SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)第章數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集技術(shù)華東理工大學(xué)自動化系王華忠hzwang@Ch2數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一、引言數(shù)據(jù)通信是完成數(shù)據(jù)編碼、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲、處理的過程，是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。與一般的控制系統(tǒng)相比，SCADA固有的測控點分散、測控范圍廣的特點決定了整個通信子系統(tǒng)在SACDA系統(tǒng)的運行過程中起到了更加重要的作用。

SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信現(xiàn)場測控站點儀表、執(zhí)行機構(gòu)與下位機的通信下位機系統(tǒng)與SCADA服務(wù)器（上位機）的遠(yuǎn)程通信監(jiān)控中心不同功能計算機之間的通信監(jiān)控中心Web服務(wù)器與遠(yuǎn)程客戶端的通信二、數(shù)據(jù)通信概述

數(shù)據(jù)是指對數(shù)字、字母以及組合意義的一種表達(dá)。在SCADA系統(tǒng)中，通信數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng)的各種信息緊密相關(guān)，如用數(shù)字1表示電機處于工作狀態(tài)，用數(shù)字0表示電機處于停止?fàn)顟B(tài)；而對于溫度、壓力、物位、流量、電流、電壓等變量可以用一定數(shù)值范圍的數(shù)字來描述。

1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指以計算機為中心，通過數(shù)據(jù)傳輸信道將分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信為目的的系統(tǒng)。實際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是千差萬別的。例如，可以是兩臺計算機點對點近距離數(shù)據(jù)傳輸，可是是工業(yè)現(xiàn)場智能設(shè)備與控制器之間的數(shù)據(jù)通信，也可以是分布在各地的數(shù)百臺甚至更多的計算機互相傳送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)、傳輸報文、通信協(xié)議等組成。圖2.1所示為香農(nóng)定義的廣義通信模型。圖2.1廣義通信系統(tǒng)模型信源為待傳輸數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)生者。發(fā)送器將信息變換為適合于信道上傳輸?shù)男盘?，而信宿的作用與之相反。信道指發(fā)送器與接收器之間用于傳輸信號的物理介質(zhì)，又稱傳輸介質(zhì)。經(jīng)過傳輸，在接收器處收到的信號在接收器處變?yōu)樾畔ⅰＭㄐ艂鬏斶^程會受到噪聲的干擾，而噪聲往往會影響接收者正確地接收和理解所收到的信息。為了把接收到的信息還原為原有信息，并為接收者所理解，需要一套實現(xiàn)約定的協(xié)議。協(xié)議是數(shù)據(jù)通信規(guī)則的集合，如果沒有協(xié)議，兩臺設(shè)備即使連接也無法通信。

（1）通信設(shè)備發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備和傳輸介質(zhì)是通信系統(tǒng)的硬件。發(fā)送設(shè)備用于匹配信息源和傳輸介質(zhì)，即將信息源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼變換為信號形式，送往傳輸介質(zhì)；接收設(shè)備則需要完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即從帶有干擾的信號中正確恢復(fù)出原有信號，并進行解碼、解密等操作。SCADA系統(tǒng)中，由于越來越多的設(shè)備變得智能化和數(shù)字化，數(shù)字通信能力越來越強大，因此，依賴不同時刻設(shè)備的作用，許多設(shè)備既是發(fā)送設(shè)備、也是接收設(shè)備。如下位機設(shè)備與上位機通信時，當(dāng)下位機向上位機傳送現(xiàn)場儀表參數(shù)時，下位機是發(fā)送設(shè)備，上位機是接收設(shè)備；而當(dāng)下位機接收上位機的控制指令，如開啟某臺設(shè)備，或修改下位機參數(shù)時，下位機是接收設(shè)備，而上位機是發(fā)送設(shè)備。（2）傳傳輸信道道傳輸信道可以以是簡單的兩兩條導(dǎo)線，也也可以是由傳傳輸介質(zhì)、數(shù)數(shù)據(jù)中繼、交交換、存儲、、管理設(shè)備構(gòu)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。。傳輸信道是是為收發(fā)兩地地的數(shù)據(jù)流提提供傳輸?shù)男判诺?，傳輸信信道由兩部分分組成：一部部分是傳輸介介質(zhì)，另外一一部分是其他他數(shù)據(jù)處理設(shè)設(shè)備。傳輸介介質(zhì)分為有線線介質(zhì)和無線線介質(zhì)兩種，，有線介質(zhì)有有雙絞線、同同軸電纜和光光纖等，無線線介質(zhì)則為空空氣。傳輸手手段為微波、、紅外線、激激光等，由光光纖、同軸電電纜、雙絞線線等有線介質(zhì)質(zhì)構(gòu)成有線線線路，2、數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)膸讉€基本本概念（1）數(shù)據(jù)傳傳輸模式A：傳輸模式式數(shù)據(jù)傳輸模式式是指數(shù)據(jù)在在信道上傳輸輸所采取的方方式。B：同步技術(shù)術(shù)在數(shù)據(jù)通信系系統(tǒng)中，通信信系統(tǒng)的接收收設(shè)備與發(fā)送送設(shè)備的數(shù)據(jù)據(jù)序列在時間間上必須取得得同步，以準(zhǔn)準(zhǔn)確地接收發(fā)發(fā)來的每位數(shù)數(shù)據(jù)。C：基帶傳輸輸、頻帶傳輸輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)傳輸。D：通信線路路工作方式（（單工、半雙雙工、全雙工工）幾種數(shù)據(jù)傳輸輸模式數(shù)據(jù)傳輸模式式可以分為不不同的類型按數(shù)據(jù)代碼傳傳輸?shù)捻樞颍?，可以分為兩兩種基本方式式：即并行傳傳輸與串行傳傳輸；按數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡耐椒绞剑?，可以分為同同步傳輸與異異步傳輸；按數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡牧飨蚝蜁r間間關(guān)系，可以以分為單工、、半雙工與全全雙工數(shù)據(jù)傳傳輸；按照數(shù)據(jù)信號號特點，可以以分為基帶傳傳輸、頻帶傳傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)傳輸。（2）數(shù)字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)傳輸在線路上傳輸輸?shù)亩M制數(shù)數(shù)據(jù)可以采用用并行模式傳傳輸或串行模模式傳輸。在在并行模式下下，每一個時時鐘脈沖有多多位數(shù)據(jù)被傳傳送；而在串串行模式下，，每一個時鐘鐘脈沖只發(fā)送送一位數(shù)據(jù)。。而且，發(fā)送送并行數(shù)據(jù)僅僅僅只有一種種方式，而對對于串行傳輸輸則有兩種方方式同步傳輸異步傳輸（3）同步傳傳輸與異步傳傳輸在線路上傳輸輸?shù)亩M制數(shù)數(shù)據(jù)可以采用用并行模式傳傳輸或串行模模式傳輸。在在并行模式下下，每一個時時鐘脈沖有多多位數(shù)據(jù)被傳傳送；而在串串行模式下，，每一個時鐘鐘脈沖只發(fā)送送一位數(shù)據(jù)。。而且，發(fā)送送并行數(shù)據(jù)僅僅僅只有一種種方式，而對對于串行傳輸輸則有兩種方方式同步傳輸異步傳輸A.同步傳輸輸同步傳輸是以以一定時鐘節(jié)節(jié)拍來發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)信號的。。這個時鐘可可以是由參與與通信的那些些設(shè)備或器件件中的一臺產(chǎn)產(chǎn)生的，也可可以是由外部部時鐘信號源源提供的。時時鐘可以有固固定的頻率，，也可以間隔隔一個不規(guī)則則的周期進行行卻換。所有傳輸?shù)臄?shù)數(shù)據(jù)位都和這這個時鐘信號號同步。在同同步傳輸時，，它不是獨立立地發(fā)送每個個字符，而是是連續(xù)地發(fā)送送位流，并且且不需要每個個字符都有自自己的開始位位和停止位，，而是把它們們組合起來一一起發(fā)送，這這些組合稱為為數(shù)據(jù)幀，或或者簡稱為幀幀。B.異步傳輸輸異步傳輸中，，每個節(jié)點有有有自己的時時鐘信號，每每個通信節(jié)點點必須在時鐘鐘頻率上保持持一致，并且且所有的時鐘鐘必須在一定定誤差范圍內(nèi)內(nèi)相吻合。異異步傳輸中，，并不要求在在傳送信號的的每一數(shù)據(jù)位位時收發(fā)兩端端都同步。依依賴起始位、、數(shù)據(jù)位、停停止位等來起起同步作用。。C.同步與異異步傳輸比較較同步傳輸通常常要比異步傳傳輸快，傳輸輸效率較高。。異步傳輸實實現(xiàn)起來比較較容易，對線線路和收發(fā)器器要求較低，，實現(xiàn)字符同同步也比較簡簡單，收發(fā)雙雙方的時鐘信信號不需要精精確地同步。。缺點是多傳傳輸了用于同同步目的的字字符，降低了了傳輸效率。。3、差錯控制制在數(shù)據(jù)通信過過程中，由于于各種干擾及及傳輸線路本本身的因素，，在傳輸過程程中會不可避避免地發(fā)生錯錯誤，特別是是隨著無線通通信應(yīng)用的增增多，而無線線通信差錯率率要遠(yuǎn)高于有有線通信。因因此，為了提提高通信系統(tǒng)統(tǒng)的傳輸質(zhì)量量而采取的檢檢測與校正方方法就差錯控控制。在計算機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中，差錯控控制通常是在在數(shù)據(jù)鏈路層層進行的。差錯檢查是讓讓報文分組中中包含使接收收端發(fā)現(xiàn)差錯錯的冗余信息息，但它不能能確定是哪一一位出錯，也也不能糾正傳傳輸中的差錯錯；差錯糾正是讓讓報文中每個個傳輸?shù)膱笪奈姆纸M中帶有有足夠的冗余余信息，使得得接收端能發(fā)發(fā)現(xiàn)并自動糾糾正傳輸錯誤誤。差錯糾正在功功能上優(yōu)于差差錯檢測，但但實現(xiàn)復(fù)雜，，造價高。差錯檢查原理理簡單，容易易實現(xiàn)，編碼碼與解碼速度度快，應(yīng)用廣廣泛。（1）差錯控控制方式反饋糾錯前向糾錯混合糾錯（2）常用的的差錯檢測方方法奇偶校驗碼奇偶校驗碼是是一種最簡單單實用的檢錯錯碼，指通過過增加冗余位位來使得碼字字某些位中““1”的個數(shù)數(shù)保持為偶數(shù)數(shù)或奇數(shù)的編編碼方式。異異步通信系統(tǒng)統(tǒng)中使用偶校校驗或奇校驗驗這兩種方法法。循環(huán)碼（CyclicRedundancyCheck,CRC）三、通用串行行通信串行接接口通通信接接口中中有兩兩個重重要的的概念念數(shù)據(jù)終終端設(shè)設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment，DTE）數(shù)據(jù)電電路終終接設(shè)設(shè)備DCE（DataCircuit-terminatingEquipment，，DCE））目前最最常用用的有有關(guān)DTE和DCE之間間的接接口標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是是EIA和和ITU-T指指定的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。其其中EIA（美美國電電子工工業(yè)協(xié)協(xié)會，，ElectricalIndustrialAssociation，，EIA））標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)有EIA-232、EIA-442和EIA-449等；；數(shù)據(jù)通通信接接口標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)主主要用用來定定義數(shù)數(shù)據(jù)通通信的的接口口和信信號方方式。。在通通信線線路的的兩端端都要要有DTE和DCE，如如圖2.2所示示。DTE產(chǎn)生生數(shù)據(jù)據(jù)并且且傳輸輸?shù)紻CE，而DCE將將此信信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成適當(dāng)當(dāng)?shù)男涡问皆谠趥鬏斴斁€路路上進進行傳傳輸。。圖2.2DTE和DCE設(shè)備備的連連接在物理理層：：DTE可以以是終終端、、微機機、打打印機機、傳傳真機機等其其他設(shè)設(shè)備，，但是是一定定要有有一個個轉(zhuǎn)接接設(shè)備備才可可以通通信。。DCE是指指可以以通過過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳輸輸或接接收模模擬數(shù)數(shù)據(jù)或或數(shù)字字?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)的任任意一一個設(shè)設(shè)備，，最常常用的的設(shè)備備就是是調(diào)制制解調(diào)調(diào)器。。1、串串行通通信參參數(shù)串行通通信中中，交交換數(shù)數(shù)據(jù)的的雙方方利用用傳輸輸在線線路上上的電電壓變變化來來達(dá)到到數(shù)據(jù)據(jù)交換換的目目的，，但是是如何何從不不斷改改變的的電壓壓狀態(tài)態(tài)中解解析出出其中中的信信息，，就需需要雙雙方共共同決決定才才行，，即需需要說說明通通信雙雙方是是如何何發(fā)送送數(shù)據(jù)據(jù)和命命令的的。因因此，，雙方方為了了進行行通信信，必必須要要遵守守一定定的通通信規(guī)規(guī)則，，這個個通信信的規(guī)規(guī)則就就體現(xiàn)現(xiàn)在對對通信信端口口的初初始化化的參參數(shù)上上。數(shù)據(jù)的的傳輸輸速度度：波波特率率（BaudRate）數(shù)據(jù)的的發(fā)送送單位位：如如ASCII碼碼8個個位形形成一一個字字符起始位位及停停止位位：起起始位位固定定為1個位位，而而停止止位則則有1、1.5及2個位位等多多種選選擇。。校驗位位的檢檢查：：為了了預(yù)防防錯誤誤的產(chǎn)產(chǎn)生，，使用用了校校驗位位作為為檢查查的機機制。?？筛鶕?jù)實實際需需要選選擇奇奇校驗驗、偶偶校驗驗或無無校驗驗。2、流量控控制所謂的流量量控制，是是為了保證證傳輸雙方方都能正確確地發(fā)送和和接收數(shù)據(jù)據(jù)而不會漏漏失。如果果發(fā)送的速速度大于接接收的速度度，而接收收端的處理理器來不及及處理，則則接收緩沖沖區(qū)在一定定時間后會會溢出，造造成以后發(fā)發(fā)送來的數(shù)數(shù)據(jù)無法進進入緩沖區(qū)區(qū)而漏失。。解決這個個問題的方方法是讓接接收方通知知發(fā)送端何何時發(fā)送以以及何時停停止發(fā)送。。流量控制又又稱為握手手（HandShaking），常常用的方式式有：硬件件握手和軟軟件握手兩兩種。3、RS-232接接口特性（1）RS-232接口特性性RS-232C接口口標(biāo)準(zhǔn)所定定義的內(nèi)容容屬于國際際標(biāo)準(zhǔn)化組組織ISO所制訂的的開放式系系統(tǒng)互聯(lián)參參考模型中中的最低層層—物理層層所定義的的內(nèi)容。RS232C接口規(guī)規(guī)范的內(nèi)容容包括連接接電纜和機機械特性、、電氣特性性、功能特特性和過程程特性四個個方面。機械特性:主要定義義物理連接接的邊界點點，即接插插裝置。規(guī)規(guī)定物理連連接時所采采用的規(guī)格格、引腳的的數(shù)量和排排列情況。。電氣特性:規(guī)定傳輸輸二進制位位時，線路路上信號的的電壓高低低、阻抗匹匹配、傳輸輸速率和距距離限制。。功能特性:主要定義義各條物理理線路功能能和電平電電壓表示何何種意義。。規(guī)程特性:主要定義義各條物理理線路的工工作規(guī)程和和時序關(guān)系系（2）RS-232串行通信信RS-232C被定定義為一種種在低速率率串行通信信中增加通通信距離的的單端標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。RS-232C采取不平平衡傳輸方方式，即所所謂單端通通信。收、、發(fā)端的數(shù)數(shù)據(jù)信號是是相對于信信號地。。傳送距離最最大為約15米，最高速率為為20kbps。RS-232C是為為點對點（（即只用一一對收、發(fā)發(fā)設(shè)備）通通信而設(shè)計計的，所以以RS-232適合合本地設(shè)備備之間的通通信。RS-232-C物物理層接口口標(biāo)準(zhǔn)。機械特性25芯連接接器，DTE（（DataTerminalEquipment））為終端，，DCE（DataCircuit-terminatingEquipment））連接。電氣特性采用非平衡衡型電氣特特性，低于于-3V為為“1”，，高于+4V為““0”，最最大20Kbps，最長15m。非平衡傳輸輸（unbalancedtransmission）：所有有電路共享享一個公用用的地線。。平衡傳輸（（balancedtransmission）：每每個主要電電路需要兩兩根線，沒沒有公用的的地線。功能特性定義了21條線，許許多子集，，基本與CCITTV.24兼容規(guī)程特性對不同的功功能子集，，有不同的的規(guī)程。RS-232-C有有14中中不同的接接口類型，，適合于單單工，半雙雙工，全雙雙工，同步步，異步4、RS-422與與RS-485串行行接口（1）RS-422串行接口口為改進RS-232通信距離離短、速率率低的缺點點，RS-422定定義了一種種平衡通信信接口，將將傳輸速率率提高到10Mbps，傳輸輸距離延長長到4000英尺（（速率低于于100Kbps時時），并允允許在一條條平衡總線線上連接最最多10個個接收器。。RS-422是一一種單機發(fā)發(fā)送、多機機接收的單單向、平衡衡傳輸規(guī)范范。RS-422四線接接口由于采采用單獨的的發(fā)送和接接收通道，，因此不必必控制數(shù)據(jù)據(jù)方向，各各裝置之間間任何必須須的信號交交換均可以以按軟件方方式（XON/XOFF握手手）或硬件件方式（一一對單獨的的雙絞線））實現(xiàn)。（2）RS-485串行接口口為擴展RS-422串行通信信應(yīng)用范圍圍，EIA又于1983年在在RS-422基礎(chǔ)礎(chǔ)上制定了了RS-485標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，增加了了多點、雙雙向通信能能力，即允允許多個發(fā)發(fā)送器連接接到同一條條總線上，，同時增加加了發(fā)送器器的驅(qū)動能能力和沖突突保護特性性，擴展了了總線共模模范圍。。RS-485可以采采用二線與與四線方式式，二線制制可實現(xiàn)真真正的多點點雙向通信信。而采用用四線連接接時，與RS-422一樣只只能實現(xiàn)點點對多的通通信，即只只能有一個個主（Master）設(shè)備，，其余為從從設(shè)備，但但它比RS-422有所改進進，無論四四線還是二二線連接方方式，總線線上可連接接的設(shè)備最最多不超過過32個。。RS-485與RS-422的不同同還在于其其共模輸出出電壓共模模范圍。。為了提高RS-485總線通通信距離，，可以采用用增加中繼繼的方法對對信號進行行放大。RS-485總線電電纜在一般般場合采用用普通的雙雙絞線就可可以，在要要求比較高高的環(huán)境下下可以采用用帶屏蔽層層的同軸電電纜。RS-485需要2個個終端電阻阻，其阻值值要求等于于傳輸電纜纜的特性阻阻抗。在短短距離傳輸輸時可不需需終端電阻阻，即一般般在300米以下不不需終端電電阻，終端端電阻接在在傳輸總線線的兩端。。RS-232、RS-422與RS-485等等串行接口口標(biāo)準(zhǔn)不涉涉及通信協(xié)協(xié)議，用戶戶可以在此此基礎(chǔ)上建建立自己的的高層通信信協(xié)議。5、RS-485網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的主從從式通信（1）主從從式協(xié)議主從協(xié)議是是RS-485網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中常用的的通信協(xié)議議。網(wǎng)段中中的一個節(jié)節(jié)點被指定定為主節(jié)點點，其他節(jié)節(jié)點為從節(jié)節(jié)點，由主主節(jié)點負(fù)責(zé)責(zé)控制該網(wǎng)網(wǎng)段上的所所有通信連連接。為保保證每個節(jié)節(jié)點都有機機會傳送數(shù)數(shù)據(jù)，主節(jié)節(jié)點通常對對從節(jié)點依依次逐一輪輪詢，形成成嚴(yán)格的周周期性報文文傳輸。主主節(jié)點不停停地傳送報報文給從節(jié)節(jié)點，并等等待相應(yīng)從從節(jié)點的應(yīng)應(yīng)答報文。。從節(jié)點如果果收到了一一個正確無無誤的報文文，而且報報文中的地地址與自己己的節(jié)點地地址相同，，則需要應(yīng)應(yīng)答，才能能得到報文文發(fā)送的機機會。如果果主節(jié)點在在規(guī)定的時時間內(nèi)收到到了應(yīng)答報報文，就表表明主從節(jié)節(jié)點之間已已經(jīng)建立了了連接，可可以進行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸，，由一個主主節(jié)點對485總線線的占用進進行管理，，任一時刻刻只允許一一個節(jié)點向向總線發(fā)送送報文。從從節(jié)點只有有得到主節(jié)節(jié)點許可才才可以發(fā)送送報文，從從節(jié)點與從從節(jié)點之間間不能直接接通信。許多RS485總線線網(wǎng)絡(luò)采用用主從協(xié)議議管理網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的控制權(quán)權(quán)。由一個個主節(jié)點對對總線的占占用進行管管理，任一一時刻都只只允許一個個節(jié)點向總總線發(fā)送報報文。所有有從節(jié)點只只有在得到到主節(jié)點許許可時才能能有報文發(fā)發(fā)送的機會會。采用主從式式協(xié)議時從從節(jié)點之間間不能直接接通信。（2）通用用串行通用串行協(xié)協(xié)議（universalserialprotocol））是一種工工業(yè)控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，，它采用串串行通信和和主從式介介質(zhì)訪問控控制方式，，實現(xiàn)自控控設(shè)備間通通信。其總總線操作過過程與PROFIBUS現(xiàn)場場總線基本本相同。通通用串行協(xié)協(xié)議有以下下主要特點點：采用EIA-485接口，支支持多點通通信連接，，一個網(wǎng)段段最多能連連接32個個節(jié)點。采用主從訪訪問技術(shù)，，構(gòu)成單主主控制網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。報文結(jié)構(gòu)簡簡單、可靠靠。報文長長度可變，，也可固定定，配置靈靈活。通信速率可可根據(jù)實際際情況選擇擇9600bps、、19.2Kbps、38.4Kbps、93.75Kbps及187.5Kbps。通用串行協(xié)協(xié)議既可以以像其他主主從協(xié)議那那樣，由主主節(jié)點對從從節(jié)點的輪輪詢組成周周期性的報報文通信。。通用串行協(xié)協(xié)議還支持持廣播式通通信。在廣廣播模式下下，主節(jié)點點給總線上上所有從節(jié)節(jié)點發(fā)送報報文，報文文地址域的的字段無效效，從節(jié)點點無需對收收到的廣播播報文發(fā)應(yīng)應(yīng)答信息。。6、串口服服務(wù)器串行通信接接口是大量量的自動化化儀表和控控制裝置的的基本通信信接口，在在自動化領(lǐng)領(lǐng)域仍然廣廣泛使用。。計算機的串串口數(shù)量有有限，雖然然可以采用用串口擴展展卡來增加加PC的串串口數(shù)量，，但它要占占用主機資資源，并可可能導(dǎo)致系系統(tǒng)不穩(wěn)定定，同時連連接的終端端數(shù)目和距距離有限。。隨著企業(yè)信信息化的要要求不斷提提高以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的的需要，些些串口設(shè)備備與信息網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接也也變得十分分迫切。通過串口服服務(wù)器設(shè)備備制造廠家家自帶的軟軟件，可以以把計算機機之外的接接口虛擬到到計算機上上，成為計計算機的一一個串口，，應(yīng)用程序序可以象使使用計算機機上自帶的的串口一樣樣用使用這這些虛擬出出來的串口口。串口服務(wù)器器通常帶有有1個10/100M網(wǎng)絡(luò)接接口和1個個或多個異異步RS-232/RS-485串行行接口。串口服務(wù)器器不占用主主機資源，，且具有終終端服務(wù)器器的功能，，可將現(xiàn)有有的傳統(tǒng)的的串口設(shè)備備立即轉(zhuǎn)換換成具備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口的的外設(shè)圖2.3基基于RS485總線串口口設(shè)備與計計算機連接接串口服務(wù)器器應(yīng)用方式式（a）串口口設(shè)備共用用一個串口口服務(wù)器（（b）每每個串口設(shè)設(shè)備配一個個串口服務(wù)務(wù)器圖2.4串串口設(shè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方方式四、MODBUS通通信協(xié)議（1））概概述述Modbus協(xié)協(xié)議議是是一一種種Modicon公公司司開開發(fā)發(fā)的的通通信信協(xié)協(xié)議議，，最最初初目目的的是是實實現(xiàn)現(xiàn)可可編編程程控控制制器器之之間間的的通通信信。。改進進的的Modbusplus（（MB+））網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，，可可連連接接32個個結(jié)結(jié)點點，，利利用用中中繼繼器器可可擴擴至至64個個結(jié)結(jié)點點。。該協(xié)協(xié)議議逐逐漸漸被被認(rèn)認(rèn)可可，，成成為為一一種種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的的通通訊訊協(xié)協(xié)議議，，只只要要按按照照這這種種協(xié)協(xié)議議進進行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通訊訊或或傳傳輸輸，，不不同同的的系系統(tǒng)統(tǒng)就就可可以以通通訊訊。。1、、協(xié)協(xié)議議概概述述Modbus協(xié)協(xié)議議定定義義了了一一種種公公用用的的消消息息結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，而而不不管管它它們們是是經(jīng)經(jīng)過過何何種種網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)進進行行通通信信的的。。它制制定定了了信信息息幀幀的的格格式式，，描描述述了了服服務(wù)務(wù)端端請請求求訪訪問問其其它它設(shè)設(shè)備備等等客客戶戶端端的的過過程程，，如如怎怎樣樣回回應(yīng)應(yīng)來來自自其其它它設(shè)設(shè)備備的的請請求求，，以以及及怎怎樣樣偵偵測測錯錯誤誤并并記記錄錄。。通過過Modbus協(xié)協(xié)議議在在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)上上通通信信時時，，必必須須清清楚楚每每個個控控制制器器的的設(shè)設(shè)備備地地址址，，根根據(jù)據(jù)每每個個設(shè)設(shè)備備地地址址來來決決定定要要產(chǎn)產(chǎn)生生何何種種行行動動。。如果果需需要要回回應(yīng)應(yīng)，，控控制制器器將將生生成成反反饋饋信信息息并并按按照照Modbus協(xié)協(xié)議議發(fā)發(fā)出出。。（2））主主從從查查詢詢－－回回應(yīng)應(yīng)Modbus協(xié)協(xié)議議建建立立了了主主設(shè)設(shè)備備查查詢詢的的格格式式：：設(shè)設(shè)備備（（或或廣廣播播））地地址址、、功功能能代代碼碼、、所所有有要要發(fā)發(fā)送送的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)和和錯錯誤誤檢檢測測域域。。從從設(shè)設(shè)備備回回應(yīng)應(yīng)消消息息也也由由Modbus協(xié)協(xié)議議構(gòu)構(gòu)成成，，包包括括確確認(rèn)認(rèn)要要行行動動的的域域、、要要返返回回的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)和和錯錯誤誤檢檢測測域域。。圖2.5主主從從查查詢詢-回回應(yīng)應(yīng)周周期期表表2、、常常用用Modbus協(xié)協(xié)議議（1））Modbus協(xié)協(xié)議議消消息息幀幀的的定定義義常用用的的Modbus通通訊訊協(xié)協(xié)議議有有兩兩種種報報文文幀幀格格式式，，一一種種是是ModbusASCII，，一一種種是是ModbusRTU。。一般般來來說說，，通通訊訊數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)量量少少采采用用ModbusASCII協(xié)協(xié)議議，，通通訊訊數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)量量大大而而且且是是二二進進制制數(shù)數(shù)值值時時，，多多采采用用ModbusRTU協(xié)協(xié)議議。。（2））Modbus/TCPModbus/TCP是是Modbus協(xié)協(xié)議議族中中的新新成員員，它它是建建立在在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的TCP協(xié)協(xié)議基基礎(chǔ)上上的Modbus協(xié)協(xié)議議擴展展。借借助于于TCP對對Internet的的支支持，，可以以實現(xiàn)現(xiàn)PLC、、I/O模模塊塊和其其他控控制設(shè)設(shè)備的的透明明連接接，為為工業(yè)業(yè)自動動化領(lǐng)領(lǐng)域的的軟硬硬件開開發(fā)商商提供供一個個網(wǎng)絡(luò)絡(luò)時代代的設(shè)設(shè)備信信息通通訊標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。。五、SCADA系統(tǒng)統(tǒng)中的的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)術(shù)1、通通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)概概述通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是是用各各種通通信手手段和和一定定的連連接方方式，，將終終端設(shè)設(shè)備、、傳輸輸系統(tǒng)統(tǒng)、交交換系系統(tǒng)等等連接接起來來的通通信整整體，，或由由一些些彼此此關(guān)聯(lián)聯(lián)的分分系統(tǒng)統(tǒng)組成成的完完整的的通信信系統(tǒng)統(tǒng)。通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的基本本構(gòu)成成要素素是終終端設(shè)設(shè)備、、傳輸輸鏈路路、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接交交換設(shè)設(shè)備及及接入入部分分。除了這這些硬硬件設(shè)設(shè)備外外，為為了保保證網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)能能正確確合理理的運運行，，用戶戶間快快速接接續(xù)，，并有有效地地相互互交換換信息息，達(dá)達(dá)到通通信質(zhì)質(zhì)量一一致，，運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)可靠靠性和和信息息透明明性等等要求求，還還必須須有管管理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運運行的的軟件件，如如標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)、信信令、、協(xié)議議等。。按照能能實現(xiàn)現(xiàn)的業(yè)業(yè)務(wù)種種類不不同，，通信信網(wǎng)可可以劃劃分為為電話話通信信網(wǎng)、、計算算機通通信網(wǎng)網(wǎng)、數(shù)數(shù)據(jù)通通信網(wǎng)網(wǎng)、廣廣播電電視網(wǎng)網(wǎng)以及及綜合合業(yè)務(wù)務(wù)數(shù)字字網(wǎng)；；按照網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)所所服務(wù)務(wù)的范范圍不不同，，通信信網(wǎng)可可以分分為本本地網(wǎng)網(wǎng)、長長途網(wǎng)網(wǎng)及國國際網(wǎng)網(wǎng)；按照傳傳輸介介質(zhì)的的不同同，通通信網(wǎng)網(wǎng)可以以分為為微波波通信信網(wǎng)、、光纖纖通信信網(wǎng)及及無線線通信信網(wǎng)；；按照拓拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)形形式，，通信信網(wǎng)可可以分分為線線形、、環(huán)形形、星星形、、網(wǎng)形形和復(fù)復(fù)合形形等基基本結(jié)結(jié)構(gòu)形形式。。2、計計算機機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)與分分類（1））網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的拓拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)基本的的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)有四四種，，分別別是星星形、、環(huán)形形、總總線形形和樹樹形。。圖2.6星星形拓拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)示示意圖圖圖圖2.7環(huán)環(huán)形形拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)示意意圖圖2.8總總線形形拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)示意意圖圖2.9樹樹形拓拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)示示意圖圖（2））計算算機網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的分類類對于SCADA系統(tǒng)統(tǒng)來說說，按按照網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆覆蓋范范圍的的大小小來分分類比比較合合適，，通常常可以以分為為局域網(wǎng)網(wǎng)城域網(wǎng)網(wǎng)廣域網(wǎng)網(wǎng)局域網(wǎng)網(wǎng)的技技術(shù)特特點覆蓋有有限的的地理理范圍圍，它它適用用于公公司、、機關(guān)關(guān)、校校園、、工廠廠等有有限范范圍內(nèi)內(nèi)的計計算機機、終終端與與各類類信息息處理理設(shè)備備連網(wǎng)網(wǎng)的需需求；；提供高高數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸速率率（10Mb/s～～10Gb/s）、低低誤碼碼率的的高質(zhì)質(zhì)量數(shù)數(shù)據(jù)傳傳輸環(huán)環(huán)境；；一般屬屬于一一個單單位所所有，，易于于建立立、維維護與與擴展展；從介質(zhì)質(zhì)訪問問控制制方法法的角角度，，局域域網(wǎng)可可分為為共享介質(zhì)質(zhì)式局局域網(wǎng)網(wǎng)與交交換式式局域域網(wǎng)兩兩類。。局域網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域個人計計算機機局域域網(wǎng)大型計計算設(shè)設(shè)備群群的后后端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)存儲區(qū)區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)辦公室室與實實驗室室的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)與與學(xué)校校的主主干網(wǎng)網(wǎng)城域網(wǎng)網(wǎng)的技技術(shù)特特點城域網(wǎng)網(wǎng)是介介于廣廣域網(wǎng)網(wǎng)與局局域網(wǎng)網(wǎng)之間間的一一種高高速網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)；；城域網(wǎng)網(wǎng)設(shè)計計的目目標(biāo)是是要滿滿足幾幾十公公里范范圍內(nèi)內(nèi)的大大量企企業(yè)、、機關(guān)關(guān)、公公司的的多個個局域域網(wǎng)互互連的的需求求；實現(xiàn)大大量用用戶之之間的的數(shù)據(jù)據(jù)、語語音、、圖形形與視視頻等等多種種信息息的傳傳輸功功能；；城域網(wǎng)網(wǎng)在技技術(shù)上上與局局域網(wǎng)網(wǎng)相似似。廣域網(wǎng)網(wǎng)的技技術(shù)特特點廣域網(wǎng)網(wǎng)也稱稱為遠(yuǎn)遠(yuǎn)程網(wǎng)網(wǎng)；覆蓋的的地理理范圍圍從幾幾十公公里到到幾千千公里里；覆蓋一一個國國家、、地區(qū)區(qū)，或或橫跨跨幾個個洲，，形成成國際際性的的遠(yuǎn)程程網(wǎng)絡(luò)絡(luò)；通信子子網(wǎng)主主要使使用分分組交交換技技術(shù)；；它將分分布在在不同同地區(qū)區(qū)的計計算機機系統(tǒng)統(tǒng)互連連起來來，達(dá)達(dá)到資資源共共享的的目的的。最大的的廣域域網(wǎng)是是internet。三者的的區(qū)別別從設(shè)備備中，，一般般局域域網(wǎng)/城域域網(wǎng)用用網(wǎng)橋橋、集集線器器，hub等，，而廣廣域網(wǎng)網(wǎng)的交交換設(shè)設(shè)備是是交換換機和和路由由器；；3、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳傳輸介介質(zhì)傳輸介介質(zhì)是是數(shù)據(jù)據(jù)通信信的物物理通通路，，是信信號從從發(fā)送送設(shè)備備到接接收設(shè)設(shè)備傳傳遞所所經(jīng)過過的媒媒介，，是通通信系系統(tǒng)中中傳送送信息息的載載體，，也是是通信信系統(tǒng)統(tǒng)重要要的硬硬件設(shè)設(shè)備之之一。。SCADA系統(tǒng)統(tǒng)中，，通常常采用用多種種類型型的傳傳輸介介質(zhì)，，既有有有線線介質(zhì)質(zhì)，如如雙絞絞線、、同軸軸電纜纜、光光纖等等，也也有無無線傳傳輸介介質(zhì)，，如電電磁波波、紅紅外線線、微微波。。（1））有線線傳輸輸介質(zhì)質(zhì)A:雙雙絞線線雙絞線線（TwistedPair,TP）是是模擬擬數(shù)據(jù)據(jù)及數(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)信信號傳傳輸最最通用用的傳傳輸介介質(zhì)。。雙絞絞線采采用了了一對對互相相絕緣緣的導(dǎo)導(dǎo)體以以螺旋旋形式式相互互纏繞繞而成成的，，線芯芯一般般是銅銅線。。將兩兩根導(dǎo)導(dǎo)線纏纏繞在在一起起，可可以使使它們們發(fā)射射和接接收的的電磁磁干擾擾相互互抵消消。雙絞絞線線按按其其電電氣氣特特性性而而進進行行分分級級或或分分類類，，一一般般分分為為:屏蔽蔽雙雙絞絞線線（（ShieldedTwistedPair，，STP））非屏屏蔽蔽雙雙絞絞線線（（UnshieldedTwistedPair，，UTP））屏蔽蔽雙雙絞絞線線在在雙雙絞絞線線與與外外層層絕絕緣緣封封套套之之間間有有一一個個金金屬屬屏屏蔽蔽層層。。常用用的的雙雙絞絞線線包包括括3類類線線和和5類類線線。。3類類線線是是由由兩兩根根擰擰在在一一起起的的線線構(gòu)構(gòu)成成，，一一般般在在塑塑料料外外殼殼里里有有4對對這這樣樣的的線線，，外外殼殼起起到到保保護護和和約約束束的的作作用用；；5類類雙雙絞絞線線比比3類類雙雙絞絞線線擰擰得得更更密密、、更更絕絕緣緣，，這這使使得得它它傳傳輸輸信信號號的的距距離離更更長長，，傳傳輸輸質(zhì)質(zhì)量量更更好好。。局域域網(wǎng)網(wǎng)中中最最常常用用的的雙雙絞絞線線一一般般都都是是非非屏屏蔽蔽的的5類類4對對（（即即8根根導(dǎo)導(dǎo)線線））的的電電纜纜線線，，這這種種電電纜纜線線的的傳傳輸輸速速率率可可達(dá)達(dá)到到100Mbps。。B:同同軸軸電電纜纜雙絞絞線線同同軸軸電電纜纜（（CoaxialCable））是是SCADA系系統(tǒng)統(tǒng)中中主主干干傳傳輸輸線線路路上上廣廣泛泛使使用用的的一一種種傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)，，它它可可以以攜攜帶帶較較高高頻頻率率的的載載波波信信號號，，其其頻頻率率范范圍圍為為100kHz～～500MHz。。同軸軸電電纜纜是是按按照照““同同軸軸””形形式式構(gòu)構(gòu)成成線線對對，，最最里里層層是是內(nèi)內(nèi)芯芯，，向向外外依依次次為為絕絕緣緣層層、、屏屏蔽蔽層層，，最最外外層層則則是是起起屏屏蔽蔽作作用用的的塑塑料料外外殼殼，，內(nèi)內(nèi)芯芯和和屏屏蔽蔽層層構(gòu)構(gòu)成成一一對對導(dǎo)導(dǎo)體體。。同軸電電纜根根據(jù)其其直徑徑大小小可以以分為為粗同同軸電電纜與與細(xì)同同軸電電纜。。粗纜適適用于于比較較大型型的局局部網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，，它的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)距離離長，，可靠靠性高高，安安裝時時不需需要切切斷電電纜，，可以以根據(jù)據(jù)需要要靈活活調(diào)整整計算算機的的入網(wǎng)網(wǎng)位置置。但但粗纜纜網(wǎng)絡(luò)絡(luò)必須須安裝裝收發(fā)發(fā)器電電纜，，安裝裝難度度大，，所以以總體體造價價高。。細(xì)纜安安裝則則比較較簡單單，造造價低低，安安裝中中要切切斷電電纜，，在兩兩端裝裝上BNC網(wǎng)絡(luò)絡(luò)連接接頭，，然后后接在在T型型連接接器兩兩端。。C:光光纖光纖是是一種種光傳傳輸介介質(zhì)，，是光光導(dǎo)纖纖維的的簡稱稱。它它是一一種能能夠傳傳導(dǎo)光光信號號的極極細(xì)而而柔軟軟的傳傳輸介介質(zhì)。。光纖纖由光光纖芯芯和包包層兩兩部分分組成成。纖纖芯與與包層層是兩兩種光光學(xué)性性質(zhì)不不同的的物質(zhì)質(zhì)。其其中纖纖芯是是光的的通路路，包包層由由折射射率比比纖芯芯低的的玻璃璃纖維維組成成，其其作用用是將將光線線反射射到纖纖芯上上。纖纖芯通通常是是由石石英玻玻璃制制成的的橫截截面積積很小小的雙雙層同同心圓圓柱體體，它它質(zhì)地地脆，，易斷斷裂，，因此此需要要外加加一