第5章DCS的通信及網(wǎng)絡(luò)

1、信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系DCS及現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線2022-6-191第第5章章 DCS數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-192信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-193源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)公共電話網(wǎng)發(fā)送器源點(diǎn)PC機(jī)接收器傳輸系統(tǒng)終點(diǎn)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1942 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-195v1與與 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-196接收端接收端01010001543217860101001054321786信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-197信

2、息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-198信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-199發(fā)送發(fā)送（a）接收接收單向通道單向通道雙向通道雙向通道雙向通道雙向通道發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送接收接收接收接收接收接收接收接收（b）（c）信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1910數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)1(a)調(diào)幅調(diào)幅1110000信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1911 0.920.90.280.30.560.61.081.11.521.51.50.130.10.270.30.70.50.30.101.11.30.9D5D4D3D2D1D7D6樣樣本本量化級(jí)量化級(jí)編碼編碼脈沖編碼脈沖編碼

3、D130011 D230011 D360110 D4111011 D5151111 D691001 D710001 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1912二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)1(a) NRZ碼碼(b) Manchester編碼編碼(c) 差分差分Manchester編碼編碼0010100110信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1913。 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1914。時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用器器時(shí)間時(shí)間112211333333322222時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用器器111信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1915信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-

4、1916信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1917信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1918信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-191910100111010首部首部首部首部首部首部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送在前發(fā)送在前00101001110報(bào)文報(bào)文分組分組分組分組分組分組信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1920信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1921 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1922信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1923 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1924信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1925 信息與控制工程

5、學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1926信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1927信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1928信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1929信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1930信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1931信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1932信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1933 主機(jī)主機(jī)表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層傳輸層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)主機(jī)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層傳輸層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)

6、絡(luò)層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層表示層協(xié)議表示層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議物理層協(xié)議物理層協(xié)議傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1934信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1935信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1936主機(jī)A質(zhì)表示層應(yīng)用層物理層進(jìn)程a理傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)層物介DU主機(jī)B進(jìn)程bDUPDUAPDUPPDUSPDUTPDUNBitsHAHSHPHTHNHDTD表示層應(yīng)用層物理層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)層信息與控

7、制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1937信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1938信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1939信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1940v3總線型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1941 絕緣層絕緣層聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層銅芯銅芯聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層絕緣層絕緣層銅芯銅芯屏蔽層屏蔽層（a）（b）信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1942同軸電纜分類：同軸電纜分類：v(1) 基帶同軸電纜（基帶同軸電纜（50同軸電纜），基帶同軸電纜專門用于數(shù)字同軸電纜），基帶同軸電纜專門用于數(shù)字傳輸，其傳輸速率可達(dá)傳輸，其傳輸速率可達(dá)

8、10Mbps 。v(2) 寬帶同軸電纜（寬帶同軸電纜（75同軸電纜），寬帶同軸電纜既可用于模擬同軸電纜），寬帶同軸電纜既可用于模擬傳輸（如視頻信號(hào)傳輸），也可用于數(shù)字傳輸，當(dāng)用于數(shù)字傳輸時(shí)，傳輸（如視頻信號(hào)傳輸），也可用于數(shù)字傳輸，當(dāng)用于數(shù)字傳輸時(shí)，其傳輸速率可達(dá)其傳輸速率可達(dá)50Mbps。v同軸電纜具有較高傳輸通頻帶、較低傳輸損耗、較強(qiáng)抗干擾能力等同軸電纜具有較高傳輸通頻帶、較低傳輸損耗、較強(qiáng)抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)銅芯銅芯絕緣層絕緣層絕緣保護(hù)套層絕緣保護(hù)套層外導(dǎo)體屏蔽層外導(dǎo)體屏蔽層信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1943v由光導(dǎo)纖維組成的可進(jìn)行光信號(hào)傳輸?shù)男滦屯ㄐ沤橘|(zhì)。由光導(dǎo)纖維組成的

9、可進(jìn)行光信號(hào)傳輸?shù)男滦屯ㄐ沤橘|(zhì)。v光纖以光的光纖以光的“有有”和和“無無”形成形成“1”和和“0”二進(jìn)制信息，以二進(jìn)制信息，以光脈沖形式進(jìn)行信息傳輸。光脈沖形式進(jìn)行信息傳輸。光纖通信的特點(diǎn)光纖通信的特點(diǎn): :1 1）傳輸信號(hào)頻帶寬、通信容量大、信號(hào)衰減小、傳輸距離長、抗干擾能）傳輸信號(hào)頻帶寬、通信容量大、信號(hào)衰減小、傳輸距離長、抗干擾能力強(qiáng)。力強(qiáng)。2 2）光纖有著非常高的數(shù)據(jù)傳輸率（）光纖有著非常高的數(shù)據(jù)傳輸率（Gb/sGb/s）和極低的誤碼率（）和極低的誤碼率（10-1010-10）。）。3 3）原材料資源豐富。）原材料資源豐富。4 4）抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，適用于一些特殊環(huán)境下的布線。）抗化學(xué)

10、腐蝕能力強(qiáng)，適用于一些特殊環(huán)境下的布線。銅芯銅芯絕緣層絕緣層包帶層包帶層外導(dǎo)體屏蔽層外導(dǎo)體屏蔽層加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯填充物填充物光纖及其包層光纖及其包層遠(yuǎn)供電線遠(yuǎn)供電線外套外套信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1944 介質(zhì)介質(zhì) 項(xiàng)目項(xiàng)目雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜光纜光纜傳輸介質(zhì)價(jià)格傳輸介質(zhì)價(jià)格較低較低較高較高較高較高連接件價(jià)格連接件價(jià)格低低較低較低高高標(biāo)準(zhǔn)化程度標(biāo)準(zhǔn)化程度高高較高較高低低連接連接簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單需專用連接器需專用連接器需復(fù)雜連接器件和連接工藝需復(fù)雜連接器件和連接工藝敷設(shè)敷設(shè)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單稍復(fù)雜稍復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單抗干擾能力抗干擾能力較好較好很好很好特別好特別好環(huán)境的適應(yīng)性環(huán)境的適應(yīng)性較好較好較好

11、較好特別好特別好適用網(wǎng)絡(luò)類型適用網(wǎng)絡(luò)類型環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)總線型或環(huán)形網(wǎng)總線型或環(huán)形網(wǎng)目前多用于環(huán)形網(wǎng)目前多用于環(huán)形網(wǎng)信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1945v4 4 無線電波無線電波 電磁波頻譜電磁波頻譜10KHz10KHz1GHz1GHz之間為無線電頻率，在工業(yè)過程控制之間為無線電頻率，在工業(yè)過程控制領(lǐng)域主要是傳輸頻率在領(lǐng)域主要是傳輸頻率在2.4GHz2.4GHz的工業(yè)頻段，其傳輸距離較短，所的工業(yè)頻段，其傳輸距離較短，所需的功率較低。需的功率較低。v5 5 微波微波 微波可穿透電離層進(jìn)入宇宙空間，不能靠電離層反射來進(jìn)行傳微波可穿透電離層進(jìn)入宇宙空間，不能靠電離層反射來進(jìn)行傳播，靠微波接

12、力或是衛(wèi)星轉(zhuǎn)播進(jìn)行微波接力，傳播距離一般在播，靠微波接力或是衛(wèi)星轉(zhuǎn)播進(jìn)行微波接力，傳播距離一般在50km50km左右，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播，須在兩個(gè)通信終端間建立中繼站。左右，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播，須在兩個(gè)通信終端間建立中繼站。v6 6 紅外紅外 采用光發(fā)射二極管、激光二極管來進(jìn)行站與站之間的數(shù)據(jù)交換。采用光發(fā)射二極管、激光二極管來進(jìn)行站與站之間的數(shù)據(jù)交換。紅外設(shè)備發(fā)出的光，一般只包含電磁波或小范圍電磁頻譜中的光紅外設(shè)備發(fā)出的光，一般只包含電磁波或小范圍電磁頻譜中的光子。傳輸信號(hào)可以直接或經(jīng)過墻面、天花板反射后，被接收裝置子。傳輸信號(hào)可以直接或經(jīng)過墻面、天花板反射后，被接收裝置收到。收到。信息與控制工

13、程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-19461 1、物理層互連設(shè)備、物理層互連設(shè)備 中繼器（中繼器（RepeaterRepeater） 把接收到的弱信號(hào)分離，并再生放大。把接收到的弱信號(hào)分離，并再生放大。 集線器（集線器（HubHub） 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)間的中央節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)間的中央節(jié)點(diǎn) 。2 2、數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備 v網(wǎng)橋（網(wǎng)橋（BridgeBridge） 局域網(wǎng)間的橋梁，屬于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，作用是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和通信手段，局域網(wǎng)間的橋梁，屬于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，作用是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和通信手段，v交換器（交換器（SwitchSwitch） 新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過交換設(shè)備提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過交換

14、設(shè)備提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。3 3、網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備 v路由器（路由器（RouterRouter）v工作在網(wǎng)橋的上一層，因此，路由器的功能比網(wǎng)橋更強(qiáng)。除了具有網(wǎng)橋的全部功能工作在網(wǎng)橋的上一層，因此，路由器的功能比網(wǎng)橋更強(qiáng)。除了具有網(wǎng)橋的全部功能外，還具有路徑選擇功能。外，還具有路徑選擇功能。 4 4、應(yīng)用層互連設(shè)備、應(yīng)用層互連設(shè)備v網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)關(guān)（GatewayGateway） 當(dāng)連接不同類型而協(xié)議差別又較大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要選網(wǎng)關(guān)設(shè)備。其功能體現(xiàn)在當(dāng)連接不同類型而協(xié)議差別又較大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要選網(wǎng)關(guān)設(shè)備。其功能體現(xiàn)在OSIOSI模模型最高層，它將協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)重新分組，以便在兩個(gè)不同類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之型最高層，它將協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)重新分組，以便在兩個(gè)不同類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。間進(jìn)行通信。 信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1947信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1948信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1949信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系2022-6-1950操作員站操作員站工程師站工程師站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信在運(yùn)行監(jiān)控軟件在運(yùn)行監(jiān)控軟件的控制網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上，的控制網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上，其軟件層次結(jié)構(gòu)其軟件層次結(jié)構(gòu)如右圖如右圖運(yùn)運(yùn)行行監(jiān)監(jiān)控控節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)OPC客戶端客戶端監(jiān)控平臺(tái)