机电设备控制系统的几种网络拓扑结构分析

武新向 罗 果 孟 琛 洪珠峰

(西华大学，四川 成都 610039)

控制系统由多台计算机之间通过通信电缆连接成网络，网络中各站的相互连接形式即为网络拓扑结构。研究中将实物抽象为点与线的物理组合，更加便于处理。控制系统常用的网络结构有总线形、环形、星形、树形等。

1 总线形结构

总线形结构是以一条开环的通信线路(总线)作为公共的数据传输通道，各结点通过相应的硬件接口直接连接到总线上，如图1所示，各个终端设备连接在一根电缆上，并通过其进行数据传输。总线形结构中，任何一个设备站点的信息是以广播的方式进行传输的，在某一时刻点，网络上只有一个节点在发送信息，其余节点均处于接受状态。因此连接在总线的设备越多，由于信道冲突的问题，网络中发送和接收数据就越慢。

图1 总线形网络结构

2 环形结构

环形网络结构中的各个站点按顺序连接，构成一个首尾相接的封闭环，数据在环中以单向沿环路逐点进行传送，如图2中a所示。站点所发出信息只传送到下一个站点，检测是否为目的站，若不是则继续传送给下一个站点，例如图2中环形结构，S1向S3传送信息时，网络只传送到S2，判断S2不是接受站点时，继续向S3站点传送。环形网络拓扑结构简单，延迟固定，但两个站点之间环路为惟一路径，环路中的任意一个站点接口出现故障，都会造成整个通信网络瘫痪。

3 星形结构

星形结构以一个中央结点为中心，各个站点与中央节点均通过一条点对点进行连接。中心节点可以是中心交换器等文件服务器，也可以是集线器(Hub)等连接设备。如图2中b所示，星形网络结构中的一个站点向另一个站点发送数据时，首先要将数据发送到中心节点，然后由中心节点将数据转发到目的结点。星形网络拓扑结构的结构相当复杂，各个节点的数据处理负担很小，因此通过点对点的链路即可满足要求。在局域网中，使用最多的网络拓扑为星形拓扑。

图2 环形、星形网络结构图

4 树形结构

树状结构是在总线形和星形结构中演变来的，是两者的结合发展和补充。树形网络中的站点设备都连接到一个中心节点上，中心节点分层级，故并不是整个系统中的结点都直接连接到根节点上，结点首先连接到相应级别的次中心节点，次中心节点再与上级中心节点连接，如图3中a所示。树型拓扑结构适用于构建网络主干，多用于上下界限相当严格和层次分明的网络结构中。除树形为组合网络拓扑结构外，还有如图3中b、c所示组合网络结构。如b所示，由总线形和环形网络结构共同组成；c所示为环形和星形网络结构组成。

图3 组合式网络结构

5 总结

通信工程网络拓扑结构多种多样，除总线形、星形、环形等基本结构外，还有其多样的组合结构。随着工业自动智能化进程的不断推进，在进行机电设备通信控制工程网络拓扑结构的设计时，应根据工程的实际情况选择合理的网络结构或其组合形式，设计出优质产品，推进我国工业化进程。