数字化网络化智能技术：生产系统网络与通信 课件汇总 刘建伟 第1--4章 导论--- PROFINET工业以太网及应用.pptx

第1章导论

1工业控制网络技术发展历程工业控制网络技术是工业自动化领域中的重要组成部分，其发展历程与工业自动化的发展密切相关。随着科学技术的不断进步，工业控制网络技术也在不断更新迭代，以便更好适应和满足不断提升的工业控制需求。

无线通讯技术未大面积普及的早期，工业控制网络主要采用有线通信方式，比较典型的如RS485、CAN总线等，这些技术在当时的技术条件下很好地满足了当时的工业控制需求。随着工业自动化程度需求的提高，工业控制对网络技术的实时性、可靠性和灵活性的要求越来越高，传统的有线通信方式弊端愈发显现出来，已经逐渐无法满足这些需求。

随着互联网技术的迅猛发展，核心支撑的以太网技术，也被广泛应用于工业控制领域，逐渐取代了传统的低速有线通信方式。以太网技术的优势在于其开放性和互操作性，使得不同厂商的设备可以方便地进行互联互通。同时，以太网技术的传输速率高，可以很好满足高实时性的工业控制需求。

1工业控制网络技术发展历程工业控制和民用商用对网络需求的差异性，也使得以太网技术在工业控制领域的应用面临着一些挑战。主要体现在，以太网协议的确定性和实时性需求，以及以太网网络的规模和可扩展性等。针对这些差异性进行了相应的研究，一些专用的工业以太网协议和标准应运而生，典型如PROFINET、EtherNet/IP等。这些协议通常是基于标准以太网，针对工业控制领域的特殊需求进行了优化和改进，其目的是提高以太网技术在工业控制领域的应用效果。

随着物联网技术的快速发展，工业控制网络技术也开始与物联网技术相结合。通过将工业控制网络与物联网技术的深度融合，可以实现更加智能化的工业控制和管理，提高生产效率和设备可靠性。

工业控制网络技术的发展大致可以经过这样几个阶段：

1工业控制网络技术发展历程1.控制初期阶段（1935年以前）：在这一阶段，继电器为代表的元件开始广泛应用于工业控制，实现电气控制自动化，替代人工控制，此阶段更多实现的是本地控制，远距离通信还未普及。

2.理论革新时期（1935-1950）：这一时期一些工业控制理论及相关标准被创建。工业控制产业和相关标准由四个美国组织所建立，核心思想就是从分散电路控制过渡到集中电路控制，此时更多体现的是集中模拟式控制。世界性战争是这一时期工业控制系统理论与技术蓬勃发展的重要原因。有了战时技术与理论的积累，工业控制系统在百废待兴的战后时期在。进行了大规模的更新换代，包括执行机构更加耐用、精密，数据采集系统效率更高、更具实时性，以及中央控制机构的操作更加直观、简单。

1工业控制网络技术发展历程3.数字化控制时期（1950-1980）：数字化控制与计算机技术息息相关。1950年，斯佩里-兰德公司造出了第一台商业数据处理机UNIVAC，工业控制系统正式全面与通信系统及电子计算机结合，开启了工业控制系统数字化的新领域。数年后，全球第一个数字化工业控制系统建设完成。此阶段最大的特点是，各类数字化控制设备的广泛应用。

4.以太网技术和工业以太网的发展（1980年代中期至今）：该阶段以互联网技术，以及以太网技术开始应用于工业自动化领域为标志。工业控制网络也迈向了一个新的阶段。以太网通过使用标准的网络通信协议和电缆，实现了高速、可靠的数据传输。这使得工业自动化系统可以更加灵活地进行远程监控和控制。随后，随着工业控制需求的不断增加，一些专用的工业以太网标准相继出现。例如，ModbusTCP和PROFINET等工业以太网协议，它们在以太网基础上对实时性、可靠性和安全性进行了优化，更适合工业自动化应用的特殊需求。

1工业控制网络技术发展历程5.物联网技术的融合发展：随着物联网技术的快速发展，工业控制网络也开始与物联网相融合。万物皆可连，工业现场的物料移动、工序过程、生产需求都可以利用物联网和原有的工业控制网络有机的相结合。将工业控制网络与云计算、大数据分析等技术结合，实现了对工业设备的远程监控和故障预测，进一步提高了生产效率和质量。

工业控制网络技术的发展历程是一个从硬件到软件、从集中到分散、从模拟到数字、从独立到互联的演进过程。这个过程不断推动着工业自动化系统的进步，为实现智能制造和工业互联网奠定了基础。

1工业控制网络技术发展历程1.1模拟信号控制系统模拟信号控制系统是一种早期的工业控制系统，其信号传输和处理采用模拟信号技术。在模拟信号控制系统中，传感器将各种物理量，例如温度、压力、流量等，通过传感器转换为模拟信号，然后通过模拟电路传输到控制器。控制器对接收到的模拟信号进行处理，根据预设的控制算法计算出控制信号，再通过模拟电路输出到执行器。执行器根据控制信号调节工业设备的运行状态，从而实现对生产过程的控制，此阶段信号的传输、处理过程运算放大器起到了核心作用。

模拟信号控制系统的优点是技术成熟、可靠性