工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信 目錄 1 2 3 4 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 現(xiàn)場總線基礎(chǔ)知識 工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識 外部數(shù)據(jù)通信簡介 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本通信模型：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本通信模型： 產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。 信源與信宿通過通信線路進行通信，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中， 也將通信線路稱為信道。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿 以及噪聲源組成。信源所產(chǎn)生的原始模擬信號一般都要經(jīng) 過調(diào)制再通過信道傳輸。到達信宿后，通過解調(diào)器將信號 解調(diào)出來。普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系 統(tǒng)。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 通信信

2、道的分類通信信道的分類 信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，包括傳輸媒體和通信設(shè) 備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等 ，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。信 道可以按不同的方法分類： 有線信道與無線信道； 模擬信道與數(shù)字信道； 專用信道和公用信道； 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 有線信道與無線信道有線信道與無線信道 信道按所使用的傳輸介質(zhì)分類，可以分為有線信 道與無線信道； 使用有形的媒體作為傳輸介質(zhì)的信道稱之為有線 信道。有線信道包括電話線、雙絞線、同軸電纜 和光纜等； 以電磁波在空間傳播方式傳送信息的信道稱之為 無線信道。無線信道包括無線電、微波、紅外線 和衛(wèi)星通信信道等。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 模擬信道與

3、數(shù)字信道模擬信道與數(shù)字信道 按傳輸信號的類型分類，信道可以分為模擬信道 與數(shù)字信道； 能傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道。模擬信號 的電平隨時間連續(xù)變化，語音信號是典型的模擬 信號。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號，則必須 經(jīng)過數(shù)字與模擬信號之間的變換（A/D變換器） 。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。 能傳輸離散數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。離散 的數(shù)字信號在計算機中指由“0”和“1”的二進制代碼 組成的數(shù)字序列。當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號 時不需要進行變換，通常需要進行數(shù)字編碼。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 專用信道和公用信道專用信道和公用信道 信道按使用方式可以分為專用信道和公用信道。 專用信道是一種連接于

4、用戶設(shè)備之間的固定電路 ，它可以由用戶自己架設(shè)或向電信部門租用。 公用信道也稱公共交換信道，它是一種通過交換 機轉(zhuǎn)接、為大量用戶提供服務(wù)的信道。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信速率數(shù)據(jù)通信速率 數(shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。 碼元速率（RB）定義為每秒中傳送的碼元數(shù)，單 位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率； 信息速率（Rb）定義為每秒中傳送的信息量，單 位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率； 對于一個用二進制表示的信號（兩級電平），每 個碼元包含1個比特信息，其信息速率與碼元速率 相等；對于一個用四進制表示的信號（四級電平 ），每個碼元包含了2個比特信息，因此，它的信 息速

5、率應(yīng)該是碼元速率的2倍。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 一般來說，對于采用M進制電平傳輸信號時，信 息速率和碼元速率之間的關(guān)系是： Rb=RBlog2M 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)通信速率數(shù)據(jù)通信速率 數(shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。 碼元速率（RB）定義為每秒中傳送的碼元數(shù)，單 位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率； 信息速率（Rb）定義為每秒中傳送的信息量，單 位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率； 對于一個用二進制表示的信號（兩級電平），每 個碼元包含1個比特信息，其信息速率與碼元速率 相等；對于一個用四進制表示的信號（四級電平 ），每個碼元包含了2個比特信息，因此，它的信 息速率應(yīng)

6、該是碼元速率的2倍。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 誤碼率和誤比特率誤碼率和誤比特率 誤碼率和誤比特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作 狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。誤碼率是指二進 制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，誤比特 率是指在傳輸中出錯比特的概率。 公式為： 在實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話線路在300 2400bps傳輸速率時，平均誤碼率在10-210-6之 間，在48009600bps傳輸速率時平均誤碼率在 10-210-4之間。而計算機通信的平均誤碼率要求 低于10-9。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 信道帶寬與信道容量信道帶寬與信道容量 信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r 下所占用的頻率范圍，通常稱為信道

7、的通頻帶， 單位用赫茲（Hz）表示。信道帶寬是由信道的物 理特性所決定的，例如，電話線路的頻率范圍在 3003400Hz，則它的帶寬為3003400Hz。 信道容量是衡量一個信道傳輸數(shù)字信號的重要參 數(shù)。信道容量是指單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)?最大比特數(shù)，用每秒比特數(shù)（bps）表示。當(dāng)傳輸 的信號速率超過信道的最大信號速率時，就會產(chǎn) 生失真。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 通信線路的連接方式通信線路的連接方式 點對點連接點對點連接 點對點的連接就是在發(fā)送端和接收端之間采用一 條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用 線路或交換線路。使用租用或交換線路的連接方 式，適合于在地理上比較分散的站點之間傳輸數(shù)

8、據(jù)，比如通過公用電話交換網(wǎng)，實現(xiàn)點-點的連接 。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 通信線路的連接方式通信線路的連接方式 多點線路連接多點線路連接 多點線路連接是指各個站點通過一條公共通信線路連接。 在多點線路連接方式中，一條線路被所有的站點共享，若 所有的站點可以同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則這條線路在空間上是共 享的，通常采用頻分復(fù)用或波分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)；若所 有的站點只能輪流使用線路發(fā)送數(shù)據(jù)時，那么它在時間上 是共享的，通常采用時分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)流傳送方式數(shù)據(jù)流傳送方式 并行通信并行通信 并行通信是數(shù)據(jù)流以成組的方式在多個并行信道 上同時進行傳輸。并行通信的優(yōu)點是速度快，但 發(fā)端與收端之

9、間有若干條線路，導(dǎo)致費用高，僅 適合于近距離和高速率的通信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)流傳送方式數(shù)據(jù)流傳送方式 串行通信串行通信 串行通信是數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計 算機內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將 計算機中的字符進行并/串變換，在接收端再通過串/并變 換，還原成計算機的字符結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)串行通信。串行 通信的優(yōu)點是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實現(xiàn) ，成本低，但速度比較低。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 信道的通信方式信道的通信方式 單工通信單工通信 單工方式指通信信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號僅沿 一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收 方只能接收而不能發(fā)送，任何時候

10、都不能改變信 號傳送方向。無線電廣播和電視都屬于單工通信 。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 半雙工通信半雙工通信 半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一 個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進 行，而不能同時進行。當(dāng)改變傳輸方向時，要通過開關(guān)裝 置進行切換。半雙工信道適合于會話式通信，比如通常使 用的“對講機”和軍隊使用的“步話機”。半雙工方式在計算 機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會話式通信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 全雙工通信全雙工通信 全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時沿相反的兩個方向 作雙向傳輸。比如電話通話。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 信號的傳輸方式信號的傳輸方式 基帶傳輸基帶傳輸 就數(shù)字信

11、號而言，基帶傳輸是一個離散的方波， “0”代表低電平，“1”代表高電平。這種方波固有的 頻帶稱為基帶，方波信號稱為基帶信號，因此， 基帶實際上就是數(shù)字信號所占用的基本頻帶?；?帶傳輸是在信道中直接傳輸數(shù)字信號，且傳輸媒 體的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸信 息。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 信號的傳輸方式信號的傳輸方式 頻帶傳輸頻帶傳輸 所謂頻帶傳輸是指將數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號后 再發(fā)送和傳輸，到達接收端時再把音頻信號解調(diào) 成原來的數(shù)字信號?？梢?，在采用頻帶傳輸方式 時，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調(diào)制器和解調(diào) 器。 在實現(xiàn)遠距離通信時，經(jīng)常借助于電話線路，此 時就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸

12、，不 僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的問題，而 且可以實現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率 。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 信號的傳輸方式信號的傳輸方式 寬帶傳輸寬帶傳輸 寬帶傳輸采用75的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸 媒體，帶寬為300MHz。 使用時通常將整個帶寬劃分為若干個子頻帶，分別用這些 子頻帶來傳送音頻信號、視頻信號以及數(shù)字信號。 寬帶同軸電纜原是用來傳輸電視信號的，當(dāng)用它來傳輸數(shù) 字信號時，需要利用電纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）把 數(shù)字信號變換成頻率為幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的模擬信 號。 可利用寬帶傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)聲音、文字和圖像的一體化傳 輸，這也是通常所說的“三網(wǎng)合一”

13、，即語音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和 電視網(wǎng)合一。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接收端采用串行通信時， 通信雙方要交換數(shù)據(jù)，需要有高度的協(xié)同動作，彼此間傳 輸數(shù)據(jù)的速率、每個比特的持續(xù)時間和間隔都必須相同， 這就是同步問題。 同步就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個碼元/比特起止 時刻和速率來接收數(shù)據(jù)，否則，收發(fā)之間會產(chǎn)生誤差，即 使是很小的誤差，隨著時間增加的逐步累積，也會造成傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯。 實現(xiàn)收發(fā)之間的同步技術(shù)是數(shù)據(jù)傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)之一， 通常使用的同步技術(shù)有兩種：異步方式和同步方式。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 異步傳

14、輸方式異步傳輸方式 在異步傳輸方式中，每傳送1個字符（7位或8位）都要在 每個字符碼前加1個起始位，以表示字符代碼的開始，在 字符代碼和校驗碼后面加1或2個停止位，表示字符結(jié)束。 接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個新字符的開始。從 而起到通信雙方的同步作用。異步方式實現(xiàn)比較容易，但 每傳輸一個字符都需要多使用23位，所以適合于低速通 信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 同步傳輸方式同步傳輸方式 同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個二進制位組成 的數(shù)據(jù)塊（幀）。對這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止 位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個同步字 符SYN（以0110

15、1000表示）或一個同步字節(jié)（01111110 ），用于接收方進行同步檢測，從而使收發(fā)雙方進入同步 狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個字 符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來 標(biāo)識整個發(fā)送過程的結(jié)束。這種方法一般用在高速傳輸數(shù) 據(jù)的系統(tǒng)中，比如計算機之間的數(shù)據(jù)通信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù) 數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制 發(fā)送端將數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調(diào) 制（Modulation）。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制 幅移鍵控ASK（Ampl

16、itude Shift Keying） ASK是通過改變載波信號的幅度值表示數(shù)字信號 “1”、“0”，以幅度A1表示數(shù)字信號的“1”，用載波 幅度A2表示數(shù)字信號的“0”（通常A1取1，A2取0 ），而載波信號的參數(shù)f 和恒定。 頻移鍵控FSK（Frequency Shift Keying） FSK是通過改變載波信號頻率的方法表示數(shù)字信 號“1”、“0”，用f 1表示數(shù)字信號“1”，用f 2表示數(shù) 字信號“0”，而載波信號的A和不變。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制 相移鍵控PSK（Phase Shift Keying） PSK是通過改變載波信號的相位值表示數(shù)字信 號“1”、“

17、0”，而載波信號的A和f不變。PSK包括兩 種類型：絕對調(diào)相和相對調(diào)相。 絕對調(diào)相使用相位的絕對值，為0表示數(shù)字信號 “1”，為表示數(shù)字信號“0”。 相對調(diào)相使用相位的相對偏移值，當(dāng)數(shù)字數(shù)據(jù)為0 時，相位不變化，而數(shù)字數(shù)據(jù)為1時，相位要偏移 。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 混合調(diào)制 為了達到更高的信息傳輸速率，可以采用多元制的振幅相 位混合調(diào)制技術(shù)，比如正交振幅調(diào)制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且還使用 幅度： 8-QAM使用了幅度與相位的8種組合，由于使用3個比特 可以表示8種組合，因此，每一種組合代表一個碼元，每 個碼元3個比特。 16-

18、QAM的幅度和相位有16種組合，每個組合代表一個碼 元，每個碼元4個比特。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 混合調(diào)制 為了達到更高的信息傳輸速率，可以采用多元制的振幅相 位混合調(diào)制技術(shù)，比如正交振幅調(diào)制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且還使用 幅度： 8-QAM使用了幅度與相位的8種組合，由于使用3個比特 可以表示8種組合，因此，每一種組合代表一個碼元，每 個碼元3個比特。 16-QAM的幅度和相位有16種組合，每個組合代表一個碼 元，每個碼元4個比特。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼 利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的方法稱作

19、數(shù)字 信號的基帶傳輸，而數(shù)字數(shù)據(jù)在傳輸之前，需要進行數(shù)字 編碼。數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方式有三種：不歸零碼、曼徹斯特 編碼和差分曼徹斯特編碼 。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制 在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過轉(zhuǎn)換，形成電信 號，比如人說話的聲音經(jīng)過電話轉(zhuǎn)變?yōu)槟M的電信號，這 也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號。 模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制包括幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制(FM)和 相位(PM)調(diào)制，即對這三要素進行符合實際需要的放大或 轉(zhuǎn)換。 例如，模擬數(shù)據(jù)的基帶信號具有比較低的頻率，不宜直接 在信道中傳輸，需要對信號進行調(diào)制，從而將信號搬移到 適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)，接收端將接收的已調(diào)信號再 搬回到原

20、來信號的頻率范圍內(nèi)，恢復(fù)成原來的消息，比如 無線電廣播。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 模擬數(shù)據(jù)的編碼模擬數(shù)據(jù)的編碼 脈沖編碼調(diào)制PCM（Pulse Code Modulation）是 模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號傳輸 失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng) 絡(luò)中除計算機直接產(chǎn)生的數(shù)字信號外，語音、圖 像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計算機處理。 PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語音數(shù)字化。在發(fā)送端通 過PCM編碼器將語音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語音信 號，通過通信信道傳送到接收方，接收方再通過 PCM解碼器還原成模擬語音信號。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 PCM的工作原理的工作原理 脈沖編碼調(diào)制包括三部分：采樣、量化和編碼。

21、 （1）采樣 每隔一定的時間間隔，采集模擬信號的瞬時電平值做為樣 本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時間變化的值。 （2）量化 量化是將取樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。量化級 可以分為8級、16級，或者更多的量化級，這取決于系統(tǒng) 的精確度要求。 （3）編碼 編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的 量級。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 PCM的工作原理的工作原理 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 通信接口協(xié)議標(biāo)準通信接口協(xié)議標(biāo)準 目前廣泛使用的通信設(shè)備接口協(xié)議標(biāo)準有： EIA RS-232C； EIA RS-422/485。 20mA電流環(huán)接口 IEEE-488總線接口方式 USB總線接口 以太網(wǎng)絡(luò)接口 數(shù)據(jù)通信

22、基礎(chǔ)知識 EIA RS-232C接口 在串行通信中，EIA RS-232C是應(yīng)用最為廣泛的 標(biāo)準。 RS-232C接口的特性： RS-232C使用9針或25針的D型連接器DB-9或DB- 25。 目前，絕大多數(shù)計算機使用的是9針的D型連接器 。RS-232D規(guī)定使用25針的D型連接器。 RS-232C采用的信號電平515V代表邏輯“1” ，515V代表邏輯“0”。在傳輸距離不大于15 米時，最大速率為19.2kbps。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS232接口DB-9和DB-25的對應(yīng)關(guān)系 DB-9信號名稱DB-25 1載波檢測（CD）8 2發(fā)送數(shù)據(jù)（TD）2 3接收數(shù)據(jù)（RD）3 4數(shù)據(jù)終端準備（D

23、TR）20 5信號地（SIG）7 6數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備準備（DSR）6 7請求發(fā)送（RTS）4 8允許發(fā)送（CTS）5 9振鈴指示（RI）22 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-232接口的應(yīng)用：接口的應(yīng)用： 異步通信 兩個DTE（計算機）設(shè)備通過DCE（調(diào)制解調(diào)器 ）或直接連接進行異步通信，須設(shè)置開始和停止 位。 同步通信 兩個DTE設(shè)備通過RS-232C進行同步通信，使用 DB-25針接口的第17和第24針腳提供外同步的時 鐘信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。由于9針的RS-232C接 口不能提供時鐘信號，因而不能進行同步通信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-232接口的空Modem連接 當(dāng)近距離的兩個DTE之間進行通信時

24、，可以不使 用Modem，而是采用空Modem直接連接。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS232最簡單連接 DTE與DCE相連時，DTE和DCE對應(yīng)的針腳直連 ，且只需要使用發(fā)送TD、接收RD和信號地SIG。 對于DTE與DTE相連時，相對的發(fā)送和接收針腳 需要交叉相連，因此，有時也把空Modem線稱為 串口交叉線。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳差分傳 輸輸方式，也稱作平衡傳輸平衡傳輸，其發(fā)送驅(qū)動器使用一對雙絞線 ，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下， 發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2+6V，是一個邏輯 狀態(tài)，負電平在-26V，是另一

25、個邏輯狀態(tài)。另有一個信 號地C，可不接。在RS-485中還有一“使能”端，而在RS- 422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動 器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)RS485采用二線制半雙工方 式時起作用。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 接收器也有與發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過 平衡雙絞線對應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于 +200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于- 200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線 上的電平范圍通常在200mV至6V之間 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-422電氣規(guī)定電氣規(guī)定 ： RS-422標(biāo)準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”， 它定義了接口電路的特性。RS-422

26、采用四線制接口。實 際上還有一根信號地線，共5根線。允許在相同傳輸線上 連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設(shè)備（ Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通 信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率 為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反 比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距 離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸 。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸 速率僅為1Mb/s。 RS-422需要接一終端電阻，要求其阻值約等于傳 輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時

27、可不需終端 電阻，即一般在300米以下不需終端電阻。終端 電阻接在傳輸電纜的最遠端。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-485電氣規(guī)定：電氣規(guī)定： 由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485 許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、 都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線 與四線方式，如圖a、b所示。其中四線制接口方式與 RS422完全一致，二線制則是由RXD+與TXD+合并為D+ ，RXD-與TXD-合并為D-。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。 而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現(xiàn)點對多的通 信，即只能有一個主（Mast

28、er）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但 它比RS-422有改進， 無論四線還是二線連接方式在總線 上都可接到32個設(shè)備。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為 1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的 長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才 可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距 離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞 線最大傳輸速率僅為1Mb/s。 RS-485需要接2個終端電阻，其阻值要求等于傳 輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終端 電阻，即一般在300米以下不需終端電阻。終端 電阻接在傳輸總線的兩端。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 20m

29、A電流環(huán)接口電流環(huán)接口 采用電流控制，而不像RS232C標(biāo)準那樣用電壓控制。電 流控制是把20mA電流作為邏輯“1”，零電流作為邏輯“0”。 電流環(huán)在許多方面比RS232C接口優(yōu)越。它內(nèi)在的雙端傳 輸具有對共模噪音的抑止作用，而且由于他采用隔離技術(shù) 能消除接地回路引起的一些問題，因而他的連接距離比 RS232C長的多。 EIA把RS232C接口作為正式標(biāo)準，而20mA電流環(huán)的文件 在目前還只是非正式標(biāo)準。所以，大多說制造廠商都提供 RS232C串行接口。 因為RS232C和電流接口之間只在電氣連接上存在差別， 所以兩者可共用I/O接口，設(shè)計師常常為串行口提供2個不 同的連接器來利用這個公共口。

30、一個接到電流環(huán)，另一個 接到RS232C。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 IEEE-488總線接口方式 IEEE-488總線是并行總線接口標(biāo)準，IEEE-488總線用來 連接系統(tǒng)，如微機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備。它 按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式 為總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而無需中介單元 ，總線上最多可連接15臺設(shè)備，最大傳輸距離為20m，信 號傳輸速度一般為500Kb/s，最大傳輸速度為1Mb/s. 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 IEEE-488總線接口方式 IEEE-488總線是并行總線接口標(biāo)準，IEEE-488總線用來 連接系統(tǒng)，如微機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備。它 按照

31、位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式 為總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而無需中介單元 ，總線上最多可連接15臺設(shè)備，最大傳輸距離為20m，信 號傳輸速度一般為500Kb/s，最大傳輸速度為1Mb/s. 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 USB總線接口方式 通用串行總線USB（Universal Serial Bus)是由Intel、 Compaq 、Digital、IBM、 Microsoft、MEC、Northern Telecom等7個家著名的計算機和通信公司共同推出的一 種新型接口標(biāo)準。它基于通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單 、快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外 設(shè)范圍的目的。它

32、可以為外設(shè)提供電源，而普通的使用串 、并口的設(shè)備往往需要單獨的供電系統(tǒng)。USB技術(shù)的突出 特點是快速，USB的最高傳輸率可達12Mb/s。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RJ45 型網(wǎng)線接口 RJ45 型插頭又稱水晶頭，是各種不同接頭的一種 類型（RJ11也是接頭的一種類型，不過它是電話 上用的），共有八芯做成，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和 ADSL 寬帶上網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間網(wǎng)線（稱作五 類線或雙絞線）的連接。 在具體應(yīng)用時，RJ45 型插頭和網(wǎng)線有兩種連接方 法（線序），分別稱作 T568A 線序和 T568B 線 序。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 RJ45 型網(wǎng)線接口 T568A 線序線序從18分別對應(yīng)綠白、綠、橙白、藍

33、、藍 白、橙、棕白、棕。 T568B 線序從18分別對應(yīng)橙白、橙、綠白、藍、藍白、 綠、棕白、棕。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 使用RJ45接頭的兩個設(shè)備之間網(wǎng)線接法也有兩種：交叉 式和直通式。 所謂交叉式是指網(wǎng)線的一端和另一端與 RJ45 網(wǎng)線插頭的 接法不同，一端按 T568A 線序連接，另一端按 T568B 線 序連接，即有幾根網(wǎng)線在另一端是先做了交叉才接到 RJ45 插頭上去的。 適用的連接場合有： 1. 電腦電腦，對等網(wǎng)連接，即兩臺電腦之間只通 過一條網(wǎng)線連接就可以互相傳遞數(shù)據(jù)； 2. 集線器集線器； 3. 交換機交換機。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 所謂直通式是指網(wǎng)線的兩端與RJ45 網(wǎng)線插頭都按T5

34、68B 線序連接。 適用的連接場合有： 1. 電腦ADSL 調(diào)制解調(diào)器 2. ADSL調(diào)制解調(diào)器ADSL 路由器的 WAN 口 3. 電腦ADSL 路由器的 LAN 口 4. 電腦集線器或交換機 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 10或100base tx RJ45接口引腳定義如下： PinNameDescription 1TX+Tranceive Data+ (發(fā)信號+) 2TX-Tranceive Data- (發(fā)信號-) 3RX+Receive Data+ (收信號+) 4n/cNot connected (空腳) 5n/cNot connected (空腳) 6RX-Receive Data- (收信

35、號-) 7n/cNot connected (空腳) 8n/cNot connected (空腳) 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù) 根據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型，當(dāng)數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，經(jīng)過通信 信道傳輸，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)到達信宿 端后，接收的信號實際上是數(shù)據(jù)信號和噪聲信號的疊加。 接收端在取樣時鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)閾值電平判斷 信號電平。如果噪聲對信號的影響非常大時，就會造成數(shù) 據(jù)的傳輸錯誤。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 差錯產(chǎn)生的原因差錯產(chǎn)生的原因 在通信過程中出現(xiàn)的傳輸差錯，是由隨機差錯和突發(fā)差錯 共同構(gòu)成的，而造成差錯可能的原因包括： 在數(shù)據(jù)通信中，信號在物理信道上的線路本身

36、的電氣 特性隨機產(chǎn)生的信號幅度、頻率、相位的畸形和衰減 ； 電氣信號在線路上產(chǎn)生反射噪聲的回波效應(yīng)； 相鄰線路之間的串線干擾； 大氣中的閃電、電源開關(guān)的通斷、自然界磁場的變化 以及電源的波動等外界因素。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 差錯的控制差錯的控制 目前差錯控制常采用冗余編碼方案，檢測和糾正信息傳輸 中產(chǎn)生的錯誤。 冗余編碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時按照所 使用的某種差錯編碼規(guī)則加上控制碼（冗余碼），當(dāng)信息 到達接收端后，再按照相應(yīng)的校驗規(guī)則檢驗收到的信息是 否正確。 差錯編碼主要分為差錯檢測編碼和差錯糾錯編碼兩種。 其中差錯檢測編碼主要有奇偶校驗碼和CRC循環(huán)冗余碼。 差錯糾錯編碼主要有

37、漢明碼和卷積碼等。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 奇偶校驗有兩種類型：偶校驗與奇校驗。選擇偶校驗時， 如果一組給定數(shù)據(jù)位中 1 的個數(shù)是奇數(shù)，那么校驗位就置 為1，從而使得總的 1 的個數(shù)是偶數(shù)。如果給定一組數(shù)據(jù) 位中 1 的個數(shù)是偶數(shù)，那么校驗位就置為0，使得總的 1 的個數(shù)還是偶數(shù)。奇校驗原理和偶校驗一樣，只是湊出1 的個數(shù)必須是奇數(shù)。接收機接收數(shù)據(jù)后重新計算收到字符 的奇偶性，并確定該字符是否出現(xiàn)傳輸差錯。 奇偶校驗只能發(fā)現(xiàn)單個比特差錯，如果有兩個或兩個以上 比特出錯，奇偶校驗位無效。異步傳輸和面向字符的同步 傳輸均采用奇偶校驗技術(shù)。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼CR

38、C 循環(huán)冗余碼校驗英文名稱為Cyclical Redundancy Check，簡稱CRC。它是利用除法及余數(shù)的原理來作錯誤 偵測（Error Detecting）的。它將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列 當(dāng)作一個多項式f(x)的系數(shù)，發(fā)送時用雙方預(yù)先約定的生 成多項式G(x)去除，求得一個余數(shù)，將余數(shù)加到數(shù)據(jù)之后 發(fā)送到接收端，接收端同樣用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，進 行計算，然后把計算結(jié)果和實際接收到的余數(shù)進行比較， 相同的話表示傳輸正確。CRC校驗檢錯能力強，容易實現(xiàn) ，是目前應(yīng)用最廣的檢錯碼編碼方式之一。 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 在國際標(biāo)準中，根據(jù)生成多項式G(x)的不同，CRC又可分 為以下幾種標(biāo)準：

39、 CRC-12碼: G(x)=X12+X11+X3+X2+X+1(即除數(shù)為 1100000001111) CRC-16碼: G(x)=X16+X15+X2+1 CRC-CCITT碼: G(x)=X16+X12+X5+1 CRC-32碼： G(x)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+ X5+X4+X2+X1+X+1 CRC-12碼通常用來傳送6-bit字符串，CRC-16及CRC- CCITT碼則用是來傳送8-bit字符，其中CRC-16為美國采 用，而CRC-CCITT為歐洲國家所采用。CRC-32碼大都被 采用在一種稱為Point-to-Point的

40、同步傳輸中。目前最常用 的是CRC-16碼。 現(xiàn)場總線 什么是現(xiàn)場總線？ 現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表 與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行 、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線與串口通信協(xié)議的異同 現(xiàn)場總線是在串口通信基礎(chǔ)上建立起來的，很多現(xiàn)場總線 是以RS485為基礎(chǔ)的。但現(xiàn)場總線并不等同于RS232、 RS485。 RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如 果要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序 ，程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備 網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過2臺，就必須使用RS485做通訊 介質(zhì)，RS

41、485網(wǎng)只能進行主從通信，即只允許存在一個主 設(shè)備，其余全部是從設(shè)備。 現(xiàn)場總線是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支 持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題 。現(xiàn)場總線設(shè)備自動成網(wǎng)，無主/從設(shè)備之分或允許多主 存在。在同一個層次上不同廠家的產(chǎn)品可以互換。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 （1）增強了現(xiàn)場級信息集成能力 現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的 滿足工廠自動化系統(tǒng)的信息集成要求?，F(xiàn)場總線是數(shù)字化 通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?-20mA信號，還可實現(xiàn)設(shè)備狀 態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制，還可完 成遠程參數(shù)化工作。 （2）開放式、互操作性、互換性、

42、可集成性 不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標(biāo)準，就具有互操作性 、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式 ，允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù)，如控制算法、工 藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 （3）系統(tǒng)可靠性高、可維護性好 基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代 一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由接 線點造成的不可靠因素。同時，系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在 線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參 數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護性。 （4）降低了系統(tǒng)及工程成本 對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說，省去了大量

43、 的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費用，降低了系統(tǒng)及工 程成本。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 （3）系統(tǒng)可靠性高、可維護性好 基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代 一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由接 線點造成的不可靠因素。同時，系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在 線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參 數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護性。 （4）降低了系統(tǒng)及工程成本 對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說，省去了大量 的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費用，降低了系統(tǒng)及工 程成本。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 1）PROFIBUS現(xiàn)場總線 1996年3

44、月15日批準為歐洲標(biāo)準，即DIN 50170 V.2。 PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，市場份額占 歐洲首位，年增長率25%。目前支持PROFIBUS標(biāo)準的產(chǎn) 品超過1500多種，分別來自國際上250多個生產(chǎn)廠家。 PROFIBUS主要應(yīng)用領(lǐng)域有：制造業(yè)自動化：汽車制造（ 機器人、裝配線、沖壓線等）、造紙、紡織。過程控制自 動化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。電力：發(fā)電、輸 配電。樓宇：空調(diào)、風(fēng)機、照明。鐵路交通：信號系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 2）FF現(xiàn)場總線 1994年由ISP 基金會和World FIP(北美)兩大集團 合并成立FF基金會，其宗旨在于開發(fā)出符合IEC

45、和ISO標(biāo)準的、唯一的國際現(xiàn)場總線（Fundation Fieldbus）。 FF現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過程自動化為主。如： 化工、電力、廢水處理、油田等行業(yè)。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 3） LONWORKS總線 LONWORKS現(xiàn)場總線全稱為LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，希望推出 能夠適合各種現(xiàn)場總線應(yīng)用場合的測控網(wǎng)絡(luò)。目 前LONGWORKS應(yīng)用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控 制、樓宇自動化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國 內(nèi)主要應(yīng)用于樓宇自動化方面。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 4） CANBUS現(xiàn)場總線 CANBUS現(xiàn)場總線已由ISO/TC22技術(shù)委員會批準 為

46、國際標(biāo)準IOS 11898（通信速率小于1Mbps） 和ISO 11519（通信速率小于125Kbps）。 CANBUS主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車制造、公共交通車 輛、機器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯 、醫(yī)療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有 所應(yīng)用。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 6） P-NET現(xiàn)場總線 P-NET現(xiàn)場總線籌建于1983年。1984年推出采用多 重主站現(xiàn)場總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了 多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重 接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標(biāo)準成為開放式的完整標(biāo)準，成 為丹麥的國家標(biāo)準。1996年成為歐洲總線標(biāo)準的一部分（

47、EN 50170 V.1）。1997年組建國際P-NET用戶組織，現(xiàn) 有企業(yè)會員近百家，總部設(shè)在丹麥的Siekeborg，并在德 國、英國、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。P- NET現(xiàn)場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括 石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè) 等應(yīng)用領(lǐng)域。 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線種類： 6） P-NET現(xiàn)場總線 P-NET現(xiàn)場總線籌建于1983年。1984年推出采用多 重主站現(xiàn)場總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了 多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重 接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標(biāo)準成為開放式的完整標(biāo)準，成 為丹麥的國

48、家標(biāo)準。1996年成為歐洲總線標(biāo)準的一部分（ EN 50170 V.1）。1997年組建國際P-NET用戶組織，現(xiàn) 有企業(yè)會員近百家，總部設(shè)在丹麥的Siekeborg，并在德 國、英國、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。P- NET現(xiàn)場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括 石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè) 等應(yīng)用領(lǐng)域。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS現(xiàn)場總線 PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和 現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？?實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制 和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和 現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方

49、案。 PROFIBUS由三個兼容部分組成，即： PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery） PROFIBUS-PA(Process Automation) PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于 設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用 PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號傳 輸。PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送 。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從 站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比主站（ PLC）程序循環(huán)

50、時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸 外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需 的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。 現(xiàn)場總線 PROFIBUSPA主要用于流程工業(yè)自動化領(lǐng)域。 它將自動化系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)與設(shè)備（如壓力 、溫度和液位變送器等）通過總線連接起來，并 解決它們之間的通信任務(wù)。PA采用IEC11582傳 輸技術(shù)，現(xiàn)場設(shè)備由總線供電，具有本質(zhì)安全特 性。可用于有爆炸危險的區(qū)域。使用PROFIBUS PA可取代現(xiàn)行的420mA的模擬技術(shù)。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS-FMS：主要用于車間（或單元）級的 通信網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。由 于這一級處在工廠自動化系統(tǒng)的中間

51、層，起承上 啟下的作用，因此在這一級高性能的功能要求遠 比系統(tǒng)的快速反應(yīng)更為重要，通信的實時性要求 低于現(xiàn)場層。FMS除解決智能現(xiàn)場設(shè)備（如PLC 、PC、MMI等）之間的通信任務(wù)外，還提供了大 量的、強有力的管理和服務(wù)功能，以適應(yīng)各種應(yīng) 用需要。它也用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS傳輸技術(shù)： 用于DP和FMS的RS485傳輸。 用于PA的IEC1158-2傳輸。 光纖 現(xiàn)場總線 用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù) 由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線 訪問協(xié)議，因而這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作。 RS-485傳輸技術(shù)基本特征： 網(wǎng)絡(luò)拓撲：線性總

52、線，兩端有有源的總線終端電阻。 傳輸速率：9.6K bit/s12M bit/s。 介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（ EMC）。 站點數(shù)：每分段32個站（不帶中繼），可多到127個站（ 帶中繼）。 插頭連接：最好使用9針D型插頭。 現(xiàn)場總線 RS-485傳輸設(shè)備安裝要點： （1） 全部設(shè)備均與總線連接。 （2） 每個分段上最多可接32個站（主站或從站）。 （3） 每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作 運行不發(fā)生誤差。兩個總線終端電阻必須永遠有電源。 現(xiàn)場總線 RS-485傳輸設(shè)備安裝要點： （4） 當(dāng)分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各 總線段。串聯(lián)的中繼器一般

53、不超過3個。 現(xiàn)場總線 RS-485傳輸設(shè)備安裝要點： （5）電纜最大長度取決于傳輸速率。如使用A型電纜，則傳 輸速率與長度如下表： 波特率（K bit/s）96192937518755001500 12000 距離/段（M） 1200120012001000400200100 現(xiàn)場總線 RS-485傳輸設(shè)備安裝要點： （6） RS-485的傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針 D型插頭。 （7） 當(dāng)連接各站時，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在 高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應(yīng)使用帶屛蔽的電纜，屏蔽可提高 電磁兼容性（EMC）。 （8）如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護接地連 接，并通過盡可能的大

54、面積屏蔽接線來覆蓋，以保持良好 的傳導(dǎo)性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。 （9）超過500Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時應(yīng)避免使用短截 線段，應(yīng)使用市場上現(xiàn)有的插頭，可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電 纜直接與插頭連接，而且總線插頭可在任何時候接通或斷 開而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS總線存取協(xié)議 (1) 三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總 線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈 路層）來實現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié) 議和報文處理。 (2) 在PROFIBUS中，第二層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層 （Fieldbus Data Link

55、FDL）。介質(zhì)存取控制（Medium Access ControlMAC）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC 必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS總線存取協(xié)議 (3) PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基 本要求： 在復(fù)雜的自動化系統(tǒng)（主站）間的通信，必須保證在確切 限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成 通信任務(wù)。 在復(fù)雜的程序控制器和簡單的I/O設(shè)備（從站）間通信， 應(yīng)盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。 因此，PROFIBUS總線存取協(xié)議，主站之間采用令牌傳 送方式，主站與從站之間采用主從輪詢方式。 現(xiàn)場總線 PROFIBUS

56、總線存取協(xié)議 (4) 令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi) 得到總線存取權(quán)（令牌）。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅 在各主站之間進行。 (5) 主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均 可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統(tǒng)配 置： 純主從系統(tǒng) 純主主系統(tǒng) 混合系統(tǒng) 現(xiàn)場總線 PROFIBUS總線存取協(xié)議 (6) 下圖是一個由3個主站、7個從站構(gòu)成的PROFIBUS系 統(tǒng)。3個主站之間構(gòu)成令牌邏輯環(huán)。當(dāng)某主站得到令牌報 文后，該主站可在一定時間內(nèi)執(zhí)行主站工作。在這段時間 內(nèi)，它可依照主從通訊關(guān)系表與所有從站通信，也可依 照主主通訊關(guān)系表與所有主站通信。 工業(yè)以太網(wǎng)

57、工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)遵循IEEE 802.3標(biāo)準，提供了針對制造業(yè)控制 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準。該技術(shù)基于工業(yè)標(biāo)準，利 用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和 實效性，最大限度地滿足了用戶和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè) 以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實效、高擴展性及高智能的 魅力，吸引著越來越多的工業(yè)用戶。 工業(yè)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)類型 目前的以太網(wǎng)按照傳輸速率大致分為以下四種： 1）10Base-T 以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)是銅軸電纜，傳輸速率 為10Mbit/s； 2） 100Base-T快速以太網(wǎng)傳輸速率為100Mbit/s，采 用光纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)，兼容10Base-T 以太網(wǎng)； 3）Gi

58、gabit 以太網(wǎng)擴展的以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸速率為 1Gbit/s,采用光纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)，基于當(dāng)前的以 太網(wǎng)標(biāo)準，兼容10Mbit/s以太網(wǎng)和100Mbit/s以太網(wǎng)的交換 機和路由器設(shè)備； 4）10 Gigabit 以太網(wǎng)2002年6月發(fā)布，是一種速度更 快的以太網(wǎng)技術(shù)。支持智能以太網(wǎng)服務(wù)，是未來廣域網(wǎng)（ WANWide Area Network）和城域網(wǎng)（MAN Metropolitan Area Network）的寬帶解決方案。 工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的比較工業(yè)以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的比較 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是普通以太網(wǎng)技術(shù)在控制網(wǎng)絡(luò)延伸的產(chǎn)物 ，前者源于后者但不同與前者。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)辦公室網(wǎng) 絡(luò)相比，有一些不同之處。 工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)現(xiàn)場對工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的要求包括： 1)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣 體的存在，要求工業(yè)級的產(chǎn)品具有氣候環(huán)境適應(yīng)性，并要 求耐腐蝕、防塵和防水。 2)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需