1. 引言

　　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCSs）是近年來(lái)發(fā)展形成的自動(dòng)控制領(lǐng)域的新技術(shù)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信與自動(dòng)控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[1]。隨著自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)的信息集成系統(tǒng)正在不斷壯大，而網(wǎng)絡(luò)化控制是復(fù)雜控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的客觀需求。[2]

　　在工業(yè)中已成功應(yīng)用了幾十年的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，隨著物理設(shè)備和系統(tǒng)功能的擴(kuò)充，在很多方面已經(jīng)達(dá)到了它的應(yīng)用極限，而具有通用總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS，則以其完整的體系結(jié)構(gòu)，分布式的操作運(yùn)行模式，相對(duì)獨(dú)立又能很好互聯(lián)的通信方式，節(jié)省的布線和信號(hào)可靠性，顯示出種種優(yōu)點(diǎn)。[3]

　　然而在目前的市場(chǎng)上存在著多種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并存的局面，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織還難以將其統(tǒng)一。對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇不同的系統(tǒng)在人力、財(cái)力、物力上都要有相應(yīng)不同程度的投入，因此決定何種系統(tǒng)更適合自己的生產(chǎn)控制狀況，對(duì)于提高企業(yè)生產(chǎn)力具有一定作用，本文初步總結(jié)了每種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，以期給各企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)提供一定的幫助。此外，列舉了目前比較典型的兩種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，具體展現(xiàn)NCSs的實(shí)用性。

2. 幾種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的比較

　　目前NCS研究領(lǐng)域的兩大主流方向就是：①源于自動(dòng)控制技術(shù)以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及動(dòng)態(tài)性能（quality of performance, QoP）為目標(biāo)的分析手段;②源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以保證多媒體信息傳輸和遠(yuǎn)程通信服務(wù)質(zhì)量（quality of service, QoS）的分析手段[4][5]，本文主要從數(shù)據(jù)通信技術(shù)方面，也就是QoS角度來(lái)比較他們的不同。

　　下面主要比較幾種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)CAN、FF、PROFIBUS和LonWorks的通信模型。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有其具體特點(diǎn)，如果按照OSI7層模式的參考模型，由于層間操作與轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)接口的造價(jià)與時(shí)間開(kāi)銷顯得過(guò)高。為滿足實(shí)時(shí)性要求，也為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的低成本，現(xiàn) 場(chǎng)總線采用的通信模型大都在OSI模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化[3]。如下圖所示：

　　2.1 CAN的通信參考模型

　　CAN（controller area network）是控制器局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，是德國(guó)Bosch公司在1986年為解決現(xiàn)代汽車中眾多測(cè)量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。

　　參照ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路控制子層LLC和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC）和物理層。如圖1中CAN部分所示。

　　MAC子層主要規(guī)定傳輸規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。MAC子層要為開(kāi)始一次新的發(fā)送確定總線是否開(kāi)放或者是否馬上開(kāi)始接收。位定時(shí)也是MAC子層的一部分。物理層規(guī)定了節(jié)點(diǎn)的全部電氣特性。

　　CAN的通信協(xié)議由CAN通信控制器完成。CAN通信控制器由實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的部分和跟微控制器接口部分的電路組成。

　　2.2 FF的通信參考模型

　　FF數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)FF（fieldbus foundation）組織開(kāi)發(fā)的，已被列入IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。

　　FF的參考模型只具備ISO/OSI參考模型7層中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并把應(yīng)用層劃分為總線訪問(wèn)子層和總線報(bào)文規(guī)范子層，不過(guò)它又在原有ISO/OSI參考模型的第7層應(yīng)用層之上增加了新的一層——用戶層。

　　其中，物理層規(guī)定了信號(hào)如何發(fā)送;數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定如何在設(shè)備間共享網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度通信;應(yīng)用層規(guī)定了在設(shè)備間交換數(shù)據(jù)、命令、事件信息以及請(qǐng)求應(yīng)答中的信息格式;用戶層用于組成用戶所需要的應(yīng)用程序，例如規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能塊、設(shè)備描述，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理等。模型如圖3中FF部分所示。