一、工廠目動化的網絡控制系統
1．傳統的集中式控制系統
圖1 所示是傳統的集中式控制系統。主機通過串行通信接口進入PLC，經處理后來控制現場設備。這種控制方式不僅難以處理遠距離控制問題，而且布線復雜，能耗也大。更嚴重的是，一旦中央控制單元出了問題，則全局都要癱瘓，所以這種方式正逐漸被智能型的分布式控制系統所取代。
圖1 集中式控制系統
2. 智能型分布式控制系統
智能型分布式控制系統是基于現場總線技術而發展起來的一種新型控制系統。如圖2 所示。它主要分管理、控制及現場三個層面。其特點有以下幾個部分。
圖2 分層工廠自動化網絡
第一，系統的可靠性程度高。
由于采用了模塊化組合結構，所以即使某個控制部分發生故障，也只局限于某個小范圍，不會影響其它子站的正常工作，因此整個系統的可靠性就得到了很大的提高。此外，這種控制方式實際上形成了一種模塊式的網絡拓撲結構，系統的擴展和縮減便可以象積木那樣操作了。當然系統的模塊化還要求軟件也具備模塊化的特點，即增加硬件時，在不改動原有軟件的基礎上，在應用軟件平面上添加相應的軟件模塊即可。
第二，集管理與現場控制于一體。
在分布式控制系統中，控制層和現場層主要負責控制或監控決策的組織和實施，這兩層物理層上主要通過現場總線（如CAN 、PROFIBUS 等）的手段來實現。管理層是整個網絡的最高層次。整個系統的圖文顯示、管理決策制定與實施、各子系統間或與外系統的信息互換與交流以及數據庫管理等職能都屬于這個網絡層次的范疇。這里同時又是廣域網的節點。
第三，具有開放性和智能性。
當前國際上標準的現場總線如CAN 、PROFIBUS 等的使用，可使整個系統具有對外系統很好的兼容性；另一方面，智能分布式網絡系統原則上可通過任一子站，實現對整個系統的監控和維護。譬如要對遠方某一子站的軟件進行維護，則工程師無須親自到該站去，只要在就近的子站進行處理或在家中通過MODEM 進行工作就可以了。當然，系統的開放性還體現在用戶對系統的參與，數據庫可以很方便地以某種方式將用戶自己的應用軟件連接到系統中去，從而使系統充分體現出用戶的個性。
這種分布式的系統拓撲結構實際上將智能也進行了空間上的分布，使得系統中的每一個子站既能獨立地工作，又能實現和系統其它部分的交流協作。更形象地說，與集中式自動化系統相比，智能分布式的系統就象一個神經網絡一樣，將智能分配到了神經系統中的每一個節點或單元。所謂系統的智能性實際上就是系統具有根據獲取的信息進行分析運算和判斷的能力。
二、現場總線技術
1 .工業總線系統概貌
在工業自動化領域中常常要實現設備間的數據交流或對某設備進行遠程維護。這就提出了一個控制與通訊問題。工業的計算機通信通常采用所謂的總線技術。圖3 列出了對常見總線系統的概括。
由圖3 可以看出，現場總線是工業總線系統中串行方式的一個分支。但它在工業自動化領域將起到越來越重要的作用。
2 ．工業總線的網絡結構
要實現PC 、PLC、智能驅動設備等之間的相互連接，實際上就構成了一個計算機網絡，我們通常稱網絡拓撲結構。其慨念是指一方面網絡成員在網絡中幾何上的排序；另一方面與幾何排序無關的邏輯排序。下面將介紹幾種互為不同的幾何排序方式。
( l ）點對點連接 兩個通信伙伴最簡單的數據交換方式是通過一根電纜來連接。比如MODEM連接，PC 和打印機之間的連接等。這也是網絡中最簡單的一種。若有多個成員要通過點對點方式進行連接，則構成了一個網格化的網絡，見圖4 所示。
圖4 點對點網絡結構
在這種拓撲結構中，每兩個通信的成員便構成了一個點對點連接。這樣對于n個成員中的每個成員有(n-1）個接口的網絡，一共需（2"）連接。一個結構網絡的費用是可想而知的了。出錯時或者一個成員或者一個通信通道退出,診斷是較為簡單的。
( 2 ）環形結構 環形結構（如圖5）同樣是利用了點對點連接，只是在這里構成了一個物理環。在環上傳遞的信息是由一個成員傳遞到下一個成員依次形成的信息傳輸。當然這里需要規定一個總線訪問規約，以保證某一時刻只有一個成員發送信息。由于每個網絡成員同時又起到了一個中繼器的作用，而采用光纖傳輸媒介時，兩個成員間的距離可達公里級，而且還可獲得很高的傳輸速率。
圖5 環形結構
當一個成員出問題或電纜斷裂時，為了不至于使整個網絡癱瘓．設立冗余環而且需要有一個適當搜尋邏輯對錯誤進行定位并用短路環切除是完全必要的。
( 3 ）星形結構 如圖6 所示，星形結構是由中央站通過點對點連接和其它成員構成的。實現中央站有兩種方法：一是集線器（HUB) ，它的任務只是將信號從發送站傳到正確的接收站。因此集線器既可以是主動的也可以是被動的。另一種是用智能中央站。在這種情況下，中央站操縱整個網絡的通信。
圖6 星形結構
由于一切通信活動要通過中央站。這就出現了一個瓶頸的問題。所以一旦中央站出現故障可導致整個網絡的癱瘓。
( 4 )總線結構 如圖7 所示，在這種結構中所有網絡成員的通信交流是通過一條總線進行的。每一個成員是通過一較短的分接電纜接入總線的。每一個成員只需一個接口就可以和總線上的任一成員進行通信了。這也就是工業總線為什么被廣泛采用的緣故。
圖7 樹狀結構
然而在總線上的某一時刻只能有一個成員發送信息。這就需要有一個總線訪問規約。一般來說總線結構存在如下問題：因為總線上的數據交流帶有任意性，在每次總線信息發布的時候所有的成員都要隨聽。由此隨著總線成員數目的增多，發送者的壓力也越大。
由于總線的長度一般在幾百米范圍內，這與要傳送的信號波長相比已是不可忽略的了。因此在總線兩端要接終端電阻，以避免波反射現象。此終端電阻同樣給發送者造成壓力。所以總線結構其成員的數目是有限的，同時總線長度和傳輸速率成反比。
( 5 ）樹狀結構 如圖7 所示，樹狀結構實際上是一般總線結構的擴展。其網絡覆蓋面比之一般的總線結構要大?？偩€的基
本數據如最多成員數，最大傳輸速率以及最大總線長度同一般總線結構一樣。只是這些數值可由中繼器提高。對于樹狀結構當建立一個新的樹枝時使用中繼器。如目前國際上應用廣泛的PROFIBUS和CAN 都可以方便地通過中繼器做成樹狀結構，給現場總線的應用帶來了靈活性。
3．工業總線的通信模型
70 年代屬于聯合國組織的國際標準組織（ISO）成立了一個工作小組專門制定計算機通信的標準。并于1983 年出臺了一個參考模型，這就是所謂“開放系統互連（OSI）基本參考模型（Basic Reference Model for Opon Systems Interconnection ) ”。這個OSI－－參考模型將通信抽象地分成了7 個層面。
ODI－－分層模型在抽象的層面上描述了伙伴過程的通信。至于每一層具體應如何配置,未作任何描述。因此當整個系統由多個廠家的成分構成時，通過定義每層的內容和確定可用接口便可創造一個開放系統。這由7 個層面構成的計算機通信模型可用附表示出。
4．工業總線的訪問方式
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