工业控制系统及应用-SCADA系统篇（第2版） 课件 第1、2章 工业控制系统与SCADA系统概述、数据通信与网络技术

监控与数据采集技术Ch1工业控制系统与SCADA系统概述一、工业生产中的工业控制系统1、工业生产特点与对应的工控系统

根据工业生产不同特点，产生了不同类型的工业自动化系统工厂自动化（FactoryAutomation，FA）

过程/流程自动化（ProcessAutomation，PA）工业控制领域的制造商众多，像西门子、ABB、施耐德等大型自动化公司，其业务一般覆盖工厂自动化和工业自动化；而三菱电机、发那科、罗克韦尔自动化、汇川等公司，其业务主要是工厂自动化；艾默生过程管理、霍尼韦尔、横河电机、浙大中控等公司的主要业务是工业自动化。市场上数量众多的中小型自动化公司（如倍福、研华、台达、亚控科技等），其产品主要面向特定行业或生产某类自动化软硬件设备。2、离散制造控制系统特点及其内容1）系统特点（1）检测的参数多数为数字量信号（如启动、停止、位置、运行、故障等参数），模拟量主要是电量信号（电压、电流）和位移、速度、加速度等参数。执行器多是变频器及伺服机构等。控制方式多表现为逻辑与顺序控制、运动控制。（2）通常情况下，工厂自动化被控对象的时间常数比较小，属于快速系统，其控制回路数据采集和控制周期通常小于1毫秒，因此，用于运动控制的现场总线的数据实时传输的响应时间为几百微秒，使用的现场总线大多是高速总线，如EtherCAT和Powerlink等。（3）在单元级设备大量使用数控机床，也广泛使用各类运动控制器。可编程控制器（PLC）是使用最为广泛的通用控制器。人机界面在生产线上也被大量使用，帮助工人进行现场操作与监控。（4）生产多在室内进行，现场的电磁、粉尘、振动等干扰较多。2）离散制造控制系统主要内容离散制造过程的主要控制技术——运动控制

运动控制（MotionControl）通常是指在复杂条件下将预定的控制方案、规划指令等转变成期望的机械运动，对机械运动实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制，以及对转矩和力的控制。离散制造控制系统主要控制设备继电器-接触器控制系统专用数控系统通用型控制系统工业机器人3、流程工业控制系统特点及其内容1）控制系统特点（1）检测的参数以温度、压力、液位、流量及分析参数等模拟量为主，以数字量为辅；执行器以调节阀为主，以开关阀为辅；控制方式主要采用定值控制，以克服扰动为主要目的。（2）通常情况下，流程工业被控对象的时间常数比较大，属于慢变系统，其控制回路数据采集和控制周期通常为100～1000毫秒，因此，一般流程工业所用的现场总线的数据传输速率较低。（3）生产多在室外进行，对测控设备的防水、防爆、防雷等级的要求较高。（4）为确保生产的连续性，要求自动化程度高；当生产过程中具有高温、高压等特点时，对于安全等级的要求较高。流程工业广泛使用集散控制系统和各类安全仪表系统。2）流程工业控制系统及其发展经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、分散型智能仪表控制系统、集散控制系统和现场总线控制系统的发展历程。

控制方式分类：从控制设备的使用方式来看，可以分为仪表控制和计算机控制；

从控制结构来看，可以分为集中式控制和分散性控制；从信号类型来看，可以分为模拟式控制和数字式控制。3）流程工业控制系统的主要仪表与装置流程工业大量使用DCS进行常规控制，使用安全仪表系统实现安全功能。常规控制系统的基本控制回路包括控制器、执行器、检测仪表和被控对象四部分。

控制器可以是控制仪表，也可以是PLC或DCS的现场控制站。

执行器主要是气动调节阀和一些开关阀。

检测仪表主要检测温度、压力、物位和流程等过程参数和一些成分参数。4）流程工业控制系统的主要控制策略

在流程工业中，一些复杂过程往往具有不确定性（环境结构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、非线性、变量间的关联性、信息的不完全和大纯滞后等特性，因此，流程工业的控制策略受到广泛研究，常用的控制策略可分为：简单控制、复杂控制和先进控制（APC）。

复杂控制有前馈控制、前馈-反馈控制、比值控制、均匀控制、串级控制、分程控制和解耦控制等。

先进控制主要有预测控制和一些智能控制策略等。

通常要根据被控过程的特点和控制要求合理选择控制策略，制定控制参数。4、工业控制发展的两条主线（1）工业控制理论与技术：开发具有一定普适性或适用于某行业的控制理论与技术，以这些先进的控制理论与技术应对各类控制工程中的复杂问题。一般认为，工业控制理论与技术经历了经典控制与现代控制阶段，目前处于智能控制阶段。（2）工业控制系统/装置：主要是不断开发、升级现有的工业控制系统设备，以这些新型的设备作为载体，来支持复杂的控制理论与算法，并实现与调度、管理系统的集成，提高工业生产的自动化水平、管理水平和综合效益。工业控制系统的发展经历了模拟控制、数字化分布式控制阶段，目前处于工业互联网阶段。5、典型的工业控制系统

典型的工业控制系统系统包括两大类：（1）SCADA系统（2）集散控制系统

完整的计算机控制系统除了包括控制器以往，还应该有完整的人机界面，可以进行监控、报警、报表、数据记录等功能。

现场总线控制系统是一类较新的工业控制系统，目前其应用还没有得到大规模的普及（H1总线速度慢、抗干扰能力差等弱点）。现在厂商已经不再大力推广该系统。

还有一类计算机控制系统，采用工控机或商用计算机做主机，配上I/O模块，如A/D、D/A、DI、DO等。采用高级语言或组态软件编写控制程序。这种控制方式只适用于一些对控制要求不高的小系统。

上述方式，近年还可以采用分布式数据采集模块，通过数字通信的方式与控制软件通信，这样可以节约电缆。

（3）SCADA系统与其它计算机控制系统的比较SCADA系统集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高，特别适合测控点极为分散，对控制的要求不是特别高的场合（电力SCADA等除外）。

PLC系统，即可编程控制器系统，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。

PLC多作为SCADA系统的下位机。

DCS

系统（集散控制系统），适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统的价格昂贵。SCADA系统在结构上体现为上、下位机的结构，下位机完成设备的直接控制，而上位机侧重于信息集中管理，上、下位机通过通信网络连接。由于SCADA系统的控制对象分布可能极为分散，因此，SCADA系统的通信通常比DCS要复杂，通信的形式也会多种多样。

SCADA系统可以集成不同厂家的各种测控产品，开放性更好。而某一过程的DCS控制系统通常是某固定型号的。某垃圾焚烧发电厂的DCS操作界面

随着技术的不断进步，各种控制方案层出不穷，一个具体的工业控制问题可以有不同的解决方案。但总体上来说，还是遵循传统的思路，即在制造业的控制中，还是首选PLC，而过程控制系统首选DCS。而对于监控点十分分散的控制过程，多数还是会选SCADA系统，只是随着应用的不同，下位机的选择会有不同。当然，由于控制技术的不断融合，在实际应用中，有些控制系统的选型还是具有一定的灵活性。二、SCADA系统1、系统定义与特点SCADA的英文是SupervisoryControlAndDataAcquisition，译成中文就是监督控制与数据采集。从其名称可以看出，其包含两个层次的功能：数据采集监控、管理

图1.3所示为一个污水处理厂SCADA系统。图1.3(a)SCADA系统实例－污水处理厂监控系统原油（天然气）井站、油气地面开采集输、原油（天然气）处理联合站、输油（气）管道的自动化。图1.3（b)SCADA系统实例－油田监控系统（1）定义

SCADA系统是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。

（2）特点

一般来讲，SCADA系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值守。2、SCADA系统结构与组成上位机：侧重监控与管理功能下位机：直接控制功能通信网络：实现上、下位机数据交换如图1.4所示。从其结构可以看出，SCADA系统具有控制分散、管理集中的“集散控制系统”的特征。图1.4SCADA系统结构（1）下位机1）下位机功能：数据采集下位机配置的各种输入设备（DI、AI等）进行数据采集控制下位机配置的各种输出设备（DO、AO等）对现场设备进行直接控制。下位机接收上位机的监控，并且向上位机传输各种现场数据。2）下位机类型：远程终端单元RTURTU（RemoteTerminalUnit，RTU）是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备。它在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等方面的优点也得到用户的肯定。RTU和PLC有些相似，但是和PLC并行独立发展起来的，产生初期就是面向测控点分散的SCADA系统应用，而不像PLC一样面向企业工厂自动化。

北京安控公司的Super32-LP微功耗RTU，是面向工业现场信号采集和控制的小型RTU。采用微功耗设计，内置GPRS通信模块和Zigbee无线通信接口，配合SZ系列无线仪表，极其方便的组成自来水和燃气管网测压系统。特别适合在小点数的数据采集领域使用。RTU的功能：

RTU的主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。RTU的配置与程序执行：

RTU的主要配置有CPU模板、I／O（输入／输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机、天线、电源、机箱等辅助设备。

RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程序。应用程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图等。有些设备还支持C语言编程。RTU的特点：（1）同时提供多种通讯端口和通讯机制。（2）提供大容量程序和数据存储空间。（3）高度集成的、更紧凑的模块化结构设计。（4）更适应恶劣环境应用的品质。

PLC（中、小型）典型的小型PLC产品有三菱的FX2N和5U系列PLC、西门子的S7-1200、OMRON的CPM1A等。一些中、大型的SCADA系统的下位机会选用中型的PLC产品，如三菱的Q系列、西门子的S7-1500、A-B公司的ControlLogix和施耐德的Quantum系列等。图1.5所示为下位机程序。

由于PLC具有更好的通用型，目前PLC在SCADA系统的应用要超过RTU。图1.5下位机程序示例（三菱电机PLC）a、西门子S7-200b、三菱电机FX2N图1.6整体式可编程控制器

a、西门子S7-300b、三菱A系列c、A-BControl

Logix图1.7模块式可编程控制器PAC（可编程自动化控制器）作为一种开放型的自动化控制设备，PAC在SCADA系统的下位机的应用逐步增多，主要的产品有：GEFanuc公司的PACSystemsRX3i／7i、NI公司的CompactFieldPoint、Beckoff公司的CX1000、泓格科技的WinCon／LinCon系列、μPAC-7186EX、A-B公司的CompactLogix和研华公司的ADAM-5510EKW等。PAC可以看作是高端的PLC图1.8泓格科技的WinCon智能仪表在一些侧重数据采集、信息集中管理与远程监管的应用中，远程控制功能要求较低。在这类SCADA系统中，大量使用各种现场仪表做下位机，如智能流量计量表、冷量热量表、智能巡检仪等。总线式工控机随着计算机设计的日益科学化、标准化与模块化，一种总线系统和开放式体系结构的概念应运而生。总线即是一组信号线的集合，一种传送规定信息的公共通道。它定义了各引线的信号特性、电气特性和机械特性。按照这种统一的总线标准，计算机厂家可设计制造出若干具有某种通用功能的模板，而系统设计人员则根据不同的生产过程，选用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准化的设计特点，能满足不同层次，不同控制对象的需要，又能在恶劣的工业环境中可靠地运行，因而，其应用极为广泛。我国工控领域总线工控机主要有3种系列：Z80系列、8088/86系列和单片机系列。专用控制器随着微电子技术与超大规模集成技术的发展，计算机技术的另一个分支——超小型化的单片微型计算机（singchipmicrocomputer）简称单片机诞生了。它抛开了以通用微处理器为核心构成计算机的模式，充分考虑到控制的需要，将CPU、存储器、串并行I/O接口、定时/计数器，甚至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器，也称片上系统（SoC）。近年来，以ARM（Advanced

RISC

Machine）架构为代表的精简指令集（RISC）处理器架构大量使用。除了在消费电子领域，如移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏等设备上使用外，在工控设备中ARM处理器也广泛使用。安全控制器不同的应用场合发生事故后其后果不一样，一般通过对所有事件发生的可能性与后果的严重程度及其他安全措施的有效性进行定性的评估，从而确定适当的安全度等级。目前IEC-61508将过程安全所需要的安全完整性水平划分为4级，从低到高为SIL1~SIL4。为了实现上述一定的安全完整性水平，需要使用安全仪表系统（SafetyinstrumentationSystem，简称SIS），该系统也称为安全联锁系统（SafetyinterlockingSystem）。该系统是常规控制系统之外的侧重功能安全的系统，保证生产的正常运转、事故安全联锁。安全仪表系统包括传感器、逻辑运算器和最终执行元件，即检测单元、控制单元和执行单元。罗克韦尔GuardLogix集成安全控制系统（图中红色为安全控制器）边缘控制器

边缘设备增强的计算等功能实现了数据在网络边缘侧（也是现场设备侧）的分析、处理与存储，不仅减少了对云端的依赖，还提高了数据的安全性。

边缘计算对数据的本地处理、控制与通信的要求超出了传统的PLC等现场控制器的能力。因此，一种满足工业现场使用环境，集成PLC（包含本地和远程I/O）、PC（包含人机界面）、工业网关（包含部分信息安全功能）、机器视觉、设备联网等功能于一体的设备逐步出现。

该设备能同时实现多重控制（过程控制、逻辑控制、运动控制）、数据采集与发布、实时运算、数据库连接与云端连接，并成为IT与OT融合的重要桥梁，这样的边缘设备称为边缘控制器（EdgeController）。图1.9两类从边缘到云端的解决方案1）上位机组成：上位机系统通常包括SCADA服务器、工程师站、操作员站、WEB服务器等，这些设备通常采用以太网联网。上位机人机界面如图1.9所示。实际的SCADA系统上位机系统到底如何配置还是根据系统规模和要求而定。根据安全性要求，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台SCADA服务器，当一台出现故障时，系统自动却换到另外一台工作。（2）上位机2）上位机功能：①数据采集和状态显示

SCADA系统的首要功能就是数据采集，即首先通过下位机采集测控现场数据，然后上位机通过通信网络从众多的下位机中采集数据，进行汇总、记录和显示。通常情况下，下位机不具有数据记录功能，只有上位机才能完整地记录和保持各种类型的数据，为各种分析和应用打下基础。②远程监控。由于上位机采集数据具有全面性和完整性，监控中心的控制管理也具有全局性，能更好地实现整个系统的合理、优化运行。特别是对许多常年无人值守的现场，远程监控是安全生产的重要保证。远程监控的实现不仅表现在管理设备的开、停及其工作方式，如手动还是自动，还可以通过修改下位机的控制参数来实现对下位机运行的管理和监控。③报警和报警处理

SCADA系统上位机的报警功能对于尽早发现和排除测控现场的各种故障，保证系统正常运行起重要作用。上位机上可以以多种形式显示发生的故障的名称、等级、位置、时间和报警信息的处理或应答情况。上位机系统可以同时处理和显示多点同时报警，并且对报警的应答做记录。④事故追忆和趋势分析。上位机系统的运行记录数据，如报警与报警处理记录、用户管理记录、设备操作记录、重要的参数记录与过程数据的记录对于分析和评价系统运行状况是必不可少的。对于预测和分析系统的故障，快速地找到事故的原因并找到恢复生产的最佳方法是十分重要的，这也是评价一个SCADA系统其功能强弱重要的指标之一。⑤与其他应用系统的结合工业控制的发展趋势就是管控一体化，也称为综合自动化，典型的系统架构就是ERP／MES／PCS三级系统结构，如图1.10所示，SCADA系统就属于PCS层，是综合自动化的基础和保障。这就要求SCADA系统是开放的系统，可以为上层应用提供各种信息，也可以接收上层系统的调度、管理和优化控制指令，实现整个企业的优化运行。

市政设施SCADA系统和地理信息系统的结合较多。图1.10综合自动化体系结构(3)通信网络

通信网络实现SCADA系统的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在SCADA系统中扮演的作用更为重要，这主要因为SCADA系统监控的过程大多具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。在一个大型的SCADA系统，包含多种层次的网络，如设备层总线，现场总线；在控制中心有以太网；而连接上、下位机的通信形式更是多样，既有有线通信，也有无线通信，有些系统还有微波、卫星等通信方式。1）上位机系统网络主要是连接上位机、服务器、通信设备、打印设备的局域网络。上位机还可以设置WEB服务器，提供远程监控网络。2）下位机系统网络包括连接I/O设备与控制器的现场总线，各种设备级总线等。

在一些应用中，现场布线不方便，会采用短距离无线通信。3）连接上、下位机的通信网络这部分网络最复杂，形式最多样，是SCADA系统的重要特点。1）检测元件

SCADA系统中监控的参数按照数据类型可以分为模拟量、数字量和脉冲量等，模拟量包括温度、压力、物位、流量等典型过程参数和其他各种参数，而数字量包括设备的启／停状态等。要靠各种检测元件（传感器）实现采集。2）执行器执行设备接受下位机（控制器）的输出，改变操纵变量，使生产过程/设备按照预定要求正常运行。

在不同的行业中，执行器类别不一样，如在生产过程监控中，各种气动执行器得到广泛应用，典型的就是气动薄膜调节阀，还有各种开关阀门。而在制造业中，各种步进电机、变频器、伺服电机等调速设备得到广泛应用。（4）检测和执行设备4、SCADA系统发展与典型架构SCADA系统的发展经历了集中式SCADA系统阶段、分布式SCADA系统阶段和网络式SCADA系统三个阶段。集中式SCADA系统是所有的监控功能依赖于一台主机（mainframe），采用广域网连接现场RTU和主机。网络协议比较简单，开放性差，功能较弱。现场RTU几乎无控制功能，只侧重数据采集。第二代SCADA系统逐步向网络化、分布式过渡，但是使用的是专业网络，专业协议，但开放性较差。现场RTU具有控制功能。网络化SCADA系统以各种网络技术为基础，控制结构更加分散化，信息管理更集中。系统普遍以客户机／服务器（C／S）和浏览器／服务器结构（B／S）为基础，多数系统结构上包含这两者结构，但以C／S结构为主，B／S结构主要是为了支持Internet应用，以满足远程监控的需要。现场控制设备具有较强的控制功能和通信能力。与第二代SCADA系统相比，第三代SCADA系统在结构上更加开放，兼容性更好，可以无缝集成到全厂综合自动化系统中。第三代SCADA系统在软、硬件上开放性好，采用国际标准或主流的网络和通信协议。同时，PLC在SCADA系统中的应用更加普通。由于SCADA系统的规模可以从几百点到几万点，用户对SCAD系统的需求是多样的，因此对其系统架构提出了很高的要求。SCADA系统属于典型的分布式计算机应用系统，在这样的系统中，体系结构是软件系统中最本质的东西，良好的体系结构意味着普适、高效和稳定。由于体系结构是对复杂事务的一种抽象，良好的体系结构是普遍适用的，它可以高效地处理多种多样的个体需求。同时，体系结构在一定的时间内保持稳定。当需求发生变化时，程序员可以不用修改系统的体系结构。1）客户机／服务器结构C／S结构中客户机和服务器之间的通信以“请求－响应”的方式进行。客户机先向服务器发出请求，服务器再响应这个请求，如图1.11所示。

C／S结构最重要的特征是：它不是一个主从环境，而是一个平等的环境，即C／S系统中各计算机在不同的场合既可能是客户机，也可能是服务器。在C／S应用中，用户只关心完整地解决自己的应用问题，而不关心这些应用问题由系统中哪台或哪几台计算机来完成。图1.11客户机／服务器结构

如在SCADA系统中，当SCADA服务器向PLC请求数据时，它是客户机，而当其他操作站向SCADA服务器请求服务时，它就是服务器。这种结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到客户端和服务器端来实现，降低了系统的通讯开销。2）浏览器/服务器结构

随着Internet的普及和发展，以往的主机／终端和C／S结构都无法满足当前的全球网络开放、互连、信息随处可见和信息共享的新要求，于是就出现了B／S型结构，如图1.12所示。图1.12浏览器／服务器结构B／S结构最大特点是：用户可以通过浏览器去访问Internet上的文本、数据、图像、动画、视频点播和声音信息，这些信息都是由许许多多的Web服务器产生的，而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接，大量的数据实际存放在数据库服务器中。

这种结构的最大优点是：客户机统一采用浏览器，这不仅让用户使用方便，而且使得客户端不存在维护的问题。3）两种结构比较1）B／S模式的优点和缺点B／S结构的优点表现在：具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能。维护简单方便，只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新。开发简单，共享性强。B／S结构的缺点表现在：个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求。页面动态刷新，响应速度明显降低。功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。2）C／S模式的优点和缺点C／S结构的优点表现在：由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求。C／S结构的管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。

C／S结构的缺点表现在：需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置。兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性。若采用不同工具，需要重新改写程序。开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化有着不可替代的作用。5、SCADA系统典型应用领域（1）电力SCADA图1.12浏览器／服务器结构（2）武广高铁防灾SCADA系统在武广高铁上采用SCADA技术建立了铁路防灾系统。武广高铁全长995公里，有10个车站，3个数据调度中心，分别位于武昌新火车站、长沙火车站和广州南站内。全线共设置155个防灾监控单元，包括2处监控数据处理设备、2处调度监控设备。该系统实现了对远程无人值守站点、环境恶劣站点的监控。系统设有风速监测站点109个、雨量监测站点51个、异物监测站点125个

武广高铁防灾SCADA系统总体结构图

在SCADA系统在油气长距离输送中占有重要地位，它对与油气输送有关的首站、门站、分输站、压气站、阀室、末站等站场设备进行监控。

根据油气输送系统的特点和监控需求，这类系统通常采用SCADA系统，由调度控制中心、站场控制系统（站控系统）、安全仪表系统及连接调度控制中心和站控系统的通信网络组成。

一些大型的站控系统实际上也是一个结构完整的SCADA系统。（3）SCADA系统在西气东输中的应用

这类大型SCADA系统在控制层级上，具有控制中心级、站控级、现场设备级和手动级四级结构，可以选择一种模式进行操作。在正常情况下，管道沿线各站无须人工干预，各站在调度控制中心的统一指挥下完成各自的工作。经调度控制中心授权后，可将控制权切换到站控级。当数据通信系统发生故障时，站控级自动接管控制权，完成对本站的监视控制。当进行设备、通信系统检修或紧急停车时，可采用就地控制。这类系统通常具有多级调度控制系统。例如，西气东输监控中心有省级调度控制中心和国家级总调度控制中心，以实现对整个输气过程的全面监控。图1.22西气东输SCADA系统的总体结构图无人站系统：通信机房，隧道公路和桥梁等交通设施，铁路等运输设施，自来水与污水泵站，南水北调，电力、煤气等生产设施生产制造过程监控系统大型设备远程监控——如对大型港口机械的远程监控、对大型中央空调的远程监控、对远洋轮船的远程监控等。重要危险源远程监控——如对矿山瓦斯等有毒有害气体、森林火警和化工危险品运输车等的实时监控。对其他生产和生活相关行业的监控——如农业大棚监控、粮库质量和安全监测、油库安全监测、化工仓储设施的安全监控、自动化仓库及物流配送的监控等。

（4）其它应用领域无人值守工作站无线通讯基站网；邮电通讯机房空调网；电力系统配电网；铁路系统电力系统调度网；铁路系统道口，信号管理系统；坝体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网；石油和天然气等各种管道监控管理系统；地铁、铁路自动收费系统；交通安全监侧；城市供热、供水系统监控和调度；环境、天文和气象无人检测网络的管理；其它各种需要实时监控的设备。极大地提高了生产和运行管理的安全性能和可靠程度。极大地减低了生产人员面临恶劣工作环境的可能性，保证了工作过程中第一位的人员的安全性。通过生产过程的集中控制和管理，极大地提高企业作为一个整体效率的竞争能力，提高了产品质量和生产的效率。系统通过对设备生产趋势的保留和处理，可提高预测突发事件的能力，在紧急情况下的快速反应和处理能力，可极大地减少生命和财产的损失，从而可带来潜在的社会和经济效益。（5）采用SCADA系统的好处监控与数据采集技术Ch2数据通信与网络技术一、数据通信概述通信传输的信息语音、图像、文字、数据等信息的类别连续信息：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通信中的两种基本传输信号模拟信号和数字信号模拟通信以模拟信号作为载体来传输信息数字通信以数字信号作为载体来传输信息数据通信若信息源产生的是数据，则整个通信过程称为数据通信1、SCADA系统中的通信（1）SCADA系统中的数据通信数据通信是完成数据编码、传输、转换、存储、处理的过程，是计算机技术与通信技术相结合的产物。与一般的控制系统相比，SCADA固有的测控点分散、测控范围广的特点决定了整个通信子系统在SACDA系统的运行过程中起到了更加重要的作用，可以看成SCADA系统的神经系统。无线数据传输具有安装使用灵活方便特点。SCADA系统曾广泛使用无线通信。例如，下位机与上位机通常距离较远，采用的主要无线通信技术有常规频段模拟电台加Modem、常规频段数字电台、模拟或数字集群、GSM短信息和GPRS等。部分大型系统还会采用微波和卫星通信方式在SCADA系统中，还存在短距离无线通信的应用，即在应用现场通过短距离无线通信把传感器的检测信号传输给现场下位机。典型的短距离无线通信技术有红外线、蓝牙、ZigBee、WirelessHart等。通讯由于介质的不同大体可以分为如下的三种类型：有线、无线和网络。单独把网络拿出来是因为近些年网络技术发展很快，目前网络成了传输SCADA信息的一个很重要的方式。信道分类也可以分为半双工和全双工的信道，但是有时即使信道是全双工的，而协议是半双工的，系统也工作在半双工状态。（2）SCADA系统中的数据通信需求现场测控站点仪表、执行机构与下位机的通信下位机系统与SCADA服务器（上位机）的远程通信监控中心不同功能计算机之间的通信（SCADA服务器、客户机、数据库服务器等）监控中心Web服务器与远程客户端的通信SCADA服务器/数据库服务器与MES等企业级应用软件的通信2、数据通信概述

数据是指对数字、字母以及组合意义的一种表达。

在SCADA系统中，通信数据与监控系统的各种信息紧密相关，如用数字1表示电机处于工作状态，用数字0表示电机处于停止状态；

而对于温度、压力、物位、流量、电流、电压等变量可以用一定数值范围的数字来描述。（1）数据通信系统组成数据通信系统是指以计算机为中心，通过数据传输信道将分布在各处的数据终端设备连接起来，以实现数据通信为目的的系统。实际的数据通信系统是千差万别的。例如，可以是两台计算机点对点近距离数据传输，可是是工业现场智能设备与控制器之间的数据通信，也可以是分布在各地的数百台甚至更多的计算机互相传送数据。

数据通信系统是由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等组成。图2.1所示为香农定义的广义通信模型。图2.1广义通信系统模型信源为待传输数据信息的产生者。发送器将信息变换为适合于信道上传输的信号，而信宿的作用与之相反。信道指发送器与接收器之间用于传输信号的物理介质，又称传输介质。经过传输，在接收器处收到的信号在接收器处变为信息。通信传输过程会受到噪声的干扰，而噪声往往会影响接收者正确地接收和理解所收到的信息。为了把接收到的信息还原为原有信息，并为接收者所理解，需要一套实现约定的协议。协议是数据通信规则的集合，如果没有协议，两台设备即使连接也无法通信。1）通信设备发送设备、接收设备和传输介质是通信系统的硬件。发送设备用于匹配信息源和传输介质，即将信息源产生的数据经过编码变换为信号形式，送往传输介质；接收设备则需要完成发送设备的反变换，即从带有干扰的信号中正确恢复出原有信号，并进行解码、解密等操作。SCADA系统中，由于越来越多的设备变得智能化和数字化，数字通信能力越来越强大，因此，依赖不同时刻设备的作用，许多设备既是发送设备、也是接收设备。

如下位机设备与上位机通信时，当下位机向上位机传送现场仪表参数时，下位机是发送设备，上位机是接收设备；而当下位机接收上位机的控制指令，如开启某台设备，或修改下位机参数时，下位机是接收设备，而上位机是发送设备。工业数据通信系统中典型的发送与接收设备各种变送器、传感器各种数据采集装置可编程逻辑控制器PLC，智能仪表，PAC作为监视操作设备的监控计算机或工作站各种调节阀门电机控制设备变频器工业机器人网络连接设备，如中继器、网桥、网关、交换机等2）传输信道

传输信道可以是简单的两条导线，也可以是由传输介质、数据中继、交换、存储、管理设备构成的网络。

传输信道是为收发两地的数据流提供传输的信道，传输信道由两部分组成：一部分是传输介质，另外一部分是其他数据处理设备。

传输介质分为有线介质和无线介质两种：

有线介质有双绞线、同轴电缆、光纤。

无线介质则为空气。传输手段为微波、红外线、激光等，（2）数据传输的几个基本概念1）数据传输模式可以分为不同的类型按数据代码传输的顺序，可以分为两种基本方式：即并行传输与串行传输；按数据传输的同步方式，可以分为同步传输与异步传输；按数据传输的流向和时间关系，可以分为单工、半双工与全双工数据传输；按照数据信号特点，可以分为基带传输、频带传输和数字数据传输。通信线路的工作方式单工通信半双工通信全双工通信

通信线路的三种工作方式

发送

单向信道

接收

发送接收

单向信道

接收发送

发送接收

双向信道

接收发送(c)全双工通信(b)半双工通信(a)单工通信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，再传输，则称为频带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2）数字数据传输在线路上传输的二进制数据可以采用并行模式传输或串行模式传输。在并行模式下，每一个时钟脉冲有多位数据被传送；而在串行模式下，每一个时钟脉冲只发送一位数据。而且，发送并行数据仅仅只有一种方式，而对于串行传输则有两种方式同步传输异步传输A.同步传输

同步传输是以一定时钟节拍来发送数据信号的。这个时钟可以是由参与通信的那些设备或器件中的一台产生的，也可以是由外部时钟信号源提供的。时钟可以有固定的频率，也可以间隔一个不规则的周期进行却换。所有传输的数据位都和这个时钟信号同步。在同步传输时，它不是独立地发送每个字符，而是连续地发送位流，并且不需要每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送，这些组合称为数据帧，或者简称为帧。B异步传输

异步传输中，每个节点有有自己的时钟信号，每个通信节点必须在时钟频率上保持一致，并且所有的时钟必须在一定误差范围内相吻合。

异步传输中，并不要求在传送信号的每一数据位时收发两端都同步。依赖起始位、数据位、停止位等来起同步作用。C.同步与异步传输比较同步传输通常要比异步传输快，传输效率较高。

异步传输实现起来比较容易，对线路和收发器要求较低，实现字符同步也比较简单，收发双方的时钟信号不需要精确地同步。缺点是多传输了用于同步目的的字符，降低了传输效率。3）差错控制

在数据通信过程中，由于各种干扰及传输线路本身的因素，在传输过程中会不可避免地发生错误，特别是随着无线通信应用的增多，而无线通信差错率要远高于有线通信。为了提高通信系统的传输质量而采取的检测与校正方法就差错控制。在计算机网络中，差错控制通常是在数据链路层进行的。差错检查是让报文分组中包含使接收端发现差错的冗余信息，但它不能确定是哪一位出错，也不能纠正传输中的差错；差错纠正是让报文中每个传输的报文分组中带有足够的冗余信息，使得接收端能发现并自动纠正传输错误。差错纠正在功能上优于差错检测，但实现复杂，造价高。差错检查原理简单，容易实现，编码与解码速度快，应用广泛。反馈纠错前向纠错混合纠错A.差错控制方式差错控制的工作方式有两类：接收端检测到接收的数据有差错时，接收端自动纠正差错；接收端检测出错误后不是自动纠错，而是反馈给发送端一个表示错误的应答信号，要求重发，直到正确接收为止。目前常用的差错控制方式有以下3种。奇偶校验码奇偶校验码是一种最简单实用的检错码，指通过增加冗余位来使得码字某些位中“1”的个数保持为偶数或奇数的编码方式。异步通信系统中使用偶校验或奇校验这两种方法。循环码（CyclicRedundancyCheck,CRC）

纠错码虽然能纠正数据的错误，但是纠错码的冗余位比检错码多得多，也就是说，它的编码效率比检错码低得多，会使网络传输效率降低。而CRC码是一种检错率高、编码效率高的检错码。

B.常用的差错检测方法二、通用串行通信1、串行通信概述

串行接口通信接口中有两个重要的概念:数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment，DTE）数据电路终接设备DCE（DataCircuit-terminatingEquipment，DCE）目前最常用的有关DTE和DCE之间的接口标准是EIA和ITU-T指定的标准。其中EIA（美国电子工业协会，ElectricalIndustrialAssociation，EIA）标准有EIA-232、EIA-442和EIA-449等；

数据通信接口标准主要用来定义数据通信的接口和信号方式。在通信线路的两端都要有DTE和DCE，如图2.2所示。DTE产生数据并且传输到DCE。

DCE将此信号转换成适当的形式在传输线路上进行传输。图2.2DTE和DCE设备的连接在物理层：DTE可以是终端、微机、打印机、传真机等其他设备，但是一定要有一个转接设备才可以通信。DCE是指可以通过网络传输或接收模拟数据或数字数据的任意一个设备，最常用的设备就是调制解调器。2、串行通信参数

串行通信中，交换数据的双方利用传输在线路上的电压变化来达到数据交换的目的，但是如何从不断改变的电压状态中解析出其中的信息，就需要双方共同决定才行，即需要说明通信双方是如何发送数据和命令的。因此，双方为了进行通信，必须要遵守一定的通信规则，这个通信的规则就体现在对通信端口的初始化的参数上。数据的传输速度：波特率（BaudRate）单位：bit/s、比特/秒。是bit，而不是字节byte，字节一般用B数据的发送单位：如ASCII码8个位形成一个字符起始位及停止位：起始位固定为1个位，而停止位则有1、1.5及2个位等多种选择。校验位的检查：为了预防错误的产生，使用了校验位作为检查的机制。可根据实际需要选择奇校验、偶校验或无校验。3、流量控制

所谓的流量控制，是为了保证传输双方都能正确地发送和接收数据而不会漏失。如果发送的速度大于接收的速度，而接收端的处理器来不及处理，则接收缓冲区在一定时间后会溢出，造成以后发送来的数据无法进入缓冲区而漏失。解决这个问题的方法是让接收方通知发送端何时发送以及何时停止发送。流量控制又称为握手（HandShaking），常用的方式有：硬件握手和软件握手两种。4、RS-232接口特性（1）RS-232接口特性

RS-232C接口标准所定义的内容属于国际标准化组织ISO所制订的开放式系统互联参考模型中的最低层—物理层所定义的内容。

RS232C接口规范的内容包括四个方面连接电缆和机械特性电气特性功能特性规程特性

机械特性:主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。电气特性:规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。功能特性:主要定义各条物理线路功能和电平电压表示何种意义。规程特性:主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系（2）RS-232串行通信

RS-232C被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232C采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。收、发端的数据信号是相对于信号地。传输距离最大为约15米，中继可加长。最高速率为20kbps。速率和距离类似反比。RS-232C是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，所以RS-232适合本地设备之间的通信。RS-232-C物理层接口标准。机械特性25芯连接器，DTE（DataTerminalEquipment）为终端，DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）连接。现在很少用25芯，多数是9芯。电气特性采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”，高于+4V为“0”，最大20Kbps，最长15m。非平衡传输（unbalancedtransmission）：所有电路共享一个公用的地线。平衡传输（balancedtransmission）：每个主要电路需要两根线，没有公用的地线。功能特性定义了21条线，许多子集，基本与CCITTV.24兼容规程特性对不同的功能子集，有不同的规程。

RS-232-C有14中不同的接口类型，适合于单工，半双工，全双工，同步，异步远程通信示意图远程通信过程呼叫建立阶段（RI、RTS、CTS、DSR）数据传输阶段（双工、半双工，RTS、CTS）拆线阶段（RTS=OFF，CTS=OFF）RS-232C远程通信示意图计算机或终端设备计算机或终端设备调制解调器调制解调器公用电话网5、RS-422与RS-485串行接口（1）RS-422串行接口为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps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。RS-422电平TTL电平TTL电平发送器接收器RS-422电气连接图+－

RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。（2）RS-485串行接口为扩展RS-422串行通信应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。TXDRS-485总线接收允许发送控制RS-485接口示意图TTL电平发送器接收器+－RXD

RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有所改进，无论四线还是二线连接方式，总线上可连接的设备最多不超过32个。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压共模范围。为了提高RS-485总线通信距离，可以采用增加中继的方法对信号进行放大。

RS-485总线电缆在一般场合采用普通的双绞线就可以，在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。RS-485需要2个终端电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终端电阻，即一般在300米以下不需终端电阻，终端电阻接在传输总线的两端。常说采用RS-485通信，其实是指物理层，并不涉及应用层通信协议，Modbus和不少现场总线底层都是RS-485。用户可以在此基础上建立自己的高层通信协议。6、RS-485网络的主从式通信（1）主从式协议主从协议是RS-485网络中常用的通信协议。网段中的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点，由主节点负责控制该网段上的所有通信连接。为保证每个节点都有机会传送数据，主节点通常对从节点依次逐一轮询，形成严格的周期性报文传输。主节点不停地传送报文给从节点，并等待相应从节点的应答报文。

从节点如果收到了一个正确无误的报文，而且报文中的地址与自己的节点地址相同，则需要应答，才能得到报文发送的机会。如果主节点在规定的时间内收到了应答报文，就表明主从节点之间已经建立了连接，可以进行数据传输，由一个主节点对485总线的占用进行管理，任一时刻只允许一个节点向总线发送报文。从节点只有得到主节点许可才可以发送报文，从节点与从节点之间不能直接通信。

许多RS485总线网络采用主从协议管理网络的控制权。由一个主节点对总线的占用进行管理，任一时刻都只允许一个节点向总线发送报文。所有从节点只有在得到主节点许可时才能有报文发送的机会。采用主从式协议时从节点之间不能直接通信。串行通信应用实例（1）被控对象介绍一氧化碳中－低温变换反应中测量和控制的参数有：脱氧槽温度、饱和器温度、恒温槽与反应器间管道温度、中变反应器温度、低变反应器温度、中变和低变反应器中间管道温度、配气流量、中变后引出分析的气体流量、系统内部与外部差压、中变和低变后的二氧化碳气体含量（进而可对其它组分进行物料衡算）。（2）系统结构采用两级分布式测控结构，系统硬件结构如图所示。现场总线选用RS-485总线，直接将智能仪表挂接在RS-485总线上，通过RS-232/485转接器与PC机串口连接。系统配置了6台智能仪表（宇电AI-808），RS-232/485转换器一块，并为每个节点设备分配一个唯一的地址。

温度控制由智能仪表完成，而上位机只对下位机实现远程监控功能，一方面接收现场智能仪表传送来的温度等采集数据，另一方面对现场智能仪表的温度控制设定值和其它参数进行更改。数据的上传下达通过RS-485总线并在通信软件的控制下完成。系统硬件结构图（3）仪表读写指令通信主要是上位机与AI-808系列现场智能仪表的通信，采用主从通信方式，上位机为主节点，其他智能仪表为从节点，从节点的地址是从1～6。宇电AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据，仪表指令有读指令和写指令，仅用两条指令能够实现对仪表的所有操作。其读、写指令的格式为：读指令：仪表地址代码＋52H＋要读的参数代号＋0＋0＋CRC校验码。写指令：仪表地址代码＋43H＋要写的参数代号＋写入数低字节＋写入数高字节＋CRC校验码。其中仪表地址代码的基数为80H。要读写的参数种类共有26个，具体包括给定值、上／下限报警、控制方式、小数点位置等，每个参数都有一个代号。无论是读还是写，仪表都返回以下数据：测量值＋给定值＋输出值及报警状态＋所读/写参数值＋CRC校验码测控软件采用VisualBasic开发。对AI仪表的串口通信采用了MsComm控件，并以查询方式读端口数据。

对AI仪表的通信参数设置可选择为：波特率9.6Kbps、无奇偶效验、8个数据位、2个停止位。串行通信程序代码如下（4）通信程序设计PrivateSubtmrInstrument_Timer（）DiminstringDimcommbyte（5）AsByteDimt1，t2MSComm1.CommPort=2’设置通信端口MSComm1.InputMode=1’输入模式MSComm1.Settings=“9600，n，8，2”’通信参数设置’MSComm控件读取接收缓冲区中全部的内容。MSComm1.InputLen=0MSComm1.DTREnable=False’使DTR线无效MSComm1.RTSEnable=True’使RTS线有效MSComm1.PortOpen=True’打开通信端口commbyte（0）=128+mInstrumentID’仪表基地址为80H，即十进制的128。commbyte（1）=128+mInstrumentID’十进制67相当于43H，表示写设定值（”0”是设定值操作的代号）。commbyte（2）=67＋0commbyte（3）=0commbyte（4）=mTempSet（i）（0）’写设定值低字节commbyte（5）=mTempSet（i）（1）’写设定值高字节MSComm1.Output=commbyte’发送指令Do’查询输入缓冲区DoEvents’根据输入缓冲区字节判断通信是否成功LoopUntilMSComm1.InBufferCount>=7instring=MSComm1.Input’读输入缓冲区MSComm1.PortOpen=False’关闭串口t1=instring（0）’读低字节（低八位）t2=instring（1）’读高字节（高四位）’显示温度，’mFloatIndex表示仪表设置有几位小数点，可以从仪表中读出。txtTemp（mInstrumentID）.Text=Str（（t1+t2*256）/mFloatIndex）EndSub三、MODBUS通信协议（1）概述Modbus协议是一种Modicon公司开发的通信协议，最初目的是实现可编程控制器之间的通信。改进的Modbusplus（MB+）网络，可连接32个结点，利用中继器可扩至64个结点。该协议逐渐被认可，成为一种标准的通讯协议，只要按照这种协议进行数据通讯或传输，不同的系统就可以通讯。1、协议概述Modbus协议定义了一种公用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它制定了信息帧的格式，描述了服务端请求访问其它设备等客户端的过程，如怎样回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。通过Modbus协议在网络上通信时，必须清楚每个控制器的设备地址，根据每个设备地址来决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并按照Modbus协议发出。（2）主从查询－回应

Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据和错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、要返回的数据和错误检测域。图2.5主从查询-回应周期表2、常用Modbus协议Modbus协议消息帧的定义常用的Modbus通讯协议有两种报文帧格式，一种是ModbusASCII，一种是ModbusRTU。一般来说，通讯数据量少采用ModbusASCII协议，通讯数据数据量大而且是二进制数值时，多采用ModbusRTU协议。Modbus/TCPModbus/TCP是Modbus协议族中的新成员，它是建立在标准的TCP协议基础上的Modbus协议扩展。借助于TCP对Internet的支持，可以实现PLC、I/O模块和其他控制设备的透明连接，为工业自动化领域的软硬件开发商提供一个网络时代的设备信息通讯标准。3、Modbus通信仿真工具ModbusPoll和ModbusSlave分别是常用的Modbus主站和Modbus从站的模拟程序，实用性强，十分便于Modbus通信程序的开发和调试。Modbus主站仿真软件ModbusPollModbus从站仿真软件ModbusSlave四、SCADA系统中的网络通信技术1、通信网络概述通信网络是用各种通信手段和一定的连接方式，将终端设备、传输系统、交换系统等连接起来的通信整体，或由一些彼此关联的分系统组成的完整的通信系统。通信网络的基本构成要素是终端设备、传输链路、转接交换设备及接入部分。除了这些硬件设备外，为了保证网络能正确合理的运行，用户间快速接续，并有效地相互交换信息，达到通信质量一致，运转可靠性和信息透明性等要求，还必须有管理网络运行的软件，如标准、信令、协议等。通信网络分类按照能实现的业务种类不同，通信网可以划分为电话通信网、计算机通信网、数据通信网、广播电视网以及综合业务数字网；按照网络所服务的范围不同，通信网可以分为本地网、长途网及国际网；按照传输介质的不同，通信网可以分为微波通信网、光纤通信网及无线通信网；按照拓扑结构形式，通信网可以分为线形、环形、星形、网形和复合形等基本结构形式。

（1）网络的拓扑结构基本的网络拓扑结构有四种，分别是星形、总线形和还形和混合形。1）星形结构：由中央结点和分支结点所构成，各个分支结点均与中央结点具有点到点的物理连接，分支结点之间没有直接的物理通路2、计算机网络拓扑结构与分类

分支结点中央结点星形结构示意图2）总线结构：采用无源传输媒体作为广播总线，利用电缆抽头将各种入网设备接入总线；为了防止传输信号的反射，总线两端使用终接器（也称终端适配器）计算机终