水电站计算机监控系统(第一章)

1、水电站计算机监控(jin kn)技术共六十七页第一章 计算机网络基础知识第一节 计算机网络概述(i sh)一、计算机网络知识简介：（一）计算机网络1、局域网：局域网指在地理上距离较近的网络，简称LAN。 2、广域网：广域网是在一个广泛地理范围内所建立的计算机通信网，简称WAN （二）计算机网络的组成： 计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成 1、资源子网：提供资源共享所需的硬件、软件及数据等资源，提供访问计算机网络和和处理数据的能力(nngl)2 、通信子网：完成数据的传输、交换以及控制，提供计算机网络的功能。3 、计算机网络和拓扑结构（所谓网络和拓扑结构系指网络的链路（Link）和节

2、点（Node）在地理上所形成的几何构成 ）拓扑结构（1）总线形（ 2）环形 （3）星形（4）树形（ 5）点到点互联模式共六十七页共六十七页4、计算机网络功能(gngnng)： （1）对分散的业务部门提供实时集中控制 （2）能够做到资源共享 （3）能够提高计算机的可靠性及可用性 （4）能进行分步处理共六十七页第二节 计算机操作系统(co zu x tn)类型 共六十七页操作系统就是替我们管理计算机的一种软件，是用来控制和管理计算机硬件资源、软件资源，提供用户操作规范的一系列程序的总和。在操作系统出现之前，只有专业人士才懂得怎样使用计算机，而在操作系统出现之后，不管你是否是计算机专业毕业，只要经过

3、简单的培训，你都能很容易地掌握计算机。 有了操作系统之后，我们就不直接(zhji)和计算机的硬件打交道，不直接(zhji)对这些硬件发号施令。 我们把要做的事情告诉操作系统，操作系统再把要做的事情安排给计算机去做，等计算机做完之后，操作系统再把结果告诉给我们，这样是不是省事多了？ 共六十七页计算机操作系统(co zu x tn)演变过程第一阶段：状态机操作系统（1940年以前）第二阶段 ：单一(dny)操作员、单一(dny)控制端操作系统（20 世纪40年代） 第三阶段：批处理操作系统（20世纪50年代）第四阶段：多道批处理操作系统（20世纪60年代）第五阶段：分时操作系统（20世纪70年代）

4、 实时操作系统第六阶段：现代操作系统（1980年以后） 共六十七页批处理以前的大型机（Mainframe）上所采用的系统，需要把一批程序事先写好（打孔纸带），然后计算得出结果分时现在流行的PC，服务器都是采用这种运行模式，即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请求实时一般用于单片机上，比如电梯的上下控制中，对于按键等动作要求进行实时处理 网络操作系统（NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统(co zu x tn)分布式软件系统(Distributed Software Systems) 是支持分布式处理的软件系统,是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行

5、任务的系统。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译(解释)系统、分布式文件系统和分布式数据库系统等。 共六十七页第二节 计算机操作系统(co zu x tn)类型 一、批处理操作系统 (1) 用户脱机使用计算机：作业提交后直到获得结果(ji gu)之前，用 户无法与作业交互。(2) 作业成批处理：采用成批处理作业。(3) 多道程序并行：充分利用系统资源。多道批处理系统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资源的需求差异得到的。二、分时系统（分时操作系统（Time Sharing Operating System）是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机

6、为多个终端服务。对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。）共六十七页交互性：系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间(shjin)。多用户同时性：多个用户同时工作，共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠性高：笨终端至今仍在使用。促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地用户通过终端（较便宜）联机使用。独立性：各用户独立操作，互不干扰。共六十七页三、实时操作系统(Real Time Operating System)是一种联机的用于实时控制和实时信息处理(chl)领域的操作系统，主要用于过程控制、事务处理(chl)等有实时要求的领域

7、，其主要特征是实时性和可靠性。 实时系统的特征(1)实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和延时等时钟管理功能；(2)过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调整任务周期；过载是指进入系统的任务数目超出系统的处理能力(nngl)。(3)高度可靠性和安全性容错能力（如故障自动复位）和冗余备份（双机，关键部件）。共六十七页实时系统与批处理系统和分时系统的区别（1）专用系统：许多实时系统是专用系统，而批处理与分时系统通常是通用系统。（2）实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。（3）高可靠性：实时系统用于控制重要过程，要求高度(god)可靠，具有较高冗余

8、。如双机系统。（4）事件驱动和队列驱动：实时系统的工作方式：接受外部消息，分析消息，调用相应处理程序进行处理。（5）可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理为后台作业。 共六十七页四、网络操作系统它具有如下特征： 1、计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。这些计算机系统在地理上是分散的，可在一个房间里、在一个单位(dnwi)里、在一个城市或几个城市里，甚至在全国或全球范围。2、这些计算机是自治的。每台计算机有自己的操作系统，它们是在网络协议控制下协同工作。3、系统互连要通过通信设施(硬件、软件)来实现。4、系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用

9、要求。 共六十七页普通计算机安装的操作系统有：DOS、WINDOWS等，计算机网络同样也需要有相应的操作系统支持。网络操作系统是网络中最重要的系统软件，是在网络环境下，用户与网络资源之间的接口，承担着整个网络系统的资源管理和任务分配。 目前，网络操作系统主要有：UNIX、Novell公司的Netware和微软的WindowNT。 UNIX操作系统是由美国电报电话公司（ATT）下属的Bell实验室的两名程序员K.汤普逊和D.里奇于19691970年研制出来的。UNIX出来以后获得了巨大的成功。UNIX是一种典型的32位多任务操作系统，主要应用于大型机、小型机和工作站。其特点：功能强大、战用系统资

10、源小、运行效率高、运行可靠等优点。 Netware操作系统充分吸收(xshu)了UNIX的多任务、多用户的思想。主要应用于局域网上。但它不支持Internet上的各项服务。 WindowsNT是Microsoft公司专为网络平台设计的32位操作系统。采用图形用户界面（GUI），操作简单；支持多用户，具有很强的桥接能力；支持多服务器，实现服务器间的管理信息透明传递；支持系统备份、安全性管理、容错和性能控制；支持多种传输协议，并且具有良好的兼容性和扩展性。它还具有小型机和工作站网络系统所具有的功能，如功能强大的文件系统、带有优先权的多任务多线索环境、支持对称多处理机系统、拥有兼容于分布计算环境DC

11、E（DistributingComputingEnvironment）的远程过程调用。 共六十七页五、分布式操作系统与计算机网络系统存在的区别：1、作为计算机网络，已制定了明确的通信网络协议体系结构及一系列协议族。 2、分布式系统要求具有统一(tngy)的操作系统，实现系统操作的统一(tngy)性。 3、系统的透明性。 4、分布式系统的基础是网络。 共六十七页我国的大型火力发电厂一般指安装了多台135MW，300MW和600MW发电机组的发电企业。由于是连续进行发电的生产过程，机组的实时控制系统DCS成为生产的关键系统，处于运行控制的核心地位。近年来，在计算机网络技术和数学模型技术不断进步的基

12、础上，各大型发电厂在实时控制系统DCS之外，大力发展了实时信息系统SIS(supervisoryinformationsystem)和实时仿真系统SIM(simulatorsystem)，这构成了所谓大型发电厂的三大实时系统。大型发电厂的三大实时系统是相对于非实时的管理信息系统MIS(managementinformationsystem)而言的，其系统如图1所示，三大实时系统的主要功能： 1)实时控制系统DCS用于直接控制锅炉、汽轮机和发电机组，实现逻辑和自动(zdng)调节功能，保证机组的启停和稳定运行； 2)实时信息系统SIS主要指为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和

13、监控的信息系统1，2； 3)实时仿真系统SIM用于运行人员的培训，并可用于机组运行控制和优化分析。 共六十七页共六十七页共六十七页华润(hu rn)常熟电厂实时系统 共六十七页水电站计算机监控系统(xtng)及数据通信的特点：分层分布式的控制系统，主要有微机监控、微机保护、电能质量自动调节控制等多个子系统在水电站生产过程中，计算机要求实时(sh sh)，安全可靠地操作被控对象，对生产过程的数据传输的实时(sh sh)性、安全性和可靠性提出极高的要求共六十七页数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地(lin d)间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数

14、据通信与无线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。 第三节 计算机系统的数据通信基础(jch)共六十七页一、数据通信系统基本组成通信控制器：通信控制器管理到主机或计算机网络的数据输入输出。它可以是复杂的前台大型计算机接口或者简单的设备如多路复用器、桥接器和路由器。这些设备把计算机的并行数据转换(zhunhun)为通信线上传输的串行数据，并完成所有必要的控制功能、错误检测和同步。现代设备还完成数据压缩、路由选择、安全性功能，并收集管理信息。 共六十七页共六十七页收发器或调制解调(ji dio)器 调制解调器，是一种计算

15、机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机间的通信。共六十七页调制：传送数据时，发送方利用“0”和“1”的区别略为调整一下正弦波信号的幅度（或频率，或相位），这个过程称为(chn wi)“调制”，然后就可以进行长距离传输。共六十七页解调：到达目的地时，接受方再把正弦波信号携带的信息(xnx)检测出来，并转换成适合计算机接受的高、低电平形式。共六十七页共六十七页共六十七页共六十七页共六十七页内置式56K调制解调器 共六十七页插卡式Modem 共六十七页二、数据通信方式

16、数据通信方式主要采用并行(bngxng)通信和串行通信两种 、远距离数据通信的基本模型2、数据通信系统的工作方式按信息传输的方向和时间化分：（1）单工通信（2）半双工通信（3）全双工通信共六十七页共六十七页三、数据传输原理1、信号都是二进制的数据信息，对于传送“0”与“1”，基本上有基带传输和频带传输两种 (1)基带传输：在数据通信中，由计算机或终端等数字设备直接发出的二进制数字信号形式称为方波，即“1”或“0”，分别用高(或低)电平或低(或高)电平表示，人们把方波固有的频带称为基带(由消息直接转换成的未经调制(tiozh)变换的信号所占的频带，理论上基带信号的频谱是从0到无穷大)，方波电信号

17、称为基带信号。 在数字信号频谱中，把直流（零频）开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。因此，数字信号被称为数字基带信号，在信道中直接传输这种基带信号就称为基带传输。共六十七页(2)频带(pndi)传输：远距离通信信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300-3400Hz）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。 频带传输就是先将基带信号变换（调制(tiozh)）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。共六十七页 宽带传输 通过借助频带传输，可以将链路容量

18、分解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是(jish)宽带传输。宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如CATV、ISDN等。 共六十七页2、通常字符同步(tngb)（或帧同步(tngb)）传输的同步(tngb)技术有异步传输和同步(tngb)传输两种 （1）异步传输：异步传输每次只传送一个字符。（2）同步传输：同步传输每次传送几个字节的数据块。共六十七页3、并行(bngxng)通信和串行通信共六十七页四、数据转换技术1、调制与解调装置的组成(z chn)与作用(1)调制器的主要作用就是波形变换器 .(2)解调器的作用就是波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的

19、数字信号 .2、调制与解调装置的工作原理共六十七页3、调制解调器的分类调制解调器可以根据传输速率、调制方式或功能的先进程度进行分类。五、常用串行通信技术 在串行通信中，要求发送和接收双方必须遵守统一的规定，这样才能保证通信正常进行，这些对数据传送方式的规定就是通信协议。通信协议包括数据格式和时间(shjin)限制等方面的定义和要求RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。共六十七页主板上的接口(ji ku)共六十七页IEEE 1394接口(ji ku) IEEE1394接口又称为Frie wire接口（火线），它最大的好处就是接

20、口带宽比较高，一般(ybn)就是用在相机上，还是那种高端的DV： 共六十七页Esata 这个口其实是sata就口的衍生品，如果仅仅是个外部扩展规范，那么推出来必定没有什么(shn me)用，关键是在面对如今大容量的数据传输，Esata和IEEE 1394应运而生，IEEE 1394最高可提供800Mbps数据传输率，Esata最高可提供3Gb/s的传输速度，远远高于USB2.0和IEEE1394接口。 共六十七页光纤接口(ji ku)共六十七页并行接口主要(zhyo)是连接打印机、扫描仪、等，比串行接口应用要广泛，而且速度也比串行快8倍左右共六十七页 HDMI接口 这个接口主要是为了简化多条终

21、端接线，并提供更高带宽的数据传输速度和数字化无损传送音频、视频信号。VGA和DVI接口并不支持(zhch)音频传输，目前唯有HDMI能在一条数据线上同时传送影、音信号的能力。 共六十七页一、RS-232串行通信接口RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。其传送距离最大约为15米，最高速率为20kb/s，并且RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备(shbi)）通讯而设计的。所以，RS232只适合于本地通讯使用 共六十七页 COM串行接口共六十七页USB转串口线共六十七页元器件常识：市场上把公头的接插件叫做DRXX，母头的叫DBXX

22、，比如我们电脑上的串口，在市场上叫做DR9，不是DB9，很多人都误叫做DB9，实际上的DB9是两个(lin )把两个(lin )DR9互相连接在一起的接口。 在文章中，我把所有的串口设备接口都统一叫做RS232接口。 共六十七页零MODEM 方式的最简单连接（即三线连接），图中的2 号线与3 号线交叉(jioch)连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS 有效和数据终端准备好DTR 有效就能开始发送和接收。 共六十七页DB9所用(su yn)到的管脚是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）这三个。因此现在

23、都把RS232接口叫做DB9。共六十七页共六十七页共六十七页2、RS-422串行通信接口与PLC控制系统的研究RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232 之不足而提出的。为改进RS-232通信(tng xn)距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信(tng xn)接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 共六十七页（2）PLC上位连接系统 工业控制领域中PLC作为一种高效、灵活

24、、可靠的控制器，有着广泛(gungfn)的应用。以PLC控制器为核心，上位PC机为实时监控体的控制系统已成为工业自动化PLC控制系统的一个发展方向。实现PLC与PC的通信可以实现向上级提供诸如工艺流程图、动态数据画面、报表显示等多种窗口技术，使PLC控制系统具有良好的人机界面，通过上位机对PLC数据的读写监控实现现场数据的采集、传送以及生产过程调度的自动化和信息化，其应用前景十分广阔。 （3）上位连接系统的原理(主从式总线型工业局域网)共六十七页3、RS-485串行通信其特殊的线路连接而具有如下的特点：(1)某一设备与其他设备的连接只需两根导线。 (2)不能实行全双工通信，在任何时刻，只允许连

25、接中的一台设备发送信息，其他设备的发送器电路输出应处于高阻状态。 (3)由于485总线上缺乏仲裁机制，挂接在485总线上的所有设备中必须安排一个设备作为主设备，并为它编制软件来调度其他设备的接收和发送(f sn)，形成主从式总线网络。 共六十七页六、光纤通信系统光纤通信是一种以光波为信息载体，以光导纤维为传输媒介(miji)的崭新的通信方式。光纤通信又分为单模和多模二种（一）光纤通信系统的基本组成（二）光纤通信的特点1、传输频带宽、通信容量大2、损耗低3、不受电磁干扰4、设备相对简单共六十七页什么叫光纤？（optical fiber） 又称为光导纤维，一种传输光能的波导介质，一般由纤芯和包层组成。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂(dun li)。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。 共六十七页共六十七页共六十七页第四节 计算机总线(zn xin)技术一、总线(zn xin)的概念 是应用在生产现场、在微机化测量控制设备这间