第5章 DCS的通信及网络

1、信息与控制工程学院自动化系DCS及现场总线及现场总线2022-5-31第第5章章 DCS数据通信及网络数据通信及网络信息与控制工程学院自动化系2022-5-32信息与控制工程学院自动化系2022-5-33源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统公共电话网发送器源点PC机接收器传输系统终点调制解调器调制解调器PC机信息与控制工程学院自动化系2022-5-342 信息与控制工程学院自动化系2022-5-35v1与与 信息与控制工程学院自动化系2022-5-36接收端接收端01010001543217860101001054321786信息与控制工程学院自动化系2022-5-37信息与控制工程学

2、院自动化系2022-5-38信息与控制工程学院自动化系2022-5-39发送发送（a）接收接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道发送发送发送发送发送发送发送发送接收接收接收接收接收接收接收接收（b）（c）信息与控制工程学院自动化系2022-5-310数字信号数字信号1(a)调幅调幅1110000信息与控制工程学院自动化系2022-5-311 0.920.90.280.30.560.61.081.11.521.51.50.130.10.270.30.70.50.30.101.11.30.9D5D4D3D2D1D7D6样样本本量化级量化级编码编码脉冲编码脉冲编码D130011 D23

3、0011 D360110 D4111011 D5151111 D691001 D710001 信息与控制工程学院自动化系2022-5-312二进制数据二进制数据1(a) NRZ码码(b) Manchester编码编码(c) 差分差分Manchester编码编码0010100110信息与控制工程学院自动化系2022-5-313。 信息与控制工程学院自动化系2022-5-314。时分多路复用时分多路复用器器时间时间112211333333322222时分多路复用时分多路复用器器111信息与控制工程学院自动化系2022-5-315信息与控制工程学院自动化系2022-5-316信息与控制工程学院自动化

4、系2022-5-317信息与控制工程学院自动化系2022-5-318信息与控制工程学院自动化系2022-5-31910100111010首部首部首部首部首部首部数据数据数据数据数据数据发送在前发送在前00101001110报文报文分组分组分组分组分组分组信息与控制工程学院自动化系2022-5-320信息与控制工程学院自动化系2022-5-321 信息与控制工程学院自动化系2022-5-322信息与控制工程学院自动化系2022-5-323 信息与控制工程学院自动化系2022-5-324信息与控制工程学院自动化系2022-5-325 信息与控制工程学院自动化系2022-5-326信息与控制工程学院

5、自动化系2022-5-327信息与控制工程学院自动化系2022-5-328信息与控制工程学院自动化系2022-5-329信息与控制工程学院自动化系2022-5-330信息与控制工程学院自动化系2022-5-331信息与控制工程学院自动化系2022-5-332信息与控制工程学院自动化系2022-5-333 主机主机表示层表示层应用层应用层物理层物理层传输层传输层数据链路层数据链路层会话层会话层网络层网络层主机主机传输介质传输介质通信子网通信子网表示层表示层应用层应用层物理层物理层传输层传输层数据链路层数据链路层会话层会话层网络层网络层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层数据链

6、路层数据链路层网络层网络层表示层协议表示层协议应用层协议应用层协议物理层协议物理层协议传输层协议传输层协议数据链路层协议数据链路层协议会话层协议会话层协议网络层协议网络层协议信息与控制工程学院自动化系2022-5-334信息与控制工程学院自动化系2022-5-335信息与控制工程学院自动化系2022-5-336主机A质表示层应用层物理层进程a理传输层数据链路层会话层网络层物介DU主机B进程bDUPDUAPDUPPDUSPDUTPDUNBitsHAHSHPHTHNHDTD表示层应用层物理层传输层数据链路层会话层网络层信息与控制工程学院自动化系2022-5-337信息与控制工程学院自动化系2022

7、-5-338信息与控制工程学院自动化系2022-5-339信息与控制工程学院自动化系2022-5-340v3总线型结构总线型结构信息与控制工程学院自动化系2022-5-341 绝缘层绝缘层聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层铜芯铜芯聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层绝缘层绝缘层铜芯铜芯屏蔽层屏蔽层（a）（b）信息与控制工程学院自动化系2022-5-342同轴电缆分类：同轴电缆分类：v(1) 基带同轴电缆（基带同轴电缆（50同轴电缆），基带同轴电缆专门用于数字同轴电缆），基带同轴电缆专门用于数字传输，其传输速率可达传输，其传输速率可达10Mbps 。v(2) 宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75同轴电缆），宽带同轴电缆既

8、可用于模拟同轴电缆），宽带同轴电缆既可用于模拟传输（如视频信号传输），也可用于数字传输，当用于数字传输时，传输（如视频信号传输），也可用于数字传输，当用于数字传输时，其传输速率可达其传输速率可达50Mbps。v同轴电缆具有较高传输通频带、较低传输损耗、较强抗干扰能力等同轴电缆具有较高传输通频带、较低传输损耗、较强抗干扰能力等优点优点铜芯铜芯绝缘层绝缘层绝缘保护套层绝缘保护套层外导体屏蔽层外导体屏蔽层信息与控制工程学院自动化系2022-5-343v由光导纤维组成的可进行光信号传输的新型通信介质。由光导纤维组成的可进行光信号传输的新型通信介质。v光纤以光的光纤以光的“有有”和和“无无”形成形成“1

9、”和和“0”二进制信息，以二进制信息，以光脉冲形式进行信息传输。光脉冲形式进行信息传输。光纤通信的特点光纤通信的特点: :1 1）传输信号频带宽、通信容量大、信号衰减小、传输距离长、抗干扰能）传输信号频带宽、通信容量大、信号衰减小、传输距离长、抗干扰能力强。力强。2 2）光纤有着非常高的数据传输率（）光纤有着非常高的数据传输率（Gb/sGb/s）和极低的误码率（）和极低的误码率（10-1010-10）。）。3 3）原材料资源丰富。）原材料资源丰富。4 4）抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线。）抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线。铜芯铜芯绝缘层绝缘层包带层包带层外导体屏蔽层外

10、导体屏蔽层加强芯加强芯填充物填充物光纤及其包层光纤及其包层远供电线远供电线外套外套信息与控制工程学院自动化系2022-5-344 介质介质 项目项目双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光缆光缆传输介质价格传输介质价格较低较低较高较高较高较高连接件价格连接件价格低低较低较低高高标准化程度标准化程度高高较高较高低低连接连接简单简单需专用连接器需专用连接器需复杂连接器件和连接工艺需复杂连接器件和连接工艺敷设敷设简单简单稍复杂稍复杂简单简单抗干扰能力抗干扰能力较好较好很好很好特别好特别好环境的适应性环境的适应性较好较好较好较好特别好特别好适用网络类型适用网络类型环形网环形网总线型或环形网总线型或环形网目前多用

11、于环形网目前多用于环形网信息与控制工程学院自动化系2022-5-345v4 4 无线电波无线电波 电磁波频谱电磁波频谱10KHz10KHz1GHz1GHz之间为无线电频率，在工业过程控制之间为无线电频率，在工业过程控制领域主要是传输频率在领域主要是传输频率在2.4GHz2.4GHz的工业频段，其传输距离较短，所的工业频段，其传输距离较短，所需的功率较低。需的功率较低。v5 5 微波微波 微波可穿透电离层进入宇宙空间，不能靠电离层反射来进行传微波可穿透电离层进入宇宙空间，不能靠电离层反射来进行传播，靠微波接力或是卫星转播进行微波接力，传播距离一般在播，靠微波接力或是卫星转播进行微波接力，传播距离

12、一般在50km50km左右，要实现远距离传播，须在两个通信终端间建立中继站。左右，要实现远距离传播，须在两个通信终端间建立中继站。v6 6 红外红外 采用光发射二极管、激光二极管来进行站与站之间的数据交换。采用光发射二极管、激光二极管来进行站与站之间的数据交换。红外设备发出的光，一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光红外设备发出的光，一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后，被接收装置子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后，被接收装置收到。收到。信息与控制工程学院自动化系2022-5-3461 1、物理层互连设备、物理层互连设备 中继器（中继器（

13、RepeaterRepeater） 把接收到的弱信号分离，并再生放大。把接收到的弱信号分离，并再生放大。 集线器（集线器（HubHub） 网络传输介质间的中央节点网络传输介质间的中央节点 。2 2、数据链路层互连设备、数据链路层互连设备 v网桥（网桥（BridgeBridge） 局域网间的桥梁，属于网络层设备，作用是扩展网络和通信手段，局域网间的桥梁，属于网络层设备，作用是扩展网络和通信手段，v交换器（交换器（SwitchSwitch） 新的网络技术，通过交换设备提高网络传输性能。新的网络技术，通过交换设备提高网络传输性能。3 3、网络层互连设备、网络层互连设备 v路由器（路由器（Router

14、Router）v工作在网桥的上一层，因此，路由器的功能比网桥更强。除了具有网桥的全部功能工作在网桥的上一层，因此，路由器的功能比网桥更强。除了具有网桥的全部功能外，还具有路径选择功能。外，还具有路径选择功能。 4 4、应用层互连设备、应用层互连设备v网关（网关（GatewayGateway） 当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，要选网关设备。其功能体现在当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，要选网关设备。其功能体现在OSIOSI模模型最高层，它将协议进行转换，数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之型最高层，它将协议进行转换，数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。间进行通信。 信息与控制工程学院自动化系2022-5-347信息与控制工程学院自动化系2022-5-348信息与控制工程学院自动化系2022-5-349信息与控制工程学院自动化系2022-5-350操作员站操作员站工程师站工程师站实时数据服务实时数据服务现场控制站现场控制站网络通信网络通信在运行监控软件在运行监控软件的控制网节点上，的控制网节点上，其软件层次结构其软件层次结构如右图如右图运运行行监监控控节节点点OPC客户端客户端监控