计算机控制技术于海生第8章节分布式测控网络技术.ppt

第8章 分布式测控网络技术 数据通信是工业测控网络和分散型测控系统的关键技术 。 如果把不同地理位置和不同功能的计算机按照统一的协议连接起来就构成了计算机分散测控网络系统 本章主要介绍工业网络和通信技术、分布式控制系统、现场总线技术、综合自动化技术和分布式测控网络设计举例。 8.1 工业网络技术 8.1.1 工业网络概述 8.1.2 数据通信编码技术 8.1.3 网络协议及其层次结构 8.1.4 IEEE 802标准 8.1.5 工业网络的性能评价和选型 8.1.1 工业网络概述 1.网络拓扑结构 网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理连接结构称为拓扑，采用拓扑学来研究结点和结点间连线(称链路)的几何排列。局部网络通常有四种拓扑结构：星形、环形、总线形和树形。 （1）星形结构 结构：中心结点是主结点，它接受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。 工作过程：当某一结点想要传输数据时，它首先向中心结点发送一个请求，以便同另一个目的结点建立连接。一旦两个结点建立了连接，则在这两点间就象是一条专用线路连接起来一样，进行数据传输。 特点： ①网络结构简单，便于控制和管理，建网容易； ②网络延迟时间短，传输错误率较低； ③网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪； ④网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过中央结点才能转发信息； ⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。 （2）环形结构 结构：各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。 工作过程：一个结点按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一个结点，当传送信息的目的地值与环上的某结点的地址相等时，信息才被该结点的环接口接收，否则，继续向下传送。 特点： ①信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制；②环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，控制软件较简单； ③环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性； ④环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制。 应用：环形网络结构较适合于信息处理和自动化系统中使用，是微机局部网络中常用的结构之一。特别是IBM公司推出令牌环网之后，环形网络结构就被越来越多的人所采用。 （3）总线形结构 结构：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此又称为广播式网络。 总线形网络的接口内具有发送器和接收器。接收器接收总线上的串行信息，并将其转换为并行信息送到结点；发送器则将并行信息转换成串行信息广播发送到总线上。当在总线上发送的信息目的地址与某一结点的接口地址相符时，传送的信息就被该结点接收。由于一条公共总线具有一定的负载能力，因此总线长度有限，其所能连接的结点数也有限。 特点： ①结构简单灵活，扩展方便； ②可靠性高，网络响应速度快； ③共享资源能力强，便于广播式工作； ④设备少，价格低，安装和使用方便； ⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。 应用：总线形结构是目前使用最广泛的结构，也是一种最传统的主流网络结构，该种结构最适于信息管理系统、办公室自动化系统、教学系统等领域的应用。 （4）树形结构 结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。 特点： ①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展，但结构较星形复杂； ②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。 2.介质访问控制技术 网络的传输介质：就是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有电话线，同轴电缆，双绞线，光导纤维电缆，无线与卫星通信。对于传输介质，包括以下特性：物理特性，传输特性，连通特性，地理范围，抗干扰性和相对价格。 介质访问控制：各结点通过公共通道传输信息，因此存在如何合理分配信道的问题（既充分利用信道的空间和时间，又防止发生各信息间的互相冲突）。访问控制方式的功能就是合理解决信道的分配。 微机局部网络常用的传输访问控制方式有三种，即 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD)； 令牌环(Token Ring)； 令牌总线(Token Bus)。 三种方式都得到IEEE802委员会的认可，成为国际标准。 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD) (1）又称