网络化控制系统 第一讲.ppt

* 分散控制系统的通信网络是在条件比较恶劣的工业环境下工作的，因此，在信息传输过程中，各种各样的干扰可能造成传输错误。这些错误轻则会使数据发生变化，重则会导致生产过程事故。因此必须采取一定的措施来检测错误并纠正错误，检错和纠错统称为差错控制。 一、传输错误及可靠性指标 在通信网络上传输的信息是二进制信息，它只有 0 和 1 两种状态，因此，传输错误是把 0 误传为 1，或者是把 1 误传为 0。根据错误的特征，可以把它们分为两类，一类称为突发错误；另一类称为随机错误。突发错误是由突发噪声引起的，其特征是误码连续成片出现；随机错误是由随机噪声引起的，它的特征是误码与其前后的代码是否出错无关。 在分散控制系统中，为了满足控制要求和充分利用信道传输能力，传输速率一般 0.5-l00Mbps左右。传输速率越大，每一位二进制代码(又称码元)所占用的时间就越短，波形就越窄，抗干扰能力就越差，可靠性就越低。传输可靠性用误码率表示，其定义式如下: Pe = 出错的码元数/传输的总码元数 (2-1) 由上式可见，误码率越低，通信系统的可靠性就越高。 在分散控制系统中，常常用每年出现多少次误码来代替误码率。对大多数分散控制系统来说，这一指标大约在每年0.01次到4次左右。 * 差错控制方法及其分类 差错控制方法一般分为两类，一类是在传输信息中附加冗余度的方法；另一类是在传输方法中附加冗余度的方法。图2-13表示了这两种差错控制方法。 思考题与习题 1.何谓现场总线的主设备、从设备？ 2.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能? 3.在数据传输中有几种常用的数据表示方法? 4.差错控制的作用是什么? 5.CRC校验是如何实现的? * 现场总线是企业的底层数字通信网络，是连接微机化仪表的开放系统。从一定意义上说，现场总线仪表就相当于一台微机，它们以现场总线为纽带，互连成网络系统，完成数字通信任务。可以说现场总线系统实际上就是控制领域的计算机局域网络。因此，在介绍现场总线的主要技术之前，有必要简述关于总线、数字通信、计算机局域网络方面的基础知识。 * * 从广义来说，总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为“总线段”(bus segment)。可以通过总线段相互连接把多个总线段连接成一个网络系统。 * 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”(bus master)。也就是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。在总线上可能有多个主设备，这些主设备都可主动发起信息传输。某一设备既可以是主设备，也可以是从设备，但不能同时既是主设备又是从设备。被总线主设备连上的从设备称为“响应者”(responder)，它参与命令者发起的数据传送。 * 总线上的控制信号通常有三种类型。一类控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作，如设备清零、初始化、启动和停止等。另一类是用于改变总线操作的方式，如改变数据流的方向，选择数据字段的宽度和字节等。还有一些控制信号表明地址和数据的含义，如对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于数据，可用于指定它能否转译成辅助地址或命令。 * 管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”(bus protocol)。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。 2.总线操作的基本内容 总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。“脱开”(disconnect)是指完成数据传送操作以后，命令者断开与响应者的连接。命令者可以在做完一次或多次总线操作后放弃总线占有权。 * * * * * * * 1.信息源和接收者 信息源和信息接收者是信息的产生者和使用者。 在数字通信系统中传输的信息是数据，是数字化了的信息。这些信息可能是原始数据，也可能是经计算机处理后的结果，还可能是某些指令或标志。 信息源可根据输出信号的性质不同分为模拟信息源和离散信息源。模拟信息源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续变化的信号；离散信息源(如计算机)输出离散的符号序列或文字。模拟信息源可通过抽样和量化变换为离散信息源。随着计算机和数字通信技术的发展，离散信息源的种类和数量愈来愈多。 由于信息源产生信息的种类和速率不同，因而对传输系统的要求也各不相同。 * 2.发送设备 发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。对于数字通信系