数字化数据传输基础知识资料

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1、数据传输基础知识,一、概述 二、常用设备及使用 三、常见故障处理,在长庆油田数字化建设中主要涉及2种形式的通信网络：以太网通信网络和串口通信网络。以太网通信网络是基于TCP/IP协议栈的，例如：视频信号、井场主RTU、部分PLC（安控、西门子的PLC）至中控机数据信号就是依托以太网信号进行传输的。串口通信是指数据以比特流的形式依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度的通信方式，例如：在数字化应用中，主RTU至井口采集单元、部分智能仪表输出接口使用的就是串行通信方式。长庆数字化通信结构如下图所示。,概述,网络基础知识,网络数据的传输过程,计算机A,计算机B,其他网络设备 如路由器,应用层,传输

2、层,网络层,网络接口层,物理层,网络层,网络接口层,物理层,如FTP协议,如TCP协议,如IP协议,如10baseT,IP地址是用32位二进制（4个字节）来表示的 一个网络地址，为了表示方便，地址经常被写成十 进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。也 叫做“点分十进制表示法”。 根据网络容量和使用用途的不同，网络地址又 被划分为如下几类：A类、B类、C类、D类、E类， 共5类。各类范围如下：,IP地址,A类：,B类：,C类：,D类：,E类：,0,网络地址,主机地址,8位,24位,1126,10,网络地址,主机地址,16位,16位,128191,110,网络地址,主机地址,24位,8位,

3、192223,1110,多播组号,28位,224239,11110,留用,7位,27位,IP地址可以划分为网络地址和主机地址，划分 的手段就是子网掩码。 子网掩码是一串32位的二进制数，其中左边是 一串为“1”的二进制，右边是一串为“0”的二进制数， 左边为“1”的数量就决定了IP地址的网络地址位数、 为“0”的数量就决定了IP地址的主机地址位数。 让我们通过下面的例子来理解IP地址是如何通 过子网掩码划分为网络地址和主机地址的。,子网划分与子网掩码,子网掩码实例1,通过前面的讲述，我们知道网络根据不同规模 划分为不同的种类，其中C类网的网络地址为24位、 主机位为8位。,十进制表示,IP 地

4、址：192.168.100.75,子网掩码：255.255.255.0,二进制表示,IP 地址：11000000 10101000 01100100 01001011,子网掩码：11111111 11111111 11111111 00000000,网络地址（24位）,主机地址（8位）,子网掩码实例2,不同类别的IP地址都有默认的子网掩码，如B类 网子网掩码为：255.255.0.0。但是可以通过子网掩 码的设置划分更小的子网。,十进制表示,IP 地址：10.78.212.93,子网掩码：255.255.255.192,二进制表示,IP 地址：00001010 01001110 1101010

5、0 01011101,子网掩码：11111111 11111111 11111111 11000000,网络地址（26位）,主机地址（6位）,主机地址位数越少，该子网能够容纳的网络设 备越少。在每一个子网里所能容纳的有效的IP地址 数量=2的主机位数次幂-2。其中主机地址段二进制 全为0的IP地址是网络地址、全为1的是广播地址， 这2个地址不是有效的IP地址。,IP 地址：10.78.212.93,子网掩码：255.255.255.192,该子网所能容纳的IP地址数量为2的6次方-2= 62，其地址范围为10.78.212.65至10.78.212.126。,串口通信基础知识,串口通信直指按照

6、时间顺序依次发送比特位的通信方 式，通过电平的高低代表发送的是二进制的“0”或者“1”。,串口通信的基本参数有以下几个：波特率指每秒 传送的比特数量，是每个比特时间的T的倒数，它是衡量通 信速度的参数；数据位反映实际实际数据位的个数， 常用的位数为7或者8；校验位一种简单的校验方式，分 为奇校验、偶校验、无校验等几种方式，通过设置校验位， 来确保数据位和校验位值为“1”的数量为偶数或者奇数；停止 位用于表示单个包的最后一位，典型的值为1、1.5和2位。,起始位,数据位,校验位,停止位,T,正如前网络通信所述，串口通信也是可以分为若干层 结构的。串口通信按照其物理层划分：可以分为RS232、 R

7、S485、无线通信等几种方式。,串口 通信,有线通信,无线通信,RS232,RS485,RS422,FSK调制,ASK调制,PSK调制,串口通信的形式,RS232通信,RS232通信是收、发信号线独立 的一种通信方式，其最简单的实现方 法，只需要3根线即可完成2个设备之 间的互相通信。,RS232通信特点：可以实现全双工通信（可以同时进行收发）。 通信距离短，最大通信距离只能达到15m左右。通信方只能有一个发 送方、一个接收方。,RS485通信,RS-485采用平衡发送和差分接收的方式实现。它只需要2根线就 可以实现数据的通信。由于收、发数据都是通过这仅有的2根线实现 的，所以任何时候，只能处

8、于一种状态，因此RS485是半双工通信的 方式，其最大通信距离可达1200米。通信方可以存在一个发送方、多 个接收方。,有线通信概述,modbus协议是主从站通讯协议，用异步串行口完成通讯，物理层 采用RS485或RS232。传输速率可以达到115kbps，理论上可接（寻址）一台主站和至多247台从站。受线路和设备的限制，最多可接一台主站和32台从站。 modbus rtu的数据时按照帧来组织的，根据发出帧的通信方，可以分为命令帧和应答帧。各种帧都有标准的帧格式。,modbus rtu通信协议介绍1,命令帧,应答帧,modbus rtu帧各个字段功能如下：从站地址对于串口通信的各个设备来说，其

9、都有唯一标识该设备的一个地址，其地址范围为1-247； 功能码说明该通信需要完成的功能代码（见下表）；起始地址 说明所要读取或者写入数据的寄存器起始地址，占2个字节，其范围根据 功能码不同而不同；寄存器长度说明要读取或者写入的寄存器长度 ；校验和是对该数据帧校验和字段之外的所有数据进行校验的校验 码，其长度为2个字节。,modbus rtu通信协议介绍2,一、概述 二、常用设备及使用 三、常见故障处理,以太网设备介绍,在长庆数字化建设中，用到的以太网设备主要有：交换机、路由器、无线网桥、光纤收发器等。,无线网桥,交换机,光纤收发器,无线网桥,无线网桥是短距离可视无线传输设备，全向天线的最大通讯

10、距离是 5KM，扇区天线的最大通讯距离是15KM，定向天线的最大通讯距离是 4050KM。无线网桥有不同的频段：2.4G、5.8G；不同的组网方式： 点对点、点对多点。长庆油田用的是5.8G点对多点BreezeACCESS VL 系列（主站AU，从站SU）和5.8G点对点BreezeNET B系列（基站BU， 远端RB）。 网桥的三个组成部分：室外单元（网桥）、室内单元（网桥电源）、 基带电缆（直连网线）。调试前要将这些部件连接好：基带电缆一端连 接网桥的网口，一端连接网桥电源的RADIO口。,室外单元ODU,室外单元IDU,RADIO口,AC220V,无线通信模块,根据无线模块工作的频率，北

11、京安控的无线模块可以分为433MHz和 2.4GHz的2种类型。,天线接口,频率设置 拨码,RS232,通信指示灯,433MHz通信模块,433MHz无线模块的使用,433MHz是一个开放的通用频段，其作用就是把原有的RS485通信 线换成无线电波，将数据 “透明”的传输出来。其使用需要设置无线 频率，所有一个井场通信的无线模块需要统一设置成一个频率，设置方 法通过拨码开关设置。,通过1至3号拨码设置可以实 现8个频段的设置，设置完 后需要断电才能生效,无线模块正常运行后，其指示灯显示情 况如下：电源灯常亮，通信状态灯收到 数据闪绿灯、发送数据闪红灯,2.4GHz无线模块的使用,北京安控从20

12、10年起，通信方式改为2.4GHz的ZGB通信方式，其中 井口采集单元内直接将无线模块嵌入到电路板上，主RTU使用SZ930 模 块，与433MHz无线模块相同，其也需要对同一井场内的模块设置同一频 率，其设置方法通过调试软件实现。,在这里站号就指无线通信模 的使用频率，其设置范围为 1-11.,无线通信建立起来后 E5318-I模块的STA 指示灯会定时闪亮,主RTU的SZ930无线模 块上有指示通信收发和 通信强度的信号灯。,串口通信测试,正如前所述，在长庆数字化产品序列里，大部分设备的串口是具备 Modbus rtu协议的。为了检验井口采集单元或者阀组间设备的串口通信 是否正常，可以通过

13、专业的测试软件MODSCAN实现。,modsan使用方法,1、将电脑与井场主RTU网口（或交换机）通过网线相连，需要将电脑 IP设置成与主RTU的IP一致； 2、选择菜单栏“conection”下的“conect”命令，在“conect using”下拉框 下选择“Remote modbus TCP Server”方式； 3、在IP地址输入框内输入主RTU的IP地址和modbus固定的端口号502；,4、设置好通信测试参数后，在modscan主界面里输入所需测试的井口采 集单元或者阀组间RTU的通信站号后，就可以进行测试； 5、测试时“Number of Polls”后面的数字会随着通信的发包

14、的增加而增加， 如果通信正常“Valid Slave Responses”后面的数量也会同步增加。否 则说明通信异常。,一、概述 二、常用设备及使用 三、常见故障处理,无线网桥通信故障,1、室内单元power灯不亮，原因有： a、电源接触不好； b、室内单元损坏；,2、室内单元link灯不亮，原因有： a、室内单元网口至交换机或者电脑未连接或连接不好； b、室内单元至室外单元基带电缆连接不好；,3、室外单元电源灯亮红灯： 室外单元自检未通过，更换室外单元；,4、信号质量低，无线网桥室外单元信号条指示灯长度少： a、两点之间存在遮挡，调整网桥安装位置； b、存在频率干扰，更换网桥频率(只需要更改

15、主站网桥通信频率)； c、天线安装角度不合适，调整天线安装角度；,5、室外单元信号条指示灯亮红灯： a、检查无线网桥设置参数，特别是ESSID是否与主站网桥一致； b、两点之间存在遮挡，调整网桥安装位置； c、天线安装角度不合适，调整天线安装角度；,串口通信故障,串口通信故障的判断：站控平台油井数据经常中断，数据显示“-”， 通过modscan工具测试无回包、或者丢包率很大。,解决方法： 一、无线通信 1、433MHz无线模块收发灯应该有很规律的红绿相隔的闪烁。 a、如果没有任何闪烁，而旁边油井正常，说明无线模块故障或者频 率设置出错； b、如果只有绿灯闪烁，检查油井站号是否设置出错造成与其他

16、油井 冲突，或者检查无线模块与控制器连接电缆是否正常且可靠接触； c、如果丢包率很高，而且整个井场通信效率都很低，尝试更换无线 模块工作频率，避免其他井场干扰；,无线模块正常运行后，其指示灯显示情 况如下：电源灯常亮，通信状态灯收到 数据闪绿灯、发送数据闪红灯,2、2.4GHz无线模块通信正常时，井口rtu的sta灯应该很有很周期性的闪 烁。 a、如果没有任何闪烁，而旁边油井正常，说明井口rtu内嵌无线模块 故障或者该油井频率设置出错、站号设置错误； b、如果丢包率很高，而且整个井场通信效率都很低，尝试更换无线 模块工作频率，避免其他井场干扰；,二、有线通信 井场有线通信指的是RS485通信，出现通信不正常或者同学效率很 低，检查内容如下： a、测试通信电缆是否存在短路、断路、阻值不正常情况； b、检查通信双方的485接线是否接反，是否是485+接485+，485- 接485-； c、通