工业通信基础.ppt

2009.2 V2.1 Copyright by Wang Yonghua（） 第二章内容 2.1工业网络通信基础 1. 工业数据通讯的基本概念 2. 数据编码 3. 数据传输 4. 差错控制 2.2 工业网络物理结构 1. 网络的传输媒介 2.工业通信网络的拓扑形式 3.介质访问控制方式 2.3 开放系统互连参考模型 1. OSI参考模型 2. 网络互连 3. 现场总线通信协议模型 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基础知识 基本任务 计算机技术和通信技术相结合，应用于工业自动化领域中，将工业数据安全准确地传送到上层网络中，从而为实现真正的企业ERP提供全生命周期的设备和现场数据。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基础知识 相关知识 主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制和软硬件平台等。 系统的基本组成 主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等组成。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基本术语 数据(Data)：数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字母和符号。也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释 模拟(Analog)数据； 数字(Digital)数据。 信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播 模拟信号； 数字信号 。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基本术语 信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基本术语 信道带宽（Band Width）：数据通信系统的信道传输的是波信号(包括无线电、微波、光波等)，带宽就是它所能传输波的最大有效频率与最小有效频率之差。 信道容量(Channel capacity) ：信道的传输能力是有一定限制的，某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率，即信道容量。信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基本术语 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。 2.1 工业网络通信基础 工业数据通讯的基本概念 基本术语 数据传输速率 比特率(Bit Rate)：每秒传递的bit数(bps，b/s)。 波特率（Baud Rate）：每秒传送的码元数。 Rbit = Rbaud log2M 式中：M为信号的有效状态数，即码元数。当M＝2时（二进制数表示信号波形），两者相等。一般来说波特率小于比特率。 误码率(Bit error rate)：信道传输的可靠性指标 P= 错误的位数 / 传输的总位数 2.1 工业网络通信基础 数据编码 为什么要进行数据编码？ 工业数据通信的任务是传送数据或指令等信息，而这些信息通常用离散的二进制0、1序列的方式来表示，即用0、1的不同组合来表示不同的信息内容。例如用00、01、10、11来分别表示电动机的停止、运行、错误和不确定等四个状态。 通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。编码要得到通信各方的认同。 2.1 工业网络通信基础 数据编码 编码和调制 用数字信号承载数字或模拟数据——编码 用模拟信号承载数字或模拟数据——调制 2.1 工业网络通信基础 数据编码 数据传输种类 不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种组合相应地需要进行不同的处理。 数据：模拟数据、数字数据 信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道 2.1 工业网络通信基础 数据编码 数字数据的数字编码 定义：用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。 数字编码的种类有：单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、Manchester编码等。工业通信中常用的是非归零码和Manchester编码。 非归零码：逻辑1表示高电平，逻辑0表示低电平，在整个码元期间都维持有效电平的编码。 优点：能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。 缺点：不具备自同步机制，必须使用外同步。 曼彻斯特编码：在每个码元的中间都要发生跳变。接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。是工业数据通信中最常用的