第七章 分散型测控网络技术,7.1 数据通信技术,并行数据通信：数据各位同时传送。传送速度高，传送距离短，通常小于10m； 串行数据通信：数据一位一位顺序传送。传送速度低。 波特率：是传输速率的单位。为每秒传送数据的位数。 数据编码： NRZ(不归零码)(a)：码元之间没有间隔。 RZ(归零码)(b、c)：每一位的中间有一个跳变，可分 离出同步时钟。,7.1.1 异步传送与同步传送,1、异步传送：没有发送或接收时钟。,2、同步传送：需要与数据一起传送时钟信息。时钟信息可通过一根信号线进行传送，也可通过将信息中的时钟代码化来实现。,图7.4(c)中，SOH为字符定义帧头，STX为正文头，ETX为正文尾。,BCC校验,将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的。,bcc=B1 xor B2 xor B3 xor B4 xor xor B29,7.1.2 面向字符和面向位的传送,7.1.3 平衡与不平衡传输技术,不平衡方式：用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器用单线输入信号。 平衡方式：用双绞线传输信号，接收器用双端差动方式输入信号。抗干扰性能较好，适合较远距离的数据传输。,RS-232C的电气接口：单端、双极性电源供电电路。 RS-422A的电气接口：平衡驱动，差分接收。,7.1.4 RS-422/RS-485接口及应用,RS-422A：可实现全双工传输。 RS-485：是RS-422A的变型，为半双工工作方式。允 许最多并联32台驱动器和32台接收器。,7.2 工业网络技术,工业网络技术：是为分散型控制系统提供通信介质、传输控制和通信功能的手段。,7.2.1 工业网络概述,传输访问控制方式：其功能就是合理解决信道的分配。常用传输访问控制方式有以下三种。,1、网络拓扑结构,星形、环行、总线型和树型结构。,2、介质访问控制技术,(1) 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD),主要用于总线型和树形网络结构。 工作原理：当某一节点要发送信息时，首先要侦听网络中是否有其它节点正在发送信息，若没有则立即发送；否则，等待一段时间，再侦听，直到信道空闲，开始发送。 特点：不能提供优先级控制。,(2) 令牌环(Token Ring),(3) 令牌总线(Token Passing Bus),3、信息交换技术,(1) 线路交换,通过网络中的节点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,(3) 分组交换,4、差错控制技术,在7位字符码的最高位加一位校验码，以使整个字节为1的位数是奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。,(1) 奇偶校验,(2) 循环冗余校验,(3) 纠错方式, 重发纠错方式：如果传输错，则再次发送，直 到接收正确。 自动纠错方式 混合纠错方式,7.2.2 网络协议及其层次结构,1977年国际标准化组织(ISO)提出了 开放系统互连参考模型OSI(Open System Interconnection/Reference Model)。这个网络层次结构模型规定了7个功能层，每层都使用它自己的协议。,7.2.3 IEEE 802 标准,IEEE(电气与电子工程师协会)于1981年底提出了IEEE802 局域网标准。,7.2.4 工业网络的性能评价和选型,1、工业网络的性能评价,工业网络主要采用星形、环行、总线型拓扑结构。总线型和环行结构成为工业网络的主流拓扑结构。令牌总线的可靠性和灵活性强于令牌环，但令牌环有较强的数据吞吐能力。,2、工业网络的选型,(1) 大型系统的工业网络选型,分散过程控制级：主要完成自动调节和程序控制，可靠性、实时性要求较高。采用主从总线结构最佳。,集中操作监控级：采用令牌总线结构较好。,综合信息管理级：采用令牌环线结构较好。,采用主从总线、星形结构、令牌总线和令牌环结构较好。,(2) 中、小型系统的工业网络选型,DCS采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。,1、DCS的体系结构,7.3.1 DCS概述,7.3 分散型控制系统(DCS),2、DCS的特点,硬件积木化； (4) 通信网络的应用； 软件模块化； (5) 可靠性高 控制系统组态,7.4 位总线(Bitbus)通信网络技术,7.5 现场总线(Fieldbus) 技术,现场总线 由IEC于1958年首次提出，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,7.5.1 现场总线概述,7.5.2 五种典型的现场总线,1、CAN (Controller Area Network，控制器局域网络),CAN是由德国Bosch公司于80年代为解决现代汽车中各种过程控制器、执行机构、监测仪器、传感器之间的数据通信而提出并开发的总线式串行通信网络。己广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。,CAN总线最大传输速率可达1Mb/S，最大传输距离可达10km，传输介质可为双绞线。,A采用短帧结构，受干扰概率低，每帧信息都有 CRC校验及其它检错措施； B多主工作方式，非破坏的基于优先权的总线仲裁 技术； C对严重错误具有自动关闭总线功能，使总线其它 操作不受影响。,CAN技术性能：,2、LonWorks(局部操作网络),LonWorks技术是美国Echelon公司90年代中期推出的一种用干自动控制领域的网络技术。其网络节点以神经元芯片（Neuron Chip）为核心，采用符合OSI七层参考模型兼容的 LonWorks协议作为分布式智能控制网络的基础，使用事件驱动方式运行，实现了真正的分布式控制。已成为控制网络的主流标准之一。,LonWorks总线的网络通信距离（双绞线78kbps）可达2700m。,3、PROFIBUS (Process Field Bus，过程现场总线),PROFIBUS是德国1991年在DIN 19245中公布的标准，为开放系统协议。已广泛应用于加工制造、过程控制和楼宇自动化。,4、HART(可寻址远程传感器数据通路),HART协议参照了ISO/OSI模型的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层。,5、FF(现场总线基金会)现场总线,6、蓝牙技术,蓝牙是1998年推出的一种新的无线传输方式，其技术优势在于短距无线数据传输，通过低带宽电波实现点对点，或点对多点连接之间的信息交流。,附：SDC40B数字调节器通信协议,Description of data link layer The data link layer includes eight types of basic message transmission information. The instruction message and response message have the same structure in the data link layer.,Read instruction,Normal response/warning response,ETX： Indicates the end of the application layer. Checksum：The function operates as follows： (1) Add the bytes in the character codes of the message from STX to ETX (2) Derive the twos a complement of the result of this addition (3) Convert the result into character code,02H (STX)+30H+31H+30H+30H+58H+30H+30H+2CH+31H +32H+33H+2CH+38H+37H+30H+03H (ETX)=30BH,Example (Normal response ):,Description of Read instruction,Read response,Description of write instruction,Write response,SETUP Items of SDC40B,C25: the communication function is not activated at address 0 C26： 0: 9600bps, even parity, 1 stop bit 1: 9600bps, ne parity, 2 stop bits 2: 4800bps, even parity, I stop bit 3: 4800bps, no parity, 2 stop bits C27：0: write enabled 1: write inhibited,Communication Procedure,The master station transmits an instruction message to a slave station to specify a station for communication. (2) The slave station processes the instruction message and executes read and write operations. (3) The slave station transmits a response message according to the contents of processing. (4) The master station receives the response message and executes processing.,