chap8-控制网络与信息网络集成技术

计算机控制工程浙江工业大学信息学院第八章控制网络与信息网络集成技术控制网络：一般指应用于完成自动化任务的网络系统。它的网络节点除了普通计算机、工作站外，更大量的是具有计算和通信能力的测控设备。信息网络：一般指在办公自动化和通信等领域广为采用的计算机网络，通过它人们可以获取信息、管理信息、处理信息。其特点是通信信息量大，经常传送文档、报表、图形及信息量更大的音频、视频等多媒体信息。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第八章控制网络与信息网络集成技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院■网络互联技术■动态数据交换技术■数据库访问技术第八章控制网络与信息网络集成技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术网络协议是分层的，网络互联也是分层的，根据网络层次结构模型，网络互联的层次可以分为：一、网络互联层次■网络链路层互联互联设备为网桥。网桥在网络互联中起数据接受、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。网络的数据链路层与物理层协议是相同的也可以是不同的。但是要求控制网络与信息网络的数据链路层以上协议必须相同，控制网络仅是信息网络的网络扩展。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术■网络层互联－路由器互联设备为路由器。网络层互联主要解决路由选择、拥塞控制、差错管理与分段技术等问题。如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器。用路由器实现网络层互联时允许网络的网络层及以下各层协议相同，也可以不同。网络层以上协议必须是相同的。■高层互联–网关传输层及以上各层协议不同的网络之间互联属于高层互联，实现高层的设备是网关，允许两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术结论：同构的局域网：网桥异构的局域网：路由器,网关计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术控制网络与信息网络的互联是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连，构成更大规模的互联网络系统。控制网络与信息网络可以是同种类型的网络，也可能是不同类型的网络。不同类型的网络运行不同的网络操作系统和网络协议。二、网络互联要求控制网络与信息网络互联解决物理互联和逻辑互联（软件）。同构控制网络与信息网络通过网桥连接，对于异构的控制网络与信息网络，路由器和网关是网络互联的两种主要部件。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术■构成网间数据的传送通道。■终止每个网络内部协议，并实现不同通信协议间转换。■必须有互联网络双方能识别的统一寻址方式■必须具有一致的信息帧长度。鉴于控制网络内在特点，对控制网络与信息网络间互联网关/路由器的要求是：■容易实现IP地址编址，使控制网络容易成为信息网络带上自己IP地址的接入网。■方便实现控制与信息网络异构网之间数据转换■体积小、使用方便、可靠及便宜。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术1、网桥三、网络互联设备网桥工作过程：从端口接受一个网络或网段上传送的信息帧，并存放在其缓冲区，如帧无差错，且需发往另一网络或网段的目的站，则通过查找站表，将收到的帧转发出去。这样可实现信息帧从一个网络源站到另一网络目的站的发送。其特征为：■互联两个不同数据链路层、物理层的网络。■以接受、存储、地址过滤与转发方式实现网间通信。■扩展网络物理范围，增加接入设备最大数目。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术2、路由器路由器在网络层上实现网络间互联的设备。路由器复杂在两个局域网的网络层按帧传输数据，转发帧时需要改变帧中的地址。路由器用于连接逻辑上分开的网络。逻辑网络代表一个单独的网络或者子网。路由器的功能是：■网络间发送报文到远地网段，起转发报文作用■选择最合理的路由，引导通信。■多协议路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议网络段通信连接平台。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术3、网关当控制网络与信息网络的网络层以上各层协议不同时，可使用网关进行互联。严格地说，网关与路由器的不同在于网关必须通过使用适当地软件和硬件，实现不同网络协议之间地转换。网关实现协议转换的方法有：■直接将输入网络信息包地格式转换成网络信息包地格式，适用互联网络数目较少地情况。■将输入网络信息包的格式转换成一种统一的标准网间信息包的格式，这种方式适用于互联网络数目较大的情况。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术四、控制网络与信息网络互联技术的应用1、现场总线控制网络与信息网络互联技术由于现场总线控制网络与信息网络高层协议不同，所以要通过网关进行互联。例1：LonWorksNetwork与Intranet网间互联Model3201收发器是PCI总线Lonworks网关。Model3201收发器占用一个PC机PCI总线插槽，运行于工作站上WindowsNT或Windows95。这种网关方便地实现LonworksNetwork与Intranet网络互联。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院例2：WorldFIPNetwork与Intranet网间互联各种控制设备通过WorldFIP总线互联，形成控制网络。WorldFIP在支持TCP/IP协议同时，不影响实时通信，可实现与Intranet无缝连接。第一节网络互联技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术IntranetFIPWeb网关WorldFIP总线PLC驱动器驱动器FIPWeb站Hart现场总线计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术2、共享式控制网络与信息网络的互联共享式控制网络与信息网络的网络层以上协议是不相同的，两者可以通过网关互联；如果共享式控制网络与信息网络的网络层及以上协议是相同的（如两者都是以太网结构），可通过网桥互联。通过网桥实现共享式控制网络与信息网络互联的例子如下所示。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术3、交换式控制网络与信息网络互联应用外部网路由器互联。外部网络路由器功能如下：■路由器功能■VPN服务器功能：构建安全的VPN，并对跨越英特网之类公用网络的内部IP流进行隧道处理。■安全加密功能计算机控制工程浙江工业大学信息学院第一节网络互联技术应用外部网路由器的交换式控制网络与信息网络互联如下图所示：Intranet外部网络路由器外部网络路由器外部网络路由器外部网络路由器公用网Infranet一般LAN使用VPN用户软件LAN计算机控制工程浙江工业大学信息学院第二节OPC控制系统“信息孤岛”的瓶颈现场总线实现了数据传输与信息共享，形成全新的分布式控制系统。当现场信号通过现场总线传至监控计算机后，在如何实现计算机内部应用程序对现场信息的共享与交互以及监控计算机如何与其他计算机进行信息沟通和传递等方面，仍然存在着一个连接标准与规范的问题，由于缺乏统一的接口规范，不同厂家的工控软件与硬件设备进行系统集成时，往往需要专用的驱动程序。这样系统维护升级的代价很高，极大限制了用户的选择。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第二节OPCOPC是微软公司的对象连接和嵌入技术在过程控制方面的应用，是为工业自动化软件面向对象的开发而提供的一项统一标准。采用OPC标准设计工控软件，以标准规定的统一接口通过服务器存取现场数据，当现场设备发生变化或系统中加入新设备时，由于服务器所提供的接口的一致性，工控软件不作更改即可继续使用，从而大大减小了软件维护的工作量，另一方面，工控软件的升级不依赖于服务器。可以独立进行。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第二节OPC计算机控制工程浙江工业大学信息学院第二节OPC计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术动态数据交换（DynamicDataExchange,DDE)技术在控制网络与信息网络集成中得到了实际应用。一是这种方法实时性较好，二是作为连接控制网络与信息网络的通信处理机比较容易实现。Windows动态数据交换系统实际上是一种协议。DDE协议使用共享内存在应用程序之间传输数据，完成应用程序之间的数据交换。一、DDE概述计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术DDE三种链接方式:1)冷链接(ColdLink):客户应用程序申请数据，服务器应用程序立即给客户应用程序发送数据；2)温链接(WarmLink):服务器应用程序通知客户应用程序数据项发生变化，但并不将已变化值发送给用户应用程序；3)热链接(HotLink):数据项发生变化时，服务器应用程序立即把变化后的值发送给客户应用程序。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术对话：指两个Windows应用程序使用DDE交换数据。二、DDE术语通道：DDE对话经通道被传输，两个应用程序之间通过计算机进行连接。客户机应用程序：DDE客户机启动对话的应用程序；服务器应用程序：DDE服务器对DDE客户机应答的应用程序。应用程序名称：每一个支持DDE的Windows程序，都拥有一个唯一的DDE应用程序名，通常这个可执行文件名是由应用程序名减去它的EXE扩展名而来。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术任务识别码：一个任务识别码是唯一的，当同时复制几个应用程序时，它能识别其中特定的一个条目：DDE条目是指一部分数据，即在占用DDE对话时能在两个应用程序之间传送的那部分数据。主题：定义DDE对话主事件的信息，并描述一些对DDE服务器对话有用的数据单元。对于能够存储和获得文件的应用程序来说主题就是文件名。系统：系统是许多应用程序识别的一个特殊的DDE主题。与一些其他的主题不同，系统主题总是保持可用，并提供当前其他主题可用的列表与有关应用程序的其他信息。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术DDE协议应用程序能够实时地进行数据交换，如在一个服务器应用程序中更新数据时，客户机应用程序也同时更新。若要完成数据交换，两个相关的应用程序首先必须占用一个DDE对话。启动对话的应用程序作为客户机应用程序，而响应客户机请求的程序则作为服务器应用程序。三、DDE协议应用程序可以在同一时刻占用几个DDE对话，并且还可以在一些对话中充当客户机应用程序，而在另外一些对话中充当服务器应用程序。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术在DDE对话中，DDE协议使用一个地址系统来识别每个数据单元的，这个地址系统用以三级等级制度来识别数据单元。应用程序：DDE服务器的名字主题：逻辑数据内容。对能够在基于文件的文档上操作的应用程序，主题通常是文件名；对其他类型的应用程序，则是另外专门的应用程序名。条目：在DDE数据交换中通过的数据对象。DDE协议使用共享内存在应用程序之间传输数据，DDE也能定义结构用于共享内存对象的内容。计算机控制工程浙江工业大学信息学院第三节动态数据交换技术两个应用程序之间的所有DDE通信是在一个通道中发生的，DDE的启动和终止功能负责打开和关闭通道，客户机应用程序将控制通道打开并请求来自服务器的服务。DDE通信功能包括：四、DDE通信■启动：为客户机应用程序打开一个DDE通道到服务器应用程序。这个功能包括两个参数：服务器应用程序名和主题。此外，还返回一个通道号给客户机应用程序，作为以后其他DDE功能识别的参数。计算机控制工程浙江工业大学信息学院■请求：从服务器应用程序获得数据。这个功能参数是通道号和条目，通道号是启动功能的返回值，条目是指识别返回的实际数据。服务器应用程序返回的是期望数据。如通道号无效，条目无效或服务器没有找到期望数据，用户将接受到一个错误信息。第三节动态数据交换技术■推动：向服务器应用程序发送数据。这个参数是通道号、条目和数据。条目用来识别发送的数据类型，数据是指发送到服务器的实际数据。如通道