分布式控制系统03.ppt

第三章 现场总线和数据通信 工业数据通信技术基础 现场总线技术概述 基金会现场总线 PROFIBUS现场总线 工业以太网 工业数据通信技术基础 信息的传输过程称为通信，两点或多点之间借助媒介以二进制形式进行信息交换称为数据通信，工业生产过程中的信息交换称为工业数据通信 数据通信的任务是准确地将数据从发送端传递到接收端 数据通信技术涉及数据传输设备、数据传输媒介、数据传输方式、数据信息及编码、数据通信网络拓扑结构等因素，是计算机软硬件技术结合的结果 工业数据通信技术基础 数据传输设备 数据传输媒介 数据传输方式 数据信息及编码 差错控制 数据通信网络拓扑结构 数据传输设备 发送设备，匹配信息源和传输介质，数据的发送端，如电台，电视台等 接收设备，通过解调、译码等形式从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息，如收音机、电视机等 发送和接收设备可集成在一个模块中 典型设备有： 传感器、变送器、执行机构 数据采集装置 智能仪表 可编程逻辑控制器(PLC)，PID控制器 数据传输媒介 双绞线(Twisted Pair)，由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，信息通信网络的传输介质 双绞线过去主要是用于传输模拟信号，但现在主要用于数字信号的传输 数据传输媒介(2) 双绞线采用一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，降低自身信号的对外干扰。 两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来 双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的，这些我们称之为双绞线电缆。 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉 数据传输媒介(3) 五类线：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。 超五类线：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。 六类线：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。 七类线：带宽为600MHz，可能用于今后的10吉比特以太网。 通常，计算机网络所使用的是3类线和5类线，其中10 BASE-T使用的是3类线，100BASE-T使用的5类线 数据传输媒介(4) 同轴电缆(COAXIAL CABLE) 数据传输媒介(5) 同轴电缆的优点是:可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信 同轴电缆的缺点是:一是体积大，细缆的直径就有3/8英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；最后就是成本高，而所有这些缺点正是双绞线能克服的 在同轴电缆的现在的局域网环境中，基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代 数据传输媒介(6) 光纤(OF：Optical Fiber) 一种传输光能的波导介质，一般由纤芯和包层组成 数据传输媒介(7) 光纤(OF：Optical Fiber) 微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode, LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲 光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。 光纤是一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃纤维，光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光沿着弯曲的玻璃纤维前进，称为光导纤维 数据传输媒介(8) 光纤通信：一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话 19