第7章-分散型测控网络技术-计算机控制技术-课件-.ppt

1、计算机控制技术计算机控制技术Computer Controlled System中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院袁袁 艳艳2023年年1月月17日日中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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)技术技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术7.

2、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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术

3、讲义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)中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

4、、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网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

5、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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学

6、院自动化专业计算机控制技术讲义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 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。中南大学信息科学与工程学院自

7、动化专业计算机控制技术讲义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）调相中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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，则称为频带

8、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

9、钟接收数据位，接收端根据发送端发送来的同步时钟接收数据位，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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

10、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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），

11、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

12、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/分表示分表示中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术3、多路复用技术、多路复用技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

13、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。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

14、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术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

15、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

16、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

17、话网而设计，只在进行远程通信时才需要。程通信时才需要。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学

18、院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术其它电气参数其它电气参数旁路电容旁路

19、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米米中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

20、速率慢、通讯距离短、未规定标准的数据传输速率慢、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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，

21、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术（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）中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技

22、术讲义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RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTRRI23456782022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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术

23、“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RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTR234567820计计算算机机234567820RXDTXDRTSCTSDSRGNDCDDTR计计算算机机中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

24、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

25、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）。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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/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；声耦合法中南大学信息科学与工程

26、学院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术

27、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+中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术RS-422A特点特点uRS-422A总线规定使用双端发送器和接收器总线

28、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，传输率最大为10Mbps（电缆允许长度为（电缆允许长度为12米），如采

29、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术8、RS-423A标准接口标准接口RS-42

30、3A特点特点规定为单端线，且与规定为单端线，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 中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

31、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）中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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）中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分

32、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：

33、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专

34、业计算机控制技术讲义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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术7.2.1工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

35、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

36、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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)3、信息交换技术、信息交换技术 线路交换

37、线路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

38、用的校验编码方法：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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

39、。当出错码元个数成偶数时，此法无能为力。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络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。中南大学信息科学与工程学院自动化专

40、业计算机控制技术讲义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。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型

41、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

42、（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 Interconnection/Reference Model)中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

43、层（MAC）中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

44、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

45、则上是企业内部员工服务对象原则上是企业内部员工中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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购产品。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

46、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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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，实施Intranet

47、Intranet实施后的评估实施后的评估返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

48、和邮电系统中得到了广泛应用；总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中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义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

49、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，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，

50、从性能价格比考虑，主从总线结构最佳。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第七章分散型测控网络技术 集中操作监控级集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