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1、 BAS系统通信网络与系统通信网络与现场总线技术现场总线技术3.1 数据通信基础概述数据通信基础概述 数字通信系统模型n n一、信源编码与码型一、信源编码与码型 信源编码：信源编码： 用编码的方法提高通信传输效率。用编码的方法提高通信传输效率。 信道编码：为解决误码问题而采用检错和纠错码，如信道编码：为解决误码问题而采用检错和纠错码，如CRCCRC码。码。n n利用不同的形式的电平信号来表示二进制位的编码，称为利用不同的形式的电平信号来表示二进制位的编码，称为码型。常见码型有：码型。常见码型有： 二电平码二电平码: :不同电平表示不同电平表示1 1和和0 0。如非归零电平码（。如非归零电平码（
2、NRZ-LNRZ-L），），1 1用负电平表示，正电平表示用负电平表示，正电平表示0 0。 差分码：差分码：“ “1”1”开始时出现电平跳变，开始时出现电平跳变，“ “0”0”时不跳变。如非时不跳变。如非归零反相码（归零反相码（NRZ-INRZ-I），又称遇），又称遇“ “1”1”翻转码。翻转码。 双极性信号交替反转码：正负电平交替用来表示双极性信号交替反转码：正负电平交替用来表示1 1，0 0时为零时为零值电平。如信号交替反转码值电平。如信号交替反转码AMIAMI。曼彻斯特码曼彻斯特码ManchesterManchester：比特位中点位置电平跳变，负到正：比特位中点位置电平跳变，负到正跳变
3、表示跳变表示“ “1”1”，反之表示，反之表示0 0。还有差分曼彻斯特码、密勒码、双二进制码等。还有差分曼彻斯特码、密勒码、双二进制码等。单极性归零双极性归零单极性波形0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0差分波形双极性波形n n 数字信号传输一般采用非归零码、曼彻斯特及差数字信号传输一般采用非归零码、曼彻斯特及差分曼特斯特码。分曼特斯特码。n n曼彻斯特码已被用于令牌环网及随机接入控制方曼彻斯特码已被用于令牌环网及随机接入控制方式的总线网中，工控领域用得较多。其缺点是两式的总线网中，工控领域用得较多。其缺点是两个电信号携带一个比特信息，传输效率只有个电信号携带一个比特信息，传输效率只有5
4、0%50%。可采用可采用4B/5B4B/5B编码方式，使效率提高到编码方式，使效率提高到80%80%，此编，此编码方法已广泛用于快速以太网和光纤分布式数据码方法已广泛用于快速以太网和光纤分布式数据接口网（接口网（Fiber Distributed Data Interface, FDDIFiber Distributed Data Interface, FDDI）。）。n n差分码又称相对码，在差分码中利用电平是否跳变来分别差分码又称相对码，在差分码中利用电平是否跳变来分别表示表示“ “1”1”或或“ “0”0”，分为传号差分码和空号差分码。传号，分为传号差分码和空号差分码。传号差分码是输入数
5、据为差分码是输入数据为“ “1”1”时，编码波型相对于前一代码时，编码波型相对于前一代码电平产生跳变；输入为电平产生跳变；输入为“ “0”0”时，波型不产生跳变。空号时，波型不产生跳变。空号差分码是当输入数据为差分码是当输入数据为“ “0”0”时，编码波型相对于前一代时，编码波型相对于前一代码电平产生跳变；输入为码电平产生跳变；输入为“ “1”1”时，波型不产生跳变。时，波型不产生跳变。n n差分曼彻斯特编码兼有差分码和曼彻斯特编码的特点，与差分曼彻斯特编码兼有差分码和曼彻斯特编码的特点，与曼彻斯特编码不同的是，这种码元中间的电平转换边只作曼彻斯特编码不同的是，这种码元中间的电平转换边只作为定
6、时信号，而不表示数据。差分曼彻斯特编码用在令牌为定时信号，而不表示数据。差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。环网中。n在曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中，每比特中间都有一次电平跳变，因此波特率是数据速率的两倍。对于100Mb/s的高速网络，如果采用这类编码方法，就需要200M的波特率，其硬件成本是100M波特率硬件成本的510倍。n为了提高编码的效率，降低电路成本，可以采用4B/5B编码。 n n4B/5B4B/5B编码方式，使效率提高到编码方式，使效率提高到80%80%，其特点是，其特点是5 5个比特中不少于二个个比特中不少于二个1 1，5 5个信号携带个信号携带4 4个信息。此个信息。此编码方法已
7、广泛用于快速以太网和光纤分布式数编码方法已广泛用于快速以太网和光纤分布式数据接口网（据接口网（Fiber Distributed Data Interface, Fiber Distributed Data Interface, FDDIFDDI）。）。n n这实际上是一种两级编码方案。系统中使用不归零码这实际上是一种两级编码方案。系统中使用不归零码（NRZNRZ），在发送到传输介质之前要变成见），在发送到传输介质之前要变成见1 1就翻不归零就翻不归零码（码（NRZ-INRZ-I）。）。NRZ-INRZ-I代码序列中代码序列中“ “1”1”的个数越多，越能的个数越多，越能提供同步定时信息，但如
8、果遇到长串的提供同步定时信息，但如果遇到长串的“ “0”0”，则不能提，则不能提供同步信息。所以在发送到介质上之前还需经过一次供同步信息。所以在发送到介质上之前还需经过一次4B/5B4B/5B编码，发送器扫描要发送的比特序列，编码，发送器扫描要发送的比特序列，4 4位分为一组，位分为一组，然后按照表然后按照表2-12-1的对应规则变换成的对应规则变换成5 5位的代码。位的代码。n n 5 5位二进制代码的状态共有位二进制代码的状态共有3232种，在表种，在表2-12-1选用的选用的5 5位代码位代码中中1 1的个数都不小于的个数都不小于2 2个。这就保证了在介质上传输的代码个。这就保证了在介质
9、上传输的代码能提供足够多的同步信息。另外还有能提供足够多的同步信息。另外还有5B6B5B6B、8B/10B8B/10B等编等编码方法，其原理是类似的。码方法，其原理是类似的。n n二、并行传输与串行传输二、并行传输与串行传输n n三、单工、半双工与全双工传输三、单工、半双工与全双工传输n n四、异步传输和同步传输四、异步传输和同步传输 同步传输：多用于面向位的高级数据链路控制（同步传输：多用于面向位的高级数据链路控制（High High level Data Link Control, HDLClevel Data Link Control, HDLC）。效率高但实现较复杂。）。效率高但实现较
10、复杂。 异步传输：数据块较小，对时钟精度要求不高，常用于低异步传输：数据块较小，对时钟精度要求不高，常用于低速传输系统中。速传输系统中。n n五、数字基带传输与频带传输五、数字基带传输与频带传输 基带传输：二进制编码的基带传输：二进制编码的0 0和和1 1直接以电脉冲的形式在信道直接以电脉冲的形式在信道中传输，适于短距离，多数工控网及现场总线采用此方式，中传输，适于短距离，多数工控网及现场总线采用此方式，以太网亦是。以太网亦是。 频带传输：将基带信号调制成数字频带信号，以载波方式频带传输：将基带信号调制成数字频带信号，以载波方式传输。传输的为模拟信号，适于远距离，可能为有线或无传输。传输的为模
11、拟信号，适于远距离，可能为有线或无线。需调制和解调，常用调制方式有线。需调制和解调，常用调制方式有ASKASK、FSKFSK及及PSKPSK。n n六、有线信道与无线信道n n1 1、双绞线（、双绞线（Twisted PairTwisted Pair）与非双绞线（）与非双绞线（UntwistedUntwisted）n n分单对及多对双绞，常用分单对及多对双绞，常用2 2对（工业控制系统网络、对（工业控制系统网络、工业以太网）、工业以太网）、4 4对（以太网）。对（以太网）。n nCategory 5(CAT5) : Category 5(CAT5) : 四线对，数据级四线对，数据级UTPUTP
12、（Unshielded Unshielded Twisted PairTwisted Pair），相对四类线增加了绕线密度，每英），相对四类线增加了绕线密度，每英寸（寸（2.54cm2.54cm）至少绞合）至少绞合3 3次。次。RJ-45插头 EIA/TIAEIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A568A与与568B568B。 标准标准568B568B：橙白：橙白-1-1，橙，橙-2-2，绿白，绿白-3-3，蓝，蓝-4-4，蓝白，蓝白-5-5，绿，绿-6-6，棕白，棕白-7-7，棕，棕-8-8；( (国内使用国内使用) ) 标准标准568A56
13、8A：绿白：绿白-1-1，绿，绿-2-2，橙白，橙白-3-3，蓝，蓝-4-4，蓝白，蓝白-5-5，橙，橙-6-6，棕白，棕白-7-7，棕，棕-8-8。100BASE-T4 RJ-45100BASE-T4 RJ-45对双绞线的规定如下：对双绞线的规定如下： 1 1、2 2用于发送，用于发送，3 3、6 6用于接收，用于接收，4 4、5 5，7 7、8 8是双向线。是双向线。1 1、2 2线必须是双绞，线必须是双绞，3 3、6 6双绞，双绞，4 4、5 5双绞，双绞，7 7、8 8双绞。双绞。 n n2 2、同轴电缆（、同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable） 优势：安装相
14、对简单、价格合理优势：安装相对简单、价格合理 劣势：易损坏、有些电缆不易用（如粗缆）、连劣势：易损坏、有些电缆不易用（如粗缆）、连接器较贵。接器较贵。 容易出的问题：中心导体与屏蔽层之间的开路或容易出的问题：中心导体与屏蔽层之间的开路或短路可能损害电缆、特性阻抗不匹配（引起信号反射，短路可能损害电缆、特性阻抗不匹配（引起信号反射，造成信号传输错误）、缺失终端电阻等。造成信号传输错误）、缺失终端电阻等。n n3 3、光纤（、光纤（Fiber OpticFiber Optic） 单模（直径很小，加工困难，价格高，频带宽、传单模（直径很小，加工困难，价格高，频带宽、传输量大、适于远距离）。输量大、适
15、于远距离）。 变化折射率多模光纤（具有较高的性价比，目前变化折射率多模光纤（具有较高的性价比，目前应用较多）应用较多）n n连接方式：插头连接、机械方法接合、融接连接方式：插头连接、机械方法接合、融接n n插头连接通常使用光纤连接器。插头连接通常使用光纤连接器。n n4 4、无线通信、无线通信 低频波（长波）用于特种通信，中波、短波和超短波用于无低频波（长波）用于特种通信，中波、短波和超短波用于无线电广播通信。微波频率线电广播通信。微波频率300M300M300GHz300GHz，用于通信主要在，用于通信主要在2 240G40G频段，如频段，如WLANWLAN。n n七、信道编码及差错控制方式
16、n n差错控制：差错控制： 利用信道编码控制通信系统传输差错的方法利用信道编码控制通信系统传输差错的方法n n差错控制三类基本方法差错控制三类基本方法n n时间冗余法：多次发送，相互比较以判断正确性。时间冗余法：多次发送，相互比较以判断正确性。以时间换可靠性，不能保证实时性，工业网中并不以时间换可靠性，不能保证实时性，工业网中并不采用。采用。n n信道冗余法：发送端经多个信道发给接收端，接收信道冗余法：发送端经多个信道发给接收端，接收端通过表决方式取得正确数据。工业网络中常采用端通过表决方式取得正确数据。工业网络中常采用物理信道冗余方式，但不是为了差错控制，每个独物理信道冗余方式，但不是为了差
17、错控制，每个独立的链路还是采用数据冗余法进行差错控制。立的链路还是采用数据冗余法进行差错控制。n n数据冗余法：常用方法。它是在要传送的数据块后数据冗余法：常用方法。它是在要传送的数据块后附加检验码（冗余码），接收端按编码公式，译码附加检验码（冗余码），接收端按编码公式，译码并进行校验。分检错码和纠错码。并进行校验。分检错码和纠错码。n n差错控制方式：差错控制方式：n n自动请求重发（自动请求重发（Automatic Repeat Request, Automatic Repeat Request, ARQARQ）n n向前纠错（向前纠错（Forward Error Correction ,
18、 FECForward Error Correction , FEC）n n混合纠错（混合纠错（Hybrid Error Correction , HECHybrid Error Correction , HEC）n n信息反馈（信息反馈（Information Repeat Request , IRQInformation Repeat Request , IRQ）n n八、异步串行通信物理接口标准n n1、RS-232接口标准n nRS-232接口标准的不足：点对点，不利于多智能设备间的通信，距离太短（15m），速率慢（20K bps），工作电压标准与现代标准电源不兼容。n n2、RS-4
19、22接口标准： 数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B 。n n通常情况下，通常情况下，发送驱动器发送驱动器发送驱动器发送驱动器A A、B B之间的正电平在之间的正电平在+2+2+6V+6V，是一个逻辑状态，负电平在，是一个逻辑状态，负电平在-2-26V6V，是，是另一个逻辑状态。另有一个信号地另一个逻辑状态。另有一个信号地C C，在，在RS-485RS-485中中还有一还有一“ “使能使能” ”端，而在端，而在RS-422RS-422中这是可用可不中这是可用可不用的。用的。“ “使能使能” ”端是用于控制发送驱动器与传输端是用于控制发送
20、驱动器与传输线的切断与连接。当线的切断与连接。当“ “使能使能” ”端起作用时，发送端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作驱动器处于高阻状态，称作“ “第三态第三态” ”，即它是，即它是有别于逻辑有别于逻辑“ “1”1”与与“ “0”0”的第三态。的第三态。接收器接收器也作也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将将AAAA与与BBBB对应相连，当在收端对应相连，当在收端ABAB之间有大于之间有大于+200mV+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于的电平时，输出正逻辑电平，小于- -200mV200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线时
21、，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在上的电平范围通常在200mV200mV至至6V6V之间。之间。 n n上左图中是典型的上左图中是典型的RS-422RS-422四线接口。实际上还有一根信号四线接口。实际上还有一根信号地线，共地线，共5 5根线。上右图是其根线。上右图是其DB9DB9连接器引脚定义。连接器引脚定义。 RS-422RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不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（按软件方式（XON/XOFFXON/XOF
22、F握手）或硬件方式（一对单独的握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。双绞线）实现。 n n终接电阻终接电阻100100，一，一个，在在传输电缆个，在在传输电缆的最远端。的最远端。 n n3、RS-485接口标准 n n由于由于RS-485RS-485是从是从RS-422RS-422基础上发展而来的，所以基础上发展而来的，所以RS-485RS-485许多电气规定与许多电气规定与RS-422RS-422相仿。如都采用平相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现可以采用二线与四线
23、方式，二线制可实现真正的多点双向通信，如图。真正的多点双向通信，如图。 n n而采用四线连接时，与而采用四线连接时，与RS-422RS-422一样只能实现点对一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（多的通信，即只能有一个主（MasterMaster）设备，其）设备，其余为从设备，但它比余为从设备，但它比RS-422RS-422有改进，有改进， 无论四线还无论四线还是二线连接方式总线上可多接到是二线连接方式总线上可多接到3232个设备。参见个设备。参见下图。下图。 LTC2871LTC2871采用采用RS232RS232到到RS485RS485转换的转换的RS232RS232扩展电缆连接框图扩
24、展电缆连接框图 RS-485RS-485需要需要2 2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300300米以下不需终接电阻。米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。终接电阻接在传输总线的两端。 LTC2870/71 RS485全双工网络框图 n n九、数据通信系统的几个指标九、数据通信系统的几个指标n n数据传输速率，即比特率数据传输速率，即比特率n n调制速率，即波特率，二进制时与比特率相等。调制速率，即波特率，二进制时与比特率相等。n n信噪比信噪比n
25、n误码率误码率n n频带利用率频带利用率n n通信建立时间通信建立时间3.2 计算机网络基础计算机网络基础n n一、计算机网络构成n n1、网络组成（由网络节点构成由网络节点构成）n n端节点：拥有计算机资源的用户设备。n n转接节点：支持网络连通性并在网络中对数据起转发及交换的设备。 n n网络习惯分为资源子网和通信子网。n n资源子网 ：由端节点构成的用户子网。n n通信子网：完全由转接节点和链路按照某各结构互连而成。n n2、网络拓扑（Topology）结构n n指网络中各节点相互连接的方法与形式。总线型拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构环状拓扑结构环状拓扑结构环状拓扑结
26、构环状拓扑结构网状拓扑结构网状拓扑结构网状拓扑结构网状拓扑结构树状拓扑结构树状拓扑结构树状拓扑结构树状拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构扩展星型拓扑结构扩展星型拓扑结构扩展星型拓扑结构扩展星型拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑结构二、计算机网络的体系结构二、计算机网络的体系结构n n1、OSI模型n n由国际标准化组织（由国际标准化组织（International Organization for International Organization for StandardizationStandardization， ISOISO）制定的开放系统互连
27、参考）制定的开放系统互连参考模型（模型（Open System Interconnection Reference Open System Interconnection Reference ModelModel），简称），简称OSIOSI模型。模型。n n“ “开放开放” ”表示能使任何二个遵循参考模型和有关标表示能使任何二个遵循参考模型和有关标准的系统进行互连。准的系统进行互连。n n模型共有七层，每层的目的是为上面的层提供服务，模型共有七层，每层的目的是为上面的层提供服务，并定义对等系统必须遵守的规则和规程，以达到和并定义对等系统必须遵守的规则和规程，以达到和其他系统对等进程进行通信的目
28、的。其他系统对等进程进行通信的目的。OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型2、协议（、协议（Protocol）n n在二个实体间控制数据交换的规则的集合，包括语法、语在二个实体间控制数据交换的规则的集合，包括语法、语义和时序。义和时序。n n简单协议如基于简单协议如基于ASCIIASCII的，复杂如的，复杂如TCPTCP、IPIP。n n二层协议如二层协议如SDLCSDLC（同步数据链路控制）、（同步数据链路控制）、HDLCHDLC（高级链（高级链路控制）。路控制）。n n三层协议三层协议IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol，互联网协议）、，互联
29、网协议）、IPXIPX。n n四层协议四层协议TCPTCP（Transmission Control ProtocolTransmission Control Protocol，传输控制，传输控制协议）、协议）、UDPUDP（User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol，用户数据报协议），用户数据报协议）、SPXSPX。n n5+6+75+6+7层协议层协议CIPCIP（Common Industrial ProtocolCommon Industrial Protocol，通用工业，通用工业协议）、协议）、HTTPHTTP（HyperTextHyp
30、erText Transfer Protocol Transfer Protocol，超文本传输，超文本传输协议协议 ） 、FTPFTP（File Transfer Protocol File Transfer Protocol 、文件传输协议）、文件传输协议）、POP3POP3（Post Office Protocol 3Post Office Protocol 3，邮局协议第三版）等。，邮局协议第三版）等。协议所处工作层，需完成以下一个或多个功能：协议所处工作层，需完成以下一个或多个功能：协议所处工作层，需完成以下一个或多个功能：协议所处工作层，需完成以下一个或多个功能：n n数据包破碎数
31、据包破碎/ /分段与组装：每个协议对处理和低层协议有分段与组装：每个协议对处理和低层协议有关联的数据包都具有局限性，如三层协议关联的数据包都具有局限性，如三层协议IPIP只能处理只能处理64KB64KB的包，则四层的包，则四层TCPTCP协议须将来自五层的数据包分段。二层协议须将来自五层的数据包分段。二层协议只能接受不大于协议只能接受不大于15001500字节的数据，则三层必须将数据字节的数据，则三层必须将数据“ “破碎破碎” ”成二层可处理的数据单元。成二层可处理的数据单元。n n封装：每个协议都需要封装：每个协议都需要“ “无损害无损害” ”地处理来自上层的数据，地处理来自上层的数据，即不
32、关心其内容而将它们向下传递。原始数据每经过一层即不关心其内容而将它们向下传递。原始数据每经过一层协议处理，就会附带有该层的处理信息。协议处理，就会附带有该层的处理信息。n n连接控制：一些四层协议如连接控制：一些四层协议如TCPTCP需要和另一端的对等层建需要和另一端的对等层建立逻辑连接，同样需要中止连接的机制。立逻辑连接，同样需要中止连接的机制。n n顺序传送：不同的数据碎片到达的顺序可能不定，在三层顺序传送：不同的数据碎片到达的顺序可能不定，在三层通过增加顺序号、偏移量及标志等信息解决。通过增加顺序号、偏移量及标志等信息解决。n n流量控制：收发端必须能进行联络，以防数据传输超限。流量控制
33、：收发端必须能进行联络，以防数据传输超限。简单协议常采用简单协议常采用“ “握手握手” ”应答机制，复杂协议常采用应答机制，复杂协议常采用“ “滑滑动窗口动窗口” ”技术。技术。n n差错控制差错控制: :（上节已介绍）（上节已介绍）n n寻址：不同层的协议需要识别另一端的物理或逻寻址：不同层的协议需要识别另一端的物理或逻辑接收端，有不同的实现方法。如四层协议辑接收端，有不同的实现方法。如四层协议TCPTCP、UDPUDP使用端口号识别，使用端口号识别，IPIP协议使用协议使用IPIP地址，二层协地址，二层协议使用硬件（或介质）地址。议使用硬件（或介质）地址。n n路由选择：小网之间由路由器互
34、联，路由之间必路由选择：小网之间由路由器互联，路由之间必须要相互通信，以确定到达网络中给定目的地的须要相互通信，以确定到达网络中给定目的地的最佳路径，由路由协议最佳路径，由路由协议RIPRIP、OSPFOSPF等实现。等实现。n n多路复用：一个物理信道创建多个逻辑信道，如多路复用：一个物理信道创建多个逻辑信道，如高级协议高级协议TCPTCP协议，或一个数据流通过多个物理协议，或一个数据流通过多个物理连接进行传递，如低级协议连接进行传递，如低级协议PPPPPP。3、TCP /IP协议组协议组n nTCP/IPTCP/IP是一种分层模型的协议集合。基于硬件层次包括是一种分层模型的协议集合。基于硬
35、件层次包括4 4个概念性层次协议：应用层、传输层、个概念性层次协议：应用层、传输层、IPIP层和网络接口层。层和网络接口层。n nTCP/IPTCP/IP有二个重要的分界：协议地址分界，以区分高层和有二个重要的分界：协议地址分界，以区分高层和低层地址；操作系统分界，以区分系统和应用程序。低层地址；操作系统分界，以区分系统和应用程序。应用软件应用软件操作系统软件操作系统软件MACMAC地址地址IPIP地址地址TCP/IPTCP/IP的层次结构及分界的层次结构及分界TCP/IPTCP/IP分层工作原理分层工作原理n n主机主机A A与主机与主机B B的通信，其物理网络可以不同，此时不同的通信，其物
36、理网络可以不同，此时不同的网络间通过路由来联接。不同的网络数据帧和的网络间通过路由来联接。不同的网络数据帧和IPIP数据报数据报不一样，中转和解释工作通常由工作在不一样，中转和解释工作通常由工作在IPIP层的路由器实现。层的路由器实现。n n三、局域网技术与标准三、局域网技术与标准n n1 1、局域网（、局域网（LANLAN，Local Area NetworkLocal Area Network）标准）标准n n2 2、以太网技术、以太网技术n n3 3、虚拟局域网（、虚拟局域网（Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network，VLA
37、NVLAN）n n它通常工作在它通常工作在OSIOSI模型的二、三层，主要用途是基模型的二、三层，主要用途是基于一个物理网上划分不同的逻辑子网，逻辑子网于一个物理网上划分不同的逻辑子网，逻辑子网间不能直接访问，用于抑制广播数据（控制广播间不能直接访问，用于抑制广播数据（控制广播风暴）在不同逻辑子网间传播和安全管理的目的。风暴）在不同逻辑子网间传播和安全管理的目的。n n可以增加网络连接的灵活性，使不同地点、不同可以增加网络连接的灵活性，使不同地点、不同网络、不同用户能够组合在一起，形成一个虚拟网络、不同用户能够组合在一起，形成一个虚拟的网络环境，就如本地的网络环境，就如本地LANLAN一样方便
38、、灵活、有一样方便、灵活、有效。效。n n可以增加网络的安全性，可以增加网络的安全性，VLANVLAN之间相互隔离，之间相互隔离，大大提高了网络的利用率，确保了安全保密性。大大提高了网络的利用率，确保了安全保密性。n n4 4、无线局域网（、无线局域网（Wireless Local Area NetworkWireless Local Area Network，WLANWLAN）n n使用射频技术取代传统线路，主要有使用射频技术取代传统线路，主要有2.4GHz2.4GHz和和5GHz5GHz，建，建筑物内距离不超过筑物内距离不超过100100米，开放区域可达米，开放区域可达3003004004
39、00米。米。n nBASBAS系统应用系统应用WLANWLAN技术的最大可能是利用移动终端实现技术的最大可能是利用移动终端实现设备或系统的维护。设备或系统的维护。n n5 5、FDDIFDDI网络（光纤分布式数据接口网）网络（光纤分布式数据接口网）n n其特点是快速、可靠，自动化系统应用较多。其特点是快速、可靠，自动化系统应用较多。FDDIFDDI双环网及其自愈原理双环网及其自愈原理n n四、网络安全技术四、网络安全技术n n1 1、网络安全层次模型、网络安全层次模型n n物理层：防搭线偷听技术（或易检出被偷听）。物理层：防搭线偷听技术（或易检出被偷听）。n n数据链路层：采用数据加密和解密方
40、式，一般是专用设备数据链路层：采用数据加密和解密方式，一般是专用设备或特殊网络中用，不适于或特殊网络中用，不适于InternetInternet。n n网络层：用防火墙技术处理信息在内外网边界的流动，有网络层：用防火墙技术处理信息在内外网边界的流动，有效屏蔽不明信息。效屏蔽不明信息。n n传输层：采用端到端加密措施，即进程之间的加密。传输层：采用端到端加密措施，即进程之间的加密。n n应用层：身份认证与识别。应用层：身份认证与识别。n n2 2、防火墙（、防火墙（FirewallFirewall）技术）技术n n一种内外网边界的数据过滤和封锁机制，实际上是一种隔一种内外网边界的数据过滤和封锁机
41、制，实际上是一种隔离技术。基于内网安全，外网不安全的认识，阻断外网的离技术。基于内网安全，外网不安全的认识，阻断外网的非法访问，但无法控制内网的非法访问。非法访问，但无法控制内网的非法访问。n n防火墙技术主要有：防火墙技术主要有：n n网络级数据包过滤网络级数据包过滤n n应用级网关与代理服务器应用级网关与代理服务器n n状态检测防火墙状态检测防火墙n n五、局域网设备五、局域网设备n n中继器（中继器（RepeaterRepeater，RPRP），物理层的介质连接），物理层的介质连接n n集线器（集线器（HubHub），一种特殊的中继器，提供多端口服务。），一种特殊的中继器，提供多端口服务
42、。n n网桥（网桥（BridgeBridge），为数据链路层提供连接服务，主要作用），为数据链路层提供连接服务，主要作用是存储转发。是存储转发。n n交换机（交换机（SwitchSwitch），是一个具有简化、低价、高性能和高），是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在第二层的操作。术在第二层的操作。n n路由器（路由器（RouterRouter），工作于第三层即网络层，用于连接多），工作于第三层即网络层，用于连接多个逻辑上分开的网络。个逻辑上分开的网络。n n网关（网关（GatewayGatewa
43、y），用于连接不同类型而协议差别又较大的），用于连接不同类型而协议差别又较大的网络。网关的功能体现在最高层（应用层）。网络。网关的功能体现在最高层（应用层）。3.3 工业通信网络工业通信网络n n一、一般特征n n工业现场对数据网络的主要要求：实时性、可靠性、安全性n n工作条件比较恶劣 n n工业通信网通常指用于生产过程控制的网络，一般包括车间级用于控制器的控制网络和设备级总线网络二部分。n n习惯将用于工业通信的网络称为“现场总线（Field Bus）”，而一般的信息网络主要用来实现企业内部信息共享。n n现场总线上，强调数据通信实时性和确定性，是指现场总线上，强调数据通信实时性和确定性，
44、是指在一个可预测的时间内，一个数据能够完成数据发在一个可预测的时间内，一个数据能够完成数据发送、传输和接收，最终到达目的地。送、传输和接收，最终到达目的地。n n实时系统的关键在于数据传输的可预测性，即通信实时系统的关键在于数据传输的可预测性，即通信确定性。确定性。n n工业控制实时性分为四个等级。工业控制实时性分为四个等级。n n1 1级：级：100mss100mss级，用于对数据传输时间无苛刻要级，用于对数据传输时间无苛刻要求的系统，如楼宇自动化系统、求的系统，如楼宇自动化系统、SCADASCADA系统等。系统等。n n2 2级：级：1 1100ms100ms，可满足大多数过程控制需求，如
45、，可满足大多数过程控制需求，如城轨城轨BASBAS系统，连续制造业的过程控制系统，连续制造业的过程控制DCSDCS系统。系统。n n3 3级：级：100100 s s左右，用于一般运动控制场合，如数控左右，用于一般运动控制场合，如数控机床，高速过程控制等。机床，高速过程控制等。n n4 4级：级：10 10 s s左右，响应时间最为苛刻，用于高精度左右，响应时间最为苛刻，用于高精度动态同步的运动控制，如电子齿轮等。动态同步的运动控制，如电子齿轮等。n n现场总线的三种通信模式现场总线的三种通信模式n n1 1、主从模式（、主从模式（Master/SlaveMaster/Slave）：主站发起通
46、信，从）：主站发起通信，从站只有在主站所发目的地址与本站匹配时，才按规站只有在主站所发目的地址与本站匹配时，才按规定的处理响应时序向网络发应答包。从站之间不能定的处理响应时序向网络发应答包。从站之间不能直接通信或交接数据，一般同一个网络只能有一个直接通信或交接数据，一般同一个网络只能有一个工作主站，如工作主站，如MODBUSMODBUS。n n2 2、对等模式（、对等模式（Peer to PeerPeer to Peer）：节点设备依靠令牌）：节点设备依靠令牌或某种仲裁机制获得一定时限的总线控制权，在规或某种仲裁机制获得一定时限的总线控制权，在规定时间内，每一节点可向其它节点传送数据或命令，定
47、时间内，每一节点可向其它节点传送数据或命令，典型的典型的PLCPLC层的控制网络均属于此，如层的控制网络均属于此，如MudbusMudbus PlusPlus。n n3 3、混合模式：在同一总线或控制网络中具有主从、混合模式：在同一总线或控制网络中具有主从和对等通信模式，如和对等通信模式，如PROFIBUSPROFIBUS。控制器主站间采。控制器主站间采用令牌对等方式，控制器与受控从设备采用严格的用令牌对等方式，控制器与受控从设备采用严格的主从通信方式。主从通信方式。n n现场总线的四种对话模式现场总线的四种对话模式n n1 1、轮询模式（、轮询模式（PollingPolling）：主站周期或
48、非周期性查）：主站周期或非周期性查询从设备工作状态和数据，或向从站发命令和数据。询从设备工作状态和数据，或向从站发命令和数据。n n2 2、例外报告模式（、例外报告模式（ReportReport）：无需接受请求，一个）：无需接受请求，一个节点向一个或多个节点发送报文，一般用于报警信节点向一个或多个节点发送报文，一般用于报警信号处理，即在状态发生变化时通信。常与轮询方式号处理，即在状态发生变化时通信。常与轮询方式合并使用，即可减少通信量，又保证数据完整性。合并使用，即可减少通信量，又保证数据完整性。n n3 3、客户、客户/ /服务器（服务器（Client/Server, C/SClient/S
49、erver, C/S）模式：一台）模式：一台设备作为客户发出请求，另一台设备作为服务端响设备作为客户发出请求，另一台设备作为服务端响应请求，并作出动作或返回数据和结果应请求，并作出动作或返回数据和结果。n n4 4、生产者、生产者/ /消费者（消费者（Producer/ConsumerProducer/Consumer）模式：产）模式：产生数据的节点向总线广播数据，需要此数据者主动生数据的节点向总线广播数据，需要此数据者主动接收。通信效率得到提高，数据到达不同节点的时接收。通信效率得到提高，数据到达不同节点的时间相同，可以实现通信的精确同步。典型的协议如间相同，可以实现通信的精确同步。典型的协
50、议如ControlNetControlNet、Ethernet/IPEthernet/IP。n n二、IEC61158标准n n规范的工业通信网络标准（现场总线），经过十多年努力，起草并公布了第四版，列入了14种现场总线，实质上是宣告统一标准的失败。n n但标准的制定规范了协议，方便的互联，有利于开放。n n现场总线技术是构成现代PLC系统的主要技术之一，各PLC厂家都有基于自主产品的现场总线技术和产品。城轨BAS即是一类典型的PLC和现场总线的应用领域。n n三、MODBUS协议n nMODICONMODICON公司（已并入施耐德）的一种在工业领公司（已并入施耐德）的一种在工业领域广为应用的
51、真正开放、标准的网络通信协议。在域广为应用的真正开放、标准的网络通信协议。在RS232/485RS232/485通信中广泛采用这种规约。通信中广泛采用这种规约。SCADASCADA和和HMIHMI（人机接口）通过此协议可容易将带串行通信（人机接口）通过此协议可容易将带串行通信口的设备集成在一起。口的设备集成在一起。n n基于基于TCP/IPTCP/IP的的MODBUS MODBUS 已提交作为已提交作为IECIEC的公共可的公共可用规范。用规范。n nMODBUSMODBUS是是ISO/OSIISO/OSI的应用层报文传输协议，它在的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型的总线或网络的设备之间
52、提供客户连接至不同类型的总线或网络的设备之间提供客户机机/ /服务器通信，客户请求，服务器分析并处理请服务器通信，客户请求，服务器分析并处理请求后向客户端发送结果，如出现任何差错则返回一求后向客户端发送结果，如出现任何差错则返回一个异常功能码。个异常功能码。n n目前可以通过三种方式实现目前可以通过三种方式实现MODBUSMODBUS通信：通信：n nMODBUSMODBUS异步串行链路异步串行链路n nMODBUS PlusMODBUS Plusn nMODBUS TCP/IPMODBUS TCP/IPMB+MB+物理层物理层n nMODBUSMODBUS只定义了应用层协议，与物理及链路层没
53、关系，只定义了应用层协议，与物理及链路层没关系，MODBUS PlusMODBUS Plus和和MODBUS TCP/IPMODBUS TCP/IP都是其应用层协议的应都是其应用层协议的应用，二都的物理层、链路层均不同，但同样能实现通信。用，二都的物理层、链路层均不同，但同样能实现通信。n nMODBUSMODBUS定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（Protocol Data UnitProtocol Data Unit，PDUPDU）特定总线或网络上的）特定总线或网络上的MODBUSMODBUS协议映射能够在应用数据单元（协议映射能够在
54、应用数据单元（Application Data UnitApplication Data Unit，ADUADU）上引入一些附加域。）上引入一些附加域。n n启动启动MODBUSMODBUS事务处理的客户机创建事务处理的客户机创建PDUPDU，功能码向服务器，功能码向服务器指示将执行哪种操作。指示将执行哪种操作。通用通用MODBUSMODBUS帧帧含有请求和含有请求和响应参数响应参数MODBUS数据帧格式数据帧格式n从功能上讲，从功能上讲， MODBUSMODBUS 包括包括2424种命令，每一功能都有相应的功能码。最种命令，每一功能都有相应的功能码。最基本的功能主要包括基本的功能主要包括AI
55、/AOAI/AO、DI/DODI/DO的数据传送，的数据传送， PLCPLC如果支持如果支持MODBUSMODBUS，那么都应该包含这些基本命令。那么都应该包含这些基本命令。PLCPLC将模拟量和数字量存放在不同的寄存将模拟量和数字量存放在不同的寄存器中。模拟量在器中。模拟量在PLCPLC中是保存在寄存器中是保存在寄存器(Holding Register)(Holding Register)中，数字量保中，数字量保存在线圈中存在线圈中(Holding Coils)(Holding Coils)。n只有主站具有主动权，从店只能被动响应，包括回答出错信息。只有主站具有主动权，从店只能被动响应，包括
56、回答出错信息。n主站：从站地址主站：从站地址 功能码功能码 数据起始地址数据起始地址 数据量数据量 CRCCRC校验码校验码n从站：从站地址从站：从站地址 功能码功能码 数据量数据量 应答数据应答数据 CRCCRC校验码校验码 xx xx xx xx xx xx从站地址 功能码 数据区 校验码 1字节 1字节 0251字节 2字节说明说明：从站地址从站地址 : 0FFh功能码功能码 : 常用01h06h、10h、其它数据区数据区 : 命令帧的参数、响应帧数据校验码校验码 : CRC-16校验MODBUS功能码功能码n n读功能读功能读功能读功能 01h01h : Read Coil Statu
57、s（读保持线圈状态） 02h02h : Read Input Status （读输入线圈状态）（读输入线圈状态） 03h03h : Read Holding Register （读保持寄存器）（读保持寄存器）（读保持寄存器）（读保持寄存器） 04h04h : Read Input Register（读输入寄存器）n n写功能写功能写功能写功能 05h05h : Force Single Coil（写单个线圈） 06h06h : Preset Single Register（写单个寄存器） 10h10h : Preset Multiple Registers（写多个寄存器）功能码功能码-01h
58、Read Coil Status说明说明：每个字节包含8个Coil Status举例：举例：从机地址:20(14h)位地址: 1000h位个数: 16(0010h)发:14 01 10 00 00 10 3b c3收:14 01 02 41 A0 84 17解: 02h个字节数据 41h01000001对应bit7-bit0 A0h10100000对应bit15-bit8 功能码功能码-02h Read Input Status说明说明：每个字节包含8个Input Status举例：举例：从机地址:20(14h)位地址: 1000h位个数: 16(0010h)发:14 02 10 00 00
59、10 7f c3收:14 02 02 41 A0 84 53解: 02h个字节数据 41h01000001对应bit7-bit0 A0h10100000对应bit15-bit8 功能码功能码-03h Read Holding Registers说明说明：一个寄存器=2byten为偶数举例：举例：从机地址:20(14h)寄存器地址: 0100h寄存器个数: 6(0006h)发:14 03 01 00 00 06 c6 f1收:14 03 0C A0 41 00 00 00 00 16 02 00 00 1C 00 E7 75解: 0Ch个字节数据即6个Reg 依次为: A041h 0000h 0
60、000h 1602h 0000h 1C00h功能码功能码-04h Read Input Registers说明说明：一个寄存器=2byten为偶数举例：举例：从机地址:20(14h)寄存器地址: 0100h寄存器个数: 4(0004h)发:14 04 01 00 00 06 73 31收:14 04 0C A0 41 00 00 00 00 16 02 00 00 1C 00 E1 B2解: 0Ch个字节数据即6个Reg 依次为: A041h 0000h 0000h 1602h 0000h 1C00h 功能码功能码-05h Force Single Coil说明说明：执行成功：响应帧与命令帧相
61、同；否则返回错误代码。举例：举例：从机地址:20(14h)位地址: 1F10hBit Set : FF00h发:14 05 1F 10 FF 00 88 EE收:14 05 1F 10 FF 00 88 EE解:响应帧与与命令帧相同,Bit Set成功. 功能码功能码-06h Preset Single Coil说明说明：执行成功：响应帧与命令帧相同；否则返回错误代码。举例：举例：从机地址:20(14h)寄存器地址: 01F2h写入值: 5(0005h)发:14 06 01 F2 00 05 EB 03收:14 06 01 F2 00 05 EB 03解:响应帧与命令帧相同,写成功功能码功能码
62、-10h Preset Multiple Registers说明说明：命令包含写入寄存器个数、字节数。举例：举例：从机地址:20(14h)寄存器地址: 0002h写入0004h个寄存器即08字节:依次为0004 0C09 0F13 E5DE发:14 10 00 02 00 04 08 00 04 0C 09 0F 13 E5 DE 3B A6收:14 10 00 02 00 04 62 CF解: 寄存器地址=0002h 寄存器个数=0004h 写入成功异常响应异常响应说明说明：响应帧功能码=命令帧功能码+80h不同的Exception Code针对不同的功能码有不同的说明。举例：举例：从机地址
63、:20(14h)寄存器地址: F000h寄存器个数: 4(0004h)发:14 03 F0 00 00 06 F4 0D收:14 83 02 D1 35解: 功能码=03h+80h 异常代码=02h3.4 工业以太网工业以太网n n一、概述一、概述n n以太网技术的一些固有特点和技术优势越来越为以太网技术的一些固有特点和技术优势越来越为工业用户所青睐。工业用户所青睐。n n工业中应用以太网是基于以下需求：工业中应用以太网是基于以下需求： n n对经济性的需求，一是网络节点和系统集成成本，对经济性的需求，一是网络节点和系统集成成本，最好是单一廉价网络从顶层到车间一网贯通。最好是单一廉价网络从顶层
64、到车间一网贯通。n n工业现场总线技术的多标准使用户仍无所适从。工业现场总线技术的多标准使用户仍无所适从。n n生产信息化是现代工业企业的共同需求。生产信息化是现代工业企业的共同需求。n n与传统现场总线系统相比，以太网具有的优势：与传统现场总线系统相比，以太网具有的优势：n n高速率、低成本、应用普及性、开放性、灵活性及能承载多种高速率、低成本、应用普及性、开放性、灵活性及能承载多种数据服务。数据服务。n n以太网的不足：实时性、传输冲突，针对其不足，工业以太网以太网的不足：实时性、传输冲突，针对其不足，工业以太网进行了相应弥补。使之具备实时性和确定性特点，同时又可进行了相应弥补。使之具备实
65、时性和确定性特点，同时又可以兼容一般的以太网协议，实现方法有：以兼容一般的以太网协议，实现方法有：n n1 1、利用高速以太网、利用高速以太网n n2 2、在以太网中增加实时功能，对通信帧按照优先级进行处理、在以太网中增加实时功能，对通信帧按照优先级进行处理n n3 3、改变以太网的介质访问控制机制，采用主从方式，利用时、改变以太网的介质访问控制机制，采用主从方式，利用时间同步和时间槽方法规划和管理网络通信，确保在特定的时间同步和时间槽方法规划和管理网络通信，确保在特定的时间槽内只有一个网络节点访问介质，从而避免冲突，网络通间槽内只有一个网络节点访问介质，从而避免冲突，网络通信周期和时间槽的划
66、分可确保通信的确定性和实时性，其实信周期和时间槽的划分可确保通信的确定性和实时性，其实时性可达时性可达3 3级到级到4 4级，完全满足工业控制对数据实时性需求，级，完全满足工业控制对数据实时性需求，如如Ethernet Ethernet PowerLinkPowerLink。n n4 4、将现场总线的应用层数据报文封装在、将现场总线的应用层数据报文封装在TCP/IPTCP/IP的数据帧后在的数据帧后在以太网上传输，如以太网上传输，如Ethernet/IPEthernet/IP，MODBUS/TCPMODBUS/TCP等。等。n n目前目前“ “以太网以太网+TCP/IP”+TCP/IP”已成为
67、事实上的工业标准。各公司也将已成为事实上的工业标准。各公司也将工业以太网技术融入到各自的产品中。工业以太网技术融入到各自的产品中。n nROCKWELLROCKWELL推广推广Ethernet/IPEthernet/IP，QuantumQuantum支持支持MODBUS/TCPMODBUS/TCP、SIEMENSSIEMENS借助借助PROFIBUSPROFIBUS的优势推广的优势推广PROFINETPROFINET，B&RB&R（倍加（倍加莱）公司倡导莱）公司倡导Ethernet Ethernet PowerLinkPowerLink标准。标准。n nBASBAS系统中常见应用于系统中常见应
68、用于PLCPLC的工业以太网协议就有以上几种。的工业以太网协议就有以上几种。n n以至于基于以太网的各种实时协议标准又如现场总线一样呈现以至于基于以太网的各种实时协议标准又如现场总线一样呈现多样化，相互之间不能互联互通。多样化，相互之间不能互联互通。n n二、二、Ethernet/IPEthernet/IPn n 实质是标准以太网实质是标准以太网+TCP/UDP/IP+CIP+TCP/UDP/IP+CIP协议协议（Common Industrial ProtocolCommon Industrial Protocol，通用工业协议），通用工业协议）n n三、三、MODBUS TCP/IPMOD
69、BUS TCP/IPn n是一种面向连接的传送，需要响应，这种请求是一种面向连接的传送，需要响应，这种请求/ /响应响应技术很适用于技术很适用于MODBUSMODBUS的主站的主站/ /从站特性。从站特性。n n四、四、PROFINETPROFINETn n 是一种实时以太网开放标准，有三种通信方式。是一种实时以太网开放标准，有三种通信方式。n n1 1、使用以太网和、使用以太网和TCP/IPTCP/IP协议通信，响应时间大于协议通信，响应时间大于100ms 100ms ，主要用于自动化系统和其他系统的连接。，主要用于自动化系统和其他系统的连接。n n2 2、V2V2，软实时（，软实时（Sof
70、t Real-TimeSoft Real-Time，SRTSRT）通信，）通信，5 510ms10ms间。基于间。基于OSIOSI第二层规定了优化的实时通信通道，第二层规定了优化的实时通信通道，增加了实时通信协议。增加了实时通信协议。n n3 3、V3V3，同步实时通信（，同步实时通信（Isochronous Real-TimeIsochronous Real-Time，IRTIRT），用于高性能的同步运动控制，在），用于高性能的同步运动控制，在100100点以下，点以下，响应时间低于响应时间低于1ms1ms。n n其同步实时其同步实时IRTIRT功能建立在第二层，由内嵌的功能建立在第二层，由
71、内嵌的ERTECERTEC同步实时交换芯片（专用同步实时交换芯片（专用ASICASIC芯片）提供。其工作芯片）提供。其工作原理是在一个周期内通过分隔时间域来传输实时和非原理是在一个周期内通过分隔时间域来传输实时和非实时数据。如下图示。实时数据。如下图示。n n五、五、Ethernet Ethernet PowerlinkPowerlink（EPLEPL）n n实时数据传输周期最小可达实时数据传输周期最小可达200200微秒，支持多种拓扑结构，允微秒，支持多种拓扑结构，允许所有节点直接交换数据，不使用交换机而只用集线器以消除许所有节点直接交换数据，不使用交换机而只用集线器以消除存储转发延迟。存储
72、转发延迟。n n采用等时同步原理保证数据传输的确定性，即每一个精确的总采用等时同步原理保证数据传输的确定性，即每一个精确的总线时钟周期内，确保传送实时数据。线时钟周期内，确保传送实时数据。n n避免网络冲突的方法采用避免网络冲突的方法采用SCNMSCNM（Slot Communication Slot Communication Network ManagementNetwork Management，槽通信网络管理），专门的时间槽用，槽通信网络管理），专门的时间槽用于调度等传送的实时数据，共享时间槽用于异步数据。于调度等传送的实时数据，共享时间槽用于异步数据。n n二种工作模式二种工作模式n
73、 n保护模式：允许循环时间最小保护模式：允许循环时间最小200200微秒，网络需要桥微秒，网络需要桥路或路由器隔离开放路或路由器隔离开放ITIT网络。网络。n n开放模式：循环时间开放模式：循环时间msms级，可应用于开放的、交换式级，可应用于开放的、交换式的网络，不需要隔离。的网络，不需要隔离。n n是一个循环运行的等时同步系统，即所有系统数据在是一个循环运行的等时同步系统，即所有系统数据在同一个时间长度内进行再生成、交换和处理。在一个同一个时间长度内进行再生成、交换和处理。在一个固定的时间间隔内站与站之间循环交换数据，循环时固定的时间间隔内站与站之间循环交换数据，循环时间可根据需要由软件设
74、定。间可根据需要由软件设定。n n一个网络通信服务包括启动、循环同步、异步和空闲一个网络通信服务包括启动、循环同步、异步和空闲四阶段。四阶段。启动阶段管理站发送循环启动帧，以广播形式发出，各站点就此同步循环同步阶段：所有站点在此周期内进行同步信息交。管理站向某站先发一个邀请帧PRq，此站得到发布许可后，以广播形式发出一帧回应信息PRs异步阶段：非循环通信时间段，为没有实时要求的信息留下，如程序的上下载等应用。如果控制站需发异步数据，则发一个PRs帧给管理站并排队。End-of-Cyclic 空闲阶段3.5 PLC现场总线现场总线n n一、概述一、概述n n二、常用二、常用PLCPLC现场总线现
75、场总线n n1 1、ControlNnetControlNnet（ROCKWELLROCKWELL公司）公司）n n2 2、MELSECNETMELSECNET（三菱公司）（三菱公司）n n3 3、Controller LinkController Link（OMRONOMRON）n n4 4、MODBUS-PlusMODBUS-Plus（MODICONMODICON）n n5 5、PROFIBUSPROFIBUS（SIMENSSIMENS）n n6 6、CANCAN与与CANopenCANopen（罗伯特博世公司）（罗伯特博世公司）n n7 7、DeviceNetDeviceNet（ROCK
76、WELLROCKWELL公司）公司）n n8 8、CC-LinkCC-Link（三菱电机）（三菱电机）3.6 工业网络设备工业网络设备n n一、工业以太网设备一、工业以太网设备n n1 1、交换机、交换机n n2 2、光电转换器、光电转换器n n3 3、电缆、电缆n n4 4、连接器、连接器n n5 5、网卡、网卡n n二、工业网关设备二、工业网关设备n n1 1、串行网关、串行网关n n2 2、互联网关、互联网关3.7 BAS系统通信网络应用系统通信网络应用n n现场总线的多标准共存，有其合理性与存在价值现场总线的多标准共存，有其合理性与存在价值n n多标准共存对构建分立多标准共存对构建分立
77、BASBAS系统并无大碍系统并无大碍n n总线通常伴随总线通常伴随PLCPLC产品应用，在规划产品应用，在规划PLCPLC和底层装和底层装置或设备的现场总线时，需考虑总线类型的选择，置或设备的现场总线时，需考虑总线类型的选择，可确定一到二种，不能过多。可确定一到二种，不能过多。n n由由PLCPLC构成的构成的BASBAS系统，其开放性不是在系统，其开放性不是在PLCPLC之间之间的总线协议来表现，更重要的是构成的总线协议来表现，更重要的是构成BASBAS系统的系统的软件平台开放性、软件平台开放性、PLCPLC对其它协议或总线的支持对其它协议或总线的支持程度及集成商的服务能力。程度及集成商的服务能力。n n网关设备的发展及集成商服务能力的提升，使用网关设备的发展及集成商服务能力的提升，使用户掌握现场总线使用的主动权越来越大。户掌握现场总线使用的主动权越来越大。n nBASBAS系统利用现场总线的三个目的：系统利用现场总线的三个目的：n n连接现场各类智能测控仪表连接现场各类智能测控仪表n n作为作为PLCPLC系统内部的远程系统内部的远程IOIO通信总线通信总线n n监控系统或其他系统集成监控系统或其他系统集成
