型机之间作翻译。

Ⅳ 工业网络的种类及其优缺点

工业网络在自动控制系统中的应用常有以下几种形式：分布式控制系统DCS(Distr~uted ControlSystem)、现场总线控制系统FC(Fieldbus ControlSystem)及工业以太网(Instrial F_．themet)，它们构成当今工业控制的主流，同时Intemet及Web技术的发展，促进工业控制系统向Web自动化的趋势发展。(1)DCS系统又称集散控制系统，是一种稳定、可靠、安全的工业控制方式，目前广泛应用于国内各种工业控制现场。其基本思想是分散控制、集中管理，典型结构是上、下位机系统及其通信网络，上位机称为操作站，下位机称为控制站。操作站处于信息监控层，实现控制系统的控制操作、过程状态及报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势的显示及报表生成与打印；控制站处于现场控制层，是对现场物理信号(包括模拟及开关信号)进行实时采集并进行数据处理、控制运算，并将结果传送到上位机；系统的网络负责各控制站之间、操作站与控制站之间以及操作站之间的数据通信和联络。(2)FCS系统产生于2O世纪8O年代，是在DCS基础上发展起来的，在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链路。FCS的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场控制的功能更加强大。相对于DCS一对一结构、采用单向信号传输、布线及调试成本高、互操作性相对较差等缺点，FCS最大的特点就是大大减少了布线及由此引起的调试、安装、维护等其它成本，因而获得了广泛应用，发展非常迅速。目前世界上流行的现场总线有Profibus-DP、FF、DeviceNet、Lonworks、Modbus等4O多种。
(3)工业以太网 具有现场总线开放性、互操作性、互换性、可集成性、数字化信号传输等特点，许多专家预测以太网将会成为取代现场总线的一种最
佳选择和最终发展方向。以太网是IEFES02-3所支持的局域网标准，采用带碰撞检测的载波侦听多路访问技术(CSMA／CD)，在办公自动化领域得到了广泛应用。以太网技术应用于实时性要求很高的工业控制领域，关键要采取有效手段避免CSMA／CD中的碰撞。由于以太网通信带宽得到大幅提高，5类双绞线将接收和发送信号分开，并且采用了全双工交换式以太网交换机，以星形拓扑结构为其端口上的每个网络节点提供独立带宽，使连接在同一个交换机上面的不同设备不存在资源争夺，隔离了载波侦听，因此网络通信的实时性得到大大改善，保证了以太网产品能真正应用于工业控制现场。而且以太网技术成熟，连接电缆和接口设备价格相对较低，带宽迅速增长，可以满足现场设备对通信速度增加而原有总线技术不能满足的场合的需求。
(4)Web自动化技术 Intemet网把全世界连成了一个整体，而Web技术引发了信息技术的革命。把Web技术应用到工业控制领域就产生了web自动化。web自动化的基本思想是只要需要，在任何时间和地点都可以对工业现场的数据进行实时访问和控制。web数据采集和控制的基本要求是：必须要有一个能够通过web网络和TCP／IP协议连接监控设备和过程数据的界面，即用户界面层；要有一台能够使所需显示或控制页面通过过程浏览器访问的Web服务器，即运行逻辑层；要有一个处理本地事务(即w曲服务器)和远端系统(即客户端)之间数据接收和存储的数据库服务器，即数据库层。这就是典型的三层结构。第三层(数据库层)第二层(运行逻辑层)第一层(用户界面层)在web模式下可以实现用户界面和运行逻辑的有效分离，用户浏览器仅负责界面的显示，操作者可直接通过浏览器访问web服务器上的各类信息而将运行逻辑迁移至web服务器端；无需对客户端的应用软件进行安装，也无需对客户端的控件进行注册，应用软件的升级很方便，如果应用程序的功能和运行逻辑需要改变，系统维护人员可直接在web服务器上对相应的页面和组件进行修改，用户立即能得到新的功能。
(5)上述控制方式的应用特点 虽然FCS技术具有传统DCS所无法比拟的优越性，但其推广应用也受到诸多因素的制约，DCS并没有也不会随着FCS的发展而马上退出现场过程控制的舞台，这是因为，首先，目前我国控制现场很多设备还不是智能仪表，不能直接与现场总线相连；其次，FCS的价格特别是智能设备比较昂贵，采用FCS的综合价格仍高于DCS；第三，DCS也在不断采用新技术，如与PLC(可编程序控制器)很好地融合、渗透和集成，普遍采用IPC作为其操作站，并且采用人工智能技术等，DCS呈现出向综合化和智能化发展的趋势；第四，FCS标准种类繁多，不同标准的设备相互通讯一
般比较繁琐i第五，在强调安全、可靠第一位的应用场合，更多地是考虑DCS技术的成熟和高可靠性，同时一些专家担心FCS一旦通信线路故障将引整个系统的瘫痪。在电厂辅机系统如化学水处理系统，目前一般仍以DCS为主，在此基础上局部采用FCS技术，组成混合系统，笔者称之为FDCS系统(Fieldbus Distr~uted Control System)。对工业以太网，目前已不仅仅只适用于工业网络控制系统的信息层，而且提供了现场控制级的应用，如SIEMENS公司的PLC提供专用的以太网接口模块，研华科技的新型智能模块中内置了Web服务器，使现场模块具备网页发布功能，通过网页与外界直接交换信息。而web自动化技术的优点是，操作者可在现场之外，不受时间和空间限制，通过浏览器访问web服务器上的各类信息，方便电厂调度、指挥等部门浏览、查询现场数据，或根据权限发布控制命令，实现对现场设备的监控。

希望我的回答对你有帮助

Ⅵ 工业网络的工业网络的架构

现有的工业控制网络可以根据其应用场合的不同分为以下几种[1]：
(1)SensorBus：低阶网络，通常用来连接低阶的传感器、执行器等现场设备，传输数据量最少，例如AS-i、Interbus-S。
(2)DeviceBus：它界定的范围最广，只要是能对网络化设备提供通信或诊断功能的都属于这种类型。例如CANOpen、DeviceNet、LonWorks、Profibus-DP。
(3)FieldBus：通常是架构在Devicebus之上，用来传输大批量的数据，但传输速度较慢。有的也提供一些设备终端控制的功能，例如WorldFIP、Foundation Fieldbus、Profibus-PA。
(4)ControlBus：提供高阶控制设备(例如PLC，CNC)间的对等网络通信(Peer-to-Peer)，例如ControlNet。
(5)EnterpriseNet：企业的骨干网络，一般为Ethernet TCP/IP。
这五类网络的连接方式是，先将同一类型的网络串接起来，然后再把不同类型的网络通过Gateway连接起来。