1 网络化控制系统简介
网络化控制系统 NCS（Networked Control Systems）,又称集成通讯与控制系统 ICCS
（Integrated Communication and Control System）。一般认为 ICCS 是一种全分布式、网
络化实时反馈控制系统，是将控制系统的传感器、控制器、执行器等单元通过通讯网络连接
起来形成闭环的分布式控制系统。其涵盖了两方面的容：系统节点的分布化和控制回路的网
络化。这种网络化的控制模式具有信息资源能够共享、连接线数大大减少、易于扩展、易于
维护等优点，但由于网络中的信息源很多，信息的传送药分时占用网络通讯资源，而网络的
承载能力和通讯带宽有限，必然造成信息的冲撞、重传等现象的发生，使得数据在传输过程
中不可避免地存在时延。时延由于受到网络所采用的通讯协议、负载状况、网络速率以与数
据包大小等情况到影响，呈现出或固定或随机，或有界或无界的特征，从而导致控制系统性
能下降甚至不稳定，也给控制系统的分析和设计带来困难。网络给 NCS 带来的主要问题包括：
时延采样时刻和执行器响应时刻间出现了不可忽略的滞后;在某时间间隔存在于时间相关的
抖动;由于数据包在网络中传输发生丢失或冲突，导致时延增大甚至系统失稳。NCS 的性能
不仅依赖于控制策略与控制律器的设计，而且受到网络通讯和网路资源的限制。信息调度应
尽可能避免网络息的冲突和拥塞现象的发生，从而大大提高网络化控制系统的服务性能。
网络化控制系统是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技
术相结合的产物。本书基于现场总线技术与自动化市重点实验室的科研成果，系统地介绍了
网络化控制系统的组成原理、控制结构、建模方法，网络拥塞闭环控制机理，网络时延闭环
控制方法，现场总线控制技术与应用，基于工业以太网的控制系统设计，基于 Internet 和
Web 的网络远程控制系统设计。网络化控制系统软件开发技术，以与网络化控制技术在工业
加热炉、工业锅炉和电厂锅炉湿法烟气脱硫中的应用。
在传统的计算机控制系统中，传感器和执行器都是与计算机实现点对点的连接，传递信
号一般采用电压和电流等模拟信号。在这种结构模式下，控制系统往往布线复杂，从而增加
了系统成本，降低了系统的可靠性、抗干扰性、灵活性和扩展性，特别在地域分散的情况下，
传统控制系统的高成本、低可靠性等弊端更加突出。随着计算机技术和网络通信技术的不断
发 展 ， 工 业 控 制 系 统 也 发 生 了 巨 大 的 技 术 变 革 ， 网 络 化 控 制 系 统
（NetworkedControlSystem，NCS）应运而生，其主要标志就是在控制系统中引入了计算机
网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关
的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源
