第7章分散型测控网络技术

1、计算机控制技术计算机控制技术Computer Controlled System 第七章分散型测控网络技术第七章分散型测控网络技术第七章分散型测控网络技术7.1数据通信技术数据通信技术7.2工业网络技术工业网络技术7.3分散型控制系统分散型控制系统(DCS)7.4位总线位总线(Bitbus)通信网络技术通信网络技术(自学自学)7.5现场总线现场总线(Fieldbus)技术技术 第七章分散型测控网络技术7.1数据通信技术数据通信技术返回返回Data Communication Technology7.1.1异步传送与同步传送异步传送与同步传送7.1.2面向字符和面向位的传送面向字符和面向位的传送

2、7.1.3平衡与不平衡传输技术平衡与不平衡传输技术7.1.4RS-422/RS-485接口及应用接口及应用 第七章分散型测控网络技术7.1.1异步传送与同步传送异步传送与同步传送数据通信的基础知识：数据通信的基础知识：数据通信概述；数据通信概述；数据的传输方式；数据的传输方式；多路复用技术。多路复用技术。 第七章分散型测控网络技术1、数据通信概述、数据通信概述通信系统模型通信系统模型任何一个通信系统都可以借助如图所示的通任何一个通信系统都可以借助如图所示的通信系统模型来抽象地进行描述。信系统模型来抽象地进行描述。 噪声噪声N ( t )输出数据输出数据d或或信号信号d ( t ) 信息源信息源

3、发信机发信机传输媒介传输媒介噪声源噪声源收信机收信机受信者受信者通信系统模型示意框图通信系统模型示意框图输入数据输入数据d或信号或信号d(t)发 送 信发 送 信号号 s(t)接 收 信接 收 信号号 r(t) 第七章分散型测控网络技术通信传输的信息通信传输的信息语音、图像、文字、数据等。语音、图像、文字、数据等。信息的类别信息的类别连续信息：信息的状态随时间而连续变化。连续信息：信息的状态随时间而连续变化。离散信息：信息的状态是可列的或是离散的。离散信息：信息的状态是可列的或是离散的。通信中的两种基本传输信号通信中的两种基本传输信号模拟信号和数字信号。模拟信号和数字信号。 第七章分散型测控网

4、络技术模拟通信模拟通信以模拟信号作为载体来以模拟信号作为载体来传输信息，传输信息，数字通信数字通信以数字信号作为载体来以数字信号作为载体来传输信息称为数字通信，传输信息称为数字通信，数据通信数据通信若信息源产生的是数据，若信息源产生的是数据，则整个通信过程称为数据通信。则整个通信过程称为数据通信。 （a）模拟信号）模拟信号 t u 0 1 0 0 1 （b）数字信号）数字信号 t u传输信号示意图传输信号示意图 第七章分散型测控网络技术数据编码数据编码在通信系统中，为实现正常通信，要对二进在通信系统中，为实现正常通信，要对二进制码和字符的对应关系作一个统一的规定，这种制码和字符的对应关系作一个

5、统一的规定，这种规定即称为编码。规定即称为编码。控制字符控制字符美国信息交换标准码美国信息交换标准码ASCII码；扩展码；扩展ASCII码。码。 第七章分散型测控网络技术调制调制将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号。拟信号。振幅调制振幅调制ASK(Amplitude Shift Keying）用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化。用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化。频率调制频率调制FSK(Frequency Shift Keying)用原始脉冲信号去控制载波的频率变化。用原始脉冲信号去控制载波的频率变化。相位调制相位调制PSK(Phase Shift

6、 Keying）用原始脉冲信号去控制载波的相位变化。用原始脉冲信号去控制载波的相位变化。 第七章分散型测控网络技术三种调制信号示意图三种调制信号示意图11110000原始信号原始信号（a）调幅）调幅（b）调频）调频（c）调频）调频（d）调相）调相（e）调相）调相 第七章分散型测控网络技术2、数据传输方式、数据传输方式基带传输与频带传输基带传输与频带传输基带是指电信号所固有的频带，直接将这些基带是指电信号所固有的频带，直接将这些电脉冲信号进行传输，就称为基带传输，它不适电脉冲信号进行传输，就称为基带传输，它不适合远距离传输。先进行调制使其频率变窄，再传合远距离传输。先进行调制使其频率变窄，再传输

7、，则称为频带传输。输，则称为频带传输。串行传输与并行传输串行传输与并行传输数据在一个信道上按位依次传输的方式称为数据在一个信道上按位依次传输的方式称为串行传输。数据在多个信道上同时传输的方式称串行传输。数据在多个信道上同时传输的方式称为并行传输。为并行传输。 第七章分散型测控网络技术串行传输中，接收端必须知道串行传输中，接收端必须知道波特率（单位：位波特率（单位：位/秒）、字符同步、帧（或块）秒）、字符同步、帧（或块）同步。同步。同步传输同步传输发送端一边发送数据位，一边发送同步时钟，发送端一边发送数据位，一边发送同步时钟，接收端根据发送端发送来的同步时钟接收数据位，接收端根据发送端发送来的同

8、步时钟接收数据位，即发送端与接收端的两个时钟是同步的。即发送端与接收端的两个时钟是同步的。异步传输异步传输发送端仅发送数据位，而不发送同步时钟，发送端仅发送数据位，而不发送同步时钟，接收端根据双方事先约定的时间（波特率）进行接收端根据双方事先约定的时间（波特率）进行接收，即发送时钟与接收时钟不同步。接收，即发送时钟与接收时钟不同步。 第七章分散型测控网络技术同步传输的优缺点同步传输的优缺点传输效率高，字符传输中不需要加起始位和传输效率高，字符传输中不需要加起始位和停止位，其缺点是需增加一根时钟传输线。停止位，其缺点是需增加一根时钟传输线。异步传输的优缺点异步传输的优缺点不需要时钟传输线，但字符

9、传输中需要加起始不需要时钟传输线，但字符传输中需要加起始位和停止位，因而传输效率较低。位和停止位，因而传输效率较低。串行异步通信串行异步通信是目前最常用的通信方式。是目前最常用的通信方式。 第七章分散型测控网络技术帧传输帧传输（必须采用（必须采用ASCII码传输）码传输）将要传输的信息（数据）组成一个包，首先发将要传输的信息（数据）组成一个包，首先发送数个同步字符（送数个同步字符（SYN），随后开始发送帧起），随后开始发送帧起始字符（始字符（STX），紧接着发送数据，最后发送），紧接着发送数据，最后发送帧结束字符（帧结束字符（ETX）。）。采用帧传输的优缺点采用帧传输的优缺点传输速率高，占用传

10、输速率高，占用CPU时间少，数据可靠；时间少，数据可靠；缺点是要将原码转化成缺点是要将原码转化成ASCII码，效率下降了码，效率下降了一半。一半。 第七章分散型测控网络技术传输速率传输速率单位时间内传送的信息量。波特率（位单位时间内传送的信息量。波特率（位/秒）秒）调制速率调制速率单位时间内所能调制的调制次数。波特单位时间内所能调制的调制次数。波特数据信号速率数据信号速率单位时间内通过信道的信息量。比特单位时间内通过信道的信息量。比特/秒秒数据传输速率数据传输速率单位时间内传送的数据量。常用字符单位时间内传送的数据量。常用字符/分表示分表示 第七章分散型测控网络技术3、多路复用技术、多路复用技

11、术把多路信号用一条信道进行传输，以提高效率。把多路信号用一条信道进行传输，以提高效率。频分多路复用频分多路复用把信道的频谱分割成若干个互不重叠的小频把信道的频谱分割成若干个互不重叠的小频段，每条小频段都可以看作是一条子信道。段，每条小频段都可以看作是一条子信道。时分多路复用时分多路复用信道的传输时间分割成许多时间段，这种方信道的传输时间分割成许多时间段，这种方法接收端与发送端的时序必须严格同步。法接收端与发送端的时序必须严格同步。返回返回 第七章分散型测控网络技术不平衡方式：用单线传输信号，以地线作为信不平衡方式：用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器用单线输入信号。号的回路，接收器用单

12、线输入信号。平衡方式：用双绞线传输信号，信号在双绞线平衡方式：用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器用双端差动方中自成回路不通过地线，接收器用双端差动方式输入信号。式输入信号。在不平衡方式中，信号线上感应的干扰和地线上的在不平衡方式中，信号线上感应的干扰和地线上的干扰迭加后影响接收信号；在平衡方式中，双绞线上干扰迭加后影响接收信号；在平衡方式中，双绞线上感应的干扰相互抵消，地线上的干扰不影响接收端，感应的干扰相互抵消，地线上的干扰不影响接收端，因此抗干扰能力强，适合较远距离的数据传输。因此抗干扰能力强，适合较远距离的数据传输。7.1.3平衡与不平衡传输技术平衡与不平衡传输技

13、术 第七章分散型测控网络技术RS-232标准标准用于数据终端设备（用于数据终端设备（DTE）和数据通讯设备）和数据通讯设备（DCE）之间的串行数据通讯。）之间的串行数据通讯。数据终端设备数据终端设备数据通讯中的端末设备，如计算机或终端。数据通讯中的端末设备，如计算机或终端。数据通讯设备数据通讯设备指信号交换和发送设备，如波形变换器、基指信号交换和发送设备，如波形变换器、基带传输器及调制解调器等。带传输器及调制解调器等。 第七章分散型测控网络技术1、 RS-232标准的功能特性标准的功能特性功能特性描述了其接口引线所代表的功能，分功能特性描述了其接口引线所代表的功能，分为数据功能和控制功能。为数

14、据功能和控制功能。RS-232标准的主要引线功能有标准的主要引线功能有5类类地线地线： 引线引线1是保护地，引线是保护地，引线7(GND)为信号地；为信号地；发送数据发送数据（TXD） 引线引线2；接收数据接收数据（RXD） 引线引线3；控制信号控制信号（对数据的接收和发送起着控制作用）；（对数据的接收和发送起着控制作用）；调制解调器状态信号。调制解调器状态信号。 第七章分散型测控网络技术控制信号控制信号请求发送（请求发送（RTS） 引线引线4清除发送（清除发送（CTS） 引线引线5DTE准备就绪（准备就绪（DTR） 引线引线20数据设备准备就绪（数据设备准备就绪（DSR） 引线引线6调制解调

15、器状态信号调制解调器状态信号振铃指示（振铃指示（RI） 引线引线22载波检测（载波检测（CD） 引线引线8RI和和CD信号是专为电话网而设计，只在进行远信号是专为电话网而设计，只在进行远程通信时才需要。程通信时才需要。 第七章分散型测控网络技术2、 RS-232标准的电气特性标准的电气特性电气特性主要体现在电气连接方式、电气参数电气特性主要体现在电气连接方式、电气参数及通信速率等方面。及通信速率等方面。电气连接方式（电气连接方式（ EIARS-232C及及CCITT建议的方建议的方式）：单端驱动非差分接收电路。式）：单端驱动非差分接收电路。信号地信号地EIA电平电平TTL电平电平TTL电平电平

16、发送器发送器接收器接收器特点：非平衡的连接方式、公用地线。特点：非平衡的连接方式、公用地线。 第七章分散型测控网络技术电气参数电气参数引线信号状态（必须是以下三种之一）引线信号状态（必须是以下三种之一）SPACE/MARK（空号（空号/传号）传号）ON/OFF（通（通/断）断） 逻辑逻辑0/逻辑逻辑1 引线逻辑电平（采用负逻辑）引线逻辑电平（采用负逻辑）-3 -15V表示逻辑表示逻辑1；用；用+3 +15V表示逻辑表示逻辑0。在发送端，其逻辑电平分别为：在发送端，其逻辑电平分别为：+5 +15V表表示逻辑示逻辑0；-5 -15V表示逻辑表示逻辑1。 第七章分散型测控网络技术其它电气参数其它电气

17、参数旁路电容旁路电容 RS-232C终端一侧的旁路电容终端一侧的旁路电容C小小于于2500PF开路电压开路电压 RS-232C的开路电压不能超过的开路电压不能超过25V短路抑制性能短路抑制性能通信速率通信速率最高通信速率为最高通信速率为19200bps通信距离应小于通信距离应小于15米米 第七章分散型测控网络技术3、 RS-232标准的机械特性标准的机械特性采用标准采用标准25芯连接器，称为芯连接器，称为DB25。IBM-PC及其兼容机基本上都使用了及其兼容机基本上都使用了9芯连接芯连接器（器（DB9）接口引线略。接口引线略。RS-232C的缺点的缺点数据传输速率慢、通讯距离短、未规定标准的数

18、据传输速率慢、通讯距离短、未规定标准的连接器、接口处各信号间易产生串扰等。连接器、接口处各信号间易产生串扰等。 第七章分散型测控网络技术4、RS-232的常用连接方法的常用连接方法（1）计算机和调制解调器的连接）计算机和调制解调器的连接RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTRRI23456782022调调制制解解调调器器23456782022计计算算机机RS-232C典型连接图典型连接图实现了计算机远程通实现了计算机远程通信的物理层标准，在信的物理层标准，在链路层及更高层协议链路层及更高层协议的作用下，就可以实的作用下，就可以实现计算机间的数据通现计算机间的数据通信。信。 第七章分散型测

19、控网络技术（2）远程通信示意图）远程通信示意图RS-232C远程通信示意图远程通信示意图计算机或计算机或终端设备终端设备计算机或计算机或终端设备终端设备调制调制解调器解调器调制调制解调器解调器公用电话公用电话网网远程通信过程远程通信过程呼叫建立阶段呼叫建立阶段 （RI、RTS、CTS、DSR）数据传输阶段数据传输阶段 （双工、半双工，（双工、半双工，RTS、CTS）拆线阶段拆线阶段 （RTS=OFF，CTS=OFF） 第七章分散型测控网络技术（3）“空空”调制解调器连接方式调制解调器连接方式空空”调制解调器连接方法之一调制解调器连接方法之一RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTRRI23

20、456782022计计算算机机23456782022RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTRRI计计算算机机将两台计算机直将两台计算机直接连接，实现快接连接，实现快速数据通讯，让速数据通讯，让通信双方在没有通信双方在没有调制解调器的情调制解调器的情况下依次完成有况下依次完成有调制解调器时的调制解调器时的信号作用过程。信号作用过程。 第七章分散型测控网络技术“空空”调制解调器连接方法之二调制解调器连接方法之二RXDTXDGND237计计算算机机237R XDT XDG ND计计算算机机“空空”调制解调器连接方法之三调制解调器连接方法之三RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTR2345

21、67820计计算算机机234567820RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTR计计算算机机 第七章分散型测控网络技术5、调制解调器、调制解调器调制解调器的作用调制解调器的作用数据通信系统中的调制解调器数据通信系统中的调制解调器终端终端设备设备计算计算机机设备设备调制调制解调解调器器调制调制解调器解调器公用电话公用电话网网通讯通讯控制器控制器传输传输控制控制器器利用公用电话网实现数据的远距离传输，实现模利用公用电话网实现数据的远距离传输，实现模拟信号与数据信号的转换。拟信号与数据信号的转换。 第七章分散型测控网络技术调制解调器的分类调制解调器的分类半双工和全双工（传输方式）；半双工和全双

22、工（传输方式）；低速、中速和高速（工作速率）；低速、中速和高速（工作速率）；正交幅度键控、频移键控、相移键控和幅相键正交幅度键控、频移键控、相移键控和幅相键控等（调制方式）；控等（调制方式）；窄带、音频、宽带、短程、多端口和多点调制窄带、音频、宽带、短程、多端口和多点调制解调器等（线路业务类型）；解调器等（线路业务类型）；同步和异步（按同步方式）。同步和异步（按同步方式）。 第七章分散型测控网络技术调制解调器的主要性能指标调制解调器的主要性能指标带宽利用率；差错性能带宽利用率；差错性能 ；设备复杂性；设备复杂性调制解调器的选择准则调制解调器的选择准则工作速率工作速率 ；均衡；同步；均衡；同步/

23、异步工作；差错率；异步工作；差错率；兼容性与标准的要求兼容性与标准的要求 调制解调器与模拟电话网的连接调制解调器与模拟电话网的连接直接连接法直接连接法 ；电耦合法；声耦合法；电耦合法；声耦合法 第七章分散型测控网络技术6、RS-232C的不足的不足u数据传输速率局限于数据传输速率局限于20Kbps；u传输距离局限于传输距离局限于15米；米；u没有规定连接器，产生了没有规定连接器，产生了25针等设计方案，这针等设计方案，这些方案有时互不兼容；些方案有时互不兼容；u每个信号只有一根导线，两个传输方向仅有一每个信号只有一根导线，两个传输方向仅有一个信号地线；个信号地线；u接口使用不平衡的发送器和接收

24、器，可能在各接口使用不平衡的发送器和接收器，可能在各信号间产生干扰。信号间产生干扰。 第七章分散型测控网络技术7、RS-422A标准接口标准接口RS-422A电路组成电路组成发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器等。发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器等。RS-422A每个通道要用二条信号线每个通道要用二条信号线只能有一个发送器，可以有多个接收器，因此通常只能有一个发送器，可以有多个接收器，因此通常采用点对点通讯方式。采用点对点通讯方式。RS-422电平电平TTL电平电平TTL电平电平发送发送器器接收接收器器RS-422A电气连接图电气连接图+ 第七章分散型测控网络技术RS-422A

25、特点特点uRS-422A总线规定使用双端发送器和接收器总线规定使用双端发送器和接收器 ，每个信，每个信号使用二根导线，号使用二根导线，DTE和和DCE之间无公共地线，进行之间无公共地线，进行单向平衡式传送，可以有效地克服干扰的影响。单向平衡式传送，可以有效地克服干扰的影响。 uRS-422A总线信号也采用负逻辑，逻辑总线信号也采用负逻辑，逻辑“1”状态电平状态电平为为-6V至至-2V；逻辑；逻辑“0”状态电平为状态电平为+2V至至+6V，其中，其中-2V至至+2V用作信号状态的变迁区。用作信号状态的变迁区。 u比比RS-232C传输信号距离长，速度快，传输率最大为传输信号距离长，速度快，传输率

26、最大为10Mbps（电缆允许长度为（电缆允许长度为12米），如采用较低传输速米），如采用较低传输速率，如率，如100Kbps时，最大距离可达时，最大距离可达1200米。米。uRS-422A接口驱动和接收可采用集成电路来实现接口驱动和接收可采用集成电路来实现 。 第七章分散型测控网络技术注意：以上注意：以上RS-232C和和RS-422A总线的总线标准是采用电总线的总线标准是采用电压信号，压信号，DTE和和DCE之间没有光电隔离，容易受外界干之间没有光电隔离，容易受外界干扰的影响扰的影响 。 第七章分散型测控网络技术8、RS-423A标准接口标准接口RS-423A特点特点规定为单端线，且与规定为

27、单端线，且与RS-232C兼容，参考电平为地；兼容，参考电平为地；信号逻辑电平为信号逻辑电平为200mV6V，负信号逻辑电平为，负信号逻辑电平为-200mV-6V（逻辑逻辑“1”4V，逻辑逻辑“0”4k 12k 第七章分散型测控网络技术串行通讯方式标准的比较串行通讯方式标准的比较 第七章分散型测控网络技术RS-232C/RS-422A转换转换（1）用途）用途两台或多台具有两台或多台具有RS-232C接口的计算机系统远距离通信，接口的计算机系统远距离通信，或组成分布式系统。因为，或组成分布式系统。因为，RS-232C传输距离只有传输距离只有15米；抗米；抗干扰能力差。不能直接进行干扰能力差。不能

28、直接进行RS-232连接。连接。（2）连接方式）连接方式如图所示。（如图所示。（P214图图7.13） 第七章分散型测控网络技术在原有在原有RS232接口上，附加一个转换装置；在两个接口上，附加一个转换装置；在两个转换装置之间，采用转换装置之间，采用RS422A方式连接。方式连接。（3）转换装置原理（）转换装置原理（P214图图7.14） 第七章分散型测控网络技术10、通讯介质（媒质）、通讯介质（媒质）通讯介质指数据通讯中用来传递信号的媒体。通讯介质指数据通讯中用来传递信号的媒体。有线传输媒质有线传输媒质明线：明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。平行而相互绝缘的架空裸线线路。双绞线：双绞线：由

29、相互绝缘的线索对绞合在一起构成。传输速由相互绝缘的线索对绞合在一起构成。传输速率较低，抗干扰能力差，只适用小容量局域网。率较低，抗干扰能力差，只适用小容量局域网。同轴电缆：同轴电缆：由同轴的两个导体构成，外导体起屏蔽作用，由同轴的两个导体构成，外导体起屏蔽作用，内导体传递信号，是目前最常采用的媒质。内导体传递信号，是目前最常采用的媒质。光纤：光纤：以光导纤维为传输媒质，以光波作为载波。以光导纤维为传输媒质，以光波作为载波。 第七章分散型测控网络技术无线传输媒质无线传输媒质微波中继微波中继利用电磁波在对流层的视距范围内传输的利用电磁波在对流层的视距范围内传输的一种通信方式，通信距离依靠中继方式延

30、伸。一种通信方式，通信距离依靠中继方式延伸。卫星转接卫星转接实际上也是一种微波通信。它依靠同步通实际上也是一种微波通信。它依靠同步通信卫星作为中继站，由于卫星距地面很高，故信卫星作为中继站，由于卫星距地面很高，故可以覆盖较大通信区域。可以覆盖较大通信区域。返回返回 第七章分散型测控网络技术7.2工业网络技术工业网络技术返回返回7.2.1工业网络概述工业网络概述7.2.2网络协议及其层次结构网络协议及其层次结构7.2.3IEEE 802标准标准7.2.4工业网络的性能评价及选型工业网络的性能评价及选型7.2.5控制系统中计算机网络体系控制系统中计算机网络体系 第七章分散型测控网络技术7.2.1工

31、业网络概述工业网络概述1、网络拓扑结构、网络拓扑结构网络中互连的点称为结点或站，结点间的物网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理结构称为拓扑。理结构称为拓扑。局域网常见的四种拓扑结构：局域网常见的四种拓扑结构：星形结构；环形结构；星形结构；环形结构；总线形结构；树形结构。总线形结构；树形结构。 第七章分散型测控网络技术分支结点分支结点中央结点中央结点星形结构示意图星形结构示意图计算计算机机终接终接器器 总线结构示总线结构示意图意图闭 合 回闭 合 回路路计算机计算机 环形结构示意图环形结构示意图树形结构示意图树形结构示意图 第七章分散型测控网络技术选择拓扑结构的考虑选择拓扑结构的考虑费用费用

32、除传播媒体和所需设备本身的费用之外，还除传播媒体和所需设备本身的费用之外，还应包括安装费用等。应包括安装费用等。灵活性灵活性设备的更新、移动和增删结点的方便性。设备的更新、移动和增删结点的方便性。可靠性可靠性主要包括媒体接触以及个别结点故障对整个主要包括媒体接触以及个别结点故障对整个网络的影响，应使故障检测和故障隔离较为方便。网络的影响，应使故障检测和故障隔离较为方便。 第七章分散型测控网络技术2、介质访问控制技术、介质访问控制技术 冲突检测的载波侦听多路访问冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD) 令牌环令牌环(Token Ring) 令牌总线令牌总线(Token Passing Bus

33、)3、信息交换技术、信息交换技术 线路交换线路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换 第七章分散型测控网络技术4、数据通信中的检错与纠错、数据通信中的检错与纠错差错检测技术的原理差错检测技术的原理 发送方在发送数据的基础上，生成某些校验编发送方在发送数据的基础上，生成某些校验编码，然后将该校验编码附加在数据后面一起发送。码，然后将该校验编码附加在数据后面一起发送。接收方收到数据和校验码后，用校验码对收到接收方收到数据和校验码后，用校验码对收到的数据进行检验，以确立本次传输是否正确。的数据进行检验，以确立本次传输是否正确。差错检测技术的核心是差错检测技术的核心是校验编码。校验编码。常用的校验编

34、码方法：常用的校验编码方法：奇奇/偶校验编码、循环冗余校验编码和恒比校验偶校验编码、循环冗余校验编码和恒比校验编码编码 第七章分散型测控网络技术奇奇/偶校验（偶校验（Parity Check）采用奇校验采用奇校验报文加上校验位后应保证报文加上校验位后应保证“1”码元个数为奇码元个数为奇数。数。采用偶校验采用偶校验报文加上校验位后应保证报文加上校验位后应保证“1”码元个数为偶码元个数为偶数。数。奇奇/偶校验方法偶校验方法只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效，只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效，当出错码元个数成偶数时，此法无能为力。当出错码元个数成偶数时，此法无能为力。 第七章分散型测控网络

35、技术循环冗余校验循环冗余校验CRC循环冗余校验简称循环码或循环冗余校验简称循环码或CRC码。码。循环冗余校验的特点：有严密的数学结构，检循环冗余校验的特点：有严密的数学结构，检错能力强、实现简单容易。错能力强、实现简单容易。循环码的性质：任一码组的每一次循环左移或循环码的性质：任一码组的每一次循环左移或右移，所得的新码组仍是该码中的一码组，生右移，所得的新码组仍是该码中的一码组，生成多项式。成多项式。例：例： CRC-16循环码的编码。循环码的编码。 第七章分散型测控网络技术恒比码恒比码通信时不是原码传送，而是对待发送的数通信时不是原码传送，而是对待发送的数据进行编码，使编码后的每一个字节（或

36、每一据进行编码，使编码后的每一个字节（或每一码组）中，码组）中，“1”和和“0”的个数之比保持恒定。的个数之比保持恒定。检测能力检测能力当码组中任何位置上出现奇数个差错时，当码组中任何位置上出现奇数个差错时，因为破坏了因为破坏了1和和0的恒比关系，所以能被检测出的恒比关系，所以能被检测出来，比一般的奇偶校验有较强的检错能力。来，比一般的奇偶校验有较强的检错能力。返回返回 第七章分散型测控网络技术7.2.2网络协议及其层次结构网络协议及其层次结构制定协议的目的制定协议的目的能够支持异种计算机间的互连与通信能够支持异种计算机间的互连与通信能够支持多种通信媒体能够支持多种通信媒体能够支持多种处理业务

37、能够支持多种处理业务能够支持高级的人机接口能够支持高级的人机接口具有可扩充能力具有可扩充能力网络协议采用分层设计的方法。网络协议采用分层设计的方法。 第七章分散型测控网络技术物理层物理层 （Physical Layer）数据链路层（数据链路层（Data Link Layer）网络层网络层 （Network Layer）传输层传输层 （Transport Layer）会话层会话层 （Session Layer）表示层表示层 （Presentation Layer）应用层应用层 （Application Layer）OSI/RM七层七层模型模型(Open System Interconnectio

38、n/Reference Model) 第七章分散型测控网络技术OSI七层模型示意图七层模型示意图应应 用用 层层表表 示示 层层会会 话话 层层传传 输输 层层网网 络络 层层物物 理理 层层 数据链路层数据链路层逻辑链路控制层（逻辑链路控制层（LLC）介质存取控制层（介质存取控制层（MAC） 第七章分散型测控网络技术每层完成不同的功能，可在层间进行通信传输信息。每层完成不同的功能，可在层间进行通信传输信息。OSI中的层间通信具有两种含义中的层间通信具有两种含义相邻层之间的通信相邻层之间的通信发生在相邻的上下层之间，属于局部问题。标准中定义发生在相邻的上下层之间，属于局部问题。标准中定义了通信

39、的内容，相邻层之间通过接口（一组规则）发生联系。了通信的内容，相邻层之间通过接口（一组规则）发生联系。对等层之间的通信对等层之间的通信发生在不同开放系统的相同层次之间，属于对等层实体发生在不同开放系统的相同层次之间，属于对等层实体之间的信息交换，以保证相应层次功能的实现和服务的提供。之间的信息交换，以保证相应层次功能的实现和服务的提供。标准中利用定义协议来规定对等层之间的交换信息格式和交标准中利用定义协议来规定对等层之间的交换信息格式和交换时序。换时序。 第七章分散型测控网络技术企业互连网企业互连网Intranet存在于一个机构或企业内部存在于一个机构或企业内部采用采用Internet的技术和

40、标准的技术和标准针对企业特点设计并建立针对企业特点设计并建立能够提供多种类似于能够提供多种类似于Internet服务服务针对企业内部信息系统结构针对企业内部信息系统结构服务对象原则上是企业内部员工服务对象原则上是企业内部员工 第七章分散型测控网络技术企业互连网企业互连网Intranet应实现的功能应实现的功能内部发布信息内部发布信息可以方便地利用可以方便地利用Homepage、E-mail等工具等工具来为企业发布内部消息。来为企业发布内部消息。充分利用现有的数据库充分利用现有的数据库生产过程的监视生产过程的监视销售工具销售工具在在Intranet上制作定单来让客户订购产品。上制作定单来让客户订

41、购产品。 第七章分散型测控网络技术Intranet的建设的建设企业内部企业内部LAN组成的组成的WAN，所以必须建立好自，所以必须建立好自己的己的LAN企业内部的企业内部的Client/Server组成结构组成结构数据库的数据库的Client/Server特征和安全保密性特征和安全保密性必须有企业高级领导的支持和参与，而不单是必须有企业高级领导的支持和参与，而不单是技术部门的业务技术部门的业务 第七章分散型测控网络技术Intranet的建设步骤的建设步骤可行性研究，作包括经济、技术的评估可行性研究，作包括经济、技术的评估Intranet环境评估和改善环境评估和改善面向经营生产，实施面向经营生产

42、，实施IntranetIntranet实施后的评估实施后的评估返回返回 第七章分散型测控网络技术1、工业网络的性能评价、工业网络的性能评价从拓扑结构和介质访问控制方式的角度，对工业从拓扑结构和介质访问控制方式的角度，对工业网络的性能进行评价，其评价准则可归为网络的性能进行评价，其评价准则可归为吞吐能力、稳吞吐能力、稳定性、确定性、可靠性和灵活性定性、确定性、可靠性和灵活性五个方面。目前，工业五个方面。目前，工业网络主要采用星形、环形、总线形拓扑结构，星形结构网络主要采用星形、环形、总线形拓扑结构，星形结构在办公自动化领域和邮电系统中得到了广泛应用；在办公自动化领域和邮电系统中得到了广泛应用；总

43、线总线形和环形结构是工业网络的主流拓扑结构。形和环形结构是工业网络的主流拓扑结构。令牌环数据的吞吐能力高于令牌总线，同时它的稳令牌环数据的吞吐能力高于令牌总线，同时它的稳定性能也比令牌总线好。定性能也比令牌总线好。令牌总线的可靠性和灵活性强于令牌环。令牌总线的可靠性和灵活性强于令牌环。7.2.4工业网络的性能评价和选型工业网络的性能评价和选型 第七章分散型测控网络技术2、工业网络的选型、工业网络的选型（1）大型系统的工业网络选型）大型系统的工业网络选型 大型系统常采用分散型控制的模式，系统主要分为大型系统常采用分散型控制的模式，系统主要分为三级，并采用纵向层次结构，其网络选型可按以下考虑：三级

44、，并采用纵向层次结构，其网络选型可按以下考虑： 分散过程控制级分散过程控制级主要完成自动调节和程序控制，可靠性、实时性要求主要完成自动调节和程序控制，可靠性、实时性要求较高。系统一般按调节回路或设备分类，呈典型递阶控制较高。系统一般按调节回路或设备分类，呈典型递阶控制特性，横向联系少。该级数据量不大，数据包较短，地理特性，横向联系少。该级数据量不大，数据包较短，地理分布区域也较小。采用令牌总线、主从总线或星形结构比分布区域也较小。采用令牌总线、主从总线或星形结构比较合适，从性能价格比考虑，主从总线结构最佳。较合适，从性能价格比考虑，主从总线结构最佳。 第七章分散型测控网络技术 集中操作监控级集

45、中操作监控级该级数据处理量大，数据包较长且规整，实时性、可该级数据处理量大，数据包较长且规整，实时性、可靠性、灵活性也较高。系统一般按设备和功能混合分布，靠性、灵活性也较高。系统一般按设备和功能混合分布，横向联系较多。因此，该级采用令牌总线较好。横向联系较多。因此，该级采用令牌总线较好。 综合信息管理级综合信息管理级该级数据多且传输量大，系统按功能横向分布，地域该级数据多且传输量大，系统按功能横向分布，地域范围广，灵活性要求较抵，工作站容量大。因此，本级宜范围广，灵活性要求较抵，工作站容量大。因此，本级宜采用令牌环结构。采用令牌环结构。（2）中小型系统的工业网络结构）中小型系统的工业网络结构

46、如果结点不多，可选择主从式结构和星形结构。如果结点不多，可选择主从式结构和星形结构。 第七章分散型测控网络技术令牌环是一种很有前途的网络结构。它是有源令牌环是一种很有前途的网络结构。它是有源的点到点的传输，可覆盖面积大，适用于大数据量、的点到点的传输，可覆盖面积大，适用于大数据量、大范围通信。也由于这点，其可靠性略差。它在增大范围通信。也由于这点，其可靠性略差。它在增减结点时，要断开原系统，这些性能均不如总线。减结点时，要断开原系统，这些性能均不如总线。令牌环和令牌总线的这些特点，正好符合管理级和令牌环和令牌总线的这些特点，正好符合管理级和监控级各自的要求。监控级各自的要求。 对只有集中操作监

47、控级和分散过程控制级的中对只有集中操作监控级和分散过程控制级的中小型系统，考虑到结构上的一致性，便于设计和维小型系统，考虑到结构上的一致性，便于设计和维护，两级同时使用令牌总线也不错。护，两级同时使用令牌总线也不错。 第七章分散型测控网络技术 在数据传输量大，结点较少且分散的场合，在数据传输量大，结点较少且分散的场合，监控级直接选用令牌环也是较好的结构形式。监控级直接选用令牌环也是较好的结构形式。 另外，星形结构目前具有比较厚实的基础和另外，星形结构目前具有比较厚实的基础和技术上的继承性。因此，这种结构在短时期内也技术上的继承性。因此，这种结构在短时期内也是适用和有效的，尤其是在老企业的技术改

48、造中。是适用和有效的，尤其是在老企业的技术改造中。返回返回 第七章分散型测控网络技术7.2.5控制系统中计算机网络体系控制系统中计算机网络体系本节主要内容：本节主要内容：控制系统是计算机网络体系结构；控制系统是计算机网络体系结构；企业的网络管理；企业的网络管理；一个实施例子介绍。一个实施例子介绍。 第七章分散型测控网络技术1、控制系统中计算机网络体系结构、控制系统中计算机网络体系结构计算机控制系统中的信息计算机控制系统中的信息信息能否在正确的时候，以正确的形式送信息能否在正确的时候，以正确的形式送到正确的地方，直接关系到企业本身的发展。到正确的地方，直接关系到企业本身的发展。控制系统中计算机网

49、络的体系结构控制系统中计算机网络的体系结构网络的规模网络的规模网络的应用范围网络的应用范围网络所涉及的机型网络所涉及的机型网络的实时性要求网络的实时性要求 第七章分散型测控网络技术控制系统的网络特点控制系统的网络特点信息传输有规律性，传输信息完整度要好信息传输有规律性，传输信息完整度要好传输频度较高，且传输信息量较大传输频度较高，且传输信息量较大询问询问-应答、报警、同步信息传输要求响应时间应答、报警、同步信息传输要求响应时间短短信息长度不一，短信息占有量较多信息长度不一，短信息占有量较多生产车间环境，且传输距离较长生产车间环境，且传输距离较长 第七章分散型测控网络技术2、企业的网络管理、企业

50、的网络管理网络管理网络管理 指对组成网络的各种硬件软件设施的综合管理，以指对组成网络的各种硬件软件设施的综合管理，以充分发挥这些设施的作用。充分发挥这些设施的作用。进行网络管理的必要性进行网络管理的必要性企业网络管理中心企业网络管理中心通常由一组功能不同的控制设备组成，它们指挥和通常由一组功能不同的控制设备组成，它们指挥和控制网络中的其它设备一起完成网络管理的任务。控制网络中的其它设备一起完成网络管理的任务。核心设备是一台或几台专用处理机，以及支持专用核心设备是一台或几台专用处理机，以及支持专用处理机通信的通信控制器，通常采用双机主备切换工作处理机通信的通信控制器，通常采用双机主备切换工作方式

51、，确保网络管理的高可靠性。方式，确保网络管理的高可靠性。 第七章分散型测控网络技术企业网络管理中心的任务企业网络管理中心的任务向网络中的各种设备发出各种控制命令，其它设备执向网络中的各种设备发出各种控制命令，其它设备执行命令并反馈结果；分析收集到的其它设备发来的各种统行命令并反馈结果；分析收集到的其它设备发来的各种统计信息和报警报告，确定进一步控制动作。计信息和报警报告，确定进一步控制动作。网络管理的方式网络管理的方式集中式管理集中式管理常适合于网络规模不大、网络结点和用户数较少，以常适合于网络规模不大、网络结点和用户数较少，以及网络设备分布相对集中的环境。及网络设备分布相对集中的环境。分布式

52、管理分布式管理适合于网络规模较大、网络设备分布较广的情况。适合于网络规模较大、网络设备分布较广的情况。 第七章分散型测控网络技术网络资源的抽象网络资源的抽象网络资源可被抽象为某个信息库网络资源可被抽象为某个信息库(管理数据库管理数据库)中的中的数据项，而网络管理则被抽象为对管理数据库的操作。数据项，而网络管理则被抽象为对管理数据库的操作。网管中心数据库网管中心数据库保存与全网操作有关的参数和控制信息，主要包括保存与全网操作有关的参数和控制信息，主要包括网络输入输出控制表、网络参数表和系统资源表。网络输入输出控制表、网络参数表和系统资源表。结点数据库结点数据库保存与结点设备、用户访问线路和反映用

53、户联接的保存与结点设备、用户访问线路和反映用户联接的有关信息，主要包括线路特性表、结点参数表、系统资有关信息，主要包括线路特性表、结点参数表、系统资源表和路由信息表等。源表和路由信息表等。 第七章分散型测控网络技术网络管理数据库的管理网络管理数据库的管理应由网管中心和结点机共同维护，确保访应由网管中心和结点机共同维护，确保访问的安全、信息的完整，以及适应系统变化和问的安全、信息的完整，以及适应系统变化和重新调整的要求。重新调整的要求。网管中心与结点机之间的命令网管中心与结点机之间的命令-响应交换可响应交换可以被简化为对网络管理数据库操作的请求和确以被简化为对网络管理数据库操作的请求和确认。认。

54、 第七章分散型测控网络技术网络管理的五大功能网络管理的五大功能故障管理：系统出现异常情况下的管理操作。故障管理：系统出现异常情况下的管理操作。计费管理：负责记录资源的使用情况和使用的代价。计费管理：负责记录资源的使用情况和使用的代价。配置管理：定义、收集、监测和管理配置数据的使用。配置管理：定义、收集、监测和管理配置数据的使用。性能管理：收集、存储、显示和分析统计数据。性能管理：收集、存储、显示和分析统计数据。安全管理：包括授权管理、访问控制管理、进入或修改安全管理：包括授权管理、访问控制管理、进入或修改访问控制表和能力表、安全检查跟踪和事件处理、密钥访问控制表和能力表、安全检查跟踪和事件处理

55、、密钥管理（密钥分配）等。管理（密钥分配）等。 第七章分散型测控网络技术过程控制系统计算机网络的应用原则过程控制系统计算机网络的应用原则实用性：满足要求，适当超前，量力而行。实用性：满足要求，适当超前，量力而行。可靠性：可靠的产品，成熟的技术，冗余的配置。可靠性：可靠的产品，成熟的技术，冗余的配置。经济性：充分利用原有资源，考虑性能价格比高、兼容性经济性：充分利用原有资源，考虑性能价格比高、兼容性和可扩充性。和可扩充性。先进性：在可靠和经济的基础上，尽可能选择现阶段先进先进性：在可靠和经济的基础上，尽可能选择现阶段先进的技术和设备。的技术和设备。实时性：考虑传输速率，并选择较好的实时操作系统。

56、实时性：考虑传输速率，并选择较好的实时操作系统。开放性和标准化：应当选用通用的主流机、流行的操作系开放性和标准化：应当选用通用的主流机、流行的操作系统和通信协议等，注意选择符合工业标准的设备。统和通信协议等，注意选择符合工业标准的设备。 第七章分散型测控网络技术3、一个实施例子的介绍、一个实施例子的介绍一个自来水厂水处理计算机网络的实例一个自来水厂水处理计算机网络的实例工艺简介工艺简介控制系统设计控制系统设计计算机网络设计计算机网络设计 第七章分散型测控网络技术客户机客户机客户机客户机客户机客户机服务器服务器2 # 工 控工 控机机1 # 工 控工 控机机投影仪投影仪打印机打印机打印机打印机2

57、#PLC3#PLC1#PLCRIO101RIO102PCS301PCS302RIO103RIO104PCS303PCS304RIO105RIO106PCS305PCS306RIO107RIO108PCS307PCS308RIO109RIO110PCS309PCS310PCS311PCS312PCS313PCS314PCS315PCS316RIO317RIO111返回返回 第七章分散型测控网络技术7.3分散型控制系统分散型控制系统(DCS)返回返回7.3.1DCS概述概述7.3.2DCS的分散过程控制级的分散过程控制级7.3.3DCS的集中操作监控级的集中操作监控级7.3.4DCS的综合信息管理

58、级的综合信息管理级 第七章分散型测控网络技术7.3.1DCS概述概述 集散控制系统集散控制系统(DCS, Distributed Control System)，亦称亦称分散型控制系统或分散型综合控制系统。它是综合了计分散型控制系统或分散型综合控制系统。它是综合了计算机技术、通信技术、算机技术、通信技术、CRT显示技术和过程控制技术的显示技术和过程控制技术的新型控制系统。新型控制系统。可实现的功能：可实现的功能：连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。数据采集等功能。 设计原则设计原则是分散控制是分散控制(危险分散危险分散)、集中操作、综合管理、集中

59、操作、综合管理(分级管理分级管理)、分而自治。、分而自治。特点：特点：独立性；协调性；友好性；适应性、灵活性和可独立性；协调性；友好性；适应性、灵活性和可扩充性；实时性；可靠性。扩充性；实时性；可靠性。 第七章分散型测控网络技术DCS的发展及典型产品的发展及典型产品1. DCS的开创期的开创期(1975年年1980年年)基本结构如图所示。基本结构如图所示。DCS的组成：现场控制站；现场监测站；的组成：现场控制站；现场监测站；CRT操作站；数操作站；数据高速公路；监控计算机。据高速公路；监控计算机。典型产品有：美国霍尼维尔公司的典型产品有：美国霍尼维尔公司的TDC-2000(Total Dist

60、ributed Control)、泰勒公司的、泰勒公司的MOD、贝利公司的、贝利公司的Network-90，过程系统有限公司的，过程系统有限公司的MICON、福克斯波罗、福克斯波罗公司的公司的Spectrum，日本东芝公司的，日本东芝公司的TOSDIC、日立公司的、日立公司的UNITROL、横河公司的、横河公司的CENTUM、英国肯特公司的、英国肯特公司的P-4000等。等。 第七章分散型测控网络技术 CRT操作站操作站 监控计算机监控计算机 数数 据据 高高 速速 公公 路路 DHW现场监测站现场监测站 现场控制站现场控制站第一代第一代DCS基本结构基本结构 第七章分散型测控网络技术2. D