DCS及现场总线技术第5章详解课件.ppt
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- DCS 现场总线 技术 详解 课件
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1、第5章DCS数据通信及网络DCSDCS及现场总线技术及现场总线技术31信息信息 信息是对客观事物属性和特性的表征。信息是对客观事物属性和特性的表征。信息是字母、数字及符号的集合,其载体可以是数字、文字、语音、信息是字母、数字及符号的集合,其载体可以是数字、文字、语音、视频和图像等。视频和图像等。2数据数据 数据是指数据是指数字化数字化的信息。的信息。数据是装载信息的实体,信息则是数据的内在含义或解释。数据是装载信息的实体,信息则是数据的内在含义或解释。数据两种类型:数字数据(离散)和模拟数据(连续)数据两种类型:数字数据(离散)和模拟数据(连续)5.1.1基本术语基本术语3 3信号信号 数据通
2、信中信号是数据在传输过程中的电磁波数据通信中信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。的表示形式。信号有两种表示形式:模拟信号与数字信号。信号有两种表示形式:模拟信号与数字信号。4 4信道信道 信道是信息从信息的发送地传输到信息接收地信道是信息从信息的发送地传输到信息接收地的一个通路。的一个通路。5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262 71与与 8按使用信道的多少来划分:按使用信道的多少来划分:l串行传输:串行传输:要传输的数据编成数据流,在一条串行信道要传输的数据编成数据流,在一条串行信道上进行传输,一次只传
3、输一位二进制数,接收方再把数上进行传输,一次只传输一位二进制数,接收方再把数据流转换成数据。据流转换成数据。同步同步问题问题 串行传输优点只占用一条信道,易于实现,运用广泛。串行传输优点只占用一条信道,易于实现,运用广泛。910接收端接收端0101000154321786010100105432178611l异步传输中,信息以字符为单位进行传输,每个信息字符都异步传输中,信息以字符为单位进行传输,每个信息字符都具有自己的起始位和停止位,一个字符中的各个位是同步的具有自己的起始位和停止位,一个字符中的各个位是同步的,但字符与字符之间的时间间隔是不确定的。,但字符与字符之间的时间间隔是不确定的。l
4、同步传输中,信息不是以字符而是以数据块为单位进行传输同步传输中,信息不是以字符而是以数据块为单位进行传输的。通信系统中有专门用来使发送装置和接收装置保持同步的。通信系统中有专门用来使发送装置和接收装置保持同步的时钟脉冲,使两者以同一频率连续工作,并且保持一定的的时钟脉冲,使两者以同一频率连续工作,并且保持一定的相位关系。在这一组数据或一个报文之内不需要启停标志,相位关系。在这一组数据或一个报文之内不需要启停标志,所以可以获得较高的传输速度。所以可以获得较高的传输速度。13:38:0912131415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
5、送发送接收接收接收接收接收接收接收接收(b)(c)16数字信号数字信号1(a)调幅调幅1110000 170.920.90.280.30.560.61.081.11.521.51.50.130.10.270.30.70.50.30.101.11.30.9D5D4D3D2D1D7D6样样本本量化级量化级编码编码脉冲编码脉冲编码D130011 D230011 D360110 D4111011 D5151111 D691001 D710001 18二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。19。20时分多路
6、复时分多路复用器用器时间时间112211333333322222时分多路复时分多路复用器用器111212223线路交换线路交换(Circuit Switching)此方式通信过程分三个阶段:此方式通信过程分三个阶段:l1)线路建立阶段:通过网络在)线路建立阶段:通过网络在A站与站与B站之间站之间建立建立线路连线路连接,即首先发送接,即首先发送“连接请求包连接请求包”。“连接请求包连接请求包”内含有内含有需要建立线路连接的源地址与目的地址。需要建立线路连接的源地址与目的地址。l2)数据传输阶段:通过该连接,实时、双向交换或报文分)数据传输阶段:通过该连接,实时、双向交换或报文分组。组。l3)线路
7、释放阶段:数据传输完成后,进入线路)线路释放阶段:数据传输完成后,进入线路释放释放阶段,阶段,结束此次通信。结束此次通信。24252613:38:122728l由于增加了分组附加信息,所以增加了信道开销。由于增加了分组附加信息,所以增加了信道开销。l主要特征主要特征基于基于标记标记:不先建立连接而随时可发送数据的:不先建立连接而随时可发送数据的交换方式,称为交换方式,称为无连接交换无连接交换。2910100111010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 优点:优点:l1 1)高效:动态分配传输带宽,对通信链路是
8、逐段占用。)高效:动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。l2 2)灵活:结点均有智能,为每个分组独立地选择转发路由。)灵活:结点均有智能,为每个分组独立地选择转发路由。l3 3)迅速:以分组作为传送单位,不先建立连接就能向其他主)迅速:以分组作为传送单位,不先建立连接就能向其他主机发送分组。机发送分组。l4 4)可靠:完善的网络协议;使网络有很好的生存性)可靠:完善的网络协议;使网络有很好的生存性。l节点处理分组的过程:收到的分组先放入缓存,再查找转发节点处理分组的过程:收到的分组先放入缓存,再查找转发表,后由交换机构从缓存中将该分组取出,传递给适当端口表,后由交换机构从缓存中将该分组取出,
9、传递给适当端口转发。转发。3031 323334l 1)采用高质量的通信线路)采用高质量的通信线路 选高质量通信线路有利于减少内部噪声的影响,从而减少相选高质量通信线路有利于减少内部噪声的影响,从而减少相应差错产生。这种方法对减少外部噪声的影响改善不明显,应差错产生。这种方法对减少外部噪声的影响改善不明显,且高质量的线路造价成本高。且高质量的线路造价成本高。l 2)采用差错控制方法)采用差错控制方法 差错控制:数据通信过程中,检测及纠正差错,把差错限制差错控制:数据通信过程中,检测及纠正差错,把差错限制在数据传输所允许、尽可能小范围内的技术和方法。在数据传输所允许、尽可能小范围内的技术和方法。
10、差错控制编码是一种有效的差错控制方法,即对所传输的数差错控制编码是一种有效的差错控制方法,即对所传输的数据进行抗干扰编码,用以实现差错控制的目的据进行抗干扰编码,用以实现差错控制的目的。353637l循环冗余校验循环冗余校验 循环冗余校验的编码和译码主要是做模循环冗余校验的编码和译码主要是做模2除法运算除法运算,如果出现错误,则余数不为,如果出现错误,则余数不为0,且错位与余数之,且错位与余数之间有一定的对应关系,故可据余数的数值进行纠错间有一定的对应关系,故可据余数的数值进行纠错。检错功能较强,实现容易。检错功能较强,实现容易。目前广泛应用的目前广泛应用的纠错编码。纠错编码。5.2.5工业数
11、据通信的特点工业数据通信的特点 工业控制网络是互联工业计算机、仪表和设备,实现工业工业控制网络是互联工业计算机、仪表和设备,实现工业过程控制和管理。特点:过程控制和管理。特点:l1实时性好实时性好 主要数据通信信息是实时过程和操作信息,控制网络应具主要数据通信信息是实时过程和操作信息,控制网络应具有良好的实时性和快速响应性,动态响应要快有良好的实时性和快速响应性,动态响应要快.(快速响应要快速响应要求的开关、阀门或电动机运转,其响应时间都在毫秒级求的开关、阀门或电动机运转,其响应时间都在毫秒级)l2可靠性高可靠性高 控制网络必须能够连续稳定的运行,任何暂时的中断和故控制网络必须能够连续稳定的运
12、行,任何暂时的中断和故障都会造成巨大损失。障都会造成巨大损失。DCS通常采用冗余技术等措施来提高通常采用冗余技术等措施来提高系统的可靠性。系统的可靠性。385.2.5工业数据通信的特点工业数据通信的特点l3适应恶劣工业现场环境适应恶劣工业现场环境 运行在恶劣的工业环境中,控制网络应该有强抗扰运行在恶劣的工业环境中,控制网络应该有强抗扰性,能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和接地电位性,能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和接地电位差干扰。并采取差错控制等软件手段,降低数据传输差干扰。并采取差错控制等软件手段,降低数据传输的误码率。的误码率。l4开放系统互连开放系统互连 为使不同类型的为使不同类型的D
13、CS能够互相连接,进行数据交换能够互相连接,进行数据交换,控制网络应该符合开放系统互连的标准,使异种计,控制网络应该符合开放系统互连的标准,使异种计算机之间能够互相连接。算机之间能够互相连接。3940l网络体系结构采用分层描述方法网络体系结构采用分层描述方法将整个网络通将整个网络通信功能划分为多个层次,每层各自完成一定任务,信功能划分为多个层次,每层各自完成一定任务,而且功能相对独立。相邻两层由接口连接,以便实而且功能相对独立。相邻两层由接口连接,以便实现功能过渡。现功能过渡。l接口接口使某层通过接口向上一层提供服务。依靠使某层通过接口向上一层提供服务。依靠层间接口连接和各层特定功能,可实现有
14、机结合,层间接口连接和各层特定功能,可实现有机结合,完成不同类别及要求的系统间信息传递。完成不同类别及要求的系统间信息传递。4142分层分层5原则原则l 1)层次适度)层次适度 若层次过少,层次功能就多,实现功能就相对困难;若若层次过少,层次功能就多,实现功能就相对困难;若层次过多,层次功能较少,但运行开销也将增加。层次过多,层次功能较少,但运行开销也将增加。l 2)功能确定)功能确定 根据功能来划分层次,每个层次都有自己分工,而完成根据功能来划分层次,每个层次都有自己分工,而完成这些功能都有某种确定的方式。这些功能都有某种确定的方式。434445l1)层次()层次(Layer)一个复杂的通信
15、过程分解成若干简单的通信过程,每个一个复杂的通信过程分解成若干简单的通信过程,每个简单过程看作是一个层次。把网络需要实现的功能分配简单过程看作是一个层次。把网络需要实现的功能分配到各个层次中,每个层次都能实现相对独立的功能,所到各个层次中,每个层次都能实现相对独立的功能,所有的层次共同实现最终的网络功能。有的层次共同实现最终的网络功能。4647l语义:语义:规定需要发出何种控制信息,完成何种动作和规定需要发出何种控制信息,完成何种动作和做出何种应答。做出何种应答。l语法:语法:规定用户数据和控制信息的结构与格式。规定用户数据和控制信息的结构与格式。l时序:时序:规定事件实现顺序的详细说明。规定
16、事件实现顺序的详细说明。语义、语法、时序构成了通信协议的语义、语法、时序构成了通信协议的3 3要素,规定要素,规定了通信实体要做什么,怎么做,何时做。了通信实体要做什么,怎么做,何时做。4849 50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
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