现场总线论文

4、检索文献综述：

ControlNet网络

控制网是由控制网国际有限公司(ControlNet International,Ltd.)首先提出来的一种开放式网络。罗克韦尔自动化公司的设计之初就提出了三层网络的概念,分别是以太网，Controlnet网，Deveicenet网，上层信息用于全厂的数据采集和程序维护;中层自动化和控制层实现实时I/O的控制,控制器的互锁和报文的传送;底层设备网用于底层设备的低成本,高效率的信息集成.其中控制网通讯采用当今流行的生产者/消费者模式,该模式采用多信道广播式,定点传送，属于预定性信息，每个信号对应一个单独的地址，占一个网络节点，网络所有节点同步,信息吞吐量大,速度快,网络效率高;因此控制网具有高速,高度确定和可重复性的网络,特别适用于对时间苛刻要求的复杂应用场合的信息传输，但是Controlnet网络中的节点数目是有限制的，最高不能超过99个，节点数超过限制会发生不可预测的故障，未超过但是过多会影响网速，造成网络迟滞。Controlnet用同轴网线或者光纤作为介质，相对而言，Controlnet比西门子的Profibus网络更加稳定，易于维护，有助于实现无缝连接。

一、概述

ControlNet是近年来推出的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理层介质链路上提供时间关键性I／O数据和报文数据，包括程序的上载／下载，组态数据和端到端的报文传递等通讯支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络，I／O性能和端到端通讯性能都较传统网络有较大的提高。

二、ControlNet系统原理

ControlNet是基于生产者/消费者模式(Producer／Consumer Model)的网络。ControlNet允许在同一链路上有多个控制器共存，支持输入数据或端到端的多路发送，这就大大的减少了网络上的交通量，提高了网络效率和网络性能。

ControlNet是高度确定性、可重复性的网络。ControlNet能预见数据何时能够可靠传输到目标的能力，同时数据的传输时间不受网络节点添加/删除情况或网络繁忙状况而保持恒定的能力。在实际应用中，通过网络组态时选择性设定有计划I/O分组或互锁时间，这些要求能得到更进一步的保证。

生产者/消费者模式允许网络中所有的节点同时获取来自同一数据源的数据。最终，该模式提高了效率，因为数据只发送一次，而与数据使用者(Consumer)的数量无关，并且具有精确的同步性。因为数据将同时到达每一个节点。生产者－消费者模式的优点在于：多个节点可以同时消费(Consume，即读取)来自同一个生产省(Producer，即数据源)所提供的数据。节点间易于同步，可以获得更为精确的系统性能，设备可以实现自主通信，无需系统主站。ControlNet提供了简单、高度确定而且灵活的传输数据方式。ControlNet在执行

操作、数据实时监控时不会影响到I／O控制的性能。因此，ControlNet非常适用于一些控制关系有复杂关联、要求控制控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度要求较高的应用场合。

ControlNet的明显优点是：同一链路上满足I/O数据、实时互锁、端到端报文传输和编程/组态等信息应用的多样要求；是确定性、可重复性的控制网络，适合离散控制和过程控制；同一链路上允许有多个控制器同时共存；输入数据和端到端信息的多路发送支持；可选的介质冗余和本征安全；安装和维护的简单性；网络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现网络存取；灵活的拓扑结构（总线型、树型、星型等）和介质选择（同轴电缆、光纤和其它）。

2.2 技术特点

（1）CtrolNet是高速的控制和I/O网络，具有增强的I/O性能和点对点通讯能力，支持多主方式，可以从任何一个节点访问整个网络。

（2）对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。

（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大限度的优化了带宽的利用率，并可构成多主、主/从、对等的通讯结构；媒体访问算法确保了控制信息传送时间的准确性。

（4）具有灵活的安装选择，可使用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒体冗余方式。

2.3 通信模式

ControlNet在单根电缆上支持两种信息传输：一种是对时间有苛刻要求的控制信息和I/O数据，ControlNet授予他们最高优先权，保证其不受其他信息的干扰，二是无时间苛求的信息和程

序上/下载，他们被授予较低的优先权，在保证第一种信息传输的条件下进行传递。

用户具有对这种信息的控制能力，可选择控制和I/O数据的刷新速率，并确知数据的传输时刻。

ControlNet技术采用了一种通信模式，以生产者/消费者模式取代了传统的源/目的模式。他不仅支持传统的点对点通信，而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/消费者模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率。

用一种形象的方式来描述两者的区别，一个班有30同学，现在需要把当前的确切时间告知某些同学，在源/目的模式中时间被告知每个人,其中有的同学可选择听，另一些则选择不听，在信息传输过程中，时间已发生变化，因此时间在告知第一个同学以后就变得不准确了。而在生产者/客户模式中，时间被同时告知室内所有的同学，有的同学可选择听，其他的可选择不听。这样就不会出现信息是真的现象，室内人数的增减也不会影响通信时间和效率。因而保证了高效率和高确定性。

ControlNet使用的同轴电缆全部距离能够长达6Km，可寻址节点最多为99个，两节点间最长距离最长可达1000m，48个节点距离可达250m;采用光纤和中继器后,通信距离可达几十公里，支持大多数介质结构，网络结构可采用总线、树型、星型等结构或组合结构。使用时，用户可根据需要扩展物理长度，增加节点数量，提高安全性能。

3 ControlNet介质访问方式

3.1 ControlNet数据链路层的介质存取控制协议

ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制叫隐性令牌传递机制,网络上每个节点被分配一个唯一的MAC ID,只有获取令牌的节点才可发送数据，但是ControlNet网络上并没有真正的令牌在传递,每个节点监视收到的每个数据帧的源节点地址,并在该数据帧结束之后,将隐性令牌寄存器的值设置为收到的源MAC ID加1，如果隐性令牌寄存器的值等于某个节点本身的MAC ID,则该节点即可发送报文，由于所有节点的隐性令牌寄存器中的值都相同,因此避免了冲突的发生。

三、可建造ControlNet的设备

1. ControlLogix，ProcessLogix，FlexLogix系列

1756系列ControlLogix55xx控制器，集成多种控制功能：顺序控制控制、传动控制和过程控制。网络的桥接无需控制器。高速控制平台上的高速数据传输。

1757系列ProcessLogix控制器，5兆数据速率的高吞吐量工业网络。使用扩展的诊断方法，维护简单，多点传输(Multicast)特性允许多个控制器共享输入数据，可选的网络冗余，增加可靠性。

1794系列FlexLogix 54xx控制器，面向分布式控制的中小型系统，无与伦比的灵活性，与ControlLogix等同样采用RSLoqix5000编程，多种编程语言支持，就地安装可以扩充多达16个FlexI／0模块，可以安装任何两个可选的ControlNet(可选同轴或者光纤介质)、DeviceNet或者lOOMbpsEtherNet／IP。扩展现场I／O和智能设备，通过ControlNet或者EtherNet／IP，实现对等通讯、数据采集、程序下载或者实时互锁。

2. PLC与SLC控制器系列

PLC-5可编程控制器内置ControINet通讯,,通过ControINet口，提供高速通讯能力,允许处理器输入中断和可选的定时中断。

SLC扫描器口适配器模块，性能最佳的网络扩展远程I／0解决方案—增强的系统性能适宜于SLC逻辑监视的故障设备的出错诊断列表。

PLC-5热备系统，提供高性能的、确定性的数据传递，控制程序在主控制器和后备控制器中同步执行．包括两种模式的热备操作：同步和异步SLC报文发送模块，程序上传／下载，支持RSView等用户人—机界面软件实现数据采集。

3. 基于PC的控制器系列

SoftLogix5800系列，RSLogix5000软件编程，PCI格式的通讯卡(DeviceNet扫描器，ControlNet扫描器，EtherNet／IP通讯卡，运动控制卡等)，ISA／EISA总线扫描器卡，IOLinx系列软件。

PCI扫描器卡，能够维护重要的网络规划和组态参数，备份网络上的其他数据，标准的即插即用型本地PCI总线卡，兼容当前所有的吏面计算机和工业终端，ISA／EISA总线扫描器卡双BNC接头，支持介质冗余，通过LED组态指示灯的显示可以观察网络和控制卡的诊断信息SoftLogix5800软件，多个编程选项简化维护和升级工作，多种灵活可选的I／O和网络，多个MMI(人—机界面)选项。

4. I／0框架型和模块型

FLEXI／0系列，每个适配器可连接多达128点离散I／0或64个模拟通道。可以对故障或是移走的I／0模块进行诊断．独立的部件，可以任意混合使用不同I／0类型，减少了外部接线端子成本，短路保护，本质安全模块。

1771 PLC-5机架I／0，多个控制器和终端能够共享模块输入数据，品种齐全包括各种特殊应用模块。 1746 SLC-500 I／0，可以与PLC5热备系统配合使用，具有节点地址和模块，组态显示，SLC机架供电。 ControlLogix 1756 I／0，无需硬件设置开关 完全的软件逐点组态，可软件逐点组态的浮点数和工程定标，模块自行计算，无需编程，不占用处理器资源，完全带电拔插，减少停机日寸间，适用于ControlLoqix和ProcessLoqix控制器。

1734 Point I／0，2至4点的I／0密度您精打细算，ControlNet适配器支持冗余介质和网络接入口(NAP)，通过Control、DeviceNet、Profibus／DP等适配器灵活扩展，小尺寸，大身手：带电拔插，逐点指示和诊断，多种I／O类型和接线端子，电子模块和接线段子底座可分离设计。