第六章工业测控计算机网络技术
计算机控制技术课后题答案整理版（1到5章基本都有了）
第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。
1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。
附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。
工业数据通信与控制网络课件
自动化生产线应用
01
自动化生产线概述
自动化生产线是指通过自动化设备和技术实现生产过程的 自动化和高效化的生产线。
02 03
工业数据通信与控制在自动化生产线中的作 用
工业数据通信与控制网络为自动化生产线提供了实时、可 靠的数据传输和控制功能，支持生产线的自动化、信息化 和智能化。
自动化生产线应用场景
目前市场上存在多种不同的工业数据通信与控制网络技术和 标准，导致不同系统之间的互操作性较差。为了解决这一问 题，需要推动标准统一和技术规范化，促进不同厂商之间的 合作和共同发展。
新技术与新应用的发展趋势
总结词
随着技术的不断进步和应用需求的不断变化，工业数据通信与控制网络的新技术与新应 用将不断涌现。
特点
实时性、可靠性和安全性要求高， 能够支持多种通信协议和数据格 式，具有灵活的网络拓扑结构和 可扩展性。
工业数据通信与控制网络的重要性
提高生产效率
通过实时数据传输和控制，优化生产流程， 减少故障和停机时间，提高生产效率。
增强设备监控与管理
实现对工业设备的远程监控和管理，及时 发现和解决设备故障，提高设备利用率。
无线通信协议的特点 无线通信协议具有灵活、便捷、可移动等特点， 适用于需要无线连接的工业控制场合。
03
工业数据通信与控制网络技术
数据传输技术
数据传输速率
描述数据传输的速度，通常以比特率（ bit per second）表示。
数据传输方式
包括串行传输和并行传输，根据不同的应 用场景选择合适的方式。
数据同步原理：解释数据同步的基本原理 和工作方式。
时间同步技术：如NTP协议、PTP协议等， 用于实现网络中设备的时间同步。
网络测控技术课件
网络测控技术可以应用 于工业自动化、智能家 居、智能交通等领域。
网络测控技术的应用领域
工业自动化：用于 1 生产过程的监控和 自动化控制
智能家居：用于家 2 庭设备的远程控制 和智能管理
智能交通：用于交 3 通系统的监控和管 理，如交通信号灯、 道路监控等
远程医疗：用于远 4 程医疗诊断和治疗， 如远程手术、远程 会诊等
04 易用性：提供友好的用户界面， 便于操作和维护
2
网络测控技术的工作原理
网络测控技术是 基于计算机网络 和通信技术的一 种远程测控技术。
网络测控技术通 过将测控设备连 接到网络，实现 对设备的远程控
制和监测。
网络测控技术可 以实现对设备的 实时监控和远程 控制，提高设备 的运行效率和可
靠性。
网络测控技术可 以应用于各种工 业控制系统、智 能家居系统和物
实现节能环保。
02
安全监控：网络测控 技术可以实现对家庭 安全的实时监控，如 门窗开关、烟雾报警
等。
04
智能语音助手：网络 测控技术可以实现智 能语音助手的功能， 如语音控制家电、查
询天气等。
网络测控技术在智能交通中的应用
实时监控：通过网 络测控技术，可以
1 实时监控交通流量、 车辆速度等信息， 为交通管理部门提 供实时数据支持。
智能化：测控系统将更加智能化， 实现自动控制和自适应调整
集成化：测控系统将更加集成化， 实现多种功能于一体的综合测控
安全化：测控系统将更加安全化， 实现数据加密和防篡改功能
3
网络测控技术在工业控制中的应用
工业自动化：通过 网络测控技术实现 工业设备的远程控 制和实时监控
生产过程监控：通 过网络测控技术实 时监控生产过程， 提高生产效率和质 量
工业测控计算机网络技术基础
工业测控计算机网络技术基础工业测控计算机网络技术是指将计算机网络应用于工业领域，通过互联网技术实现对工业系统的监测、控制、数据采集和分析。
本文将从计算机网络的基础知识入手，介绍工业测控计算机网络技术的基础知识、应用场景及未来发展趋势。
计算机网络基础计算机网络是指连接着一组计算机和其他设备的各种通信设施和通信协议，以便它们可以相互交换数据和共享设备和信息的系统。
计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网等不同范围的网络。
OSI 七层模型OSI（Open System Interconnection）是一个基于分层设计的通信协议标准，在计算机网络的发展史中起到了极为重要的作用。
OSI 共分为七层，分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
•物理层：在物理层上进行数据传输，主要定义传输介质、接口形式、传输速率等。
•数据链路层：主要提供可靠的数据传输，保证数据的有序交付，并提供流量控制等功能。
•网络层：通过路由选择将数据从源主机传输到目的主机，实现主机之间的通信。
•传输层：负责上层应用程序的端到端通信，提供可靠的协议和不可靠的协议两种通信方式。
•会话层：负责在数据传输的两个节点之间建立和管理通信会话以及数据交换。
•表示层：通过编码和解码实现应用层所需的数据格式转换，确保正确传输业务数据。
•应用层：为应用程序提供服务，该层是用户接口的最高层，常用协议有 HTTP、FTP、SMTP、DNS 等。
TCP/IP 协议TCP/IP 是一个基于分层设计的协议族，是互联网及局域网通信的必备协议之一。
•TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：负责保证数据的可靠传输，具备重连和拥塞控制等机制。
•IP（Internet Protocol，互联网协议）：负责网络层的数据传输和路由选择。
•HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）：是一个用于传输超文本的应用层协议。
工业网络技术
工业网络技术工业网络技术的发展与应用工业网络技术是指将计算机网络和通信技术运用于工业自动化领域的一种技术。
它的出现和发展，极大地推动了现代工业的高效、智能化升级。
本文将从工业网络技术的概念、发展历程、关键技术以及应用领域等方面进行介绍和探讨。
一、工业网络技术的概念工业网络技术是一种将计算机网络技术应用于工业自动化领域的技术手段。
它通过将工业设备与计算机网络相连，实现对工业生产过程的监控与控制。
工业网络技术的目标是提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和实现智能化生产。
二、工业网络技术的发展历程工业网络技术的发展具有相对较长的历史，可以追溯到上世纪的工业自动化和计算机网络技术的起步阶段。
当时，由于计算机技术的快速发展，工业生产中的大量数据需要被准确地采集、传输和处理，这促使了工业网络技术的初步应用。
进入21世纪，工业网络技术得到了快速的发展和普及。
以太网、工业以太网、现场总线等通信标准的出现，为工业网络技术的应用创造了条件。
传感器和执行器的智能化、通信技术的进步以及计算机处理能力的提升，使工业网络技术得以广泛应用于各个领域。
三、工业网络技术的关键技术1. 网络通信技术：工业网络技术的基础是网络通信技术。
以太网、工业以太网、现场总线等网络通信标准，为工业设备之间的通信提供了标准化的解决方案。
2. 数据采集与传输技术：工业网络技术要实现对工业生产过程的监控与控制，就需要对工业设备产生的数据进行采集和传输。
传感器技术和数据传输协议的发展，为工业数据的采集和传输提供了技术支持。
3. 数据处理与分析技术：工业生产过程中产生的大量数据需要进行分析和处理，以实现对生产过程的优化和改进。
数据挖掘、机器学习等技术的应用，为工业网络技术的数据处理与分析提供了新的方法和手段。
4. 安全保障技术：工业网络技术的应用过程中，网络信息安全问题愈发凸显。
网络安全技术的发展和应用，能够有效保障工业网络的安全可靠运行，防范网络攻击和数据泄露的风险。
工业数据通信和控制网络(概述)
4
举例
一个一般过程控制系统
控制器2
控制器1
执行器
流量
液位
流量变送器
液位变送器
5
1.1.1
工业自动化技术及发展趋势
工业控制自动化技术：是工业自动化的核心，它是一种 运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业 生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性 技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
电动信号模拟控制系统
1-5V直流电压信号等模拟信号向集中控制室传输信号，
为模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统
缺点：线缆较多，信号变化缓慢，信号传输的抗干扰能 力差
年代： 20世纪50年代
8
1.3
工业控制系统的发展历程
集中式数字控制系统
经历了直接数字控制、集中型计算机控制和分层计算机控制
它主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本 身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作 用。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集 成化方向发展。
6
1.3
工业控制系统的发展历程
工业控制系统的发展经历了以下5个阶段：
气动信号控制系统（Pneumatic Control System，PCS ）
人工控制阶段，使用3～5psi（压力单位，每平方英寸几
磅）的标准气动信号，操作人员通过对生产现场的巡视 来了解生产过程，并在现场直接把被控对象的参数调整
在预定值上。
缺点：仪表信号不能传送给别的仪表或系统 年代： 20世纪50年代以前
7
长春理工大学电子教案-计算机控制系统 第6章 计算机控制中的网络与通信技术
第 6 章 计算机控制中的网络与通信技术现代化工业生产规模不断扩大，对生产过程的控制和管理也日趋复杂，往往需要几台或几十台计算机才能完成控制和管理任务。
不同的地理位置、不同功能的计算机及设备之间需要交换信息，这样把多台计算机或设备连接起来，就构成了计算机网络。
对于广大的从事过程控制的技术人员来说，为了提高计算机的应用水平，更好地编制程序，有必要了解数据通信的通信网络技术、通信网络协议和数据通信知识。
6.1 计算机网络概述6.1.1 计算机网络的定义计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。
也就是说，计算机网络是将分布于不同地理位置上的计算机或设备通过有线或无线的通信链路连接起来，不仅能使网络中的各台计算机或设备(或称为节点)之间相互通信，而且还能共享某些节点(如服务器)上的系统资源。
所谓资源包括硬件资源(如大容量磁盘、光盘以及打印机等)，软件资源(如语言编辑器、文本编辑器、工具软件及应用程序等)和数据资源(如数据文件和数据库等)。
6.1.2 计算机网络的分类随着网络技术的发展，出现了多种类型的网络分类方法，按其跨度、拓扑结构、管理性质、交换方式和功能，可进行如下分类：1. 按网域的跨度划分局域网只有和广域网互联，进一步扩大应用范围，才能更好地发挥其作用。
但在同广域网相连时，应考虑网络的安全性。
在计算机控制系统中一般采用局域网或局域网的互联。
2. 按拓扑结构划分在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。
常用的网络拓扑结构有以下几种。
由于线路对信号的衰减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建局域网。
由于不同拓扑结构的网络往往采用不同的网络控制方法，具有不同的性质，适应不同的应用环境，因此计算机控制系统的网络可以根据应用的不同，选择或者混合不同的网络拓扑结构，一般来讲，计算机控制系统的网络拓扑结构以总线形式为多。
计算机网络技术对测控技术发展的促进作用
计算机网络技术对测控技术发展的促进作用计算机网络技术对测控技术发展起到了重要的促进作用。
随着计算机网络技术的不断发展和普及，人类可以更加方便地获取和传输各种数据，从而推动了测控技术的快速发展。
以下将从网络通信、数据处理和远程操作等几个方面具体分析计算机网络技术对测控技术的促进作用。
首先，计算机网络技术为测控技术提供了高效的通信手段。
传统的测控系统往往需要使用大量的电缆和连接器进行数据传输，不仅造成了大量的物理布线和维护工作，还限制了测控系统的灵活性和可扩展性。
而计算机网络技术通过利用现有的网络设备和通信协议，实现了无线和有线网络的互联互通，可以方便地进行数据传输。
通过使用计算机网络技术，测控设备可以通过网络传输大量的实时数据和控制指令，大大提高了数据传输的速度和准确性，同时降低了系统的成本和维护难度。
其次，计算机网络技术为测控数据的处理和分析提供了便利。
传统的测控系统往往需要将采集到的数据传输到专用的数据处理设备进行处理和分析，有时还需要进行复杂的数据格式转换和处理算法编写。
而利用计算机网络技术，可以将采集到的数据直接传输到数据处理中心，通过计算机网络技术实现数据的实时处理和分析。
利用计算机网络技术的分布式计算、云计算和边缘计算等技术，可以实现对海量数据的高效处理和智能分析，提供更加全面和准确的测控数据支持。
再次，计算机网络技术实现了远程操作和控制。
传统的测控系统限制了测控设备的操作和控制在物理位置上，只能通过直接接触控制面板或者控制台进行操作，无法实现对远程测控设备的操作和控制。
而计算机网络技术通过利用网络连接和远程访问技术，实现了对远程测控设备的远程操作和控制。
通过远程操作和控制，可以方便地对远程测控设备进行参数设置、故障排除和性能调优等操作，提高了测控设备的可操作性和实用性。
最后，计算机网络技术为测控系统的可靠性和可用性提供了保障。
传统的测控系统往往面临着数据丢失、传输延迟和系统故障等问题，这些问题严重影响了测控系统的稳定性和可用性。
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局域网主要的技术特点有以下几点：
1．局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、公司、校园、 军营、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设 备连网的需求；
2．局域网具有较高数据传输速率(10~1000Mbps)、低误码率 的高质量数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps(1000Mbps) 的高速局域网正在发展之中；
区的计算机系统互连起来．达到资源共享的目的。
广域网是从六十年代开始发展的，其典型代表是美国 国防部的ARPANET网，既现在在全世界普遍使用的 Internet网。中国公网CHINANET、国家公用信息通信网 （又名金桥网）CHINAGBN、中国教育科研计算机网 CERNET均是广域网。
6.2 局域网技术概述
(2) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
城市地区网络常简称为城域网。城域网是介 于广域网与局城网之间的一种高速网络。城域网 设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、 机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大 量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信 息的传输功能。
在广播信道中，由于信道共享可能引起信道访问冲突， 因此信道访问控制是要解决的关键问题。
(2) 点到点式网络(Point-to-Point Networks )
与广播网络相反，在点到点式网络中，每条
物理线路连接一对计算机。假如两台计算机之间 没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输 就要通过中间节点的接收、存储、转发，直至目 的节点。由于连接多台计算机之间的线路结构可 能是复杂的，因此从源节点到目的节点可能存在 多条路由。决定分组从通信子网的源节点到达目 的节点的路由需要有路由选择算法。
采用分组存储转发与路由选择是点到点式网
络与广播式网络的重要区别之一。
2. 根据网络的覆盖范围进行分类
计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可
以很好地反映不同类型网络的技术特征。由于网络覆
盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也就不同，
因而形成了不同的网络技术特点与网络服务功能。
按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为
第四阶 90年代。90年代网络技术最富有挑战性的话题是Internet技术。 Internet作为世界性的信息网络，正在当今经济、文化、科学研究、教育与人 类社会生活等方面发挥着越来越重要的作用。
6.1.2 计算机网络的定义
定义： 凡将地理位置不同、具有独立功能的多个 计算机系统用通信设备和线路连接起来，由功能完 善的网络软件实现网络资源共享的系统称为计算机 网络。
第六章 工业测控计算机网络技术
6.1 计算机网络概述 6.1.1 计算机网络的形成与发展
纵观计算机网络的形成与发展历史，我们大致可以将它划分为四个阶段： 第一阶段可以追溯到50年代。那时，人们开始将彼此独立发展的计算机技 术与通信技术结合起来，对数据通信技术与计算机通信网络进行了一些初步 的研究,为计算机网络的产生做好了一定的技术准备，奠定了理论基础。
(3) 广域网 WAN (Wide Area Network)
广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十
公里到几千公里。广域网覆盖一个国家、地区，或横跨几
个洲，形成国际性的远程网络。广城网的通信子网主要使
用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交
换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地
·根据网络的覆盖范围与规模分类。
1. 根据网络传输技术进行分类
网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点，
因此根据网络所采用的传输技术对网络进行划分是一种很
重要的方法。
(1) 广播式网络(Broadcast Networks)
在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信
信道。当一台计算机利用共享通信信道发送数据(报文分 组)时，所有其它的计算机都会“收听”到这个分组。由 于发送的分组中带有目的地址与源地址，接收到该分组的 计算机将检查目的地址是否是与本节点地址相同。如果和 接收报文分组的目的地址与本节点地址相同，则接收该分 组，否则丢弃该分组。
一个校园)的各种计算机、终端与外部设备互连成网。局
域网按照采用的技术、应用范围和协议标淮的不同可以分
为共享局域网与交换局域网。局域网技术发展迅速，应用
日益广泛。
局域网的特点是组建方便、使用灵活，是计算机网络
中最活跃的领域之一。随着社会信息化的不断发展，为了 更好地发挥网络作用，局域网也可以连接到公共网或广域 网上。例如，一个学校的校园网就可以连接到Internet这种 广域网上，这样校园网上的用户可以享用广域网上提供的 许多资源，也可以和广域网上的用户通信。
第二阶段 60年代。典型代表是美国的ARPANET，RPANET是计算机网络 技术发展中的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术的发展起到了重要 的作用，并为Internet的形成奠定了基础。
第三阶段 70年代中期。70年代中期国际上各种广域网、局域网发展十分迅 速，各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统，但随之而来的是网 络体系结构与网络协议的国际标准化问题。国际标推化组织ISO(Internation Standards Organization)在推动开放系统参考模型与网络协议的研究方面做了 大量的工作，对网络理论体系的形成与网络技术的发展起到了重要的作用。
计算机网络既可以用通信线路将几台计算机系统 连成简单的网络，实现信息的收集、分配、传输和处 理，也可以将数百台计算机系统，用数千公里的通信 线路连成全国或全球通信网，以实现资源共享。
6.1.3 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法可以是多样的．其 中最主要的两种方法是
·根据网络所使用的传输技术分类；
·局域网 LAN (Local Area Network)
·城域网MAN (MetropolitantArea Network)
(1) 局域网 LAN(Local Area Network)
局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、