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第七章分散型测控网络技术.1.2019/12/19第七章分散型测控网络技术在一个规模较大的工业测控系统中，测控对象成百上千，必须将任务分给多个计算机系统并行工作，把这些不同地理位置不同功能的计算机按照统一的协议连接起来，实现相互之间的信息交换，就构成了计算机分散测控网络系统。第七章分散型测控网络技术.2.2019/12/19第七章分散型测控网络技术.3.2019/12/19如今，计算机网络在过程控制领域中的应用越来越普遍DCS：本身需要网络支持，在不同模块之间传递过程变量信息，连接现场工作站和操作站现场总线：直接利用计算机网络技术将现场智能仪表有机结合起来此外，管理控制层面上同样需要网络技术的有效支撑第七章分散型测控网络技术.4.2019/12/197.1数据通信技术数据通信中需要传输数据，数据传输所采用的信号既要反映数据的特点，又要不同于数据本身。从信号的角度而言，传输数据的方式有以下几种：第七章分散型测控网络技术.5.2019/12/191.模拟数据采用模拟信号传输人说话声音的频率范围集中在300-3400Hz之间，普通电话系统直接把人的语言转换成这一频率范围的模拟信号进行传输。2.数字数据采用模拟信号传输数字数据转化为模拟信号传输时，常选用某一音频模拟信号作为载波，用于运载数字数据，这种方式称为调制。常用的调制方法有调幅键控（ASK）、调频键控（FSK）和调相键控（PSK）。第七章分散型测控网络技术.6.2019/12/19三种调制信号第七章分散型测控网络技术.7.2019/12/193.数字数据采用数字信号传输数字数据采用数字信号传输的机制是对直接传输二进制数据的信道进行编码，即采用不同的电压极性和电平值表示数字数据。常用的三种编码方式是不归零制（NRZ）编码、曼彻斯特编码和微分曼彻斯特编码。第七章分散型测控网络技术.8.2019/12/19数据编码方式：①不归零码（NRZ）：码元间没有间隔，接收端很难判定一位的结束与另一位的开始，不能分离出同步时钟，同步困难。②归零码（RZ）：每一位中间有一个跳变，跳变方向差别表示1/0，同时每个跳变之间时间间隔是一定的，很容易分离出同步时钟脉冲，又称自同步编码。③曼彻斯特编码：同上，但只有两个电平状态。④差动曼彻斯特编码：每位开始有无跳变来表示0或1，电压有变化表示0，无变化表示1。由于电压变化极性对数据没有影响，设备接线很方便。第七章分散型测控网络技术.9.2019/12/19数字信号的编码位置001101高H低L高H低L高H低La.不归零制(NRZ)编码b.曼彻斯特编码c.差动曼彻斯特编码第七章分散型测控网络技术.10.2019/12/194.模拟数据采用数字信号传输最常用的方法是脉冲编码调制（PCM）。根据采样定理，在固定的时间间隔内，以高于最高有效信号频率两倍的速率对模拟数据信号进行采样，所得离散信号可包含信号的全部信息。因此，可用低通滤波器复现原信号。为达到一定的精度要求，采样所得的电平幅值要进行量化，转换成相应的数字值，再编码成二进制数字信号用于传输。第七章分散型测控网络技术.11.2019/12/19主要采用的两种通讯方式：①并行通讯：数据的各位同时传送，传送速度高，距离短，常小于10m。②串行通讯：数据一位一位顺序传送，通信线条数少，传送速度低，传送距离长，几十至几千米传输速率：每秒内传输的码元数，通信中称波特率第七章分散型测控网络技术.12.2019/12/19•串行通讯分为两种传送方式：①异步传送：属于面向字符的传送。发送的每一个字符均带有起始位（0）、停止位和奇偶校验位，没有控制时钟，之间连续的1，表示空闲或者等待状态依靠起始位和停止位使接收器中的局部时钟与新接收的字符再同步，进行通讯控制。速度低，允许间断操作，每个字符开销大第七章分散型测控网络技术.13.2019/12/19②同步传送：属于面向位的传送。依靠时钟进行通讯同步控制，时钟信息与数据信息一起传送，数据流中每一个连续的数据位均由一个基本的数据时钟控制，并定时在某一个特定的时间间隔上。时钟信息可以用信号线传送，也可以与数据进行编码化（如曼彻斯特编码）第七章分散型测控网络技术.14.2019/12/19一次传送大量字符（一帧），每一帧开始需要同步，每个字符不需要起始位和停止位，节省了开销。采用循环冗余码（CRC，将信息差错模式设计生成多项式，具有严密的代数结构、检错能力强，应用广泛）来检测传输错误。第七章分散型测控网络技术.15.2019/12/19•数据传输线路（平衡和不平衡传输）不平衡方式：用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的，信号线和地线上（地电位差）的感应干扰会迭加，抗干扰能力差。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，接收器以双端差动方式输入信号，感应干扰相互抵消，抗干扰能力强。第七章分散型测控网络技术.16.2019/12/19•不平衡传输方式--RS-232C串行通信接口标准特性：电气接口是单端驱动单端接收、双极性电源供电；每个信号一根导线，双向共用一个地线；公共信号地线的存在迫使RS-232C要采用高电压供电，为了避开干扰信号，RS-232C信号电平摆幅要大于普通的TTL电平不平衡的发送器和接收器，易被干扰，使得速度和距离受限；传输速率20Kbps，距离15米；连接器有25插针、9插针等设计方案，互不兼容。输出为TTL电平第七章分散型测控网络技术.17.2019/12/19•平衡传输方式--RS-422A标准特性：电气接口是平衡驱动、差分接收；驱动器输入是同一信号，输出正好反相；接收器接收差分输入电压，有效抗共模干扰取消地线，抗干扰能力强；传输速率高，距离远；1200m内速率达100kbps，短距离可达10M连接器采用9插针方案。第七章分散型测控网络技术.18.2019/12/19••平衡传输方式--RS-485接口标准的特性：是RS-422的变形，与RS-422A的区别：RS-422A：两对平衡差分电路，全双工，实现两点远程互连；RS-485：一对平衡差分电路，半双工，可方便实现多点互连；允许32台驱动器和32台接收器并联。任何时候只能有一点处于发送状态，由使能信号控制第七章分散型测控网络技术.19.2019/12/19•RS-485标准组成的多点互连系统•RS-422A/485可互连组成环形数据链路系统第七章分散型测控网络技术.20.2019/12/19•RS-232C比较常用但不能远距离互接，可通过光电隔离器将RS-232C/422A接口转换第七章分散型测控网络技术.21.2019/12/19•串行通讯方式标准的比较第七章分散型测控网络技术.22.2019/12/197.2工业网络技术网络拓扑结构：网络中互连的节点或站之间的物理连接结构。星形结构:结构简单，中心点负担重，可靠性差环形结构：路径控制简单，可靠性较差总线形：结构简单灵活，扩展方便，可靠性高，但总线信息量易形成瓶颈，实时性较差树形：结构复杂，易于扩展第七章分散型测控网络技术.23.2019/12/19•介质访问控制技术(MAC)：解决信道（公共传输通道)的分配和使用。(1)冲突检测载波侦听多路访问（CSMA/CD）适用于总线形和树形网络结构原理：结点发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正在发送信息，若没有则立即发送；否则，等待一段时间，直至信道空闲，开始发送。原理简单，易实现，各节点平等竞争，没有优先级控制，负载增大时发送信息等待时间长，效率低第七章分散型测控网络技术.24.2019/12/19（2）令牌环（TokenRing)--适用于环网令牌－控制标志，网络中只设一张令牌，并依次沿各结点传送，它有两个状态空状态：表示令牌没有被占用，当其传至正待发送信息的结点时，该结点立即发送，并置令牌为忙状态。“忙”状态：表示令牌被占用，即令牌正在携带信息发送，当所发信息环绕一周，由发送结点将“忙”令牌置为“空”令牌。可提供优先级服务，实时性较强第七章分散型测控网络技术.25.2019/12/19（3）令牌总线(TokenPassingBus)--适用于总线形式或树型原理：把总线形传输介质上的各个节点点形成一个逻辑环，即人为地给各个节点规定一个顺序。控制方式类似于令牌环。联网距离远，获取令牌时间开销大•3种介质访问控制技术的比较第七章分散型测控网络技术.26.2019/12/19•信息交换技术（1）线路交换：在两个站之间建立一条专用的物理线路进行数据传送，传送结束再“拆除”线路。实时性好，线路利用率低（2）报文交换：把目的站名附加在报文上，然后交给下一结点，该结点接收整个报文，存储下来，根据目的选择下一转发结点，直到目的站。（3）分组交换：将报文分成若干分组，并在每个分组上附加控制信息，这些报文经不同的路径分别传送到目的站后，再组成一个完整报文。第七章分散型测控网络技术.27.2019/12/19差错控制校验：奇偶校验、循环冗余--CRC校验。纠错：重发纠错、自动纠错、混合纠错（综合上述两方式）第七章分散型测控网络技术.28.2019/12/19•网络协议及其层次结构网络中各用户、资源间的对话与合作必须安装预先规定的协议进行。分层的好处：修改某层不会影响整个系统。相邻层之间通过接口发生联系，接口是指包含在信息处理系统中的同一节点内部不同功能层次之间有关的一组规则。ISO（国际标准化组织）的7层开放系统互连参考模型OSI。第七章分散型测控网络技术.29.2019/12/191.物理层（传送数据）功能：在信道上传输未经处理的信息。协议内容：对机械、电气、连接规程进行规定。如RS-232C、RS-485、Ethernet等。2.数据链路层（错误侦测）功能：将有差错的物理链路改造成对于网络层来说是无差错的传输线路。协议内容：将数据组成数据帧，并在接收端检验传输的正确性。如SDLC（同步数据链路控制）、HDLC等。第七章分散型测控网络技术.30.2019/12/193.网络层（路由选择）功能：使网络中传输分组，为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。协议内容：控制信息交换、路由选择。如X.25协议、IP协议。4.传送（传输）层（确保完整性）功能：从会话层接收数据，把它们传到网络层并保证这些数据正确到达另一端。协议内容：控制端到端的数据完整性。如TCP协议等第七章分散型测控网络技术.31.2019/12/195.会话层（会话进程控制）功能：控制建立（提供回话地址、彼此确认）或结束一个通信会话的进程。协议内容：检查并决定一个正常的通信是否正在发生。并利用校验点，使会话在通信失效时从校验点恢复通信；或根据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。如HTTP，SMTP(简单邮件文件传输）等。第七章分散型测控网络技术.32.2019/12/196.表示层（翻译数据）功能：实现不同信息格式和编码之间的转换。内容：正文压缩、提供加密、解密；文件格式的转换；输入输出格式的转换。例如：HTML语言7.应用层（为格式化数据提供服务）功能：规定允许的报文集合，及每个报文所采取的动作。内容：负责与其他高级功能通信，解决数据传输完整性问题或发送/接收设备的速度不匹配问题。例如：IE浏览器。第七章分散型测控网络技术.33.2019/12/19•OSI模型和各协议的对照第七章分散型测控网络技术.34.2019/12/19•IEEE802标准1981年提出，描述了物理层，并为数据链路层划分了两个子层。IEEE802标准与OSI模型的关系第七章分散型测控网络技术.35.2019/12/19IEEE802标准规定各层的功能物理层：数据的封装/拆封、数据的发送/接收，并通过介质存取部件收发数据信号。介质存取控制层：介质存取，支持CSMA/CD、TokenBus、TokenRing。逻辑链路控制层：寻址、排序、差错控制等功能。第七章分散型测控网络技术.36.2019/12/19•工业网络的性能评价和选型工业网络的主流拓扑结构：总线形和环形。令牌环与令牌总线的性