[计算机硬件及网络]数据通信.ppt

1 风机数据通信的基础知识 孙伟 2 风机数据通信基础知识 主要学习内容 1 数据通信的物理介质2 计算机数据通信网络拓扑结构及SCADA系统3 1500kw风机的通信网络结构4 光纤通信及相关知识 3 1 数据通信的物理介质 有线同轴电缆双绞线光纤无线卫星无线电波红外通信激光通信微波 4 双绞线 a Category3UTP b Category5UTP 5 双绞线 同轴电缆 6 光缆 7 电信号1 传输距离有限2 易受干扰 雷击 3 通讯网络成本相对较低 光信号1 传输距离远2 抗干扰性强 不会被雷击 3 组网成本相对较高 电信号传输和光信号传输的差别 8 风机通讯中常用的光缆是 GYTA53 4BGYTA53表示 金属加强构件 带铠装 通信用室外光缆 4B表示 单模4芯光纤 将B换为A则为多模 9 由于无线方式的数据传输在风力发电领域应用较少 况且实现成本较高 在这里不再一一介绍 如有兴趣可去参看相关书籍 10 2 计算机数据通信网络拓扑结构及SCADA系统 SCADA系统的网络结构 SCADA系统不仅是可以给用户提供错误诊断而且可以监视风机的运行情况 11 瞬时值实时监测统计值监测远程控制数据存储报警功能权限设置 保护 图形绘制报表功能打印功能数据备份功能远程接口 中央监控系统所具有的功能 12 计算机网络的拓扑结构 是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件布局 通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线的不同方案 总线型 环型 星形 网状 混合 最常用的网络拓扑有 13 计算机数据通信网络拓扑结构 星形 总线型 环型 网状 14 计算机数据通信网络拓扑结构 15 计算机数据通信网络拓扑结构 16 网络设备 1 网卡 网卡 NetworkInterfaceCard 简称NIC 也称网络适配器 是计算机连接局域网的基本部件 在构建局域网时 每台计算机上必须安装网卡 网卡的功能主要有两个 一是将电脑的数据进行封装 并通过网线将数据发送到网络上 二是接收网络上传过来的数据 并发送到电脑中 2 集线器 集线器的英文名称就是我们通常见到的 HUB 英文 HUB 是 中心 意思 集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大 以扩大网络的传输距离 同时把所有节点集中在以它为中心的节点上 它工作于OSI参考模型第二层 即 数据链路层 17 网络设备 3 交换机 交换机的英文名称之为 Switch 它是集线器的升级换代产品 从外观上来看的话 它与集线器基本上没有多大区别 都是带有多个端口的长方形盒状体 交换机是按照通信两端传输信息的需要 用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称 广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备 4 路由器 第一 网络互连 路由器支持各种局域网和广域网接口 主要用于互连局域网和广域网 实现不同网络互相通信 第二 数据处理 提供包括分组过滤 分组转发 优先级 复用 加密 压缩和防火墙等功能 第三 网络管理 路由器提供包括路由器配置管理 性能管理 容错管理和流量控制等功能 18 3 1500kw风机的通信网络结构 随着风力发电机组大型化的发展趋势 风机通讯的即时性 可靠性 稳定性显得更为重要 为此 公司1 5兆瓦风力发电机组采用了工业以态网的组网模式 19 1500kw风机的通信网络结构 以太网是一种计算机局域网组网技术 IEEE制定的IEEE802 3标准给出了以太网的技术标准 它规定了包括物理层的连线 电信号和介质访问层协议的内容 以太网是当前应用最普遍的局域网技术 它很大程度上取代了其他局域网标准 如令牌环 FDDI和ARCNET 工业以态网是指应用到工业控制系统的以态网 20 以太网的优点 基于TCP IP的以态网采用国际主流标准 协议开放 完善 不同厂商设备容易互联具有操作性 可以实现远程访问 远程诊断 可以用不同的传输介质灵活组合 如同轴电缆 双绞线 光纤等 网络速度快 可达千兆甚至更多 支持冗余连接配置 数据可达性强 数据有多条通路可达目的地 容量几乎无限制 不会因系统增大而出现不可预料的故障 具有成熟可靠的系统安全体系 可降低投资成本 21 金风科技1 5兆瓦风机监控系统主要功能是获取统计风机运行数据 即时获取风机运行状态 并进行简单控制 由于风机控制主要是通过就地PLC完成 中央监控系统对就地信息获取的即时性要求并不高 但需要获取准确的风机运行状态与数据 另考虑风机中控与各风机间实际地理位置情况 风机通讯成本 及现场对通讯端口需求情况 一般只需要3个网口 设计采用自愈环网结构 以下为几种自愈环网结构 22 单环路结构 应用在风机较少项目 10台以下 上 当此环路上的某一个节点发生故障时都不会影响其它节点的正常通信 23 中心交换机 集线器 连接各环网 交换机通过中央交换机连接多环网结构使服务器端增强了可扩展性 将其他外围集线服务器或终端接入风机通讯网 利于后期新增风机功能 其网络结构如图 24 多环相切结构 多环相切结构是指集线服务器已接入一风机环网 其他风机环网通过交换机切入此风机环网 这种网络各风机环网接入同一环网 对此环的带宽占用较多 对风机通讯速度有影响 但适合现场风机极为复杂线路 25 达坂城5台兆瓦级风机通信网络结构 26 LM系列交换机是菲尼克斯电气最新推出的宽温网管型交换机 它的工作温度适用范围极宽 可用于国内各地区 各种恶劣环境 这种交换机还具备网管功能 可以方便的对网络进行设置 调试和检测 同时这款交换机还具备升级功能 可方便的从菲尼克斯电气网站上免费下载相应的升级包 性能特点 5 8电口10 100自适应或带2多模光纤口 电口自动交叉连接 报警干节点 冗余供电 RSTP SNMP HTTP BOOTP TFTP技术参数 10 100TX 自动交叉连接 端口自适应 单模 多模光纤 24VDC 冗余供电 导轨安装 报警干节点 使用温度 40 75 27 风机内的通信连线 28 网线RJ45接头的制作规则 跟计算机网络打交道免不了经常要做网线 网线的制作其实非常简单 就是把双绞线的4对8芯网线按一定规则插入到水晶头中 所以这类网线的制作所需材料仅需双绞线和水晶头 所需工具也较简单 通常仅需一把专用压线钳即可 双绞线网线的制作其实就是网线水晶头的制作 这类网线制作的难点就是不同用途的网线跳线规则不同 RJ45接口制作有两种排序标准 EIA TIA568B标准和EIA TIA568A标准 568B标准的线序为 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕568A标准的线序为 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕一 PC连HUBA端 标准568B 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 B端 标准568B 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 二 PC连PCA端 标准568A 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕 B端 标准568B 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 三 HUB连HUBA端 标准568A 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕 B端 标准568B 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 29 几种可选的远程通信方式 远程通信方式1 电话网 30 几种可选的远程通信方式 远程通信方式2 因特网 31 几种可选的远程通信方式 远程通信方式3 GPRS CDMA无线网络 32 4 光纤通信及相关知识 人类社会现在已发展到了信息社会 声音 图象和数据等信息的交流量非常大 以前的通讯手段已经不能满足现在的要求 而光纤通讯以其信息容量大 保密性好 重量轻体积小 无中继段距离长等优点得到广泛应用 其应用领域遍及通讯 交通 工业 医疗 教育 航空航天和计算机等行业 并正在向更广更深的层次发展 光及光纤的应用正给人类的生活带来深刻的影响与变革 33 34 35 36 37 38 11 光纤通信及相关知识 光纤的熔接过程第一步 准备工作光纤熔接工作不仅需要专业的熔接工具还需要很多普通的工具辅助完成这项任务 如剪刀 竖刀等 如下图 39 11 光纤通信及相关知识 第二步 安装工作一般我们都是通过光纤收容箱 如下图 来固定光纤的 将户外接来的用黑色保护外皮包裹的光纤从收容箱的后方接口放入光纤收容箱中 在光纤收容箱中将光纤环绕并固定好防止日常使用松动 40 第三步 去皮工作首先将黑色光纤外表去皮 如下图 大概去掉1米长左右接着使用美工刀将光纤内的保护层去掉 如下图 要特别注意的是由于光纤线芯是用玻璃丝制作的 很容易被弄断 一旦弄断就不能正常传输数据了 41 第四步 清洁工作不管我们在去皮工作中多小心也不能保证玻璃丝没有一点污染 因此在熔接工作开始之前我们必须对玻璃丝进行清洁 比较普遍的方法就是用纸巾沾上酒精 然后擦拭清洁每一小根光纤 如下图 42 第五步 套接工作清洁完毕后我们要给需要熔接的两根光纤各自套上光纤热缩套管 如下图 光纤热缩套管主要用于在玻璃丝对接好后套在连接处 经过加热形成新的保护层 43 第六步 熔接工作将两端剥去外皮露出玻璃丝的光纤放置在光纤熔接器中 如下图 然后将玻璃丝固定 按SET键开始熔接 如下图 可以从光纤熔接器的显示屏中可以看到两端玻璃丝的对接情况 如果对的不是太歪的话仪器会自动调节对正 当然我们也可以通过按钮X Y手动调节位置 等待几秒钟后就完成了光纤的熔接工作 44 第七步 包装工作熔接完的光纤玻璃丝还露在外头 很容易折断 这时候就可以使用刚刚套上的光纤热缩套管进行固定了 将套好光纤热缩套管的光纤放到加热器中按 HEAT 键开始加热 如下图 过10秒钟后就可以拿出来了 至此完成了一个线芯的熔接工作 最后还需要把熔接好的光纤放置固定在光纤收容箱中 45 盘纤固定 将接续好的光纤盘到光纤收容盘上 在盘纤时 盘圈的半径越大 弧度越大 整个线路的损耗越小 所以一定要保持一定的半径 使激光在纤芯里传输时 避免产生一些不必要的损耗 密封和挂起 野外接续盒一定要密封好 防止进水 熔接盒进水后 由于光纤及光纤熔接点长期浸泡在水中 可能会先出现部分光纤衰减增加 套上不锈钢挂钩并挂在吊线上 至此 光纤熔接完成 46 最为常见的光纤故障任何做过网络排障的专业人士都清楚这是一个复杂的过程 因此知道从什么地方入手寻找故障非常重要 这里给出了一些最常见的光纤故障以及产生这些故障的可能因素 这些信息将有助于用户对网络故障进行有根据的猜测 光纤断裂通常是由于外力物理挤压或过度弯折 传输功率不足 光纤铺设距离过长可能造成信号丢失 连接器受损可能造成信号丢失 光纤接头和连接器 connectors 故障可能造成信号丢失 使用过多的光纤接头和连接器可能造成信号丢失 光纤配线盘 patchpanel 或熔接盘 splicetra 连接处故障 通常而言 如果连接完全不通 那么很可能是光纤断裂 但如果连接时断时续 可能有以下原因 结合处制作水平低劣或结合次数过多造成光纤衰减严重 由于灰尘 指纹 擦伤 湿度等因素损伤了连接器 传输功率过低 在配线间连接器错误 47 快速但并不精确的测试在处理某个特定问题的时候 时间通常是一个关键的因素 用户需要尽快的回到线上工作 而我也会有很多其他的工作需要去做 出于这一点 我总是尽可能快的诊断出问题出在什么地方 有一种不太科学但非常有效的开始排障的方法 我首先将光纤两端断开 然后把一只激光指点器对准光纤一段 看另一端是否有光线出来 如图A所示 如果你没有激光指点器 一个明亮的手电筒也可以 如图B所示 光纤本来就是设计用来传导光的 所以你不必担心需要把光源非常精确的对准线缆 48 图A 使用激光指点器来检查线缆是否完全失效 图B 如果没有激光指点器 明亮的手电筒也可以 如果没有光线通过线缆 那么这条光纤就的确被损坏了 需要把它换掉 如果光线的确可以通过线缆 也并不一定能够说明线缆可以工作正常 这只能表明线缆内部的光纤并没有完全断裂 然而 如果光可以通过线缆并且线缆长度在一百米以内 那么线缆通常还可以被很好的使用 49 诊断工具有一种被称为信号衰减检测 losstesting 的技术可以用于对光纤信号衰减的程度进行测量 这项技术需要把一个光发生器接到一个功率表上 你可以设置你希望通过光发生器进行测试的信号dBm范围以及波长 然后将光发生器接到功率表上 功率表将对信号进行检测 并给出信号衰减情况的报告 通常而言 在测量未知线缆前 你需要使用一根已经确定可以工作正常的线缆作为参考 来建立一条测量基准线 如果未知的线缆是没有问题的 那么它的信号丢失的测量数据应当同参考线缆的测量值相近 不过我无法告诉你什么程度的信号丢失会产生问题 因为这很大程度取决于线缆和物理环境 然而 这里还是给出了一些你可以参考的指导意见 请记住 这些仅仅是指导意见 由于你的线缆种类和我的不同 因此你得出的数据可能和这里的数据有很大的差别 信号通过每个连接器会有0 5 db的衰减 最大衰减为0 75dB 信号通过每个光纤结合处会有2dB的衰减 如果使用单模光纤 预计每600英尺衰减0 1db 如果使用多模光纤 预计每100英尺衰减0 1db 你所需要的实际测试设备会根据你所使用的线缆和连接器种类不同而有所差别 显然 并不是每一种连接器都可以接在测试仪器上 同样的道理 也不能指望设计用来测试单模光纤的设备可以测试多模光纤 在市场上可以看到很多不同的光纤测试仪器 一些测试仪器仅仅可以测试一种光纤 而另外一些则可以测试很多种 就我个人观点 FlukeNetworks所生产的网络测试设备是最好的 50 51 几种常用的尾纤适配头 52 光纤接头的清洗使用酒精对光纤接头和法兰连接处进行擦洗 当出现线路通讯时通时断时 就可以采用这种方式进行处理 需要注意擦洗时要对中断处的每个环节都要进行 如 光纤跳线接头 法兰接头及上一台风机相对应的