第6章集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)要點

1、集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 6. 1網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信基本概念:6. 2網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ) 6. 3dcs中的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議6. 1網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信基本概念通信系統(tǒng)是dcs的主干，決定著系統(tǒng)的基本特 性。通信系統(tǒng)引入局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，促進了dcs的更新?lián)Q代，增強了全系統(tǒng)的功能。iffb數(shù)據(jù)通信是計算機或其他數(shù)字裝置與通信介質(zhì) 相結(jié)合，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲 和處理的通信技術(shù)。在dcs中，各單元之間的數(shù)據(jù)信息傳輸就是通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成的。步驟1步驟2步驟i步驟2直頁卜f協(xié)議協(xié)議圖通信系統(tǒng)模型1通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成(1) 信號 或稱報文，指需要傳送的數(shù)據(jù)，由文本、 數(shù)字、圖片或聲音等及其組合方式組

2、成。在數(shù)據(jù)通 信系統(tǒng)內(nèi)部，信號是任何計算機能夠識別的信息。(2) 發(fā)選裝置 指具有作為二進制數(shù)據(jù)源的能力，任何能夠產(chǎn)生和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備o(3) 接收裝置 指能夠接收模擬或數(shù)字形式數(shù)據(jù)的任何功能的設(shè)備。(4) 信道 信道是指發(fā)送裝置與接收裝置之間的信息傳輸通道，包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備，它用來實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的傳送。常用的傳輸介質(zhì)是雙絞線、同軸電纜、光纜、 無線電波、微波等。(5) 通信協(xié)拭 通信協(xié)議是控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則、 約定與標(biāo)準(zhǔn)，它定義了通信的內(nèi)容、格式，通 信如何進行、何時進行等。a發(fā)送裝置把要發(fā)送的信息送上信道，再經(jīng)過信道將信息傳輸?shù)浇邮昭b置。信息在傳輸過程中 會受到來自通信系統(tǒng)內(nèi)外

3、干擾的影響o2基本概念數(shù)據(jù)信息：具有一定編碼、格式和字長的數(shù)字信息。(2)信息傳輸速率又稱為比特率，是指單位時間 內(nèi)通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘?。一般以每秒?所能夠傳輸?shù)谋忍財?shù)來表示，記為rb。其單位是比特/秒，記為bit/s或bps。(3)傳輸方式a信息按其在信道中的傳輸方向分為單工、半雙工和全雙工三種傳輸方式，如下圖所示。單工通信11發(fā)送-11r11l-1接收11.半雙工通信丨-|l911 7 一a數(shù)據(jù)流向發(fā)送接收1 1一 111接收o11 .ji_4發(fā)送! j1 j1通信設(shè)備*1l. 全雙工通信rn發(fā)送-接收-1! 1jl接收發(fā)送1.j(4)基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸a所謂基帶，是

4、指電信號所固有的頻帶?；鶐鬏斁褪侵苯訉⒋頂?shù)字信號的電脈沖信號原樣進行傳輸。優(yōu)點是安裝、維護投資小。缺點是信息傳送容量小，每條傳輸線只可傳送一路信號且傳送距離較短。當(dāng)傳輸距離較遠時，需進行調(diào)制o載帶傳輸與寬帝傳輸a當(dāng)傳輸距離較遠時，需要用基帶信號調(diào)制載波信號。在信道上傳輸調(diào)制信號，就是載帶傳輸。a如果要在一條信道上同時傳送多路信號，各路信號可以以不同的載波頻率加以區(qū)別，每路信 號以載波頻率為中心占據(jù)一定的頻帶寬度，而 整個信道的帶寬為各路載波信號所分享，實現(xiàn) 多路信號同時傳輸，這就是寬帶傳輸。(5)異步傳輸與同步傳輸a在異步傳輸中，信息以字符為單位進行傳輸，每個信 息字符都具有自己的起始位和

5、停止位，一個字符中的 各個位是同步的，但字符與字符之間的時間間隔是不 確定的。a在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為單位 進行傳輸?shù)摹Ｍㄐ畔到y(tǒng)中有專門用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的時鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相位關(guān)系。在這一組數(shù)據(jù)或一個報文之內(nèi)不需要啟/停標(biāo)志，所以可以獲得較高的 傳輸速度。6）串行傳輸與并行傳輸通信線路發(fā)送裝置()100() i i 0信線地線接收裝置發(fā)送裝置通信線路 ()1馬 i n i r () d： 0 dg2_2._ j_ii_.扌空制(選迪 - 狀態(tài) * ss接收裝置(。)(人)（a）串行傳輸；（b）并行傳輸6.2網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1 .計

6、算機網(wǎng)絡(luò)與局部網(wǎng)絡(luò)行所謂計算機網(wǎng)絡(luò)是把分布在不同地點且具有獨 立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設(shè)備和介質(zhì) 連接起來，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議的管 理下，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享為目標(biāo)的系統(tǒng)。dcs的通信網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)就是計算機網(wǎng)絡(luò)，因為系統(tǒng)中的每一個節(jié)點工作站和網(wǎng)絡(luò)接口相當(dāng)于一 個計算機系統(tǒng)。行局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(local area network,lan),簡稱為局域網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)，是一種 分布在有限區(qū)域內(nèi)的計算機網(wǎng)絡(luò)，是利用 通信介質(zhì)將分布在不同地理位置上的多個具有獨立工作能力的計算機系統(tǒng)連接起來,并配置了網(wǎng)絡(luò)軟件的一種網(wǎng)絡(luò)，用戶能夠共享網(wǎng)絡(luò)中的所有硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資rproway是一種專門用于過程控制

7、的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由國際電工委員會的wg6工作委員會制訂。以ieee802.2、ieee802. 4為基礎(chǔ)。b、proway協(xié)議適合功能站之間應(yīng)答式短信息包的交換，不適合太長的文件，釆用令牌傳送的介質(zhì)存取控制技術(shù)c、proway它規(guī)定了對應(yīng)參考模型的第一、第二層協(xié)議、接口和媒體， 也就是只規(guī)定了proway的下三層的協(xié)議即鏈路控制層(plc)、媒體 存取控制層(mac)、物理接收發(fā)送層(phy)。其余留給用戶自己定義d、與osi參考模型的分層比較：鏈路控制層(plc)、媒體存取控制層 (mac)構(gòu)成參考模型的鏈路層，物理接收發(fā)送層(phy)對應(yīng)于參考模型的物理層6、proway協(xié)議層次結(jié)構(gòu)與osi模

8、型的關(guān)系proway|osi 模型5應(yīng)用層5c、應(yīng)用功能5b、數(shù)據(jù)解釋7、應(yīng)用層6、表示層5、會話層4b、通信接口ia.網(wǎng)絡(luò)控制4、傳輸層3、網(wǎng)絡(luò)層3、鏈路控制層2、鏈路層5a、應(yīng)用耦合2、媒體存取控制層1、物理接收發(fā)送層1、物理層f、proway下三層的功能(1) 鏈路控制層(plc)功能a、有一個本地發(fā)送站使用應(yīng)答(立即響應(yīng))協(xié)議 向另一個遠程應(yīng)答站發(fā)送數(shù)據(jù)。b、由一個本地站無確認(rèn)或重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)給一個、 幾個或者所有遠程接收站c、由一個本地站是用應(yīng)答(直接相應(yīng))協(xié)議向一個遠程站請求以提供信息(2) 媒體存取控制層(mac)功能(3) 物理接收發(fā)送層(phy)功能。=(2)、map制造自動化

9、協(xié)議由美國通用汽車公司發(fā)起的，建立了工業(yè)環(huán)境下的局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，稱為制造自動化協(xié)議map,參照osi參考模型和proway的分層模型，map現(xiàn)已有三種結(jié)構(gòu):1、全map與osi參考模型中的分層一一對應(yīng)2、小 map減小封裝和解裝時間,它只有物理層、鏈路層和應(yīng)用層，成為塌縮結(jié)構(gòu)，有良好的實時性，常應(yīng)用于dcs的現(xiàn)場控制級和操作員級的通信。3、增強性能結(jié)構(gòu)的map介于小map與全map之間，它的一邊釆用全map,另一邊支持小map,兩邊可以相互通信，因此，它常應(yīng)用于map與小map連接的操作員級、車間級的通信。4、增強性能結(jié)構(gòu)的map結(jié)構(gòu)圖塌縮結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層 物理層(3)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)微處理器進

10、入過程控制系統(tǒng)的檢測、變送及執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備時，提出了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的問題?，F(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)分層釆用了osi模型的第一、二和七層。在現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中，把第二層和第七層合并，稱為通信棧。osi模型中的二、七層4. ieee通信協(xié)議os i應(yīng)用層表不層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層ieee 802邏輯鏈控制子層llc介質(zhì)訪問控制子層mac:據(jù)物理層物理層傳輸 信號、 介質(zhì)編碼(1). ieee802.3通行協(xié)議is0/0siieee 802標(biāo)準(zhǔn)ieee 802 標(biāo)準(zhǔn)802.1參考文件802.2 邏輯鏈控制（llc）802.3802.4802.5802.6csma/cd令牌總線令牌環(huán)城域網(wǎng)訪問方式訪

11、問方式訪問方式訪問方式物理規(guī)范物理規(guī)范物理規(guī)范物理規(guī)范它是帶有沖突檢測的載波偵聽多路媒體存取控制協(xié)議,是總線網(wǎng)、樹型網(wǎng)最常用的媒體存取控制協(xié)議。這種協(xié)議屬于隨機訪問型，即爭用形協(xié)議。a、釆用媒體爭用通信方式（csma）b、釆用先偵聽后發(fā)送（csma/cd）方式在基帶時，沒有偵聽，采用沖突發(fā)送(2)、ieee802. 4通信協(xié)議它是總線網(wǎng)的令牌總線媒體存取控制協(xié)議，令牌傳遞式 總線網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)是用總線把各個通信站連接起來的網(wǎng)絡(luò), 這些站被指定一個邏輯的順序，在邏輯上，這些站是環(huán)型 連接的，各個站的邏輯順序可以和它們的物理位置完全無 關(guān)。1、添加通信站的功能3、邏輯環(huán)初始化功能2、減少通信站的功能

12、4、錯誤排除功能(3). ieee802.5通信協(xié)議它是令牌環(huán)行網(wǎng)絡(luò)媒體存取控制協(xié)議，在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)上,有一個令牌信號（其格式為8個1）沿環(huán)運行，當(dāng)令牌到達一個通信站時，若該站沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就把令牌送到下游站相當(dāng)于發(fā)送了一個長度為0的幀，若要發(fā)送數(shù)據(jù)，則11先把令牌的最后一位的1改為0,并把本站的數(shù)據(jù)幀接在它 的后面發(fā)送出去，數(shù)據(jù)幀的長度不受限制，數(shù)據(jù)幀發(fā)完后,silsii在重新產(chǎn)生一個令牌接到數(shù)據(jù)幀的后面，這相當(dāng)于把令牌傳到了下游站。1、啟動和令牌丟失2、數(shù)據(jù)偵無休止循環(huán)3、多重令牌(4)、ieee802.2通信協(xié)議它是邏輯鏈路層控制協(xié)議，是局域網(wǎng)的最高層。有三種服務(wù)：1、無確認(rèn)無連接的服務(wù)2、面向連介服務(wù)3、有確認(rèn)無連接服務(wù)(5)、ip網(wǎng)際通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)包括局域網(wǎng)之間的互聯(lián)和遠程網(wǎng)之間的互聯(lián)。對于局域網(wǎng)間的互聯(lián)又分為不同局域網(wǎng)之間的互聯(lián)和相同局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。(6)、tcp傳輸協(xié)議是對應(yīng)于傳輸層協(xié)議的，保證數(shù)據(jù)可靠地被傳送，tcp用于提供應(yīng)用程序之間(端到端)的通信，主要提供格式化的信息流，提供可靠的端到端的差錯控制和流量控制，提ev供不同應(yīng)用程序的識別等。作業(yè)1. 通