工业通信基础综述
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第二章内容 2.1工业网络通信基础
1. 工业数据通讯的基本概念
2. 数据编码 3. 数据传输 4. 差错控制
●工业网络与通信
基础知识
2.2 工业网络物理结构
1. 网络的传输媒介
2.工业通信网络的拓扑形式 3.介质访问控制方式
2.3 开放系统互连参考模型
1. OSI参考模型 2. 网络互连 3. 现场总线通信协议模型
2017/10/18
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
编码和调制
用数字信号承载数字或模拟数据——编码 用模拟信号承载数字或模拟数据——调制
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
数据传输种类
不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种组 合相应地需要进行不同的处理。
2
2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基础知识
相关知识
主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制 和软硬件平台等。
系统的基本组成
主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通 信协议等组成。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
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2.1 工业网络通信基础
2. 数据编码
数字数据的调制编码
●工业网络与通信
基础知识
定义：用模拟信号来表示数据的0、1状态。 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。
载波 S(t) = A cos (t+)
S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化 常用技术 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频。 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相
P= 错误的位数 / 传输的总位数
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ17/10/18
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
为什么要进行数据编码？
工业数据通信的任务是传送数据或指令等信息，而这些信息通常 用离散的二进制0、1序列的方式来表示，即用0、1的不同组合 来表示不同的信息内容。例如用00、01、10、11来分别表示电 动机的停止、运行、错误和不确定等四个状态。 通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。编码要得到通 信各方的认同。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
信道带宽（Band Width）：数据通信系统的信道传输的是波信 号(包括无线电、微波、光波等)，带宽就是它所能传输波的最大 有效频率与最小有效频率之差。
信道容量(Channel capacity) ：信道的传输能力是有一定限制的， 某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率， 即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。
2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
数据(Data)：数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字 母和符号。也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息 (Information)则是数据的内容或解释 模拟(Analog)数据； 数字(Digital)数据。 信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形 式传播 模拟信号； 数字信号 。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基础知识
基本任务
计算机技术和通信技术相结合，应用于工业自动化领域中，将工业 数据安全准确地传送到上层网络中，从而为实现真正的企业ERP提 供全生命周期的设备和现场数据。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
数据传输速率 比特率(Bit Rate)：每秒传递的bit数(bps，b/s)。 波特率（Baud Rate）：每秒传送的码元数。 Rbit = Rbaud log2M 式中：M为信号的有效状态数，即码元数。当M＝2时（二进制数 表示信号波形），两者相等。一般来说波特率小于比特率。 误码率(Bit error rate)：信道传输的可靠性指标
数据：模拟数据、数字数据 信号：模拟信号、数字信号
信道：模拟信道、数字信道
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2.1 工业网络通信基础 2. 数据编码
数字数据的数字编码
●工业网络与通信
基础知识
定义：用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。 数字编码的种类有：单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、 Manchester编码等。工业通信中常用的是非归零码和Manchester编码。 非归零码：逻辑1表示高电平，逻辑0表示低电平，在整个码元期间都维 持有效电平的编码。 优点：能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。 缺点：不具备自同步机制，必须使用外同步。 曼彻斯特编码：在每个码元的中间都要发生跳变。接收端可将此变化提 取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。是 工业数据通信中最常用的一种基带信号编码 优点：不需要外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。
1. 工业数据通讯的基本概念
2. 数据编码 3. 数据传输 4. 差错控制
●工业网络与通信
基础知识
2.2 工业网络物理结构
1. 网络的传输媒介
2.工业通信网络的拓扑形式 3.介质访问控制方式
2.3 开放系统互连参考模型
1. OSI参考模型 2. 网络互连 3. 现场总线通信协议模型
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
编码和调制
用数字信号承载数字或模拟数据——编码 用模拟信号承载数字或模拟数据——调制
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
数据传输种类
不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种组 合相应地需要进行不同的处理。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基础知识
相关知识
主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制 和软硬件平台等。
系统的基本组成
主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通 信协议等组成。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
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2.1 工业网络通信基础
2. 数据编码
数字数据的调制编码
●工业网络与通信
基础知识
定义：用模拟信号来表示数据的0、1状态。 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。
载波 S(t) = A cos (t+)
S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化 常用技术 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频。 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相
P= 错误的位数 / 传输的总位数
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ17/10/18
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
为什么要进行数据编码？
工业数据通信的任务是传送数据或指令等信息，而这些信息通常 用离散的二进制0、1序列的方式来表示，即用0、1的不同组合 来表示不同的信息内容。例如用00、01、10、11来分别表示电 动机的停止、运行、错误和不确定等四个状态。 通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。编码要得到通 信各方的认同。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
信道带宽（Band Width）：数据通信系统的信道传输的是波信 号(包括无线电、微波、光波等)，带宽就是它所能传输波的最大 有效频率与最小有效频率之差。
信道容量(Channel capacity) ：信道的传输能力是有一定限制的， 某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率， 即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。
2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
数据(Data)：数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字 母和符号。也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息 (Information)则是数据的内容或解释 模拟(Analog)数据； 数字(Digital)数据。 信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形 式传播 模拟信号； 数字信号 。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基础知识
基本任务
计算机技术和通信技术相结合，应用于工业自动化领域中，将工业 数据安全准确地传送到上层网络中，从而为实现真正的企业ERP提 供全生命周期的设备和现场数据。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
基本术语
数据传输速率 比特率(Bit Rate)：每秒传递的bit数(bps，b/s)。 波特率（Baud Rate）：每秒传送的码元数。 Rbit = Rbaud log2M 式中：M为信号的有效状态数，即码元数。当M＝2时（二进制数 表示信号波形），两者相等。一般来说波特率小于比特率。 误码率(Bit error rate)：信道传输的可靠性指标
数据：模拟数据、数字数据 信号：模拟信号、数字信号
信道：模拟信道、数字信道
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2.1 工业网络通信基础 2. 数据编码
数字数据的数字编码
●工业网络与通信
基础知识
定义：用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。 数字编码的种类有：单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、 Manchester编码等。工业通信中常用的是非归零码和Manchester编码。 非归零码：逻辑1表示高电平，逻辑0表示低电平，在整个码元期间都维 持有效电平的编码。 优点：能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。 缺点：不具备自同步机制，必须使用外同步。 曼彻斯特编码：在每个码元的中间都要发生跳变。接收端可将此变化提 取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。是 工业数据通信中最常用的一种基带信号编码 优点：不需要外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。