第5章DCS的通信及網絡

1、信息與控制工程學院自動化系DCS及現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線2022-6-191第第5章章 DCS數(shù)據通信及網絡數(shù)據通信及網絡信息與控制工程學院自動化系2022-6-192信息與控制工程學院自動化系2022-6-193源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)公共電話網發(fā)送器源點PC機接收器傳輸系統(tǒng)終點調制解調器調制解調器PC機信息與控制工程學院自動化系2022-6-1942 信息與控制工程學院自動化系2022-6-195v1與與 信息與控制工程學院自動化系2022-6-196接收端接收端01010001543217860101001054321786信息與控制工程學院自動化系2022-6-197信

2、息與控制工程學院自動化系2022-6-198信息與控制工程學院自動化系2022-6-199發(fā)送發(fā)送（a）接收接收單向通道單向通道雙向通道雙向通道雙向通道雙向通道發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送發(fā)送接收接收接收接收接收接收接收接收（b）（c）信息與控制工程學院自動化系2022-6-1910數(shù)字信號數(shù)字信號1(a)調幅調幅1110000信息與控制工程學院自動化系2022-6-1911 0.920.90.280.30.560.61.081.11.521.51.50.130.10.270.30.70.50.30.101.11.30.9D5D4D3D2D1D7D6樣樣本本量化級量化級編碼編碼脈沖編碼脈沖編碼

3、D130011 D230011 D360110 D4111011 D5151111 D691001 D710001 信息與控制工程學院自動化系2022-6-1912二進制數(shù)據二進制數(shù)據1(a) NRZ碼碼(b) Manchester編碼編碼(c) 差分差分Manchester編碼編碼0010100110信息與控制工程學院自動化系2022-6-1913。 信息與控制工程學院自動化系2022-6-1914。時分多路復用時分多路復用器器時間時間112211333333322222時分多路復用時分多路復用器器111信息與控制工程學院自動化系2022-6-1915信息與控制工程學院自動化系2022-6-

4、1916信息與控制工程學院自動化系2022-6-1917信息與控制工程學院自動化系2022-6-1918信息與控制工程學院自動化系2022-6-191910100111010首部首部首部首部首部首部數(shù)據數(shù)據數(shù)據數(shù)據數(shù)據數(shù)據發(fā)送在前發(fā)送在前00101001110報文報文分組分組分組分組分組分組信息與控制工程學院自動化系2022-6-1920信息與控制工程學院自動化系2022-6-1921 信息與控制工程學院自動化系2022-6-1922信息與控制工程學院自動化系2022-6-1923 信息與控制工程學院自動化系2022-6-1924信息與控制工程學院自動化系2022-6-1925 信息與控制工程

5、學院自動化系2022-6-1926信息與控制工程學院自動化系2022-6-1927信息與控制工程學院自動化系2022-6-1928信息與控制工程學院自動化系2022-6-1929信息與控制工程學院自動化系2022-6-1930信息與控制工程學院自動化系2022-6-1931信息與控制工程學院自動化系2022-6-1932信息與控制工程學院自動化系2022-6-1933 主機主機表示層表示層應用層應用層物理層物理層傳輸層傳輸層數(shù)據鏈路層數(shù)據鏈路層會話層會話層網絡層網絡層主機主機傳輸介質傳輸介質通信子網通信子網表示層表示層應用層應用層物理層物理層傳輸層傳輸層數(shù)據鏈路層數(shù)據鏈路層會話層會話層網絡層網

6、絡層物理層物理層數(shù)據鏈路層數(shù)據鏈路層網絡層網絡層物理層物理層數(shù)據鏈路層數(shù)據鏈路層網絡層網絡層表示層協(xié)議表示層協(xié)議應用層協(xié)議應用層協(xié)議物理層協(xié)議物理層協(xié)議傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議數(shù)據鏈路層協(xié)議數(shù)據鏈路層協(xié)議會話層協(xié)議會話層協(xié)議網絡層協(xié)議網絡層協(xié)議信息與控制工程學院自動化系2022-6-1934信息與控制工程學院自動化系2022-6-1935信息與控制工程學院自動化系2022-6-1936主機A質表示層應用層物理層進程a理傳輸層數(shù)據鏈路層會話層網絡層物介DU主機B進程bDUPDUAPDUPPDUSPDUTPDUNBitsHAHSHPHTHNHDTD表示層應用層物理層傳輸層數(shù)據鏈路層會話層網絡層信息與控

7、制工程學院自動化系2022-6-1937信息與控制工程學院自動化系2022-6-1938信息與控制工程學院自動化系2022-6-1939信息與控制工程學院自動化系2022-6-1940v3總線型結構總線型結構信息與控制工程學院自動化系2022-6-1941 絕緣層絕緣層聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層銅芯銅芯聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層絕緣層絕緣層銅芯銅芯屏蔽層屏蔽層（a）（b）信息與控制工程學院自動化系2022-6-1942同軸電纜分類：同軸電纜分類：v(1) 基帶同軸電纜（基帶同軸電纜（50同軸電纜），基帶同軸電纜專門用于數(shù)字同軸電纜），基帶同軸電纜專門用于數(shù)字傳輸，其傳輸速率可達傳輸，其傳輸速率可達

8、10Mbps 。v(2) 寬帶同軸電纜（寬帶同軸電纜（75同軸電纜），寬帶同軸電纜既可用于模擬同軸電纜），寬帶同軸電纜既可用于模擬傳輸（如視頻信號傳輸），也可用于數(shù)字傳輸，當用于數(shù)字傳輸時，傳輸（如視頻信號傳輸），也可用于數(shù)字傳輸，當用于數(shù)字傳輸時，其傳輸速率可達其傳輸速率可達50Mbps。v同軸電纜具有較高傳輸通頻帶、較低傳輸損耗、較強抗干擾能力等同軸電纜具有較高傳輸通頻帶、較低傳輸損耗、較強抗干擾能力等優(yōu)點優(yōu)點銅芯銅芯絕緣層絕緣層絕緣保護套層絕緣保護套層外導體屏蔽層外導體屏蔽層信息與控制工程學院自動化系2022-6-1943v由光導纖維組成的可進行光信號傳輸?shù)男滦屯ㄐ沤橘|。由光導纖維組成的

9、可進行光信號傳輸?shù)男滦屯ㄐ沤橘|。v光纖以光的光纖以光的“有有”和和“無無”形成形成“1”和和“0”二進制信息，以二進制信息，以光脈沖形式進行信息傳輸。光脈沖形式進行信息傳輸。光纖通信的特點光纖通信的特點: :1 1）傳輸信號頻帶寬、通信容量大、信號衰減小、傳輸距離長、抗干擾能）傳輸信號頻帶寬、通信容量大、信號衰減小、傳輸距離長、抗干擾能力強。力強。2 2）光纖有著非常高的數(shù)據傳輸率（）光纖有著非常高的數(shù)據傳輸率（Gb/sGb/s）和極低的誤碼率（）和極低的誤碼率（10-1010-10）。）。3 3）原材料資源豐富。）原材料資源豐富。4 4）抗化學腐蝕能力強，適用于一些特殊環(huán)境下的布線。）抗化學

10、腐蝕能力強，適用于一些特殊環(huán)境下的布線。銅芯銅芯絕緣層絕緣層包帶層包帶層外導體屏蔽層外導體屏蔽層加強芯加強芯填充物填充物光纖及其包層光纖及其包層遠供電線遠供電線外套外套信息與控制工程學院自動化系2022-6-1944 介質介質 項目項目雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜光纜光纜傳輸介質價格傳輸介質價格較低較低較高較高較高較高連接件價格連接件價格低低較低較低高高標準化程度標準化程度高高較高較高低低連接連接簡單簡單需專用連接器需專用連接器需復雜連接器件和連接工藝需復雜連接器件和連接工藝敷設敷設簡單簡單稍復雜稍復雜簡單簡單抗干擾能力抗干擾能力較好較好很好很好特別好特別好環(huán)境的適應性環(huán)境的適應性較好較好較好

11、較好特別好特別好適用網絡類型適用網絡類型環(huán)形網環(huán)形網總線型或環(huán)形網總線型或環(huán)形網目前多用于環(huán)形網目前多用于環(huán)形網信息與控制工程學院自動化系2022-6-1945v4 4 無線電波無線電波 電磁波頻譜電磁波頻譜10KHz10KHz1GHz1GHz之間為無線電頻率，在工業(yè)過程控制之間為無線電頻率，在工業(yè)過程控制領域主要是傳輸頻率在領域主要是傳輸頻率在2.4GHz2.4GHz的工業(yè)頻段，其傳輸距離較短，所的工業(yè)頻段，其傳輸距離較短，所需的功率較低。需的功率較低。v5 5 微波微波 微波可穿透電離層進入宇宙空間，不能靠電離層反射來進行傳微波可穿透電離層進入宇宙空間，不能靠電離層反射來進行傳播，靠微波接

12、力或是衛(wèi)星轉播進行微波接力，傳播距離一般在播，靠微波接力或是衛(wèi)星轉播進行微波接力，傳播距離一般在50km50km左右，要實現(xiàn)遠距離傳播，須在兩個通信終端間建立中繼站。左右，要實現(xiàn)遠距離傳播，須在兩個通信終端間建立中繼站。v6 6 紅外紅外 采用光發(fā)射二極管、激光二極管來進行站與站之間的數(shù)據交換。采用光發(fā)射二極管、激光二極管來進行站與站之間的數(shù)據交換。紅外設備發(fā)出的光，一般只包含電磁波或小范圍電磁頻譜中的光紅外設備發(fā)出的光，一般只包含電磁波或小范圍電磁頻譜中的光子。傳輸信號可以直接或經過墻面、天花板反射后，被接收裝置子。傳輸信號可以直接或經過墻面、天花板反射后，被接收裝置收到。收到。信息與控制工

13、程學院自動化系2022-6-19461 1、物理層互連設備、物理層互連設備 中繼器（中繼器（RepeaterRepeater） 把接收到的弱信號分離，并再生放大。把接收到的弱信號分離，并再生放大。 集線器（集線器（HubHub） 網絡傳輸介質間的中央節(jié)點網絡傳輸介質間的中央節(jié)點 。2 2、數(shù)據鏈路層互連設備、數(shù)據鏈路層互連設備 v網橋（網橋（BridgeBridge） 局域網間的橋梁，屬于網絡層設備，作用是擴展網絡和通信手段，局域網間的橋梁，屬于網絡層設備，作用是擴展網絡和通信手段，v交換器（交換器（SwitchSwitch） 新的網絡技術，通過交換設備提高網絡傳輸性能。新的網絡技術，通過交換

14、設備提高網絡傳輸性能。3 3、網絡層互連設備、網絡層互連設備 v路由器（路由器（RouterRouter）v工作在網橋的上一層，因此，路由器的功能比網橋更強。除了具有網橋的全部功能工作在網橋的上一層，因此，路由器的功能比網橋更強。除了具有網橋的全部功能外，還具有路徑選擇功能。外，還具有路徑選擇功能。 4 4、應用層互連設備、應用層互連設備v網關（網關（GatewayGateway） 當連接不同類型而協(xié)議差別又較大的網絡時，要選網關設備。其功能體現(xiàn)在當連接不同類型而協(xié)議差別又較大的網絡時，要選網關設備。其功能體現(xiàn)在OSIOSI模模型最高層，它將協(xié)議進行轉換，數(shù)據重新分組，以便在兩個不同類型的網絡系統(tǒng)之型最高層，它將協(xié)議進行轉換，數(shù)據重新分組，以便在兩個不同類型的網絡系統(tǒng)之間進行通信。間進行通信。 信息與控制工程學院自動化系2022-6-1947信息與控制工程學院自動化系2022-6-1948信息與控制工程學院自動化系2022-6-1949信息與控制工程學院自動化系2022-6-1950操作員站操作員站工程師站工程師站實時數(shù)據服務實時數(shù)據服務現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站網絡通信網絡通信在運行監(jiān)控軟件在運行監(jiān)控軟件的控制網節(jié)點上，的控制網節(jié)點上，其軟件層次結構其軟件層次結構如右圖如右圖運運行行監(jiān)監(jiān)控控節(jié)節(jié)點點OPC客戶端客戶端監(jiān)控平臺