第1章 计算机控制系统概述

1、电气信息工程学院第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1 1.1 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 1.2 1.2 计算机控制系统的应用类型计算机控制系统的应用类型1.3 1.3 信号处理相关知识信号处理相关知识1.4 1.4 通信网络基础通信网络基础人工控制人工控制信息流图眼（观察）眼（观察）手（操纵）手（操纵）脑（决策）脑（决策）大脑大脑测量变送测量变送对象对象控制阀控制阀眼眼手手液位液位SPPV控制器控制器测量变送测量变送对象对象控制阀控制阀液位液位H信息流图仪表控制仪表控制计算机计算机测量变送测量变送对象对象控制阀控制阀液位液位计算机计算机信息流图计算机控制计

2、算机控制电脑是对人脑的解放，电脑是对人脑的解放，计算机的作用相当于一台大仪表。计算机的作用相当于一台大仪表。计算机控制绝对不神秘计算机控制绝对不神秘！ 1.1 1.1 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成n计算机控制系统是用计算机控制系统是用计算机计算机( (通常称为工业控通常称为工业控制计算机制计算机) )来实现工业过程来实现工业过程自动控制自动控制的系统。的系统。什么是自动控制什么是自动控制? ?自动控制系统由哪些自动控制系统由哪些部分组成部分组成? ?设定值设定值控制器控制器D/A执行执行机构机构被控被控对象对象A/ D计算机计算机被控变量被控变量+图图1.1 1.1 计算机闭环控制

3、系统结构图计算机闭环控制系统结构图测量变送测量变送测量值测量值计算机控制系计算机控制系统的工作原理统的工作原理是什么是什么? ?实时数据采集实时数据采集实时控制决策实时控制决策实时控制输出实时控制输出什么是实时控制什么是实时控制? ?实时：是指信号的输入、实时：是指信号的输入、计算和输出都在一定的时计算和输出都在一定的时间范围内完成。间范围内完成。计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理(1)(1)实时数据采集实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经对测量变送装置输出的信号经A/DA/D转换转换后进行处理。后进行处理。(2)(2)实时控制决策实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运

4、算对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。和处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)(3)实时控制输出实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经实时地输出运算后的控制信号，经D/AD/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。转换后驱动执行机构，完成控制任务。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。计算机控制系统计算机控制系统工业控制机工业控制机生产过程生产过程1.1.21.1.2硬件系统硬件系统生产过程生产过程过程输入过程输入接口接口过程输出过程输出接口接口计算机计算机人机接口人机接口外部存储器外部存储器图图1.2 1.

5、2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图工业控制机工业控制机指按生产指按生产过程控制的特点和要求过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。括硬件和软件两部分。生产过程生产过程包括被控对象，包括被控对象，测量变送、执行机构、电气测量变送、执行机构、电气开关等装置。开关等装置。生产过程生产过程过程输入过程输入接口接口过程输出过程输出接口接口计算机计算机人机接口人机接口外部存储器外部存储器接收输入的指令和接收输入的指令和工业对象的信息，工业对象的信息，向系统各部分发送向系统各部分发送命令和数据。命令和数据。包括显示操作台、屏幕包括显示操作台、屏幕显示

6、器显示器(CRT)或数码显或数码显示器、键盘、打印机、示器、键盘、打印机、记录仪等。记录仪等。从被控对象采集的模从被控对象采集的模拟量或数字量信号转拟量或数字量信号转换为计算机能够接收换为计算机能够接收的数字量的数字量包括磁盘、光盘、包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存磁带，主要用于存储大量的程序和数储大量的程序和数据。据。将计算机的处理结果转将计算机的处理结果转换成可以对被控对象进换成可以对被控对象进行控制的信号。行控制的信号。n工业控制机硬件：工业控制机硬件：n 硬件是指计算机本身及外围设备。硬件是指计算机本身及外围设备。计算机硬件计算机硬件过程输出接过程输出接口口计算机计算机过程输入接过程输

7、入接口口存储器存储器人机接口人机接口软件是指能完成各种功软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和能的计算机程序的总和.计算机控制系统的软件计算机控制系统的软件系统软件系统软件应用软件应用软件是专门用来使用和管理计算机是专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控的程序，包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故管理程序、语言处理程序和故障诊断程序等。障诊断程序等。应用软件是用户根据应用软件是用户根据要解决的实际问题而要解决的实际问题而编写的各种程序。编写的各种程序。1.1.3 1.1.3 软件系统软件系统计算机控制系统计算机控制系统分级控制系分级控制系统统数据采集系数据采集系统统直接数

8、字控直接数字控制系统制系统现场总线控制现场总线控制系统系统集散型控制集散型控制系统系统1.21.2计算机控制系统的应用类型计算机控制系统的应用类型计算机监督控计算机监督控制系统制系统根据应用特点、控制功根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机能和系统结构，计算机控制系统主要分为六种控制系统主要分为六种类型类型:1.2.1 1.2.1 数据采集系统数据采集系统（DASDAS）图图1.3 1.3 数据采集系统图数据采集系统图A/DDI显示显示打印打印报警报警生生产产过过程程计计算算机机1.2.1 1.2.1 数据采集系统（数据采集系统（DASDAS） 计算机承担数据的计算机承担数据的采集采集和和处

9、理处理工作，工作，而不直接参与控制。而不直接参与控制。 数据采集系统对生产过程各种工艺数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行变量进行巡回检测、处理、记录巡回检测、处理、记录以及以及变变量的超限报警量的超限报警。操作指导控制系统操作指导控制系统(OGC)(OGC)图图A/DDI显示显示打印打印报警报警生生产产过过程程计计算算机机控制控制仪表仪表人人模拟量输入模拟量输入微微型型计计算算机机模拟量输出模拟量输出生生产产过过程程数字量输入数字量输入数字量输出数字量输出显示显示打印打印磁盘磁盘操作台操作台1.2.2直接数字控制系统（DDC）图图1.3 1.3 直接数字控制系统图直接数字控制系统图 直接数

10、字控制系统是直接数字控制系统是用一台计算机不仅用一台计算机不仅完成对多个被控参数的完成对多个被控参数的数据采集数据采集，而且能按一定，而且能按一定的控制规律进行的控制规律进行实时决策实时决策，并通过过程输出通道，并通过过程输出通道发出发出控制信号控制信号，实现对生产过程的，实现对生产过程的闭环控制闭环控制。1.2.2直接数字控制系统（DDC）1.2.3计算机监督控制系统(SCC)下位机下位机DDCDDC级微机级微机完成生产过程的直接数字控制；完成生产过程的直接数字控制；上位机上位机SCCSCC级微机级微机进行优化分析计算，产生最优化设定值。进行优化分析计算，产生最优化设定值。SCCSCC级级计

11、计算算机机生生产产过过程程显示、打显示、打印、报警印、报警DDCDDC级级计算计算机机工艺工艺数据数据测量测量控制控制测量测量（最佳）（最佳）设定值设定值特点：特点：设定值随实时设定值随实时工艺数据不断优化工艺数据不断优化图图1.5 1.5 计算机监督控制系统图计算机监督控制系统图1.2.4分级控制系统n 生产过程中既存在控制问题，也存在大量的生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理管理问题。问题。n 由若干台微处理器或微机分别承担部分控制由若干台微处理器或微机分别承担部分控制任务，代替了集中控制的计算机。任务，代替了集中控制的计算机。 工厂级集中监督计算机工厂级集中监督计算机图图1.6 1

12、.6 分级控制系统分级控制系统装置级计算机装置级计算机测量量测量量输入输入生产过程生产过程输入通道输入通道输出通道输出通道车间级监督计算机车间级监督计算机装置级计算机装置级计算机测量量测量量输入输入生产过程生产过程输入通道输入通道输出通道输出通道车间级监督计算机车间级监督计算机企业级经营管理计算机企业级经营管理计算机来自其他工厂的生来自其他工厂的生产和库存数据产和库存数据经济动向及数据经济动向及数据到主管部门的数据显示到主管部门的数据显示到其他工厂的生产到其他工厂的生产运输指令运输指令销售定货等数据销售定货等数据管理指令管理指令特点：特点：控制功能分散，控制功能分散，集中管理。集中管理。1.2

13、.4分级控制系统图图1.7 1.7 集散控制系统结构图集散控制系统结构图监控计算机监控计算机操作站操作站数据采集站数据采集站通信系统通信系统现场控制站现场控制站生产过程生产过程1.2.5集散控制系统(DCS) 集散集散控制控制系统系统的特的特点是点是什么？什么？集散集散控制控制系统系统由哪由哪些部些部分组分组成？成？生产过程生产过程工作站工作站LAN服务器服务器网桥网桥现场总线现场总线H1H2现场总线现场总线现场数字传感器现场数字传感器现场数字控制功能模块现场数字控制功能模块H1现场总线现场总线图图l.8 l.8 现场总线控制系统现场总线控制系统现场数字执行器现场数字执行器1.2.6 现场总线

14、控制系统（FCS）现场数字执行器现场数字执行器现场数字控制功能模块现场数字控制功能模块服务器服务器工作站工作站现场数字传感器现场数字传感器特点：特点：（1）全数字化）全数字化（2）彻底分散化）彻底分散化1.3 信号处理D/AD/ACPUCPU执行器执行器对象对象A/DA/D采样器采样器1.3.1 输入信号处理1.3.2 输出信号处理1.3 信号处理一.数字量输入信号处理二.模拟量输入信号处理一.数字量输出信号处理二.模拟量输出信号处理1.3.1 输入信号处理n在计算机与生产过程之间，起着信号转换并向计算机传送信息的装置称之为输入通道。1 1整形整形电路电路2 2电平电平转换转换电路电路3 3信

15、号信号变换变换电路电路4 4信号信号接口接口电路电路一、数字量输入信号处理 数字量输入通道的组成：数字量输入通道的组成：二、模拟量输入信号处理检测各种非电量过程变量，检测各种非电量过程变量，并将其转换为电信号。并将其转换为电信号。将多路模拟信号按将多路模拟信号按要求分时输出要求分时输出放大器将传感器输出的放大器将传感器输出的微弱电信号放大到微弱电信号放大到A/DA/D转转换器所需要的电平换器所需要的电平采样保持器对模拟信号采样保持器对模拟信号进行采样，在模进行采样，在模/ /数转换数转换期间对采样信号进行保期间对采样信号进行保持持将模拟信号转换为二将模拟信号转换为二进制数字信号进制数字信号接口

16、电路提供模拟量接口电路提供模拟量输入通道与计算机之输入通道与计算机之间的控制信号和数据间的控制信号和数据传送通路传送通路1 1、模拟量输入信号采样过程、模拟量输入信号采样过程 计算机对某个随时间变化的模拟量进行采样，是利用定时计算机对某个随时间变化的模拟量进行采样，是利用定时器控制的开关，每隔一定时间使开关闭合而完成一次器控制的开关，每隔一定时间使开关闭合而完成一次采样采样。 开开关重复闭合的时间间隔关重复闭合的时间间隔T称为称为采样周期采样周期，其倒数，其倒数s=1/T称为采样称为采样频率。频率。 采样过程采样过程，是指将一个连续的输入信号经开关采样后，转，是指将一个连续的输入信号经开关采样

17、后，转变为发生在采样开关闭合瞬时变为发生在采样开关闭合瞬时0、T、2TnT的一连串脉冲输出的一连串脉冲输出信号信号 *(t)，如图，如图1.11所示。所示。式中式中 *(t) 输出脉冲序列；输出脉冲序列； (kT) 输出脉冲数值序列；输出脉冲数值序列； (t-kT)发生在发生在t=kT 时刻上的时刻上的单位脉冲单位脉冲。0)()()(*kkTtkTftf（1-11-1）2 2、单位脉冲函数的定义、单位脉冲函数的定义 ,()0,()1tkTtkTtkTtkT dt （1-21-2） 根据理想单位脉冲函数的定义式根据理想单位脉冲函数的定义式(1-2)，在采样开关闭合，在采样开关闭合时，时， (kT

18、)与与(t)的瞬时值相等，式的瞬时值相等，式(1-1)还可改写成如下形式还可改写成如下形式 式式(1-3)说明，数字控制系统中的采样过程可以理解为脉说明，数字控制系统中的采样过程可以理解为脉冲调制过程。在这里，采样开关只起着理想脉冲发生器的作冲调制过程。在这里，采样开关只起着理想脉冲发生器的作用，通过它将连续信号用，通过它将连续信号(t)调制成脉冲序列调制成脉冲序列*(t)。0)()()(*tkTttftf（1-31-3）0)()()(*kkTtkTftf（1-11-1）3 3、香农采样定理、香农采样定理为了使采样后的离散信号为了使采样后的离散信号*(t)能完全复现原信号能完全复现原信号(t)

19、， 采样频率采样频率s与原信号最高频率与原信号最高频率max要要满足下面的关系满足下面的关系s2s2max max （1-41-4）式中式中 s 采样频率；采样频率； max(t)最高频率。最高频率。一般根据具体情况选用。一般根据具体情况选用。s s（5 51010）maxmax4 4数字滤波数字滤波 数字滤波是通过编制一定的计算或判断程序，减少干数字滤波是通过编制一定的计算或判断程序，减少干扰在有用信号中的比重，提高信号真实性的滤波方法。扰在有用信号中的比重，提高信号真实性的滤波方法。中位值法滤波中位值法滤波程序判断递推滤波程序判断递推滤波递推平均滤波递推平均滤波加权递推平均滤波加权递推平均

20、滤波一阶滞后滤波一阶滞后滤波中位值法滤波就是将某个被测变中位值法滤波就是将某个被测变量在轮到它采样的时刻，连续采量在轮到它采样的时刻，连续采 3 3 次次 ( ( 或或 3 3 次以上次以上 ) ) 值，从值，从中选择大小居中的那个值作为有中选择大小居中的那个值作为有效测量信号。效测量信号。程序判断滤波的具体方法是程序判断滤波的具体方法是通过比较相邻的两个采样值通过比较相邻的两个采样值，如果它们的差值过大，超，如果它们的差值过大，超出了变量可能的变化范围，出了变量可能的变化范围，则认为后一次采样值是虚假则认为后一次采样值是虚假的，应予以废除，而用前一的，应予以废除，而用前一次采样值送入计算机。

21、次采样值送入计算机。采用递推平均的方法，即第采用递推平均的方法，即第 n n 次采样的次采样的 N N 项递推平均值是项递推平均值是 n n，(n-1)(n-1)，(n-(n-N+1) N+1) 次采样值的算术平均。次采样值的算术平均。为增加当前采样值在结果中所占的比重为增加当前采样值在结果中所占的比重，提高系统对本次采样的灵敏度，可采，提高系统对本次采样的灵敏度，可采用加权递推平均方法。用加权递推平均方法。一阶惯性滤波对周期性干扰具有良好的一阶惯性滤波对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频繁的变量滤波抑制作用，适用于波动频繁的变量滤波。1.3.2 输出信号处理一、数字量输出信号的处理一

22、、数字量输出信号的处理 根据计算机输出的数字信号去控制接点的通、根据计算机输出的数字信号去控制接点的通、断或数字式执行器的启、停等，简称断或数字式执行器的启、停等，简称DO (Digital output)通道通道。 常用的数字控制信号有常用的数字控制信号有开关量开关量和和脉冲量脉冲量信号。信号。隔离器隔离器一般采用光电一般采用光电隔离器，如隔离器，如TLP521系列；系列；驱动器驱动器将计算将计算机输出的信号进行功机输出的信号进行功率放大，以满足被控率放大，以满足被控对象要求。对象要求。继电器、可控硅、继电器、可控硅、TTL电平电平输出等为输出等为需要开关量控制信号的执行机构，通需要开关量控

23、制信号的执行机构，通过这些开关器件的通、断去控制被控过这些开关器件的通、断去控制被控对象。对象。二、模拟量输出信号的处理二、模拟量输出信号的处理模拟量输出通道一般由模拟量输出通道一般由输出接口电路、输出接口电路、D/A转换转换器、器、V/I变换变换等组成。等组成。 它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号。以便驱动相应的执行机构、达到电压或电流信号。以便驱动相应的执行机构、达到控制的目的。控制的目的。（1 1）一个通路设置一个数）一个通路设置一个数/ /模转换器模转换器: : 微处理器和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息，这微处理器和通路

24、之间通过独立的接口缓冲器传送信息，这是一种数字保持的方案。是一种数字保持的方案。它的优点是转换速度快、工作可靠，它的优点是转换速度快、工作可靠，即使某一路即使某一路D/A转换器有故障也不会影响其它通路的工作。转换器有故障也不会影响其它通路的工作。缺点缺点是使用硬件较多，成本高。是使用硬件较多，成本高。这种方案较易实现。这种方案较易实现。（2 2）多个通路共用一个数模转换器的形式）多个通路共用一个数模转换器的形式必须在微型机控制下必须在微型机控制下分时工作分时工作。即依次把。即依次把D/A转换器转换成转换器转换成的模拟电压的模拟电压(或电流或电流)，通过多路模拟开关传送到下一级电路。，通过多路模

25、拟开关传送到下一级电路。这种结构节省了数模转换器，这种结构节省了数模转换器，但因是分时工作，只适用于但因是分时工作，只适用于通路数量多且速度要求不高的场合通路数量多且速度要求不高的场合, ,可靠性较差。可靠性较差。 1.4 通信网络基础通信网络基础1.数据信息数据信息 具有一定编码、格式和字长的数字信息具有一定编码、格式和字长的数字信息。2.传输速率传输速率 指信道在单位时间内传输的信息量。指信道在单位时间内传输的信息量。 用每秒传输的二进制位数表示。单位用每秒传输的二进制位数表示。单位 bit/s 或或bps。 大多数大多数DCS的数据传输速率一般为的数据传输速率一般为0.5Mbit/s10

26、0Mbit/s。3.传输方式传输方式 通信方式按照信息的传输方向分为通信方式按照信息的传输方向分为 ：n(1)单工单工(Simplex) n(2)半双工半双工(Half duplex) n(3)全双工全双工(Full duplex)n（1）单工通信）单工通信u信息只能沿单方向传输信息只能沿单方向传输。发送端发送端接收端接收端报文报文检测信号检测信号n（2）半双工通信）半双工通信u 信息可以双向传递，但不能同时进行。信息可以双向传递，但不能同时进行。接收端接收端报文报文发送端发送端发送端发送端接收端接收端n（3）全双工通信）全双工通信u信息可以同时沿着两个方向传输。信息可以同时沿着两个方向传输。

27、报文报文接收端接收端发送端发送端发送端发送端接收端接收端4.串行传输串行传输n串行传输串行传输是把构成数据的各个二进制位是把构成数据的各个二进制位依次依次在信道上进行在信道上进行传输的方式。传输的方式。n串行通信串行通信是利用串行端口在两台设备间进行通信，一次可是利用串行端口在两台设备间进行通信，一次可以传输以传输 位数据位数据，即，使用，即，使用 条数据线条数据线按照次序一位一位按照次序一位一位传送，每传送完传送，每传送完 位位为一个字节为一个字节。发送端发送端接收端接收端并串转换并串转换串并转换串并转换1 0 0 1 0 1 0 01 11 18 810010100100101005.并行

28、传输并行传输 n并行传输并行传输是把构成数据的各个二进制位是把构成数据的各个二进制位同时同时在信道上进行在信道上进行传输的方式。传输的方式。n并行通信并行通信是利用并行端口在两台设备间进行通信，一次使是利用并行端口在两台设备间进行通信，一次使用用 条数据线条数据线传送传送 位数据位数据， 次次传送一个字节传送一个字节 。10010100发送端发送端接收端接收端12345678123456788 88 81 11.4.2 1.4.2 数据通信的工作方式数据通信的工作方式 在需要通信的两节点间事先在需要通信的两节点间事先建立一条实际的建立一条实际的物理连接物理连接。不需要不需要建立实际的物理连接，

29、建立实际的物理连接，经中间节点经中间节点存储转发存储转发。不需要不需要建立实际的物理连接，建立实际的物理连接，虚电路虚电路法先建立逻辑信道；法先建立逻辑信道；数据报数据报法直接选择路径发送。法直接选择路径发送。 两部电话机只需要用两部电话机只需要用 对电线对电线就能够互相连接起来。就能够互相连接起来。传统电话网使用线路交换传统电话网使用线路交换1 1但若要将但若要将 5 部电话机两两相连，部电话机两两相连，则需要则需要 对电线。对电线。传统电话网使用线路交换传统电话网使用线路交换 10 电话交换机当电话机的数量很大时，当电话机的数量很大时，就必须使用就必须使用电话交换机电话交换机进行连接。进行

30、连接。传统电话网使用线路交换传统电话网使用线路交换 交换机工作演示交换机工作演示A1. 通话前先拨号通话前先拨号建立连接建立连接。 可能只要经过一个交换机（如可能只要经过一个交换机（如 A 到到 B） 可能要经过多个交换机（如可能要经过多个交换机（如 C 到到 D）2. 通话过程中，通话过程中，通信通信双方一直双方一直占用占用所建立的连接。所建立的连接。3. 通话结束后，挂机通话结束后，挂机释放连接释放连接。线路交换的特点线路交换的特点交换机交换机交换机交换机交换机交换机BCDn线路交换必定是线路交换必定是面向连接面向连接的。的。n线路交换的三个阶段：线路交换的三个阶段：u建立连接建立连接u通

31、信通信u释放连接释放连接线路交换的特点线路交换的特点线路交换举例线路交换举例nA 和和 B 通话经过通话经过四个四个交换机交换机n通话在通话在 A 到到 B 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCAnC 和和 D 通话只经过通话只经过一个一个本地交换机本地交换机n通话在通话在 C 到到 D 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA返回返回线路交换举例线路交换举例报文交换（存储转发）方式报文交换（存储转发）方式 网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器AB网络查找路由表目 的 地 下一路由器路由器查找路由表

32、目 的 地 下一路由器报文报文网络查找路由表目 的 地 下一路由器从从 A A 传送到传送到 B B 的过程的过程返回返回网络网络数数 据据数数 据据数数 据据F 在发送端在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块把要发送的报文分隔为较短的数据块F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）F 依次把各分组发送到接收端依次把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数数 据据分组分组报文报文发送端发送端首部首部分组分组数数 据据首部首部分组分组首部首部数数 据据发发送送发发送送发送发送在前在前发

33、发送送接收端接收端数数 据据首部首部数数 据据首部首部数数 据据首部首部报文分组交换报文分组交换 H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H51.4.3 1.4.3 数据通信的电气特性数据通信的电气特性(1)(1)星形结构星形结构(2)(2)环型结构环型结构(3)(3)树形结

34、构树形结构(4)(4)总线型结构总线型结构 (5)(5)网状结构网状结构(6)(6)菊花链型结构菊花链型结构1. 1. 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构（1 1） 星形结构星形结构中央节点分支节点局域网最常用的拓扑结构之一局域网最常用的拓扑结构之一 连线方式连线方式：由一个功能较强的中心节点由一个功能较强的中心节点（主节点）和一些各自连接中心节点的从节（主节点）和一些各自连接中心节点的从节点组成。任何两个从节点之间的通信均要通点组成。任何两个从节点之间的通信均要通过中心节点转接。过中心节点转接。 特点特点：结构简单、建网容易、便于管理，结构简单、建网容易、便于管理，扩展网络容易。但中心

35、节点是全网的控制中扩展网络容易。但中心节点是全网的控制中心，一旦出现故障会造成全网瘫痪。心，一旦出现故障会造成全网瘫痪。（2 2）环形结构）环形结构（3 3）树形结构）树形结构 特点：特点：结构简单、建网容易、无路径选结构简单、建网容易、无路径选择。但由于环路是封闭的，所以不易扩择。但由于环路是封闭的，所以不易扩展，且可靠性差，维护管理复杂。展，且可靠性差，维护管理复杂。特点：特点：信息交换主要在上下节点中进行，信息交换主要在上下节点中进行，路径选择方便，若某一分支发生故障，路径选择方便，若某一分支发生故障，易将该分支与整个网络隔离，但对根的易将该分支与整个网络隔离，但对根的依赖性大。适用于分

36、级管理和控制系统。依赖性大。适用于分级管理和控制系统。（4 4）总线结构）总线结构局域网最常用的拓扑结构之一局域网最常用的拓扑结构之一 连线方式连线方式：所有的节点都挂接在一条公共线路上。所有的节点都挂接在一条公共线路上。 特点特点：结构简单，布线容易，投资少，易于扩充。结构简单，布线容易，投资少，易于扩充。（5 5）网状结构）网状结构 容错能力最强的拓扑结构容错能力最强的拓扑结构 连线方式连线方式：网络上的每个节点与其它节点有网络上的每个节点与其它节点有3 3条以上的条以上的直接线路连接。直接线路连接。 特点特点：建网费用高，布线困难，但可靠性很高。一个节建网费用高，布线困难，但可靠性很高。

37、一个节点发生故障，数据可通过其它节点和线路到达目的地。点发生故障，数据可通过其它节点和线路到达目的地。(6)(6)菊花链型结构菊花链型结构特点：特点：在一个网段中现在一个网段中现场总线电缆从一台现场场总线电缆从一台现场仪表走到另一台现场仪仪表走到另一台现场仪表，在每个现场仪表的表，在每个现场仪表的端子上互连。端子上互连。注意：注意：使用这种拓扑结构应该使使用这种拓扑结构应该使用联接器，否则，在拆卸一台仪用联接器，否则，在拆卸一台仪表时容易使整个总线断路。表时容易使整个总线断路。2.2.传输介质传输介质 （1 1）双绞线）双绞线 （2 2）同轴电缆（）同轴电缆（3 3）光缆）光缆 （1 1）双绞

38、线）双绞线 绝缘层绝缘层屏蔽层屏蔽层双绞线双绞线为什么扭绞在为什么扭绞在一起一起?将各导线绞在一起的目将各导线绞在一起的目的主要是使绞线间的电的主要是使绞线间的电磁干扰最小磁干扰最小. 双绞线使用双绞线使用RJ45接头连接计算机接头连接计算机的网络适配器或集线器等通信设备。的网络适配器或集线器等通信设备。 RJ45接头与普通电话系统的接头与普通电话系统的RJ11接头看起来相似，但二者有着重要的接头看起来相似，但二者有着重要的区别区别RJ45接头稍大，包括接头稍大，包括8条连接条连接缆线缆线，而，而RJ11接头只有接头只有4条条.二叉式非屏蔽水晶头二叉式非屏蔽水晶头非屏蔽水晶头非屏蔽水晶头屏蔽水

39、晶头屏蔽水晶头（2 2）同轴电缆）同轴电缆绝缘保护套层绝缘保护套层外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层内导体内导体（3 3）光缆）光缆绝缘层绝缘层合成纤维合成纤维覆层覆层内芯内芯光纤及接头组件传输介质性能比较传输介质性能比较LAN主要完成主要完成在有限的地理范围内运作在有限的地理范围内运作 允许多个用户同时接入带宽介质允许多个用户同时接入带宽介质 提供全时的本地服务的连接提供全时的本地服务的连接 互连物理上相邻的设备互连物理上相邻的设备常用的常用的LAN技术技术局部区域网络局部区域网络 ( (Local Area NetworkLocal Area Network，LANLAN) )，是一种分布在，是一种分布在有限区域内的计算机网络，由计算机、网络接口卡、外围设有限区域内的计算机网络，由计算机、网络接口卡、外围设备、网络介质以及网络通信控制设备组成备、网络介质以及网络通信控制设备组成1.4.4 LAN局域网局域网 以太网以太网 （Ethernet） 令牌环令牌环 (Token-Ring