某工業(yè)通信工程應(yīng)用技術(shù)課件第3章-網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信

姜建芳IndustryNetworkCommunication第三章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)第一節(jié)通信的基本概念第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)本章小結(jié)第一節(jié)通信的基本概念1.單工通信、半雙工通信及全雙工通信2.串行傳輸與并行傳輸3.異步傳輸與同步傳輸4.串行通信接口5.傳輸速率第一節(jié)通信的基本概念1.單工通信、半雙工通信及全雙工通信

按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，通信方式可分為單工通信、半雙工通信、全雙工通信。單工通信

只支持數(shù)據(jù)在一個方向上傳送，通信的一方只有發(fā)送設(shè)備，另一方只有接收設(shè)備。單工通信第一節(jié)通信的基本概念1.單工通信、半雙工通信及全雙工通信半雙工通信

支持數(shù)據(jù)輪流在兩個方向上傳送，通信雙方均有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，但只能輪流工作而不能同時發(fā)、收。全雙工通信

可同時收、發(fā)數(shù)據(jù)，通信雙方各有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備并可同時工作。半雙工通信全雙工通信第一節(jié)通信的基本概念2.串行傳輸與并行傳輸

按照數(shù)字碼元排列的順序，通信方式可分為串行傳輸和并行傳輸。串行傳輸

僅通過一個信道傳送數(shù)據(jù)，數(shù)字信號碼元序列按照時間順序一個接一個地在信道中傳輸。串行傳輸?shù)谝还?jié)通信的基本概念2.串行傳輸與并行傳輸并行傳輸

數(shù)字信號碼元序列分割成兩路或以上的數(shù)字信號序列同時在多條信道上進行傳輸。并行傳輸?shù)谝还?jié)通信的基本概念3.異步傳輸與同步傳輸

根據(jù)在串行通信中采用同步技術(shù)的不同，傳輸方式可分為異步傳輸和同步傳輸。異步傳輸

異步傳輸利用起止法來達到收發(fā)同步，每次只傳輸或接收一個字符，用起始位和停止位來指示被傳輸字符的開始和結(jié)束。異步傳輸?shù)谝还?jié)通信的基本概念3.異步傳輸與同步傳輸同步傳輸

同步傳輸用連續(xù)比特傳輸一組字符，在數(shù)據(jù)開始處用同步字符“SYN”來指示，由定時信號（同步時鐘）來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。同步傳輸?shù)谝还?jié)通信的基本概念4.串行通信接口RS-232C接口

采用負邏輯，規(guī)定邏輯“1”電平為-15~-5V，邏輯“0”電平為+5~+15V，單端發(fā)送、單端接收，標(biāo)準(zhǔn)速率是0～20Kbit/s，最大通信距離是15m。RS-422A接口

利用差分傳輸方式增長通信距離并提高可靠性，全雙工工作方式，傳輸速率最大值為10Mbit/s，在此速率下電纜允許長度是120m。RS-485接口

使用屏蔽雙絞線電纜，采用二線差分平衡傳輸，傳輸速率可達到12Mbit/s，半雙工工作方式，是工業(yè)設(shè)備的通信中應(yīng)用最多的一種接口。第一節(jié)通信的基本概念5.傳輸速率碼元傳輸速率（RB）

簡稱傳碼率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud）。信息傳輸速率（Rb）

簡稱傳信率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送的平均信息量或比特數(shù)，單位是比特/秒。

碼元速率和信息速率之間的關(guān)系可以表示為：（M為信號的進制數(shù)）第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)

OSI參考模型

IEEE

802通信標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型ISO：InternationalOrganizationforStandardization

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織OSI：

OpenSystemInterconnect

開放系統(tǒng)互連參考模型第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型面向用戶

處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式及應(yīng)用訪問，保證用戶數(shù)據(jù)進行可靠的透明傳輸。面向網(wǎng)絡(luò)

給用戶提供適當(dāng)?shù)姆绞饺ピL問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行分析、解釋、轉(zhuǎn)換和利用。第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型物理層（PhysicalLayer）

OSI參考模型的最低層，它利用物理介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。以“比特”為單位傳送數(shù)據(jù)。為用戶提供建立、保持和斷開物理連接定義了傳輸媒體接口的機械、電氣、功能和規(guī)程的特性。物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：RS-232C、RS-422A、RS-485第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）

位于網(wǎng)絡(luò)層和物理層之間，為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，解決兩個相鄰節(jié)點之間的通信問題。以“幀”為單位傳送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)鏈路的建立，維護與拆除

幀包裝、幀傳輸、幀同步

幀差錯恢復(fù)

流量控制功能：第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）

為傳輸層提供服務(wù)，以“分組”（也稱“包”）為單位傳送數(shù)據(jù)，主要功能是報文包的分段、報文包阻塞的處理和通信子網(wǎng)中路徑的選擇。傳輸層（TransportLayer）

為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明地數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，主要功能是流量控制、差錯控制、連接支持等。以“段”（或“報文”）為單位傳送數(shù)據(jù)。第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型會話層（SessionLayer）

管理和協(xié)調(diào)不同主機上各種進程之間的通信，負責(zé)建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的會話。表示層（PresentationLayer

）

用于應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式變換，例如數(shù)據(jù)加密/解密、信息壓縮/解壓和數(shù)據(jù)兼容。應(yīng)用層（SessionLayer）

為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口，包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件等的信息處理。第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)1.OSI參考模型第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)2.IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE（國際電工與電子工程師學(xué)會）的802委員會于1982年頒布了一系列計算機局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，總稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE局域網(wǎng)參考模型對應(yīng)于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層。第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)2.IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)邏輯鏈路控制層（LogicalLinkControl，LLC）在節(jié)點間對幀的發(fā)送、接收信號進行控制介質(zhì)訪問控制層（MediaAccessControl，MAC）控制對傳輸媒體的訪問，實現(xiàn)幀的尋址和識別，并檢測傳輸媒體的異常情況第二節(jié)計算機通信的國際標(biāo)準(zhǔn)2.IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的主要成員IEEE802.2

-邏輯鏈路控制（LLC）IEEE802.3

-以太網(wǎng)（CSMA/CD）IEEE802.4

-令牌總線（TokenBus）IEEE802.5

-令牌環(huán)（TokenRing）IEEE802.6

-城域網(wǎng)（MAN：MetropolitanAreaNetwork）IEEE802.8

-光纖技術(shù)IEEE802.11

-線局域網(wǎng)技術(shù)SIMATIC通信概念圖第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)基本概念

子網(wǎng)：Subnet

服務(wù)：Service

行規(guī)：Utility

協(xié)議：Protocols第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Network---站點Station---子網(wǎng)Subnet網(wǎng)絡(luò)

Network：

網(wǎng)絡(luò)是以通信為目的在若干設(shè)備之間的連接，它由一個或多個子網(wǎng)組成，子網(wǎng)可以是同一類型也可不是同一類型。1.子網(wǎng)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Network---站點Station---子網(wǎng)Subnet站點Station

也稱節(jié)點，它們有：

PG/PC SIMATICS7-300/400 SIMATICHStation SIMATICPCStation SIMATICOP等1.子網(wǎng)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Network---站點Station---子網(wǎng)Subnet子網(wǎng)Subnet：由具有相同的物理特性和傳輸參數(shù)（如傳輸速率）多個硬件站點相互連接組成的網(wǎng)絡(luò)。

例如：

MPI、Profibus、Ethernet、AS-i、PtP1.子網(wǎng)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)1.子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)-站點-子網(wǎng)舉例第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)

Subnet：MPI：適合對數(shù)據(jù)傳輸速率不高，交換數(shù)據(jù)量不大，簡單經(jīng)濟的子網(wǎng)；PROFIBUS：適合對數(shù)據(jù)傳輸速率高，交換數(shù)據(jù)量中等，可提供多種通信協(xié)議和服務(wù)的子；IndustrialEthernet：適合對數(shù)據(jù)傳輸速率高，交換數(shù)據(jù)量大，主要用于計算機與PLC連接的子網(wǎng)；1.子網(wǎng)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)ASI：適合用于系統(tǒng)底層（Actuaor-SensorInterface）是一種雙絞線連接、數(shù)據(jù)傳輸速率低(167kbit/s)、可靠性高成本低的子網(wǎng)；ptp：適合用于特殊協(xié)議的串行通信的子網(wǎng)；1.子網(wǎng)子網(wǎng)

Subnet：第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)各子網(wǎng)在工業(yè)系統(tǒng)層次上的分布1.子網(wǎng)第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)2.通信行規(guī)通信行規(guī)Communicationutility：

用于說明通信站點之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的方法和交換數(shù)據(jù)的處理方式，其基礎(chǔ)是通信協(xié)議。

主要包括： PG與OP通信、PtP通信、S7基本通信、S7通信、全局數(shù)據(jù)通信第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)2.通信行規(guī)通信行規(guī)Communicationutility：PG通信：用于工程師站與SIMATIC站點之間的數(shù)據(jù)交換OP通信：用于HMI站與SIMATIC站點之間的數(shù)據(jù)交換PtP通信：通過串行口通信伙伴之間進行數(shù)據(jù)交換S7基本通信：用于CPU與CP模塊之間的小量數(shù)據(jù)交換S7通信：用于具有控制和監(jiān)視功能CPU之間的大量數(shù)據(jù)交換全局數(shù)據(jù)通信：通過MPI或K總線幾個CPU之間的小量數(shù)據(jù)交換第三節(jié)SIMATIC通信網(wǎng)絡(luò)3.標(biāo)準(zhǔn)通信標(biāo)準(zhǔn)通信StandardCommunications：

即符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通信方式PROFIBUS提供： DP FMS（FieldbusMessageSpecification） PA（ProcessAutomation）Ethernet提供： TCP/IP