分散型測控網(wǎng)絡技術

分散型測控網(wǎng)絡技術第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術7.1.1網(wǎng)絡拓撲結構7.1.2介質訪問控制技術7.1.3信息交換技術7.1.4差錯控制技術第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1

網(wǎng)絡拓撲結構網(wǎng)絡中互連的點稱為節(jié)點或站，節(jié)點間的物理連接結構稱為拓撲。1星形結構2環(huán)形結構3總線形4樹形結構7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡拓撲結構7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術星形結構環(huán)形結構樹形結構總線形結構第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1星形結構①網(wǎng)絡結構簡單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易；②網(wǎng)絡延遲時間短，傳輸錯誤率低；③網(wǎng)絡可靠性低，一旦中央結點出現(xiàn)故障，將會導致全網(wǎng)癱瘓；④網(wǎng)絡資源大部分在外圍結點，相互之間必須經(jīng)過中央結點中轉才能傳送信息；⑤通信線路都是專用線路，利用率不高，網(wǎng)絡成本較高。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2環(huán)形結構①信息流在網(wǎng)絡中沿著固定的方向流動，故兩個結點之間僅有唯一的通路，簡化了路徑的選擇控制；②環(huán)路中的每個結點的收發(fā)信息均有環(huán)接口控制，控制軟件較簡單；③環(huán)路中，當某一結點故障時，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性；④環(huán)路接口其結點數(shù)的增加將會影響信息的傳輸效率，故擴展受到一定的限制。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3總線形①網(wǎng)絡結構簡單靈活，擴展方便；②可靠性高，網(wǎng)絡響應速度快；③網(wǎng)絡共享資源能力強，便于廣播式工作；④設備少，價格低，安裝使用方便；⑤由于共用一條總線，因此總線上的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用在實時性要求高的場合。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4樹形結構樹形結構是分層結構，適用于分級管理和控制系統(tǒng)。與星形結構比，由于通信線路總長度短，故聯(lián)網(wǎng)成本低，易于維護和擴展，但較星形結構復雜。網(wǎng)絡中除了葉結點及其連線外，任一結點或連線的故障均影響其所在支路的正常工作。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2介質訪問控制技術1沖突檢測的載波偵聽多路訪問2令牌環(huán)（TokenRing）3令牌總線（TokenRingBus）7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1沖突檢測的載波偵聽多路訪問又稱為隨機訪問技術或爭用技術。主要用于總線形和樹形網(wǎng)絡結構。

工作原理存在的兩個問題特點7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1沖突檢測的載波偵聽多路訪問當某一結點要發(fā)送信息時，首先要偵聽網(wǎng)絡中有無其他結點正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送，否則，就等待一定時間，再偵聽，直至信道有了空閑，開始發(fā)送。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1沖突檢測的載波偵聽多路訪問問題①信道被占用時等待時間的確定問題。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術確定等待時間的方法：a：當某結點檢測到信道被占用后，繼續(xù)檢測下去，待發(fā)現(xiàn)信道空閑時，立即發(fā)送；b：當某點檢測到信道被占用后，就延遲一個隨機的時間，然后再檢測。直到空閑。第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1沖突檢測的載波偵聽多路訪問問題②信息沖突問題。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術當某個結點占用信道發(fā)送信息后，它會繼續(xù)對網(wǎng)絡檢測，也就是它會一邊發(fā)送一邊接收，且把發(fā)送的信息與收到的信息比較，看結果是否相同，如相同，說明發(fā)送正常，可以繼續(xù)；如不同，則說明還有其他結點在發(fā)送信息，數(shù)據(jù)混亂，立即停止發(fā)送。第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1沖突檢測的載波偵聽多路訪問7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術特點：原理簡單，技術上容易實現(xiàn)。各結點處于平等的地位，無需集中控制，但不能提供優(yōu)先級控制。在網(wǎng)絡負載不重的情況下，有較高的效率，但當網(wǎng)絡負載增大時，發(fā)送信息等待時間長，效率顯著降低。第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2令牌環(huán)（TokenRing）工作原理特點全稱令牌通行環(huán)（TokenPassingRing），適用于環(huán)形結構。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2令牌環(huán)（TokenRing）工作原理：令牌是控制標志，網(wǎng)中只設一張令牌，只有獲得令牌的結點才能發(fā)送信息，發(fā)送完后，令牌又傳給相鄰的另一結點。傳送方法：令牌依次沿每個結點傳送，使每個結點都有平等發(fā)送信息的機會。令牌有“空，忙”兩個狀態(tài)，空表示令牌沒有被占用，當空的令牌被傳送至正在等待發(fā)送信息的結點時，該結點就立即發(fā)送信息并置令牌為忙的狀態(tài)，其所發(fā)信息繞環(huán)一周，并由發(fā)送結點清除，忙令牌又變?yōu)榭諣顟B(tài)，繞環(huán)傳送令牌，直到下一個結點獲得。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2令牌環(huán)（TokenRing）特點：優(yōu)點是能提供可調整的訪問控制方式，能提供優(yōu)先權服務，有較強的實時性。缺點是需要對令牌進行維護，控制電路復雜。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3令牌總線（TokenRingBus）工作原理特點主要用于總線形和樹形網(wǎng)絡結構。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3令牌總線（TokenRingBus）工作原理：受令牌環(huán)的影響，它把總線或樹形傳輸介質上的各個結點形成一個邏輯環(huán)，即人為的給各個結點規(guī)定一個順序。信息可以雙向傳送，任何結點都可以聽到其他結點發(fā)送的信息。工作原理同令牌環(huán)。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3令牌總線（TokenRingBus）吞吐能力大，隨數(shù)據(jù)傳輸速率的提高而增加；7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術控制功能不隨電纜線長度的增加而減弱；不需沖突檢測；具有一定的實時性；節(jié)點獲得令牌的時間開銷大，一般一個節(jié)點要等待多次無效的令牌傳送后才能獲得令牌。第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3信息交換技術1線路交換（CircuitSwitching）2報文交換（MessageSwitching）3分組交換（PacketSwitching）7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1線路交換（CircuitSwitching）工作原理：線路交換是指通過網(wǎng)絡中的結點在兩個站之間建立一條專用的物理通道進行數(shù)據(jù)傳送，傳送結束后再拆除線路。

特點：由于建立了一條專用的線路，所以報文傳送的實時性好，各結點的延時小。但，一旦建立連接，即使沒有數(shù)據(jù)傳送，別的站也不能利用線路上的結點，利用率低。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2報文交換（MessageSwitching）工作原理：如果某站要發(fā)送報文，它把目的站名附加在報文上，然后把報文交給結點傳送。傳送過程中，結點接收整個報文，并暫存這個報文，然后發(fā)送到下個結點，直到目的站。

特點：線路的利用率高，許多報文可以分時共享一條結點到結點的線路。并能把一個報文發(fā)送到多個目的站，只需把目的站名附加到報文上。由于報文要在結點排隊等待，延長了報文到達目的站的時間。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3分組交換（PacketSwitching）工作原理：結合了線路交換和報文交換的優(yōu)點。首先將報文分成若干段，每段附加上所需的控制信息，經(jīng)不同的路徑分別傳送到目的站后，再拼裝成完整的報文。分為數(shù)據(jù)報方法和虛電路方法。

7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.4差錯控制技術在通信線路上傳輸信息時，往往由于各種干擾，使接收端收到信息出現(xiàn)錯誤。提高傳輸質量的方法有兩種：第一種方法是改善傳輸通道的電性能，使誤碼率降低（硬件）；第二種方法是接收端檢驗出錯誤后，自動糾正錯誤，或讓發(fā)送端重新發(fā)送，直至接收到正確的信息為止。稱為差錯控制技術。7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.4差錯控制技術差錯控制技術包括檢驗錯誤和糾正錯誤。1檢驗錯誤方法2糾錯方式

奇偶校驗循環(huán)冗余校驗重發(fā)糾錯自動糾錯混合糾錯方式7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月奇偶校驗7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術是一個字符校驗一次，在每個字符的最高位之后附加一個奇偶校驗位。通常用一個字節(jié)（）來表示，其中為字符碼位，而最高位為校驗位。這個校驗位可為0或1，以便保證整個字節(jié)中為1的位數(shù)是奇數(shù)（稱奇校驗）或偶數(shù)（稱偶校驗）。發(fā)送端按照奇或偶校驗的原則編碼后，以字節(jié)為單位發(fā)送，接收端則也按照同樣的原則檢查收到的每個字節(jié)中1的位數(shù)。如果與發(fā)送端中1的位數(shù)相同，則傳輸正確，否則，則傳輸錯誤。

第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)冗余校驗7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術

其原理是發(fā)送端發(fā)出的信息由基本的信息位和CRC校驗位兩部分組成。發(fā)送端首先發(fā)送基本的信息位，與此同時，CRC校驗位生成器根據(jù)一定的原則生成CRC校驗位并緊跟著基本的信息位發(fā)送。接收端在接收基本信息位的同時，CRC校驗器根據(jù)相同的原則來生成一個數(shù)據(jù)，然后把它與接收到的CRC校驗位相比較，如果相同，則傳輸正確，否則傳輸錯誤。第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月重發(fā)糾錯7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術發(fā)送端發(fā)送能夠檢錯的信息碼（如奇偶校驗碼），接收端根據(jù)該碼的編碼規(guī)則，判斷傳輸中有無錯誤，并把判斷結果反饋給發(fā)送端。如果傳輸錯誤，則再次發(fā)送，直到接收端任務正確為止。第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月自動糾錯7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術發(fā)送端發(fā)送能夠糾錯的信息碼，而不僅僅是檢錯的信息碼。接收端收到該碼后，通過譯碼不僅能自動的發(fā)現(xiàn)錯誤，而且能自動的糾正傳輸中的錯誤。但是，糾錯的位數(shù)有限，為了糾正比較多的錯誤，則要求附加的冗余碼將比基本信息碼多，因而傳輸效率低，譯碼設備也比較復雜。第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月混合糾錯方式7.1工業(yè)網(wǎng)絡技術上述兩種方式的綜合，發(fā)送端發(fā)送的信息不僅能發(fā)現(xiàn)錯誤，而且有一定的糾錯能力。接收端收到該碼后，如果錯誤位數(shù)在糾錯能力以內，則自動的進行糾錯，如果錯誤多，則接收端要求發(fā)送端重發(fā)，直到正確為止。第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）分散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）。系統(tǒng)分成了3級，采用了4C技術。以計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）為目標，采用分散控制、集中管理、分而自治的設計原則。7.2.1DCS概述7.2.2DCS的分散過程控制級7.2.3DCS的集中操作監(jiān)控級7.2.4DCS的綜合信息管理級第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1DCS概述(1)1975，美國HoneyWell公司，推出世界上第一套分散型控制系統(tǒng)。DCS的體系結構分散過程控制級，集中操作監(jiān)控級，綜合信息管理級。7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1DCS概述(1)7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.1DCS概述(2)DCS的特點（1）硬件積木化（2）軟件模塊化（3）控制系統(tǒng)組態(tài)（4）通信網(wǎng)絡的應用（5）高可靠性典型的DCS(1)日本橫河電機公司CENTUM-XL(2)日本山武－霍尼威爾TDCS-2000/3000(3)美國FoxboroSPECTRUM(4)德國西門子TELEPERM7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2DCS的分散過程控制級1面向對象及完成功能：

直接面向生產(chǎn)過程的，是DCS的基礎，它直接完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集，調節(jié)控制，順序控制等功能，其過程輸入信息是面向傳感器的信號，如熱電偶，熱電阻，變送器（溫度，壓力，液位，流量等）及開關量信號，其輸出是驅動執(zhí)行機構（調節(jié)閥，電磁閥）。并能與集中操作監(jiān)控級進行數(shù)據(jù)通信，接收顯示操作站下傳加載的參數(shù)和作業(yè)命令，以及將現(xiàn)場工作情況信息整理后向顯示操作站匯報。

7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2DCS的分散過程控制級2組成設備：（1）現(xiàn)場控制站（工業(yè)控制機）（2）智能調節(jié)器（3）PLC7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3DCS的集中操作監(jiān)控級1面向對象及完成功能：這一級以操作監(jiān)視為主要任務，兼有部分管理功能。這一級是面向操作員和控制系統(tǒng)工程師的，因而這一級配備有技術手段齊備，功能強的計算機系統(tǒng)以及各類外部抓裝置，特別是CRT顯示器和鍵盤，以及需要較大存儲容量的硬盤或軟盤支持，另外還需要功能強大的軟件支持，確保工程師和操作員對系統(tǒng)進行組態(tài)，監(jiān)視和操作，對生產(chǎn)過程實行高級控制策略，故障診斷，質量評估。7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3DCS的集中操作監(jiān)控級2顯示操作站的構成：監(jiān)控計算機：功能強，速度快，記錄數(shù)據(jù)量大。鍵盤：操作員鍵盤（觸摸屏），工程師鍵盤。CRT顯示器：打印機：兩臺，一臺用于生產(chǎn)記錄報表和報警列表打印，行式打印機，一臺用來打印流程畫面，彩色打印機。3顯示操作站的功能：顯示操作站是信息集中分配中心，也是顯示操作的中心。具有控制系統(tǒng)的生成，組態(tài)，集中監(jiān)視操作，報警，顯示，報表，通信等功能。分為操作員功能和工程師功能。7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4DCS的綜合信息管理級1面向對象及完成功能：這一級由管理計算機，辦公自動化系統(tǒng)，工廠自動化系統(tǒng)構成，從而實現(xiàn)整個企業(yè)的綜合信息管理，主要包括生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理。實際上是一個管理信息系統(tǒng)（MIS:ManagementInformationSystem），借助于自動化數(shù)據(jù)處理手段進行管理的系統(tǒng)。

7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4DCS的綜合信息管理級MIS的組成及功能：

MIS應向用戶提供信息，以便改進決策能力和提高效率，這意味著信息是MIS最主要的資源。由MIS實現(xiàn)生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理。進行市場預測，經(jīng)濟信息分析，原材料庫存情況，生產(chǎn)進度，工藝流程及工藝參數(shù)，生產(chǎn)統(tǒng)計，報表，長期性的趨勢分析，作出生產(chǎn)和經(jīng)營決策，確保最佳化的經(jīng)濟效益。7.2分散型控制系統(tǒng)（DCS）第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術根據(jù)國際電工委員會IEC（InternationalElectrotechnicalCommision）標準和現(xiàn)場總線基金會FF（FieldbusFoundation）的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多分支機構的通信網(wǎng)絡。

7.3.1現(xiàn)場總線概述7.3.2典型的現(xiàn)場總線7.3.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)7.3現(xiàn)場總線技術

第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3.1現(xiàn)場總線概述1現(xiàn)場總線體系結構2現(xiàn)場總線對自動化領域的變革4現(xiàn)場總線產(chǎn)生的原因3FCS對DCS的變革7.3現(xiàn)場總線技術

第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1現(xiàn)場總線體系結構現(xiàn)場總線的體系結構主要表現(xiàn)在：（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡（2）現(xiàn)場設備互連（3）互操作性（4）分散功能塊（5）通信線供電（6）開放式互聯(lián)網(wǎng)絡7.3現(xiàn)場總線技術

第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2現(xiàn)場總線對自動化領域的變革（1）用一對通信線連接多臺數(shù)字儀表代替一對信號線只能連接一臺儀表；（2）用多變量，雙向，數(shù)字通信方式代替單變量，單向，模擬傳輸方式；（3）用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表代替單功能的現(xiàn)場模擬儀表；（4）

用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站；（5）

用FCS代替DCS；

（6）

變革傳統(tǒng)的信號標準，通信標準和系統(tǒng)標準；（7）變革傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)體系結構，設計方法和安裝調試方法。7.3現(xiàn)場總線技術

第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3FCS對DCS的變革（1）FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最低層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線，逐層向上均為通信網(wǎng)絡互連；（2）把DCS控制站的功能化整為零，分散的分配給現(xiàn)場儀表，從而構成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制；（3）FCS的現(xiàn)場設備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設備即可互連也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，徹底改變了傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性；（4）FCS的通信網(wǎng)絡為開放式互連網(wǎng)絡，即可同層互連，也可不同層互連，用戶可方便的共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫；（5）FCS的技術和標準實現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。7.3現(xiàn)場總線技術

第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4現(xiàn)場總線產(chǎn)生的原因模擬儀表的缺點（1）一對一結構；（2）可靠性差；（3）失控狀態(tài)；（4）互換性差。（1）一對N結構；（2）可靠性高；（3）可控狀態(tài)；（4）

互換性；（5）

互操作性；（6）

綜合功能；（7）

分散控制；（8）

統(tǒng)一