集散控制系统原理及应用DCSPPT课件.ppt

集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 一 数据通信的基本概念计算机网络 资源子网和通信子网数据通信 数据通信的信号 数据通信系统基本组成 数据通信系统的信号 编码技术 数字数据的传输 通信传输媒体 1 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 一 数据通信的基本概念通信媒体共享技术 多路复用技术 频分多路复用FDM 时分多路复用TDM 集线技术 多点线路技术 通信交换技术 电路交换 报文交换 分组交换 快速分组交换 帧中继 ATM 虚拟局域网交换 光交换技术 多协议标记交换 差错控制和流量控制 错误检测 奇偶校验码 纵向冗余校验码 循环冗余校验码 校验和 差错控制和纠正 超时重发 拒绝接收 选择拒绝 探询 流量控制 滑动窗口的流量控制 2 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准控制网络的特点 实时性好 动态响应快 可靠性高 适应恶劣的工业现场环境 开放系统互连和互操作性 OSI的ISO参考模型 3 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准PROWAY工业过程控制用数据公路标准 MAP制造自动化协议 现场总线标准 4 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准现场总线标准基金会现场总线 基金会现场总线的通信模型采用OSI参考模型的第一 二和七层 与EPAMAP结构相似 但在应用层分为现场总线访问子层FAS和现场总线报文规范子层FMS 标准中将第二层到第七层合并为通信栈 基金会现场总线按传输速率分为低速H1 31 25kbps 和高速HSE 100Mbps 两类 5 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准现场总线标准Profibus和ProfiNet Profibus分ProfibusDP和ProfibusPAProfiNet分ProfiNetIO和ProfiNetCBA ProfibusDP用于工厂自动化 使用RS485传输技术 有三种DP通信协议版本和一种或多种典型工厂自动化的应用行规ProfibusPA用于过程自动化 使用MBP IS本安的曼彻斯特编码 总线供电的传输技术和通信协议 DP V1版本和ProfibusPA设备行规 6 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准现场总线标准HART 实际上 HART协议是4 20mA模拟信号通信向全数字信号通信过渡的协议 HART信号采用基于Bell202标准的FSK方式加载在4 20mA模拟信号上 1200Hz信号表示1 2200Hz信号表示0 信号幅值为0 5mA 数据传输率1 2Mbps ControlNet和DeviceNet 7 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 二 集散控制系统的网络标准OPC 过程控制的OLE技术 以Windows的对象链接和嵌入 OLE 组件对象模型 COM 和分布式COM DCOM 技术为基础 定义了一套标准接口 在这个接口上 基于PC的软件组件能交换数据 为自动化层的典型现场设备连接到工业应用程序和办公室程序提供了一个理想的连接方法 两种接口 客户接口和自动化接口 8 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议EIARS 232和RS 485标准接口 EIARS 232标准接口 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 RS 485标准接口 采用平衡驱动差分电路 削弱噪声影响和节点之间地电位影响 EIA 485适用于多站点互连 最多可挂接32个站点 经中继器扩展 可最多挂接128个站点在许多智能仪表中 被用于作为现场总线接口 并可经联网后组成集散控制系统的现场控制总线 9 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议以太网 结构分层 物理层 数据链路层和高层用户层 物理层 采用50 基带同轴电缆 数据传输速率是10Mbps 数据链路层 分为数据封装和链路管理两个子层存取控制采用CSMA CD方式数据帧格式 10 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802委员会规定了三种媒体存取方式 即IEEE802 3 IEE802 4和IEEE802 5通信协议IEEE802 3通信协议带冲突检测的载波侦听多路访问的媒体存取控制协议媒体存取控制子层 MAC 任务 对通信媒体的管理解决 控制定位问题 在哪里进行控制 和存取方式问题 如何进行控制 逻辑链路控制子层 LLC 任务 通过MAC提供LLC用户之间的数据交换服务功能 差错控制和流量控制 11 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802 3通信协议带冲突检测的载波侦听多路访问的媒体存取控制协议 载波侦听 先侦听信道上的动静 先听再说 在一定时段内寂静无声 该站就开始发送 无声则讲 信道一直很忙 就监视信道 等有空就讲 冲突检测 在传输过程中不断侦听信道 检测碰撞冲突 边讲边听 检测到碰撞冲突 立刻停止该次传输 一次只能一人讲 多路存取 等待一定时间 称为后退 后再发数据序列回到第 步 12 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802 3通信协议带冲突检测的载波侦听多路访问的媒体存取控制协议IEEE802 3帧格式 前导码 7字节10101010 供接收方建立同步和寻找帧的第一位帧开始定界码 1个字节10101011 表示帧的开始目的地址 2 6个字节组成 帧的接收站地址源地址 2 6个字节组成 帧的发送地址LLC长度 2个字节 表示数据和填充区字段中的字节数数据 由LLC子层准备好的字段填充区 数据区字节 46个字节帧校验序列 4个字节 用CRC 32 校验范围从目的地址到帧末 13 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议交换式以太网基本组成是交换机将数据通道分为若干个网段 由交换机将它们用端口连接起来 端口间的帧输入和输出不采用广播 不再受到CSMA CD的约束 当一个端口连接的某节点要与另一端口连接的另一节点通信时 交换机才在该两个节点所在的网段端口之间建立临时数据通道 一旦访问结束该数据通道就断开交换机既可隔断网段 又能够连接网段 保证了系统正常运行 也提供了带宽交换机组成的通信系统 在物理上是星型连接 在逻辑上是受控的多端口开关矩阵 14 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802 4通信协议总线网的令牌总线媒体存取控制协议令牌传递过程 在令牌总线上进行令牌的交替传递和数据的传输过程令牌总线的操作 删除站点 添加站点 逻辑环初始化 令牌丢失处理和错误的排除 提供优先级服务令牌总线的帧格式 15 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802 5通信协议令牌环形网络媒体存取控制协议令牌环通信媒体存取控制原理 令牌环网上的站点通过称为网络接口卡 NIC 的组件相互连接令牌是一个三字节的令牌帧 如果令牌空闲 则该站点可发送一个数据帧 数据帧在环内的各站被传送 接收和转发 令牌环的帧格式 16 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议IEEE802 2通信协议逻辑链路层控制协议逻辑链路控制层的服务 无确认无连接服务面向连接服务有确认无连接服务逻辑链路控制层的帧格式 17 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议网络互联TCP IP网络互联参考模型网络互联的基本要求不同网络之间的差别网际通信协议的工作原理IP数据报格式TCP传输控制通信协议TCP IP的应用层协议 18 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议现场总线通信协议现场总线各层数据的封装物理层 将现场31 25kbps电流信号叠加在供电电源信号上传送 19 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议现场总线通信协议现场总线数据链路层 链路活动调度器 LAS 的竞争 链路活动调度器的功能 调度执行 调度通信 非调度通信 时间同步 链路调度活动表的维护 链路活动调度过程 现场总线数据链路层的帧格式 20 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议现场总线访问子层通信协议虚拟通信关系 描述在现场总线网络上各种应用进程之间的通信关系虚拟通信关系的类型 客户 服务器虚拟通信关系 发布方 预约接收方虚拟通信关系 源方 宿方虚拟通信关系 总线访问子层中通信关系的端点 QUU类端点 源方和宿方两种通信端点QUB类端点 客户方 服务器方和同等伙伴 Peer 等三种通信端点BNU类端点 发布方 预约接收方等两种通信端点总线访问子层的数据帧格式 21 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议用户应用层的操作现场总线报文规范的操作 对象字典 虚拟现场设备 网络管理和系统管理 现场总线报文规范子层的服务 虚拟现场设备VFD支持 对象字典管理 联络关系管理 域管理 程序调用管理 变量访问和事件管理现场总线报文规范子层的数据帧格式 用户应用层的操作 资源模块 转换器模块和各种具有特定功能运算的功能模块 22 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议网络管理协议简单网络管理协议 管理信息库 MIB 采用树形结构 管理对象分标准和制造商自定等两类 管理信息结构 SMI 描述管理对象在管理信息库中的结构管理信息协议 现场总线的网络管理 网络管理代理虚拟现场设备 网络管理代理 NMA 网络管理信息库 NMIB 系统管理内核 SMK 模块 Block 设备描述 DD 和设备描述语言 DDL HSE的网络管理网络的安全管理 23 集散控制系统原理及应用集散控制系统的数据通信 三 集散控制系统中应用的网络协议无线通