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2023-11-20
企业网络体系结构：现场总线与工业以太网应用技术
【摘要】：企业网络的结构按功能可分为信息网络和控制网络上下两层，其体系结构如图1-5所示。信息网络和控制网络互连主要基于以下目的：1）将测控网络连接到更大的网络系统中，如Intranet、Extranet和Internet。3）实现企业网络的协同工作，充分利用设备资源与网络资源，提高网络服务质量。企业网络是网络化企业组织的管理理念的体现。目前，企业网络的主流实现形式基本上是以Intranet为中心，以Extranet为补充，依托Internet建立的。
根据计算机集成制造开放体系结构（Computer Integrated Manufacturing Open System Ar-chitecture，CIM-OSA）和普渡企业参考体系结构（Purdue Enterprise Reference Architecture，PERA），企业的控制管理层次大致可分为5层，如图1-4所示。
图1-4 企业的控制管理层次
底层的单元控制层和设备层是企业信息流和物流的起点。以控制为主，能否实现高柔性、高效率、低成本的控制管理，直接关系到产品的质量、成本和市场前景。而传统的DCS、PLC控制系统由于其控制的相对集中，导致了可靠性的下降和成本的增加，且无法实现真正的互操作性。另外，由于其自身系统的相对封闭，与上层管理信息系统的信息交换也存在一定困难。因此，进入20世纪90年代以来，现场总线控制系统正逐渐成为该控制领域的主流。
图1-5 企业网络的体系结构
1.体系结构
应用需求的提高和相关技术的发展，要求企业网络能同时处理数据、声音、图像、视频等多媒体信息，满足企业从管理决策到现场控制自上而下的应用需求，实现对多种媒体、多种功能的集成。
企业网络的结构按功能可分为信息网络和控制网络上下两层，其体系结构如图1-5所示。
（1）信息网络
信息网络位于企业网络的上层，是企业数据共享和传输的载体，它需满足如下要求：
1）它是高速通信网络。
2）它能够实现多媒体的传输。
3）与Internet互连。
4）它是一个开放系统。
5）满足数据安全性要求。
6）易于技术扩展和升级/更新。
（2）控制网络
控制网络位于企业网的下层，与信息网络紧密地集成在一起，服从信息网络的操作，同时又具有独立性和完整性。它的实现既可以用工业以太网，也可以采用自动化领域的新技术——现场总线技术，或者工业以太网与现场总线技术的结合。
（3）信息网络与控制网络互连的逻辑结构
传统的企业模型具有分层结构，然而随着信息网络技术的不断发展，企业为适应日益激烈的市场竞争的需要，已提出分布化、扁平化和智能化的要求。
信息网络和控制网络互连主要基于以下目的：(www.chuimin.cn)
1）将测控网络连接到更大的网络系统中，如Intranet、Extranet和Internet。
2）提高生产效率和控制质量，减少停机维护和维修的时间。
3）实现集中管理和高层监控。
4）实现远程异地诊断和维护。
5）利用更为及时的信息，提高控制管理及决策的水平。
信息网络与控制网络互连的逻辑结构如图1-6所示。
图1-6 信息网络与控制网络互连的逻辑结构
连接层为提供在控制网络和信息网络的应用程序之间进行一致性连接起着关键作用。它负责将控制网络的信息表达成应用程序可以理解的格式，并将用户应用程序向下传递的监控和配置信息变为控制设备可以理解的格式。在解决实际互连问题时，为了最大限度地利用现有的工具和标准，用户希望采用开放策略解决互连问题，各种标准化工作的展开和进展对控制网络的发展是极为有利的。连接层具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。
企业要实现高效率、高效益、高柔性，必须有一体化的企业网络支持。建立控制与管理一体化的企业网络将为企业综合自动化与信息化创造如下有利的条件：
1）建立综合的、实时的信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据。
2）建立分布式数据库管理功能，保证数据一致性、完整性和可操作性。
3）实现企业网络的协同工作，充分利用设备资源与网络资源，提高网络服务质量。
4）实现对控制网络工作的统一管理与优化调度。
5）实现对控制网络工作的远程监控、诊断、软件维护与更新。
2.控制网络系统与信息管理系统的关系
企业网络是在企业以及与企业相关的范围内，为了实现资源共享、优化调度和辅助管理决策，通过系统集成的途径建立的网络环境，是一个企业的信息基础设施。企业网络是网络化企业组织的管理理念的体现。目前，企业网络的主流实现形式基本上是以Intranet为中心，以Extranet为补充，依托Internet建立的。
工业企业网络是企业网络中的一个重要分支，是指应用于工业领域的企业网络，是工业企业的管理和信息基础设施。它在体系结构上包括信息管理系统和控制网络系统，体现了工业企业管理-控制一体化的发展方向和组织模式。控制网络系统作为工业企业网络中一个不可或缺的组成部分，除了完成现场生产系统的监控以外，还实时地收集现场信息与数据，并向信息管理系统传送。控制网络系统便是在控制网络的基础上实现的控制系统。控制网络系统与信息管理系统的关系如图1-7所示。
图1-7 控制网络系统与信息管理系统的关系
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