分散型测控网络技术ppt课件

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1、第七章 分散型测控网络技术主讲人：朱云芳第七章 分散型测控网络技术 数据通讯技术 根本概念 两种通讯方式： 并行通讯：数据的各位同时传送，传送速度高，间隔短。 串行通讯：数据一位一位顺序传送，传送速度低，传送间隔长，几十至几千米。串行通讯分为两种传送方式： 异步传送：依托标志位进展通讯控制，一次只传送一个字节。 同步传送：依托时针进展通讯可控制，一次传送大量字节。四种数字编码方式： 不归零码：码元间没有间隔，很难断定一位的终了与另一位的开场，同步困难。 归零码：每一位中间有一个跳变，作为同步时钟及数据。又称自同步编码。 曼彻斯特编码：同上，但只需两个电平形状。 差动曼彻斯特编码：每位开场有无跳

2、变来表示0或1，电压有变化表示0，无变化表示1。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，接纳器是用单线输入信号的，抗干扰才干差。 平衡方式：用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不经过地线，接纳器以双端差动方式输入信号，抗干扰才干强。 不平衡传输方式-RS-232C规范 特性：单端，双极性电压供电； 每个信号一根导线，双向共用一个地线； 不平衡的发送器和接纳器，易被干扰； 传输速率20Kbps，间隔15米； 衔接器有25插针、9插针等设计方案。 平衡传输方式-RS-422A规范 特性：平衡，双极性电压供电； 平衡驱动和差分接纳方式，取消地线； 抗干扰才干强； 传输

3、速率高，间隔远； 衔接器采用9插针方案。平衡传输方式-RS-485规范 特性：是RS-422的变形 与RS-422的区别： RS-422 ：两对平衡差分电路，全双工； RS-485 ：一对平衡差分电路，半双工； 允许32台驱动器和32台接纳器并联。串行通讯方式规范的比较RS-485规范组成的多点互连系统 RS-422/485互连组成环形数据链路系统 RS-232C/422A接口转换及其安装工业网络技术 网络拓扑构造：网络中互连的节点或站之间的物理衔接构造。 星形构造 环形构造 总线形 树形介质访问控制技术(MAC)：处理信道公共传输通道 )的分配和运用。 (1) 冲突检测载波侦听多路访问CSM

4、A/CD-适用于总线形 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，假设没有那么立刻发送；否那么，等待一段时间，直至信道空闲，开场发送。 2令牌环Token Ring)-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，它有两个形状 空形状：表示令牌没有被占用，当其传至正待发送信息的结点时，该结点立刻发送，并置令牌为忙形状。 “忙形状：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。 3令牌总线(Token Passing Bus) -适用于总线方式或树型 原理：把总线形传输介质的各个结点构成一个逻辑环，即人为地

5、给各个规定一个顺序。控制方式类似于令牌环。 3种介质访问控制技术的比较 信息交换技术1线路交换：在两个站之间建立一条公用的物理线路进展数据传送，传送终了再“撤除线路。 2报文交换：把目的站名附加在报文上，然后交给下一结点，该结点接纳整个报文，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：将报文分成假设干分组，并在每个分组上附加控制信息，这些报文经不同的途径分别传送到目的站后，再组成一个完好报文。 过失控制 校验：奇偶校验、循环冗余-CRC校验。 纠错方式：重发纠错、自动纠错、混合纠错。 网络协议及其层次构造 分层的益处：修正某层不会影响整个系统。 ISO的7层开放系统互连参考模

6、型OSI。 1.物理层 功能：在信道上传输未经处置的信息。 内容：对机械、电气、衔接规程进展规定。 协议：RS-232C、 RS-485、Ethernet等。 2.数据链路层 功能：将有过失的物理链路改呵斥对于网络层来说是无过失的传输链路。 内容：将数据组成数据帧，并在接纳端检验传输的正确性。 协议：SDLC、802.2等。 3.网络层 功能：在网络中传输分组。 内容：控制信息交换、路由选择。 协议：X.25协议、IP协议。 4.传送传输层 功能：从会话层接纳数据，把它们传到网络层并保证这些数据正确到达另一端。 内容：控制端到端的数据完好性。 协议：TCP协议等 5.会话层 功能：控制建立或终

7、了一个通讯会话的进程。 内容：检查并决议一个正常的通讯能否正在发生。并利用校验点，使会话在通讯失效时从校验点恢复通讯 ；或根据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。 协议：，SMTP(简单邮件文件传输等。 6.表示层 功能：实现不同信息格式和编码之间的转换。 内容：正文紧缩、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言语 7.运用层 功能：规定允许的报文集合，及每个报文所采取的动作。 内容：处理数据传输完好性问题或发送/接纳设备的速度不匹配的问题。 例如：IE阅读器。OSI模型和各协议的对照IEEE 802规范1981年提出，描画了物理层，并为数据链路层划分了两个

8、子层。 IEEE 802规范与OSI模型的关系 IEEE 802规范规定各层的功能 物理层：数据的封装/拆封、数据的发送/接纳，并经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、Token Bus、Token Ring 。 逻辑链路控制层：寻址、排序、过失控制等功能。工业网络的性能评价和选型 工业网络的主流拓扑构造：总线形和环形。 令牌环与令牌总线的性能比较： 传输速率：环形是点到点衔接，传输效率高；总线形是多点衔接，传输效率低。总线上构成的逻辑环不固定，令牌传送和维护算法比环形复杂。 吞吐才干：令牌环数据吞吐才干高于令牌总线。令牌总线是广播式，数据、令牌、回答都

9、要独占介质；令牌环是顺序循环访问，一定条件下有并行任务的特性，其数据、令牌、回答可同时传送。 稳定性：令牌环的稳定性较令牌总线好。 确定性：两种控制构造确实定性一样。工业网络的选型 1.大型系统采用-分散型控制DCS方式，分三级： 分散过程控制级： 特征：各单元间横向联络少，数据量小，数据包短，地理分布区域小。 选型：令牌总线、主从总线或星形构造 集中操作监控级 特征：数据处置量大，数据包长，横向联络多； 选型：令牌总线 综合信息管理级 特征：该级数据多且传输量大，系统按功能横向分布，地域范围广。 适宜选型：令牌环构造。 2. 中小型系统的工业网络选型 假设只需集中操作监控级和分散过程控制级，

10、两级均运用令牌总线，或监控级选用令牌环。 老企业技术改造：星形构造。第七章 分散型测控网络技术 分散型控制系统(DCS) 分散型控制系统(DCS)分布式、集散式。 原那么：分散控制、集中操作、综合管理、分而自治。 综合4C技术：计算机，控制，通讯，显示。 开展趋势：以计算机集成制造系统CIMS为目的，运用新的控制方法、现场总线智能化仪表、专家系统、局域网络等，实现过程控制自动化与信息管理自动化结合的管控一体化综合集成系统。DCS的三级体系构造：分散过程控制级 集中操作监控级 综合信息管理级1分散过程控制级面向消费过程 功能：完成消费过程的数据采集、调理控制等功能。 安装：现场控制站工业控制机

11、可编程序控制器PLC 智能调理器 其它测控安装2集中操作监控级面向操作员和系统工程师 功能：以操作监视位主要义务，兼有部分管理功能。配备计算机及外设，以及相应软件，对消费过程实行高级控制战略、缺点诊断、质量评价。 组成：监控计算机 工程师显示操作站 操作员显示操作站3综合信息管理级 功能：实现整个企业的综合信息管理。 组成：管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化效力系统，运用了MIS系统。 DCS的特点： 硬件积木化 软件模块化 控制系统组态 运用通讯网络 可靠性高现场总线Fieldbus)技术 概念 现场总线：衔接工业过程现场设备和控制系统的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络。 现场总线控

12、制系统(FCS)：现场总线和现场设备组成的控制系统。 现场总线构造体系及其特点 (1) 采用现场通讯网络 现场总线把通讯延伸到消费现场及设备。 FCS (2)现场设备经过一对传输线互连 现场设备：变送器、执行器、效力器和网桥、辅助设备、监控设备。 (3)产品实现互操作 基于同一总线规范的不同品牌产品可以一致组态，实现 “即接即用 。 (4)功能块分散化 FCS去除了DCS的I/O单元和控制站，将DCS功能块分散到现场设备中，构成虚拟控制站。虚拟控制站的优点：可以灵敏选用各种功能块，实现所需的控制系统，实现彻底的分散控制。 例：流量控制回路。 (5)采用通讯线供电 用于低功耗现场仪表。 (6)开

13、放式互连网络 现场总线规范普通参照OSI模型设计，是开放行的互连网络，可与同层或不同层互连。FCS与DCS的比较 模拟仪表和DCS的缺陷：1信息集成才干不强，容易导致失控： 控制器与现场设备之间靠I/O连线衔接，传送4-20mA模拟量信号或24VDC等开关量信号，获取信息量有限，导致信息集成才干不强。2互操作性差。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性。 3可靠性差：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设备工，不仅添加本钱，也添加了系统的不可靠性。4可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线缺点诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定、修正等参数化功

14、能，影响了系统的可维护性。FCS的优点： 1加强了现场级信息集成才干：可从现场设备获取大量丰富信息，满足CIMS系统的信息集成要求。现场总线还可实现设备形状、缺点、参数信息传送，完成远程参数化任务。2开放式、互操作性、互换性、可集成性强：产品只需运用同一总线规范，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。3系统可靠性高、可维护性好：现场总线控制系统以总线方式替代一对一的I/O连线，减少了由接线点呵斥的不可靠要素。同时，系统具有现场级设备的在线缺点诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修正等参数化任务，也加强了系统的可维护性。4降低了系统及工程本钱对大范围、大规模I/O的

15、分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程本钱。 工业控制系统性能比较FF现场总线基金会现场总线技术 FF由FIP和ISP，在1994年合并而成。 FF总线由低速FF_H1和高速FF_HSE组成。高速H2总线开展方案已取消。 (1)FF_H1：以OSI参考模型为根底的四层构造模型，采用令牌总线介质访问技术，用于工业产生现场设备衔接。 (2)FF_HSE：那么采用基于Ethernet(IEEE 802.3)+TCP/IP的六层构造，主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处置和高级控制等场所。 低速网络H1： 4层协议：物理层、数据链路层、运用层、用

16、户层。物理层、数据链路层、运用层参照OSI的模型的1，2，7层，并添加了用户层。 其中，运用层由现场总线报文规范FMS和现场总线访问子层FAS组成。 (1)H1物理层 传输介质：电缆、光纤、无线通讯。 传输速率和间隔：31.25Kbps, 1900m加中继延伸)。 网络拓扑：总线型、树型、点对点型。 支持总线供电： 总线上既传送数字信号，又要为现场设备提供电源能量。数字信号以31.25Hz的频率调制到932V的直流供电电压上。 该总线供电方式支持本质平安，可在防爆等环境下运用。 (2)H1数据链路层 介质访问控制MAC：采用令牌总线方式，衔接到总线上的站点组成一个逻辑环，站点只需获得令牌才干发

17、送数据帧。 逻辑链路控制LLC：由链路活动调度器(Link action sheduler LAS)进展控制，确保了控制系统中的信息传输的及时性，LAS的功能： 认知新设备并将其参与链路中； 从链路中除去没有呼应的设备； 在链路上发布数据链路时间和调度时间； 在调度时间内轮询以缓冲区存储数据的设备； 在调度时间之间优先级驱动的令牌给某设备。(3)H1运用层 由现场总线访问子层FAS和现场总线报文规范FMS组成， 现场总线访问子层FAS：处于FMS和DLL之间，提供三类效力：发布/索取、客户机/效力器、报告分发，这些效力称为虚拟通讯关系VCR。 现场总线报文规范FMS：规定了访问运用进程AP的报

18、文格式及效力。FMS经过调用VCR在现场设备之间传送报文。 (4)H1用户层 规定规范的功能块供用户组态成系统。 根本功能块： 模拟量输入 AI； 模拟量输出 AO； 开关输入DI； 开关输出DO等 控制选择 CS； P、PD控制； PID、PI、I控制等 高速网络HSE： 6层协议：物理层、数据链路层、网络层、传输层、运用层、用户层。物理层、数据链路层、运用层参照OSI的模型的1，2，3，4，7层，并添加了用户层。 (1) HSE物理层： IEEE 802.3u，支持高速以太网，从100M/s到1.0G/s或更高。 (2)数据链路层： CSMA/CD介质访问控制协议。 (3)网络层、传输层： TCP/IP (4)运用层 在HSE中称为现场设备访问层FDA，包括了套接字映射协议机制、运用关系、FDA效力协议机制、虚拟通讯关系VCR等通讯实体。 功能就是：根据用户层运用程序的需求，向用户层提供3种协议规定的效力：FMS效力、SM效力和冗余效力。 (5)用户层 包括功能块运用进程、系统管理、通讯栈网络管理等实体。系统管理和网络管理担任HSE系统和通讯栈的运转和通讯管理；不同设备的功能块运用进程利用通讯栈进展相互通讯、调用，以完成特定的功能。