8.4 分布式测控网络技术(四)
分散型测控网络技术
分别型测控网络技术第七章分别型测控网络技术第七章分别型测控网络技术数据通信技术基本观点-两种①并行通信 : 数据的各位同时传递 , 传递速度高 , 距离短 .②串行通信 : 数据一位一位次序传递 , 传递速度低 , 传递距离长 , 几十至几千米 . 串行通信分为两种传递方式:①异步传递 : 依赖标记位进行通信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.均衡和不均衡传输-不均衡方式 : 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 , 抗扰乱能力差 .-均衡方式 : 用双绞线传输信号 , 信号在双绞线中自成回路不经过地线 , 接收器以双端差动方式输入信号 , 抗扰乱能力强 .不均衡传输方式 --RS-232C 标准特征 :- 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 ;-不均衡的发送器和接收器 , 易被扰乱 ;-传输速率 20Kbps,距离 15 米;-连结器有 25 插针 ,9 插针等设计方案 .均衡传输方式--RS-422A 标准特征 :- 均衡 , 双极性电压供电 ;-均衡 - 抗扰乱能力强 ;-传输速率高 , 距离远 ;-连结器采纳 9 插针方案 . 均衡传输方式 --RS-485 标准特征 :- 是 RS-422 的变形-与 RS-422 的差别 :RS-422 : 两对均衡差分 RS-485 : 一对均衡差分电路 , 半双工 ;-同意 32 台驱动器和 32 台接收器并联 .串行通信方式标准的比较RS-485 标准构成的多点互连系统RS-422/485 互连构成环形数据链路系统RS-232C/422A - 星形构造-环形构造-- 树形介质接见控制技术 (MAC):解决信道 ( 公共传输通道 ) 的分派和使用 .(1)矛盾检测载波侦听多路接见(CSMA/CD)--合用于总线形原理 : 结点发送信息时 , 第一要侦听网络中有无其余结点正在发送信息 , 若没有则立刻发送 ; 不然 , 等候一段时间 , 直至信道安闲 , 开始发送 .(2) 令牌环 (Token Ring)--合用于环网令牌 - 控制标记 , 网络中只设一张令牌 , 并挨次沿各结点传递 , 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 , 该结点立刻发送 , 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 , 当所发信息围绕一周 , 由发送结点将 " 忙" 令牌置为 " 空" 令牌 .(3) 令牌总线 (Token Passing Bus) --合用于总线形式或树型原理 : 把总线形传输介质的各个结点形成一个逻辑环, 即人为地给各个规定一个次序 . 控制方式近似于令牌环 .3 种介质接见控制技术的比较信息交换技术(1)线路交换 : 在两个站之间成立一条专用的物理线路进行数据传递 , 传递结束再"拆掉"线路.(2)报文交换 : 把目的站名附带在报文上 , 而后交给下一结点 , 该结点接收整个报文 , 储存下来 , 依据目的选择下一转发结点 , 直到目的站 .(3)分组交换 : 将报文分红若干分组 , 并在每个分组上附带控制信息 , 这些报文经不一样的路径分别传递到目的站后 , 再构成一个完好报文 .差错控制- 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 , 混淆纠错 .网络协议及其层次构造分层的利处 : 改正某层不会影响整个系统.ISO 的 7 层开放系统互连参照模型OSI.-1. 物理层功能 : 在信道上传输未经办理的信息.内容 : 对机械 , 电气 , 连结规程进行规定 .协议 :RS-232C, RS-485,Ethernet等.-2. 数据链路层功能 : 将有差错的物理链路改造成关于网络层来说是无差错的传输链路.内容 : 将数据构成数据帧 , 并在接收端查验传输的正确性.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. 传递 ( 传输) 层功能 : 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抵达另一端.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 : 控制成立或结束一个通信会话的进度.内容 : 检查并决定一个正常的通信能否正在发生 . 并利用校验点 , 使会话在通信无效时从校验点恢复通信 ; 或依据规定 , 在会话不可以正常发生的状况下停止会话 .协议 :HTTP,SMTP(简单邮件文件传输 ) 等 . -6. 表示层功能 : 实现不一样信息格式和编码之间的变换.内容 : 正文压缩 , 供给加密 , 解密 ; 文件格式的变换 ; 输入输出格式的变换 .比如 :HTML语言7.应用层功能 : 规定同意的报文会合 , 及每个报文所采纳的动作.内容 : 解决数据传输完好性问题或发送/ 接收设施的速度不般配的问题.比如 :IE 阅读器 .OSI 模型和各协议的比较IEEE 802 标准-1981 年提出 , 描绘了物理层 , 并为数据链路层区分了两个子层.-IEEE 802 标准与 OSI 模型的关系-IEEE 802 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 , 并经过介质存取零件收发数据信号. 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 , 差错控制等功能 .工业网络的性能评论和选型-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 : 环形是点到点连结 , 传输效率高 ; 总线形是多点连结 , 传输效率低 . 总线上形成的逻辑环不固定 , 令牌传达和保护算法比环形复杂 .吞吐能力 : 令牌环数据吞吐能力高于令牌总线 . 令牌总线是稳固性 : 令牌环的稳固性较令牌总线好 .确立性 : 两种控制构造确实定性同样.工业网络的选型1.大型系统采纳 - 分别型控制 DCS模式 , 分三级 :- 分别过程控制级 :特色 : 各单元间横向联系少 , 数据量小 , 数据包短 , 地理散布地区小 .选型 : 令牌总线 , 主从总线或星形构造-集中操作监控级特色 : 数据办理量大 , 数据包长 , 横向联系多 ;选型 : 令牌总线-综合信息管理级特色 : 该级数据多且传输量大 , 系统按功能横向散布 , 地区范围广 .合适选型 : 令牌环构造 .2.中小型系统的工业网络选型-若只有集中操作监控级和分别过程控制级 , 两级均使用令牌总线 , 或监控级采纳令牌环 .-老公司技术改造 : 星形构造 .第七章分别型测控网络技术分别型控制系统 (DCS)分别型控制系统 (DCS)-散布式 , 集散式 .原则 : 分别控制 , 集中操作 , 综合管理 , 分而自治 .综合 4C技术 : 计算机 , 控制, 通信 , 显示 .发展趋向 : 以计算机集成制造系统 (CIMS)为目标 , 应用新的控制方法 , 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联合的管控一体化综合集成系统 .DCS的三级系统构造 : 分别过程控制级集中操作监控级综合信息管理级(1)分别过程控制级 ( 面向生产过程 )功能 : 达成生产过程的数据收集, 调理控制等功能 .装置 : 现场控制站 ( 工业控制机 )可编程序控制器 (PLC)智能调理器其余测控装置(2)集中操作监控级 ( 面向操作员和系统工程师 )功能 : 以操作监督位主要任务 , 兼有部分管理功能 . 装备计算机及外设 , 以及相应软件 , 对生产过程推行高级控制策略 , 故障诊疗 , 质量评估 .构成 : 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 : 实现整个公司的综合信息管理.构成 : 管理计算机 , 办公自动化系统 , 工厂自动化服务系统 , 应用了 MIS 系统 . DCS的特色 :-硬件积木化-软件模块化-控制系统组态-应用通信网络-靠谱性高现场总线 (Fieldbus)技术观点-现场总线 : 连结工业过程现场设施和控制系统的全数字化 , 双向 , 多站点的串行通信网络 .-现场总线控制系统 (FCS): 现场总线和现场设施构成的控制系统 .现场总线构造系统及其特色(1)采纳现场通信网络现场总线把通信延长到生产现场及设施.FCS(2)现场设施经过一对传输线互连现场设施 : 变送器 , 履行器 , 服务器和网桥 , 协助设施 , 监控设施 .(3)产品实现互操作鉴于同一总线标准的不一样品牌产品能够一致组态,实现 " 即接即用".(4)功能块分别化FCS去除了 DCS的 I/O 单元和控制站 , 将 DCS功能块分别到现场设施中 , 构成虚构控制站 .-虚构控制站的长处 : 能够灵巧采纳各样功能块 , 实现所需的控制系统 , 实现完全的分别控制 .例 : 流量控制回路 .(5)采纳通信线供电用于低功耗现场仪表 .(6)开放式互连网络现场总线标准一般参照 OSI 模型设计 , 是开放行的互连网络 , 可与同层或不一样层互连 .FCS与 DCS的比较-FCS的长处 :(1)加强了现场级信息集成能力 : 可从现场设施获得大批丰富信息 , 知足 CIMS系统的信息集成要求 . 现场总线还可实现设施状态 , 故障 , 参数信息传递 , 达成远程参数化工作 .(2)开放式 , 互操作性 , 交换性 , 可集成性强 :产品只需使用同一总线标准 , 就拥有互操作性 , 交换性 , 所以设施拥有很好的可集成性 .(3)系统靠谱性高 , 可保护性好 : 现场总线控制系统以总线方式代替一对一的 I/O 连线 , 减少了由接线点造成的不行靠要素 . 同时 , 系统拥有现场级设施的在线故障诊疗 , 报警 , 记录功能 , 可达成现场设施的远程参数设定 , 改正等参数化工作 , 也增强了系统的可保护性 .(4)降低了系统及工程成本对大范围 , 大规模 I/O 的散布式系统来说 , 省去了大批的电缆 ,I/O 模块及电缆敷设工程花费 , 降低了系统及工程成本 .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 年归并而成 .-FF 总线由低速 FF_H1和高速 FF_HSE构成 . 高速 H2总线发展计划已撤消 . (1)FF_H1: 以 OSI 参照模型为基础的四层构造模型, 采纳令牌总线介质接见技术, 用于工业产生现场设施连结.(2)FF_HSE:则采纳鉴于 Ethernet(IEEE 802.3)+TCP/IP 的六层构造, 主要用于制造业 ( 失散控制 ) 自动化以及逻辑控制 , 批办理和高级控制等场合.-低速网络 H1:4 层协议 : 物理层 , 数据链路层 , 应用层 , 用户层 . 物理层 , 数据链路层 , 应用层参照 OSI 的模型的 1,2,7 层, 并增添了用户层 .此中 , 应用层由现场总线报文规范FMS和现场总线接见子层FAS构成 .(1)H1 物理层- 传输介质 : 电缆 , 光纤 , - 传输速率和距离 :31.25Kbps, 1900m( 加中继延长 ). -网络拓扑 : 总线型 , 树型 , 点对点型 .-支持总线供电 :总线上既传递数字信号 , 又要为现场设施供给该总线供电方式支持实质安全 , 可在防爆等环境下使用 .(2)H1 数据链路层-介质接见控制 MAC:采纳令牌总线方式 , 连结到总线上的站点构成一个逻辑环 , 站点只有获得令牌才能发送数据帧.- 逻辑链路控制 LLC:由链路活动调动器保证了控制系统中的信息传输的实时性(Link action sheduler LAS),LAS 的功能 :进行控制,认知新设施并将其加入链路中;从链路中除掉没有响应的设施;在链路上公布数据链路时间和调动时间;在调动时间内轮询以缓冲区储存数据的设施 ;在调动时间之间优先级驱动的令牌给某设施 .(3)H1 应用层-由现场总线接见子层 FAS和现场总线报文规范 FMS构成 ,-现场总线接见子层 FAS:处于 FMS和 DLL之间 , 供给三类服务 : 公布 / 讨取 , 客户机 / 服务器 , 报告散发 , 这些服务称为虚构通信关系VCR.-现场总线报文规范 FMS:规定了接见应用进度 AP的报文格式及服务 .FMS经过调用 VCR在现场设施之间传达报文 .(4)H1 用户层-规定标准的功能块供用户组态成系统 .-基本功能块 :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 , 应用层 , 用户层 . 物理层 , 数据链路层 , 应用层参照 OSI 的模型的 1,2,3,4,7 层, 并增添了用户层 .(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 :(3)网络层 , 传输层 : TCP/IP(4)应用层在 HSE中称为现场设施接见层 FDA,包含了套接字映照协议体制 , 应用关系 ,FDA 服务协议体制 , 虚构通信关系 VCR等通信实体 .功能就是 : 依据用户层应用程序的需要 , 向用户层供给 3 种协议规定的服务 :FMS 服务 ,SM服务和冗余服务 .(5)用户层包含功能块应用进度 , 系统管理 , 通信栈网络管理等实体 . 系统管理和网络管理负责 HSE系统和通信栈的运转和通信管理 ; 不一样设施的功能块应用进度利用通信栈进行互相通信 , 调用 , 以达成特定的功能 .几种现场总线介绍LonWorks现场总线LonWorks的公布 :1992 年 , 美国埃施朗 (Echelon) 公司 .在国内的主要应用途合 : 数字化智能社区 , 智能建筑等 .-波及内容 : 暖通,空调,HVAC( Heating Ventilating and Air Conditioning)采暖,通风和空调LonWorks的中心 LonTalk 协议-LonTalk 协议的特色 : 按照由国际标准化组织 ISO 定义的开放系统互连 OSI 模型 , 供给 OSI 参照模型所定义的所有七层服务 .-LonTalk 协议固化在每一个 LonWorks设施的神经元芯片中或片外储存器中 ,1999 年公布了该协议的参照代码 .-LonTalk 协议的特色 :(1)LonTalk 协议的物理层 :支持多种传输介质不一样的介质经过路由器实现互联 ;支持总线型 , 环型 , 树型等拓扑构造 ;(2) LonTalk协议的数据链路层:采纳改良的带展望的P-Persistent CSMA/CD 算法 , 减少矛盾的出现 , 提升传输效率 .支持优先级 .(3) LonTalk 协议的网络层网络地点采纳域 (255 个子网 ), 子网 (127 个节点 ), 节点三层构造支持大网络 .每个神经元芯片有独一的 48 位 ID 地点 .(4)LonTalk 协议的传递层 , 会话层 : -四类报文服务 , 并支持网络认证 : 应答方式或端对端的应答服务 ;恳求 / 响应方式 ;非应答重发方式 ;非应答方式(5)LonTalk 协议的表示层采纳网络变量作表示层数据 , 简化散布式应用的编程 .(6)LonTalk 协议的应用层 :用 Neuron C 语言在神经元芯片中编程LonWorks的神经元芯片 (NeuronChip )- 芯片内有 3 个 8 位 CPU,使用 CMOS CLSI技术高度集成 , 集收集 , 控制于一体 :第 1 个 CPU为介质接见控制 MAC办理器 , 办理 LonTalk 协议的第一层和第二层 ; 第 2 个 CPU为网络办理器 , 办理 LonTalk 协议的第三层到第六层 ;第 3 个 CPU为应用办理器 , 它履行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务 .-LonWorks 网络上的装置都一定有 1 个神经元芯片 .. LonTalk 的 6 层已经在购置的神经元芯片中达成, 用户只需编写应用程序LonWorks的发展趋向-LonWorks 已经发展到第三代 , 采纳了 - 采纳了 LNS 网络管理操作系统 , 实现了与IP 网络的无缝连结 .-应用途合向工业自动化扩展 .PROFIBUS现场总线技术PROFIBUS是九十年月初拟订的德国国家工业现场总线协议标准EN50170 , 于1996 年获得欧洲所有国家标准化机构的认同.应用领域 : 制造业自动化 , 流程工业自动化和楼宇 , 交通 , 电力等其余领域自动化 . PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设施层数据通信与控制的现场总线技术 .中国市场据有率第一的现场总线技术.PROFIBUS由三个兼容部分构成 :_______(1) PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery):是一种高速低成本通信,用于设施级控制系统与分别式I/O 的通信 . 可代替劳 24VDC或 4-20mA信号传输 . _______(2) PROFIBUS-PA(Process Automation):专为过程自动化设计,可使- PROFIBUS-FMS:定义了第一 , 二, 七层 , 应用层包含现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification-FMS) 和低层接口 (Lower Layer Interface-LLI) FMS:向用户供给了可采纳的通服气务.LLI: 协调通信关系 , 供给第二层接见接口-PROFIBUS-DP:定义了第一 , 二层和用户接口 . 用户接口规定了设施可调用的应用功能 , 并详尽说明设施行为 .-PROFIBUS-PA:PA的数据传输采纳扩展的 PROFIBUS-DP协议 . 支持本征安全性和总线供电 ._____PROFIBUS三种种类的物理层 :_______ -RS485: 合用于 DP和 FMS;___ - 光纤 FO:合用于 DP和 FMS;__ -IEC1158-2 :合用于PA.RS-485称之为 H2,采纳障蔽双绞铜线 ;传输速率 :9.6K bit/s~12M bit/s;_______站点数 : 每分段 32 个站 ( 不带中继 ), 可多到 127 个站 ( 带中继 ).(2)光纤 FO在电磁扰乱很大的环境下应用 , 采纳专用总线插头变换 RS-485 信号和光纤导体信号 .(3)IEC1158-2支持本征安全和总线供电 ;传递数据以 31.25K bit/s调制供电电压;采纳藕合器将 IEC1158-2 与 RS-485 连结 .PROFIBUS的数据链路层-DP,FMS,PA的数据链路层同样-采纳主从构造 , 主站之间采纳令牌传递方式 , 主站与从站之间采纳主从传递方式 . PROFIBUS技术的发展-要点发展 PROFIBUS-DP,-PA,放弃 FMS,发展综合以太网技术 , 同意集成PROFIBUS和其余现场总线技术的 PROFInet 技术 .DeviceNet现场总线技术DeviceNet 技术属 " 开放 DeviceNet 厂商协会 "ODVA组织 , 该组织拥有罗克韦尔自动化 ,ABB, 欧姆龙等 300 多家有名自动化设施厂商会员 .DeviceNet 是从 CAN(Controller Area Network) 总线的基础上发展获得 . DeviceNet 是用于连结工业设施 ( 如: 限位开关 , - 罗克韦尔工业网络由三层网络构成 : 信息层 , 控制层 , 设施层 , 分别对应以太网 (EtherNet), 控制网 (ControlNet)和设施网 (DeviceNet).(1)信息层 (EtherNet)- 工业网络的最高层 , 对现场收集到的数据和信息进行处理和管理 .(2)控制层 (ControlNet) - 面向操作人员 : 达成办理器与办理器之间的信息沟通 , 办理器与输入 / 输出接口之间的信息沟通 .(3)设施层 (DeviceNet) - 面向现场设施 , 是工业网络的最低层 : 将操作信息送到现场设施 , 并将现场设施的状况反应到操作者 .DeviceNet 协议-沿用了 CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层 , 定义了不一样的报文格式 , 总线接见仲裁规则及故障检测和故障隔绝的方法 .DeviceNet 协议的物理层-介质使用电缆 , 包含粗缆 ( 干线 ) 和细缆 ( 分支线 ).-可采纳五线制电缆 , 包含了 2 条信号线 ,2 条 24V电源线和一条障蔽线 , 支持总线供电 , 总线供给的电源为 8 安培 .-供给 125/250/500Kbps 三种可选的通信波特率 , 最大拓扑距离为 500 米, 每个网络段最大可达 64 个节点 ..DeviceNet 协议的数据链路层-按照 CAN协议规范 , 并由 CAN控制器芯片实现 .-CAN是鉴于广播方式的协议 , 支持多主形式传输 . 传输的帧被分派一个表记符 ,每个节点依据表记符确立能否接收这些帧 .-供给数据帧 , 犯错帧 , 远程帧和过载帧等多种帧格式 .-采纳非损坏性逐位仲裁 (NBA)的方法解决共享介质总线接见矛盾问题 . 网络上每个节点拥有一个独一的表记符 , 这个表记符的值决定了仲裁中优先级的大小 , 优先级值小的节点在竞争仲裁中为获胜的一方 .DeviceNet 协议的应用层-DeviceNet 使用了对象的观点来描绘应用层的协议 , 对象模型供给了 DeviceNet 产品的属性 , 服务和行为 .。
分布式测控网络技术
冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD)； 令牌环(Token Ring)； 令牌总线(Token Bus)。 三种方式都得到IEEE802委员会的认可，成为 国际标准。
1) 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD) 又称为随机访问技术或争用技术——适用于总
线形和树形网络结构。 工作原理：当某一结点要发送信息时，首先要
工作过程：当某一结点想要传输数据时，它首 先向中心结点发送一个请求，以便同另一个目的结 点建立连接。一旦两个结点建立了连接，则在这两 点间就象是一条专用线路连接起来一样，进行数据 传输。
特点：
① 网络结构简单，便于控制和管理，建网容易； ② 网络延迟时间短，传输错误率较低； ③ 网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致 全网瘫痪； ④ 网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过 中央结点才能转发信息； ⑤ 通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成 本较高。
特点： ① 信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个
结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制； ② 环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，
控制软件较简单； ③ 环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方
法，提高了可靠性； ④ 环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，
故扩展受到一定的限制。 环形网络结构较适合于信息处理和自动化系统
特点：
①结构简单灵活，扩展方便； ②可靠性高，网络响应速度快； ③共享资源能力强，便于广播式工作； ④设备少，价格低，安装和使用方便； ⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送 的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要 求高的场合。
4）树形结构
结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。 特点： ①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展， 但结构较星形复杂； ②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均 影响其所在支路网络的正常工作。
分散型测控网络技术
重发纠错
7.1 工业网络技术
发送端发送能够检错旳信息码（如奇偶
校验码），接受端根据该码旳编码规则， 判断传播中有无错误，并把判断成果反馈 给发送端。假如传播错误，则再次发送， 直到接受端任务正确为止。
自动纠错
7.1 工业网络技术
发送端发送能够纠错旳信息码，而不但
仅是检错旳信息码。接受端收到该码后， 经过译码不但能自动旳发觉错误，而且能 自动旳纠正传播中旳错误。但是，纠错旳 位数有限，为了纠正比较多旳错误，则要 求附加旳冗余码将比基本信息码多，因而 传播效率低，译码设备也比较复杂。
7.1 工业网络技术
混合纠错方式
上述两种方式旳综合，发送端发送旳信 息不但能发觉错误，而且有一定旳纠错能 力。接受端收到该码后，假如错误位数在 纠错能力以内，则自动旳进行纠错，假如 错误多，则接受端要求发送端重发，直到 正确为止。
7.2 分散型控制系统（DCS）
分散型控制系统又称分布式控制系统 （Distributed Control System）。系统提成了3级， 采用了4C技术。以计算机集成制造系统（CIMS）为目旳， 采用分散控制、集中管理、分而自治旳设计原则。
④ 环路接口其结点数旳增长将会影响信息旳传播效率， 故扩展受到一定旳限制。
3 总线形
7.1 工业网络技术
① 网络构造简朴灵活，扩展以便； ② 可靠性高，网络响应速度快； ③ 网络共享资源能力强，便于广播式工作； ④ 设备少，价格低，安装使用以便；
⑤ 因为共用一条总线，所以总线上旳信息轻易发生 冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高旳场合。
第七章 分布式测控网络技术
7.1 工业网络技术 7.2 分散型控制系统（DCS） 7.3 现场总线技术
7.1 工业网络技术
分散型测控网络技术ppt课件
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17
－2.数据链路层 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链路。 内容：将数据组成数据帧，并在接收端检验传
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。
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－纠错方式：重发纠可错编辑、ppt自动纠错、混合纠错。16
•网• 络协议及其层次结构 分层的好处：修改某层不会影响整个系统。 ISO的7层开放系统互连参考模型OSI。 －1.物理层 功能：在信道上传输未经处理的信息。 内容：对机械、电气、连接规程进行规定。 协议：RS-232C、 RS-485、Ethernet等。
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8
•串行通讯方式标准的比较
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9
•RS-485标准组成的多点互连系统 • • • •RS-422/485互连组成环形数据链路系统 •
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10
•RS-232C/422A接口转换及其装置
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11
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 －环形结构 －总线形 －树形
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6
•平衡传输方式--RS-422A标准 特性：－平衡，双极性电压供电； －平衡驱动和差分接收方式，取消地线； －抗干扰能力强； －传输速率高，距离远； －连接器采用9插针方案。
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•平衡传输方式--RS-485标准 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台接收器并联。
计算机控制技术-分布式测控网络技术(五)
8.5.2 集成自動化系統的體系結構
2.系統集成的各個方面 (1) 系統集成的核心-資訊集成
狹義的系統集成就是資訊集成，即利用電腦、通信、資料 庫等資訊處理技術和設備，採用一定的系統結構和設施對組織 內外的業務數據流進行操作、傳輸和重組。 資訊集成所涉及的關鍵技術是數據分析、處理與操作等。
8.5.2 集成自動化系統的體系結構
8.6.1 企業綜合自動化技術
CIM-電腦集成製造，這一概念是由美國的約瑟夫·哈林 頓(J.Harrington)博士於1973年提出。
CIMS (Computer Integrated Manufacture System)是 未來工廠自動化的一種模式。
CIMS 應用到流程工業又稱CIPS（電腦集成過程系統， Computer Integrated Process System），也叫流程工業綜 合自動化系統。
集成的系統應是一個人機系統，即人機合理分工合作的人、 機、環境和諧的系統。
人機集成可以從3個角度來考慮：從實施的角度確定自動化與 人的創新勞動的分界；從生命週期的角度確定人、機在各階 段中的作用；從系統結構的角度確定不同人機交互的層次。
8.5.2 集成自動化系統的體系結構
2.系統集成的各個方面 (5) 系統集成的靈魂-經營集成
所有系統集成都包括系統體系結構、物理集成、資訊集成、 功能集成、經營集成和人機集成等方面的內容。
8.5.2 集成自動化系統的體系結構
1.集成系統的體系結構 集成系統的體系結構，目的在於為特定的系統集成提供一 整套結構（Structure）、模型（Model）、基礎設施 （Infrastructure）和實施方法（Implementation）。 也可以從視角（或觀點）、時間尺度和參考模型這3個方 面來理解集成系統的體系結構。
计算机控制技术-分布式测控网络技术(三)
8.3.1 DCS概述
（3）綜合資訊管理級 對管理電腦的要求： 能夠對控制系統做出高速反應的即時操作系統。大量數據的
高速處理與存儲，能夠連續運行可冗餘的高可靠性系統，能 夠長期保存生產數據，並且具有優良的、高性能的、方便的 人機介面，豐富的資料庫管理軟體，過程數據收集軟體，人 機介面軟體以及生產管理系統生成等工具軟體，實現整個工 廠的網路化和電腦的集成化。
(2) 工程師功能 工程師功能主要包括系統的組態功能、系統的控制功能、 系統的維護功能、系統的管理功能等。
8.3.4 DCS的綜合資訊管理級
DCS的綜合資訊管理級實際上是一個管理資訊系統 (Management Information System,簡稱MIS)，MIS是借助 於自動化數據處理手段進行管理的系統。MIS由電腦硬體、 軟體、資料庫、各種規程和人共同組成。
8.3.1 DCS概述
（2）集中操作監控級 1)運行員操作站 運行員與分佈式控制系統交換資訊的人機介面。 運行員操作站組成：一臺具有較強圖形處理功能的微型機，
以及相應的外部設備，一般配有CRT顯示器、大螢幕顯示裝置 (選件)、印表機、拷貝機、鍵盤、滑鼠或球標。
8.3.1 DCS概述
（2）集中操作監控級 1)運行員操作站 運行人員通過運行員操作站來監視和控制整個生產過程(運行
《電腦控制技術》
第32講 第8章 分佈式測控網路技術 （三）
8.3 分佈式控制系統(DCS)
8.3.1 DCS概述 8.3.2 DCS的分散過程控制級 8.3.3 DCS的集中操作監控級
8.3.4 DCS的綜合資訊管理級
8.3.1 DCS概述
分佈式控制系統 (Distributed Control System - DCS) 也稱集散控制系統。DCS綜合了電腦(Computer)技術、控制 (Control)技術、CRT顯示技術、通信(Communication)技術即 4C技術，集中了連續控制、批量控制、邏輯順序控制、數據採 集等功能。
网络技术在分布式测试系统上的应用
网络技术在分布式测试系统上的应用【摘要】本文将探讨网络技术在分布式测试系统上的应用。
首先介绍了分布式测试系统的概述，然后详细讨论了网络技术在该系统中的重要作用，以及具体的应用场景。
接着分析了网络技术如何提升分布式测试系统的效率，并探讨了在这一过程中可能遇到的挑战。
最后总结了网络技术在分布式测试系统中的应用，并展望了未来网络技术在该领域的发展方向。
本文旨在为读者提供关于网络技术在分布式测试系统中的重要性和潜在价值的全面了解，以促进该领域的进一步发展。
【关键词】网络技术、分布式测试系统、应用、概述、作用、具体应用、效率、挑战、总结、发展方向1. 引言1.1 网络技术在分布式测试系统上的应用网络技术在分布式测试系统上的应用是一种技术趋势，它利用网络技术来提高测试系统的效率和可靠性。
分布式测试系统是指将测试任务分发到多台计算机或服务器上进行并行测试的系统。
网络技术在分布式测试系统中扮演着重要的角色，它不仅能够实现测试任务的分发和协调，还可以提供高速稳定的网络环境，确保测试数据的准确传输和实时监控。
网络技术在分布式测试系统中的应用具有极大的优势，可以大大提高测试系统的效率和灵活性。
通过网络技术，可以实现多台计算机之间的快速通信和协作，实现测试任务的分布式处理，从而缩短测试时间，提高测试覆盖范围，降低测试成本。
网络技术还可以提升分布式测试系统的可靠性和稳定性，确保测试数据的完整性和准确性。
通过网络技术，测试人员可以实时监控测试进度和结果，及时发现和解决问题，提高测试系统的稳定性和可靠性。
网络技术在分布式测试系统中的应用对于提高测试效率、降低测试成本、提升测试质量具有重要意义。
在未来，随着网络技术的不断发展和完善，网络技术在分布式测试系统上的应用将会得到更广泛的应用和深入的研究。
2. 正文2.1 分布式测试系统概述分布式测试系统是一种利用多台计算机协同工作来进行软件测试的系统。
传统的单机测试系统往往会面临硬件资源有限和性能瓶颈的问题，而分布式测试系统通过将测试任务分发给多台计算机来处理，可以大大提高测试效率和覆盖范围。
计算机控制技术-分布式测控网络技术(一)
8.1.1 工業網路概述
(1)衝突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA／CD)
又稱為隨機訪問技術或爭用技術——適用於匯流排形和樹形 網路結構。 工作原理：
當某一結點要發送資訊時，首先要偵聽網路中有無其他 結點正在發送資訊，若沒有則立即發送；否則，等待一段時 間，直至通道空閒，開始發送。
8.1.1 工業網路概述
適用範圍：每幀由多個位元組組成的同步方式。
8.1.1 工業網路概述
8.1.1 工業網路概述
（2）糾錯方式
重發糾錯方式： 發送端發送能夠檢錯的資訊碼（如奇偶校驗碼），接收
端根據該碼的編碼規則，判斷有無錯誤，並把錯誤結果回饋 給發送端。如果發送錯，則再次發送，直到接收端認為正確 為止。 自動糾錯方式：
8.1.1 工業網路概述
2.介質訪問控制技術
網路的傳輸介質： 就是網路中連接收發雙方的物理通路，也是通信中實際
傳送資訊的載體。 網路中常用的傳輸介質有電話線，同軸電纜，雙絞線，
光導纖維電纜，無線與衛星通信。對於傳輸介質，包括以下 特性：物理特性，傳輸特性，連通特性，地理範圍，抗干擾 性和相對價格。 。
《電腦控制技術》
第30講 第8章 分佈式測控網路技術 （一）
8.1 工業網路技術
8.1.1 工業網路概述 8.1.2 數據通信編碼技術 8.1.3 網路協議及其層次結構 8.1.4 IEEE 802標準
8.1.5 工業網路的性能評價和選型
8.1.1 工業網路概述
1.網路拓撲結構
網路中互連的點稱為結點或站;結點間的物理連接結 構稱為拓撲;採用拓撲學來研究結點和結點間連線(稱鏈路) 的幾何排列。
匯流排形網路的介面內具有發送器和接收器。 接收器接收匯流排上的串行資訊，並將其轉換為並行資訊送 到結點. 發送器則將並行資訊轉換成串行資訊廣播發送到匯流排上。 當在匯流排上發送的資訊目的地址與某一結點的介面地址相 符時，傳送的資訊就被該結點接收。由於一條公共匯流排具有一 定的負載能力，因此匯流排長度有限，其所能連接的結點數也有 限。
分布式网络化测试技术综述
分布式网络化测试技术摘要计算机技术和通信技术的发展，为测试技术提供了新的技术方法，将测试技术与计算机技术和通信技术相结合，形成的分布式网络化测试技术将彻底改变传统测试系统特别是复杂综合测试系统的设计。
近年来，基于以太网的工业控制网络更使测控网络和信息网络融为一体，大大丰富了系统功能，提高了系统性能，成为分布式网络化测试技术发展的一大趋势。
本文结合我们一些实际工作，简要介绍了分布式网络化测试技术的发展过程、体系结构、实现方法和广泛的应用领域，对工程应用具有一定的参考价值。
测量（测试）是信息获取的基本手段，是信息技术的源头。
随着数字化技术、计算机技术和微电子技术的发展，测量技术、仪器技术、数据采集技术更多的利用计算机平台或嵌入式结构，它们具有相通的共性技术，其中包括传感器技术、模拟信号处理技术、数字信号处理技术、数据传输技术及软件技术等。
网络化测试技术则是在计算机网络技术、通信技术高速发展，以及对大容量分布式测量的大量需求背景下，由单机仪器、局部的自动测试系统到全分布式的网络化测试系统而逐步发展起来的。
单机测量仪器是一个自封闭系统，只能完成单一的测试功能，一般也提供RS-232或GPIB接口，可以与本地计算机或其他仪器设备互连，组成自动测试系统，完成较为复杂的测试任务。
但是，这种局部的自动测试系统仍不能满足分布式远程测量要求。
随着科学技术的发展，测试任务日趋复杂，对测量的要求也越来越高，如复杂大型设备系统和工业现场，需要进行大容量的多点综合测量，有时，在获取测量结果的基础上，往往还需要进行必要的控制，从而构成闭环的综合测控系统。
为满足多点分散测量需要，早期面向工厂自动化的测试系统多采用4~20mA模拟信号传输。
随着数字化技术的应用，则采用RS-485总线连接各现场仪表，由于其采用差分平衡传输，具有较高的抗干扰特性，结构简单，易于实现。
但由于其主-从式结构，数据传输效率和可靠性低。
而对于远程数据传输，则较多的利用已有的公用电话网络实现。
分布式网络测控系统及其应用技术
分布式网络测控系统及其应用技术摘要测控系统从它诞生到现在大致已经历过了四个阶段：即由气动到电动的集中控制式系统，集散式（DCS）控制系统，最前沿的是包括FCS 的网络集成全分布式系统。
因为试验场的试验项目种类繁多，测试设备多种多样，采用的总线、接口标准也各不相同，必须合理的将这些设备通过网络的形式组织起来，形成可靠、实用的适合于试验场应用的测试网络。
网络化测控系统结构属于网络应用体系结构的范畴。
而以OSI七层模型框架为代表的网络通信体系结构，主要只反映了网络通信方面的结构恃性，并没有充分反映出含计算机的测控网络系统中，综合信息采集、处理、存储、传输和控制的重要特征，更难以反映网络应用系统的结构特征。
网络应用体系结构就是研究包括基本网络系统和应用软件在内的网络应用系统的体系结构，它应把传统的网络通信体系结构内容(OSI七层模型)与应用软件及其运行环境要素的体系结构内容(如测控系统)结合在一起，形成一个统一的计算机网络应用系统的抽象结构模型，它可以更本质地反映该系统综合信息采集、处理、存储、传输和控制的结构特征。
根据以上分析，网络化测控系统的抽象结构框架可如图1-1所示。
图1-1 网络化测控系统的抽象结构框架该模型明确反映出系统中各重子系统之间的基本接口关系不依赖子系统内部的具体结构和特性，实现了接口标准化、通用化，以提高系统的开放性。
因为开放电子系统体系结构使用的是标准的系统接口，允许设计者使用最新的、性能最好的电子器件、通用电子模块和计算子系统，这样可以确保测试系统的性能处于领先地位。
前言随着测控技术、计算机技术、网络技术以及各种高科技在测控系统中的发展，测控系统的基本结构也逐步由集中控制式经历了集散控制式发展到网络分布式系统。
下面简单介绍一下几种控制系统的大致情况。
第一章测控系统基本体系结构及其特点一、集中控制式测控系统其体系结构的特点概括为：①统一集中控制；②一对一物理联接；③功能单一、结构复杂、可以升级扩展；④系统高效，可以对全局进行优化。
8.3 分布式测控网络技术(三)
8.3.1 DCS概述
（3）综合信息管理级 对管理计算机的要求： 能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。大量数据的
高速处理与存储，能够连续运行可冗余的高可靠性系统，能 够长期保存生产数据，并且具有优良的、高性能的、方便的 人机接口，丰富的数据库管理软件，过程数据收集软件，人 机接口软件以及生产管理系统生成等工具软件，实现整个工 厂的网络化和计算机的集成化。
（3）综合信息管理级 管理级属于厂级，可分成实时监控和日常管理两部分。 实时监控是全厂各机组和公用辅助工艺系统的运行管理层，
承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分配和日常运行管 理等任务，主要为值长服务。 日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务， 主要是为厂长和各管理部门服务。
分布式控制系统 (Distributed Control System - DCS) 也称集散控制系统。DCS综合了计算机(Computer)技术、控制 (Control)技术、CRT显示技术、通信(Communication)技术即 4C技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采 集等功能。
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8.3.1 DCS概述
（2）集中操作监控级 1)运行员操作站 运行员与分布式控制系统交换信息的人机接口。 运行员操作站组成：一台具有较强图形处理功能的微型机，
以及相应的外部设备，一般配有CRT显示器、大屏幕显示装置 (选件)、打印机、拷贝机、键盘、鼠标或球标。
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8.3.1 DCS概述
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8.3.1 DCS概述
(4) 通信网络系统 DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。根
据各级的不同要求，通信网也分成低速、中速、高速通信 网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面向集中 操作监控级；高速网络面向管理级。
第8章-分布式测控网络技术
令牌总线(Token Bus)。
三种方式都得到IEEE802委员会的认可，成为国际标准。
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冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／
(1）又称为随机访问技术或争用C技D术)——适用于总线形和树形网
络结构
工作原理：当某一结点要发送信息时，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。
由于CSMA的访问存在发报冲突问题，而产生冲突的原因 是由于各站点发报是随机的。为了解决这种由于“随机”而产 生的冲突问题，可采用有控制的发报方式。下面，介绍一种有 控制的发报方式——令牌发送技术。
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（2）令牌环(Token Ring)
Hale Waihona Puke 令牌环：全称为令牌通行环(Token Passing Ring)，适用于环 形网络结构。
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特点： ①结构简单灵活，扩展方便； ②可靠性高，网络响应速度快； ③共享资源能力强，便于广播式工作； ④设备少，价格低，安装和使用方便； ⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易
发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。
应用：总线形结构是目前使用最广泛的结构，也是一种最传统的 主流网络结构，该种结构最适于信息管理系统、办公室自动化系 统、教学系统等领域的应用。
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8.1.1 工业网络概述
1.网络拓扑结构
网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理 连接结构称为拓扑，采用拓扑学来研究结点和结 点间连线(称链路)的几何排列。局部网络通常有 四种拓扑结构：星形、环形、总线形和树形。
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8.4.1 现场总线概述
（4）现有的现场总线国际标准
2004年4月，IEC公布了现场总线标准第三版（即IEC61158 Ed．3），规定了10种类型的现场总线，分别是：
Type1 TS61158 现场总线 Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 现场总线 Type3 Profibus现场总线 Type4 P-NET现场总线
8.4.1 现场总线概述
1.现场总线及其体系结构
现场总线的体系结构主要表现在以下六个方面，如下图所示。 (1) 现场通信网络 (2) 现场设备互连
现场设备或现场仪表 是指变送器、执行器、 服务器和网桥、辅助设 备、监控设备等，这些 设备通过一对传输线互 连。 (3) 互操作性
8.4.1 现场总线概述
(4) 分散功能块
FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站 的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。由 于功能分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活 选用各种功能块，构成所需控制系统实现彻底的分散控制
8.4.1 现场总线概述
(5) 通信线供电
通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量， 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表。
(6) 开放式互连网络
现场总线为开放式互连网络，既可与同层网络互连，也 可与不同层网络互连。开放式互连网络还体现在网络数据库 共享，通过网络对现场设备和功能块统一组态，使不同厂商 的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。
8.4.1 现场总线概述
2.现场总线和FCS的变革
(1) 现场总线对自动化领域的变革 现场总线对当今的自动化领域带来以下7个方面的变革： 用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号线只能连接一 台仪表； 用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、单向、模拟传 输方式； 用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表； 用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站； 用现场总线控制系统FCS代替传统的分散控制系统DCS； 变革传统的信号标准、通信标准和系统标准； 变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和安装调试方法。
(Interoperable System Protocol)的简称。
8.4.1 现场总线概述
6)1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工厂仪表协议 (World Factory Instrumentation protocol)简称。它基于 法国的FIP,它也有100多家公司参加,由Honeywell公司牵头 。
国家级精品课程 《计算机控制技术》
第33讲 第8章 分布式测控网络技术 （四）
8.4 现场总线(Fieldbus)控制系统
8.4.1 现场总线概述 8.4.2 CAN总线技术
8.4.3 其他几种现场总线
8.4 现场总线(Fieldbus)控制系统
现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS） 是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而 产生的。现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间 的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和 现场仪表联用，组成现场总线控制系统。
③FCS的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既 可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS控制层 的封闭性和专用性。
④FCS的通信网络为开放式互连网络，既可同层网络互连， 也可与不同层网络互连，用户可极方便地共享网络数据库。
⑤FCS的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可 供任何人使用。
8.4.1 现场总线概述
3.现场总线产生的原因
(1) 模拟仪表的缺点 ①一对一结构 ②可靠性差 ③失控状态 ④互换性差
(2) 现场总线的优点 ①一对N结构 ②可靠性高 ③可控状态 ④互换性 ⑤互操作性 ⑥综合功能 ⑦分散控制 ⑧统一组态 ⑨开放式系统
8.4.1 现场总线概述
4.现场总线的发展过程
7)1994年6月，ISP与WorldFIP握手言和，合并成为现场总线 基金会 (FieldbusFoundation)简称FF，它推出的基金会现 场总线(FoundationFieldbus)也简称FF，但前者代表一个组 织;而后者代表现场总线。二者不可混淆起来。当时， WorldFIP的北美部分参加了现场总线基金会FF，但WorldFIP 的欧洲部分仍保持独立。构
(一)世界上 国际标准化组织ISO (International Standard Organization) 国际电工委员会IEC (International Electrotechnical
Commission)及 国际电信联盟ITU （ International Telegraphy Union） 欧洲电工标准化委员会CENELEC（欧洲标准EN） (二)国内 制订国家标准GB的组织是全国标准化委员会
8.4.1 现场总线概述
（3）制订国际标准的历程
1)1983年现场总线的概念首先在欧洲兴起。 2)1984年IEC就开始制订现场总线的国际标准，稍后即成立
了推广及试用的组织IFC。 3)1989年Profibus成为德国国家标准。 4)1990年FIP成为法国国家标准。 5)1992年ISP成立。ISP是可互操作系统协议
(1)现场总线标准的制定
标准化的重要性： 标准化是经济建设、科技进步、国际贸易和社会发展的重要
技术基础。它不仅与人民生活和工农业生产密切相关，也与 国际贸易和科技合作的开展密切相关，标准化是实现现代化 大规模生产的重要保证，是规范市场秩序，连接国内外市场 的重要手段。因此，现场总线的标准，特别是国际标准受到 了大家的重视。
8.4.1 现场总线概述
(2) FCS对DCS的变革
①FCS的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和 执行器就采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信 网络互连。
②前面图示的FCS的系统结构是全分散式，它废弃了传统 的DCS的输入／输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取 而代之，即把DCS控制站的功能化整为零，分散地分配给现场 仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制。