七章节分散型测控网络技术共55页文档
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
分散型测控网络技术第七章分散型测控网络技术第七章分散型测控网络技术数据通信技术基本概念-两种①并行通讯:数据的各位同时传送,传送速度高,距离短.②串行通讯:数据一位一位顺序传送,传送速度低,传送距离长,几十至几千米. 串行通讯分为两种传送方式:①异步传送:依靠标志位进行通讯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.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,接收器是用单线输入信号的,抗干扰能力差.-平衡方式:用双绞线传输信号,信号在双绞线中自成回路不通过地线,接收器以双端差动方式输入信号,抗干扰能力强.不平衡传输方式--RS-232C标准特性:-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收器,易被干扰;-传输速率20Kbps,距离15米;-连接器有25插针,9插针等设计方案.平衡传输方式--RS-422A标准特性:-平衡,双极性电压供电;-平衡 -抗干扰能力强;-传输速率高,距离远;-连接器采用9插针方案.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 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.串行通讯方式标准的比较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RS-232C/422A -星形结构-环形结构- -树形介质访问控制技术(MAC):解决信道(公共传输通道 )的分配和使用.(1) 冲突检测载波侦听多路访问(CSMA/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,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.(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,该结点立即发送,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专用的物理线路进行数据传送,传送结束再"拆除"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,该结点接收整个报文,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:将报文分成若干分组,并在每个分组上附加控制信息,这些报文经不同的路径分别传送到目的站后,再组成一个完整报文.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,混合纠错.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.-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.-4.传送(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到达另一端.内容:控制端到端的数据完整性.协议:TCP协议等-5.会话层功能:控制建立或结束一个通信会话的进程.内容:检查并决定一个正常的通信是否正在发生.并利用校验点,使会话在通信失效时从校验点恢复通信 ;或根据规定,在会话不能正常发生的情况下终止会话. 协议:HTTP,SMTP(简单邮件文件传输)等.-6.表示层功能:实现不同信息格式和编码之间的转换.内容:正文压缩,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语言7.应用层功能:规定允许的报文集合,及每个报文所采取的动作.内容:解决数据传输完整性问题或发送/接收设备的速度不匹配的问题.例如:IE浏览器.OSI模型和各协议的对照IEEE 802标准-1981年提出,描述了物理层,并为数据链路层划分了两个子层.- 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,并通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,差错控制等功能.工业网络的性能评价和选型-工业网络的主流拓扑结构:总线形和环形.-令牌环与令牌总线的性能比较:传输速率:环形是点到点连接,传输效率高;总线形是多点连接,传输效率低.总线上形成的逻辑环不固定,令牌传递和维护算法比环形复杂.吞吐能力:令牌环数据吞吐能力高于令牌总线.令牌总线是稳定性:令牌环的稳定性较令牌总线好.确定性:两种控制结构的确定性相同.工业网络的选型1.大型系统采用-分散型控制DCS模式,分三级:-分散过程控制级:特征:各单元间横向联系少,数据量小,数据包短,地理分布区域小.选型:令牌总线,主从总线或星形结构-集中操作监控级特征:数据处理量大,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.适合选型:令牌环结构.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散过程控制级,两级均使用令牌总线,或监控级选用令牌环.-老企业技术改造:星形结构.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.原则: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.发展趋势: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结合的管控一体化综合集成系统.DCS的三级体系结构: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(面向生产过程)功能:完成生产过程的数据采集,调节控制等功能.装置:现场控制站(工业控制机)可编程序控制器(PLC)智能调节器其它测控装置(2)集中操作监控级(面向操作员和系统工程师)功能:以操作监视位主要任务,兼有部分管理功能.配备计算机及外设,以及相应软件,对生产过程实行高级控制策略,故障诊断,质量评估.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,工厂自动化服务系统,应用了MIS系统. DCS的特点:-硬件积木化-软件模块化-控制系统组态-应用通讯网络-可靠性高现场总线(Fieldbus)技术概念-现场总线:连接工业过程现场设备和控制系统的全数字化,双向,多站点的串行通信网络.-现场总线控制系统(FCS):现场总线和现场设备组成的控制系统.现场总线结构体系及其特点(1) 采用现场通信网络现场总线把通信延伸到生产现场及设备.FCS(2)现场设备通过一对传输线互连现场设备:变送器,执行器,服务器和网桥,辅助设备,监控设备.(3)产品实现互操作基于同一总线标准的不同品牌产品可以统一组态,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:可以灵活选用各种功能块,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,可与同层或不同层互连.FCS与DCS的比较-FCS的优点:(1)增强了现场级信息集成能力: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状态,故障,参数信息传送,完成远程参数化工作.(2)开放式,互操作性,互换性,可集成性强:产品只要使用同一总线标准,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,减少了由接线点造成的不可靠因素.同时,系统具有现场级设备的在线故障诊断,报警,记录功能,可完成现场设备的远程参数设定,修改等参数化工作,也增强了系统的可维护性.(4)降低了系统及工程成本对大范围,大规模I/O的分布式系统来说,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年合并而成.-FF总线由低速FF_H1和高速FF_HSE组成.高速H2总线发展计划已取消. (1)FF_H1:以OSI参考模型为基础的四层结构模型,采用令牌总线介质访问技术,用于工业产生现场设备连接.(2)FF_HSE:则采用基于Ethernet(IEEE 802.3)+TCP/IP的六层结构,主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制,批处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,并增加了用户层.其中,应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, -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:总线上既传送数字信号,又要为现场设备提供该总线供电方式支持本质安全,可在防爆等环境下使用.(2)H1数据链路层-介质访问控制MAC:采用令牌总线方式,连接到总线上的站点组成一个逻辑环,站点只有取得令牌才能发送数据帧.-逻辑链路控制LLC:由链路活动调度器(Link action sheduler LAS)进行控制,确保了控制系统中的信息传输的及时性,LAS的功能:认知新设备并将其加入链路中;从链路中除去没有响应的设备;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应用层-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,提供三类服务:发布/索取,客户机/服务器,报告分发,这些服务称为虚拟通信关系VCR.-现场总线报文规范FMS:规定了访问应用进程AP的报文格式及服务.FMS通过调用VCR在现场设备之间传递报文.(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)应用层在HSE中称为现场设备访问层FDA,包括了套接字映射协议机制,应用关系,FDA 服务协议机制,虚拟通信关系VCR等通信实体.功能就是:根据用户层应用程序的需要,向用户层提供3种协议规定的服务:FMS 服务,SM服务和冗余服务.(5)用户层包括功能块应用进程,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系统和通信栈的运行和通信管理;不同设备的功能块应用进程利用通信栈进行相互通信,调用,以完成特定的功能.几种现场总线介绍LonWorks现场总线LonWorks的发布:1992年,美国埃施朗(Echelon)公司.在国内的主要应用场合:数字化智能社区,智能建筑等.-涉及内容:暖通,空调,HVAC( Heating Ventilating and Air Conditioning)采暖,通风和空调LonWorks的核心LonTalk协议-LonTalk协议的特点:遵循由国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI 模型,提供OSI参考模型所定义的全部七层服务.- LonTalk协议固化在每一个LonWorks设备的神经元芯片中或片外存储器中,1999年发布了该协议的参考代码.- LonTalk协议的特点:(1) LonTalk协议的物理层:支持多种传输介质不同的介质通过路由器实现互联;支持总线型,环型,树型等拓扑结构;(2) LonTalk协议的数据链路层:采用改进的带预测的P-Persistent CSMA/CD算法,减少冲突的出现,提高传输效率.支持优先级.(3) LonTalk协议的网络层网络地址采用域(255个子网),子网(127个节点),节点三层结构支持大网络. 每个神经元芯片有唯一的48位ID地址.(4) LonTalk协议的传送层,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;请求/响应方式;非应答重发方式;非应答方式(5) LonTalk协议的表示层采用网络变量作表示层数据,简化分布式应用的编程.(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,集采集,控制于一体: 第1个CPU为介质访问控制MAC处理器,处理LonTalk协议的第一层和第二层; 第2个CPU为网络处理器,处理LonTalk协议的第三层到第六层;第3个CPU为应用处理器,它执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务.- LonWorks网络上的装置都必须有1个神经元芯片.LonTalk的6层已经在购买的神经元芯片中完成,用户只需编写应用程序. LonWorks的发展趋势- LonWorks已经发展到第三代,采用了 -采用了LNS 网络管理操作系统,实现了与IP网络的无缝连接.-应用场合向工业自动化扩展.PROFIBUS现场总线技术PROFIBUS是九十年代初制定的德国国家工业现场总线协议标准EN50170 ,于1996年得到欧洲所有国家标准化机构的认可.应用领域:制造业自动化,流程工业自动化和楼宇,交通,电力等其他领域自动化. PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术.中国市场占有率第一的现场总线技术.PROFIBUS由三个兼容部分组成:_______(1) PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery):是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信.可取代办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,应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification-FMS)和低层接口(Lower Layer Interface-LLI) FMS:向用户提供了可选用的通信服务.LLI:协调通信关系,提供第二层访问接口-PROFIBUS-DP:定义了第一,二层和用户接口.用户接口规定了设备可调用的应用功能,并详细说明设备行为.-PROFIBUS-PA:PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议.支持本征安全性和总线供电._____PROFIBUS三种类型的物理层:_______ -RS485:适用于DP和FMS;___ -光纤FO:适用于DP和FMS;__ -IEC1158-2 :适用于PA.RS-485称之为H2,采用屏蔽双绞铜线;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在电磁干扰很大的环境下应用,采用专用总线插头转换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;传送数据以31.25K bit/s调制供电电压;采用藕合器将IEC1158-2与RS-485连接.PROFIBUS的数据链路层-DP,FMS,PA的数据链路层相同-采用主从结构,主站之间采用令牌传送方式,主站与从站之间采用主从传送方式. PROFIBUS技术的发展-重点发展PROFIBUS-DP,-PA,放弃FMS,发展综合以太网技术,允许集成PROFIBUS 和其他现场总线技术的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多家著名自动化设备厂商会员.DeviceNet是从CAN(Controller Area Network)总线的基础上发展得到. DeviceNet是用于连接工业设备(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,设备层,分别对应以太网(EtherNet),控制网(ControlNet)和设备网(DeviceNet).(1)信息层(EtherNet)-工业网络的最高层, 对现场采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:完成处理器与处理器之间的信息交流,处理器与输入/输出接口之间的信息交流.(3)设备层(DeviceNet) -面向现场设备,是工业网络的最低层:将操作信息送到现场设备,并将现场设备的情况反馈到操作者.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,定义了不同的报文格式,总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法.DeviceNet协议的物理层-介质使用电缆,包括粗缆(干线)和细缆(分支线 ).-可采用五线制电缆,包括了2条信号线,2条24V电源线和一条屏蔽线,支持总线供电,总线提供的电源为8安培.-提供125/250/500Kbps三种可选的通讯波特率,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-遵循CAN协议规范,并由CAN控制器芯片实现.-CAN是基于广播方式的协议,支持多主形式传输.传输的帧被分配一个标识符,每个节点根据标识符确定是否接收这些帧.-提供数据帧,出错帧,远程帧和过载帧等多种帧格式.-采用非破坏性逐位仲裁(NBA)的方法解决共享介质总线访问冲突问题.网络上每个节点拥有一个唯一的标识符,这个标识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使用了对象的概念来描述应用层的协议,对象模型提供了DeviceNet 产品的属性,服务和行为.。
分散型测控网络技术概要
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PROFIBUS现场总线技术 •PROFIBUS是九十年代初制定的德国国家工业现 场总线协议标准EN50170 ,于1996年得到欧洲所 有国家标准化机构的认可。 •应用领域:制造业自动化、流程工业自动化和楼 宇、交通、电力等其他领域自动化。
(2) PROFIBUS-PA(Process Automation):专为 过程自动化设计,可使传感器和执行机构联在一 根总线上,并有本征安全规范。
(3) PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification):用于车间级监控网络,是一个令牌 结构、实时多主网络。
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•楼宇控制的相关内容
• • • • • • HVAC( Heating Ventilating and Air Conditioning) 采暖、通风和空调
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•LonWorks的核心LonTalk协议
-LonTalk协议的特点:遵循由国际标准化组织 ISO定义的开放系统互连OSI 模型,提供OSI参 考模型所定义的全部七层服务。
•PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和 现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。
•中国市场占有率第一的现场总线技术。
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PROFIBUS由三个兼容部分组成:
(1) PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery): 是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与 分散式I/O的通信。可取代办24VDC或4-20mA信 号传输。
第2个CPU为网络处理器,处理LonTalk协 议的第三层到第六层; 第3个CPU为应用处理器,它执行用户编 写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。 - LonWorks网络上的装置都必须有1个神经元 芯片。
第七章_测控系统中的网络与通信技术(概述)
(4)混合(hùnhé)形结构 混合(hùnhé)形结构是将上述各种拓补混合(hùnhé)起来的结构, 常见的有树形、环星形等。
计算机 闭合回路
环星形结构示意图
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1.4局域网网络协议
根据(gēnjù)IEEE802标准,LAN协议参照了OSI模型 的物理层和数据链路层,并没有涉及到第三层至第 七层。从应用层到网络层的高层功能完全由软件来 实现,它提供了两个站之间的端—端服务。而最低 两层(物理层和链路层)功能上基本上由硬件来完 成。LAN协议把链路层又分成逻辑链路控制层LLC 和介质访问控制层MAC。
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介质(jièzhì)访问控制层(MAC)
功能:合理解决信道的分配。常用的介质访问控制方 式有三种:
(a)冲突检测的载波侦听多路访问(fǎngwèn)(CSMA/CD) (b)令牌环(Token Ring); (c)令牌总线(Token Bus)。
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(1)冲突检测的载波侦听(zhēn tīnɡ)多路访问(CMSA/CD)
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1.2 计算机网络的分类(fēn lèi) 按网络的跨度分类
局域网LAN(Local Area Network):计算机硬件设备不大、
通信线路不长、采用单一的传输介质(jièzhì)、覆盖范围小。
区域网MAN (Metropolitan Area NetWork):通常覆盖一
个区域城市,又称城域网。
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➢令牌传递的方法
令牌依次沿每个结点传送,使每个结点都有平等发送信息 的机会。
令牌有“空”和“忙”两个状态(zhuàngtài)。“空”表示令牌 没有被占用,“忙”表示令牌正在携带信息发送。当“空”的 令牌传送至正待发送信息的结点时,该结点立即发送信息并置 令牌为“忙”状态(zhuàngtài)。在一个结点占令牌期间;其它结 点只能处于接收状态(zhuàngtài)。
计算机控制技术-分布式测控网络技术(五)
8.5.1 系统集成的含义与框架
2)现场总线与分布式控制系统网络的集成 将现场总线服务器挂接在DCS网络上。将现场总线控制
系统当成DCS网络上的一个节点,这种做法保留了DCS的资源 和功能,而现场总线上可以独立构成控制回路。
2.系统集成的各个方面 (2) 系统集成的基础-物理集成
将系统所覆盖的各种通信、计算、控制和处理资源(包括 计算机、机械处理设备与操作管理人员)实际连接起来,形成 一个相互通信的整体(或称为系统的基础设施, Infrastructure)。 物理集成的关键技术是计算机及通信网络技术。
8.5.2 集成自动化系统的体系结构
8.5.1 系统集成的含义与框架
2)现场总线与分布式控制系统网络的集成
8.5.1 系统集成的含义与框架
3)现场总线与分布式控制系统的集成
现场总线与分布式控制系统的集成:现场总线和分布式 控制系统各自成独立的系统,在两个系统间设网关互相联系。 两个系统分别保持其独立性,而又相互联系。
8.5.1 系统集成的含义与框架
8.6.3 ERP/MES/PCS三层结构
三层结构的优势在于: (2)生产成本较低 许多软件开发商支持开发的MES软件,MES广泛采用分布 式技术和重构技术,容易建立和被操作人员迅速掌握,开发 费用较低。
8.5.1 系统集成的含义与框架
(2)控制网络系统集成框架 1)现场总线与分布控制系统(DCS)输入输出总线的集成
8.5.1 系统集成的含义与框架
(2)控制网络系统集成框架 1)现场总线与分布控制系统(DCS)输入输出总线的集成
控制单元的功能: 一是通过I/O总线与输入输出单元通信,建立I/O数据库; 二是实现运算和控制功能,完成用户组态的控制策略; 三是和DCS网络通信,与工程师站、操作员站、监控计算机 站等构成DCS系统。
课件 第七章 分散型测控网络技术
7.1 工业网络技术
1 冲突检测的载波侦听多路访问
特点: 原理简单,技术上容易实现。 各结点处于平等的地位,无需集中控制, 但不能提供优先级控制。 在网络负载不重的情况下,有较高的效 率,但当网络负载增大时,发送信息等待 时间长,效率显著降低。
7.1 工业网络技术
2 令牌环(Token Ring)
⑤ 通信线路都是专用线路,利用率不高,网络成本较高。
2 环形结构
7.1 工业网络技术
① 信息流在网络中沿着固定的方向流动,故两个结点 之间仅有唯一的通路,简化了路径的选择控制;
② 环路中的每个结点的收发信息均有环接口控制,控制 软件较简单;
③ 环路中,当某一结点故障时,可采用旁路环的方法, 提高了可靠性;
7.2 分散型控制系统(DCS)
7.2.3 DCS的集中操作监控级
2 显示操作站的构成:
监控计算机:功能强,速度快,记录数据量大。 键盘:操作员键盘(触摸屏),工程师键盘。 CRT显示器: 打印机:两台,一台用于生产记录报表和报警列表打印, 行式打印机,一台用来打印流程画面,彩色打印机。
7.1 工业网络技术
2 令牌环(Token Ring)
特点: 优点是能提供可调整的访问控制方式, 能提供优先权服务,有较强的实时性。 缺点是需要对令牌进行维护,控制电路 复杂。
7.1 工业网络技术
3 令牌总线(Token Ring Bus)
主要用于总线形和树形网络结构。
工作原理 特点
2 报文交换(Message Switching)
3 分组交换(Packet Switching)
7.1 工业网络技术
1 线路交换(Circuit Switching)
测控系统网络化技术及应用第7章课件2
系统软件实现
7.2.5 系统软件实现
• 抄表程序的界面如图
7.2.6 结论
• 本小节从实际应用出发对基于RS485总线 的抄表系统方案进行了详细论述,并着重 介绍了RS-485总线数据通讯硬件设计,以 及计算机与数据集中器的数据通讯和计算 机抄表管理软件设计。系统采用的是一个 开放、灵活的设计方案,低成本、易于实 现和实用性强是本抄表系统设计的一个主 要特点。
7.3.2 项目需求分析
• 本节将介绍一种基于美国先进的嵌入式控 制模块RCM2200的以太网接口技术和预付 费电子电能表构成的以太网络远程抄表系 统。随着计算机和通信技术的发展,目前 在许多住宅建设时已经将宽带网通过光纤 接入小区,这为基于以太网络进行远程抄 表成为可能。利用小区现有的宽带网络实 现远程抄表,其优点是不需要大量的架线 等附加设备,节约成本,维护方便。
7.1.3.软件设计规范
• 1.控制系统对应用软件的要求
• ⑴ 实时性 • ⑵ 针对性 • ⑶ 灵活性和通用性 • ⑷ 可靠性 • ⑸ 有效性 • ⑹ 可维护性
7.1.3.软件设计规范
• 2.应用软件的设计方法
• 软件设计通常由两个主要阶段组成。
•
⑴ 系统设计
• 从功能的角度考虑,确定方案。
•
⑵ 结构设计
7.3.3 系统总体方案设计
• 系统结构如图7-17
7.3.4 系统硬件实现
• 1.RCM2200控制器结构图
7.3.4 系统硬件实现
• 2.抄表硬件电路原理
7.3.5 系统软件实现
软件设计主要涉及7个方面: • 1.TCP/IP在RCM2200控制器中的实现 • 2.使用RCM2200设计网络服务器 • 3.B/S模式 • 4.电能表通信程序 • 5.RCM2200控制器抄表通信程序 • 6.RCM2200服务器端CGI程序设计 • 7.RCM2200控制器完整程序流程 具体程序见教材
分散型控制系统的通讯网络
分散型控制系统的通讯网络摘要:分散型控制系统(DCS)是以微处理机为基础,以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C 技术于一体的新型控制系统。
随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展,DCS 正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展,使得不同型号的DCS可以互连,进行数据交换,并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连,实现实时数据上网,成为过程工业自动控制的主流。
关键字:DCS;通讯网络结构、特性、介质、发展;通讯协议Distributed control system ( DCS ) is a microprocessor based on risk, decentralized control, operation and Management Center for characteristics, sets of advanced computer technology, communication technology and control technology, CRT technology, 4C technology in one of the new control system. Along with the modern computer and communication network technology high speed development, DCS towards diversification, network, open, integrated management direction, makes the DCS of different models can be interconnected, data exchange, and through the Ethernet DCS system and the factory management network are linked together, to achieve real-time data on the Internet, has become the mainstream industry automatic control process.1、DCS的结构组成DCS主要分为三大部分:带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口(HMI)。
分散型测控网络技术
结论: CSMA/CD方式原理较简单,且技术上较易实现。网络
中各结点处于同等地位,无需集中控制,但不能提供优先级 控制,所有结点都有平等竞争的能力,在网络负载不重情况 下,有较高的效率,但当网络负载增大时,发送信息的等待
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!
3. RS-232C/422A接口转换
7.2 工业网络技术
邮电通讯网络的目的是信息的传输; 局域网络的主要目的是实现资源共享和处理信息; 工业网络技术最终的目的是导致了物质或能量的运动。 本节主要介绍工业网络技术、网络协议及标准、工业 网络的选型等内容。
7.2.1 工业网络概述 7.2.2 网络协议及其层次结构 7.2.4 工业网络的性能评价和选型
在计算机网络中,通信的基本交换方式分为两类:线路交换 和存储转发交换。
存储转发交换中,包括报文存储转发交换和报文分组存储转 发交换。
报文分组交换技术在实际应用中又分为两类:数据报 (DG,data gram)方式和虚电路(VC,virtual circuit)方式。
(1)线路交换
(2)存储转发交换
(1)线路交换
(2)环形结构
结构:各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中, 环网中,数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。
工作过程:一个结点按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另 一个结点,当传送信息的目的地值与环上的某结点的地址相等时, 信息才被该结点的环接口接收,否则,继续向下传送。
2.当网络中的标志丢失或者产生多个标记时,必须有故障恢复功 能。
第7章 分散型测控网络技术.
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差错控制 校验:
第 七 章 分 散 型 测 控 网 络 技 术
奇偶校验、
循环冗余--CRC校验。 纠错: 重发纠错、
自动纠错、
混合纠错(综合上述两方式)
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第 七 章 分 散 型 测 控 网 络 技 术
三种调制信号
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第 七 章 分 散 型 测 控 网 络 技 术
3.数字数据采用数字信号传输 数字数据采用数字信号传输的机制是 对直接传输二进制数据的信道进行编码,即 采用不同的电压极性和电平值表示数字数据。 常用的三种编码方式是不归零制(NRZ)编 码、曼彻斯特编码和微分曼彻斯特编码。
此外,管理控制层面上同样需要网络技术的有 效支撑
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7.1
数据通信技术
第 七 章 分 散 型 测 控 网 络 技 术
数据通信中需要传输数据,数据传输 所采用的信号既要反映数据的特点,又要不 同于数据本身。从信号的角度而言,传输数 据的方式有以下几种:
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第 七 章 分 散 型 测 控 网 络 技 术
②同步传送: 属于面向位的传送。依靠时钟进行通讯同步控 制,时钟信息与数据信息一起传送,数据流中 每一个连续的数据位均由一个基本的数据时钟 控制,并定时在某一个特定的时间间隔上。 时钟信息可以用信号线传送,也可以与数据进 行编码化(如曼彻斯特编码)
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分散型测控网络技术50页PPT
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分散型测控网络技术
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵, 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法, 总体上 来说, 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日,便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持,法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例,它们 迅速累 聚,进 而变成 法律。 不 容忽视 的。— —爱献 生
21、要知道对好事的称颂过于夸大,也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。——韩愈
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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(3)分组交换:将报文分成若干分组,并在每个 分组上附加控制信息,这些报文经不同的路径分 别传送到目的站后,再组成一个完整报文。
• 差错控制
-校验:奇偶校验、循环冗余--CRC校验。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。
第七章 分散型测控网络技术 数据通信技术
•基本概念 -两种通讯方式: ①并行通讯:数据的各位同时传送,传送速度
高,距离短。 ②串行通讯:数据一位一位顺序传送,传送速
度低,传送距离长,几十至几千米。
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•串行通讯分为两种传送方式: ①异步传送:依靠标志位进行通讯控制,一次 只传送一个字节。 ②同步传送:依靠时针进行通讯可控制,一次 传送大量字节。
3
•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,接收器是用单线输入信号的,抗干扰能 力差。
-平衡方式:用双绞线传输信号,信号在双绞线 中自成回路不通过地线,接收器以双端差动方式输 入信号,抗干扰能力强。 •
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•不平衡传输方式--RS-232C标准 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收器,易被干扰; -传输速率20Kbps,距离15米; -连接器有25插针、9插针等设计方案。
Token Bus、Token Ring 。 逻辑链路控制层:寻址、排序、差错控制等功
能。
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•工业网络的性能评价和选型
-工业网络的主流拓扑结构:总线形和环形。
-令牌环与令牌总线的性能比较:
传输速率:环形是点到点连接,传输效率高; 总线形是多点连接,传输效率低。总线上形成的逻 辑环不固定,令牌传递和维护算法比环形复杂。
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(3)令牌总线(Token Passing Bus) --适用于总线 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
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• 信息交换技术
(1)线路交换:在两个站之间建立一条专用的物 理线路进行数据传送,传送结束再“拆除”线路。
• 介质访问控制技术(MAC):解决信道(公共传 输通道 )的分配和使用。 (1) 冲突检测载波侦听多路访问(CSMA/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,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。
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(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,该结点立即发送, 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,当所发信息环绕一周,由发 送结点将“忙”令牌置为“空”令牌。
协议:HTTP,SMTP(简单邮件文件传输)等。
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-6.表示层
功能:实现不同信息格式和编码之间的转换。
内容:正文压缩、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语言
7.应用层
功能:规定允许的报文集合,及每个报文所采 取的动作。
内容:解决数据传输完整性问题或发送/接收 设备的速度不匹配的问题。
-纠错方式:重发纠错、自动纠错、混合纠错。15
•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。
例如:IE浏览器。
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•OSI模型和各协议的对照
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•IEEE 802标准 -1981年提出,描述了物理层,并为数据链路
层划分了两个子层。 - IEEE 802标准与OSI模型的关系
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-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,
并通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、
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•四种数字编码方式: ①不归零码:码元间没有间隔,很难判定一位 的结束与另一位的开始,同步困难。 ②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。 ③曼彻斯特编码:同上,但只有两个电平状态。 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。
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-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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-4.传送(传输)层
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•串行通讯方式标准的比较
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•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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•RS-232C/422A接口转换及其装置
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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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功能:从会话层接收数据,把它们传到网络层并 保证这些数据正确到达另一端。
内容:控制端到端的数据完整性。
协议:TCP协议等
-5.会话层
功能:控制建立或结束一个通信会话的进程。
内容:检查并决定一个正常的通信是否正在发生。 并利用校验点,使会话在通信失效时从校验点恢复通信 ; 或根据规定,在会话不能正常发生的情况下终止会话。