工业现场网络通信技术应用及实践 课件 傅仁轩 项目1 工业现场网络通信技术认知

1任务1-工业控制网络任务2-现场总线技术认知任务3-现场总线通信技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知2项目1-工业现场网络通信技术认知任务1工业控制网络1.1工业控制系统与控制网络1.2工业控制网络发展历程及特点1.3常见工业控制网络3工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于工业领域的计算机网络。由分散在不同空间位置的智能化仪器仪表、控制器、传感器、执行机构等现场设备组成的通信网络，解决现场设备之间的数字通信以及现场设备和上一级控制系统之间的通信问题，实现工业现场自动化控制任务。具体的说是在一个企业范围内将信号检测、数据传输、处理、存储、计算、控制等设备或系统连接在一起，以实现企业内部的资源共享、信息管理、过程控制、经营决策，并能够访问企业外部资源和提供限制性外部访问，使得企业的生产、管理和经营能够高效地协调动作，从而实现企业集成管理和控制的一种网络。项目1-工业现场网络通信技术认知4项目1-工业现场网络通信技术认知5项目1-工业现场网络通信技术认知6项目1-工业现场网络通信技术认知7项目1-工业现场网络通信技术认知8项目1-工业现场网络通信技术认知9项目1-工业现场网络通信技术认知10工业以太网项目1-工业现场网络通信技术认知112.1现场总线的认知2.2现场总线的结构2.3现场总线的特点2.4现场总线的本质2.5现场总线的现状2.6

常用现场总线任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知12任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知132.1

现场总线的认知---定义现场总线

现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。IEC对现场总线的定义

现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。142.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展第一代：气动信号控制系统(50年代之前)

信号采用0.02～0.1MPa的气动信号标准。各测控仪表自成体系，既不能与其他仪表或系统连接，也不能与外界进行信息沟通，操作人员只能通过现场巡视来了解生产情况。15第二代：电动模拟信号控制系统(50年代至今)，4－20mA的模拟量标准信号。

通过模拟量信号将生产现场的运行参数与信息传送到集中控制室，操作人员可在控制室内了解现场生产情况，并实现对生产过程的操作和控制。上个世纪六七十年代占据主导地位，但存在着模拟信号精度低、易受干扰等缺点。2.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展16第三代：计算机集中控制系统（DDC)(70年代)

DDC是

DirectDigitalControl简称，直接数字控制系统，计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过。2.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展17第四代：DCS控制系统(80年代)DCS是DistributedControlSystem，分布式控制系统，

国内自控行业又称之为集散控制系统(DCS)于上个世纪八、九十年代占据主导地位，是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机控制系统，

核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，下位机分散下放到现场实现分布式控制，上/下位机通过控制网络互相连接以实现相互之间的信息传递。2.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展18第五代：现场总线控制系统(FCS)2.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展IEC和现场总线基金会FF（FieidbusFoundation）的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。也就是说基于现场总线的系统是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络的节点，用总线相连实现信息的相互交换，使得不同网络、不同现场设备之间可以信息共享，现场设备的各种运行参数状态信息以及故障信息等通过总线传送到远离现场的控制中心而控制中心又可以将各种控制维护组态命令送往相关的设备从而建立起了具有自动控制功能的网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。FCS（FieldBusContorlSyestem），现场总线控制系统19第五代：现场总线控制系统(FCS)2.1现场总线的认知---产生

---控制系统的发展FCS是第五代过程控制系统，是由PLC、DCS发展而来的。FCS与PLC及DCS之间有联系，又有本质的区别。PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异的分析。202.2现场总线的结构任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知1.ISO/OSI模型

为了实现不同设备之间的互联与通信，1978年国际标准化组织ISO(InternationalOrganizationforStandardization)提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互联为网络的标准框架，即开放式通信系统互联参考模型OSI(OpenSystemInterconnection)1983年其成为正式国际标准(ISO7498)。212.2现场总线的结构任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型如图所示，该模型将计算机网络的通信过程分为7个层次，规定了每一层的功能以及对上一层所提供的服务。OSI参考模型1.ISO/OSI模型222.2现场总线的结构任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知序号层名英文名接口要求工作任务第一层物理层Physicallayer物理接口定义比特流传输第二层数据链路层DataLink介质访问方案成帧、纠错第三层网络层Network路由器选择选线、寻址第四层传输层Transport数据传输收发数据第五层会话层Session对话结构同步第六层表示层Presentation数据表达编译第七层应用层Applicstion应用操作协调、管理1.ISO/OSI模型232.2现场总线的结构任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知2.现场总线通信模型

现场总线是工业控制现场的底层网络。工业生产现场存在大量的传感器、控制器、执行器等设备，并被零散地分布在一个较大的工作范围内。由这些设备组成的工业控制底层网络，某个节点面向控制的信息量并不大，信息传输的任务也相对比较简单，但系统对实时性、快速性的要求较高。对于这样的控制系统要构成开放式的互联系统，需要考虑以下几个重要问题：

1）采用什么样的通信模型合适？是采用ISO/OSI的完全模型还是在此基础上做进一步的简化？

2）采用什么样的协议合适？是否需要实现OSI的全部功能？

3）所选择的通信模型能适应生产现场的环境要求和系统性能要求吗？

242.2现场总线的结构任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知8用户层7应用层6未使用5432数据链路层1物理层现场总线系统为了满足生产现场的实时性和快速性要求，也为了实现工业网络的低成本，对ISO/OSI参考模型进行了简化和优化，除去了实时性不高的中间层，增加了用户层，构成了现场总线通信系统模型2.现场总线通信模型25现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式，具有以下特点：（1）系统的开放性

现场总线致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户可根据自己的需要，通过现场总线把来自不同厂商的产品组成大小随意的开放互连系统。（2）互操作性与互用性

互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。（3）现场设备的智能化与功能自治性

它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。（4）系统结构的高度分散性

现场总线构成一种新的全分散式控制系统的体系结构，从根本上改变了集中与分散相结合的DCS体系，简化了系统结构，提高了可靠性。（5）对现场环境的适应性

现场总线是专为现场环境而设计的，支持各种通信介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。2.3现场总线技术的特点

26由于现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。现场总线的优点如下：（1）节省硬件数量与投资

由于分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，并可减少控制室的占地面积。2.3现场总线技术的特点--优势

27（2）节省安装费用

现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，又减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用60％以上。2.3现场总线技术的特点--优势

28

（3）节省维护开销

现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。2.3现场总线技术的特点--优势

29（4）用户具有高度的系统集成主动权

用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。（5）提高了系统的准确性与可靠性

现场设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。简化的系统结构，设备与连线减少，现场设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。（4）用户具有高度的系统集成主动权

用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。2.3现场总线技术的特点--优势

30（4）用户具有高度的系统集成主动权

用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。（5）提高了系统的准确性与可靠性

现场设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。简化的系统结构，设备与连线减少，现场设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。

（5）提高了系统的准确性与可靠性

现场设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。简化的系统结构，设备与连线减少，现场设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。。2.3现场总线技术的特点--优势

311）现场通信网络

用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。2）现场设备互连

现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等。3）互操作性

对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成所需要的控制回路，并且具备相互操作的功能。2.4现场总线的本质32

4）分散功能块

把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。 例如：流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚至阀门特性自检验和自诊断功能。2.4现场总线的本质335）通信线供电

总线传输信息时能给设备供电。应用环境：要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。2.4现场总线的本质6）开放式互连网络

既可与同层网络互连，也可以与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。342.5现场总线的现状---标准1984年，IEC开始起草现场总线标准；1993-1998年，制定IEC61158的现场总线物理层规范、链路服务定义及协议规范、应用层服务定义及协议规范；1999年，修改IEC61158技术规范，形成8种类型新标准；2000年，修改后的IEC61158最终获得通过。任务2现场总线技术认知项目1-工业现场网络通信技术认知352.5现场总线的现状多种总线共存过程自动化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)医药领域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)交通运输：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)航空，国防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,ControlNet,DeviceNet)其它，如楼宇自动化，农业等。任务2现场总线技术项目1-工业现场网络通信技术认知362.6现场总线的发展趋势自动化系统和设备将朝着现场总线体系结构方向发展；在未来数年内几大总线标准共存，甚至在一个系统内几种标准的设备通过路由网关互连实现信息共享；

工业以太网的应用虽然现场总线的标准统一还有种种问题，但现场总线控制系统的发展却已经是一个不争的事实。基于现场总线的产品和应用的不断增多，现场总线控制系统体系结构日益清晰，具体发展趋势表现在以下几个方面。372.7现场总线的应用382.7现场总线的应用392.7现场总线的应用402.7现场总线的应用任务3现场总线通信认知项目1-工业现场网络通信技术认知1.3.1数据通信的基本认知

1.3.2通信传输技术 1.3.3网络拓扑结构 1.3.4网络控制方法 1.3.5数据交换技术 1.3.6差错控制技术 1.3.7网络互联设备 1.3.8常用工业控制设备及通信 1.3.9现场总线控制网络

现场总线把分散的测量控制设备变成网络节点，并把他们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。因此有必要简述关于总线、数字通信、计算机局域网络方面的基础知识。可以说现场总线系统实际上就是控制领域的计算机局域网络。项目1-工业现场网络通信技术认知任务3现场总线通信认知1.3.1数据通信的基本认知数据通信是指依据通信协议、利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。1、通信系统的组成(1)信源（信息源，也称发送端）

把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。通信系统是传递信息所需要的一切技术设备的总和。1.3.1数据通信的基本认知(2)发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息经过编码并变换成便于传送的信号形式，送往传输介质。(3)信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。(4)接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来，即进行解调、译码、解密等。(5)信宿：信息的使用者，将复原的原始电信号转换成相应的消息。1、通信系统的组成1.3.1数据通信的基本认知1）信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。2）数据（Data）“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等。广义的“数据”理解为在计算机网络系统中存储、处理和传输的二进制数字编码。2、数据与信息1.3.1数据通信的基本认知3、数据传输率

数据传输率常用比特率和波特率表示。比特率是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间（1秒）内所传送的二进制代码的有效位（bit）数。S用每秒比特数bit/s（bps）、每秒千比特数（Kbps）或每秒兆比特数（Mbps）等单位来表示。

波特率是一种调制速率，也称波形速率。它表示模拟信号在传输过程中，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。或者说，数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率B=1/T(Baud)。1.3.1数据通信的基本认知

误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数。它的定义为：二进制符号在传输系统中被传错的概率，近似等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比较，即：误码率=接收的错误比特数/传输的总比特数在计算机网络中误码率要求低于10-6。1.3.1数据通信的基本认知4、误码率

总线主设备（BusMaster）是指能够在总线上发起信息传输的设备，其具备在总线上主动发起通信的能力；总线从设备（BusSlaver）是挂接在总线上、不能在总线上主动发起通信，只能对总线信息接收查询的设备。1.3.1数据通信的基本认知5.总线主设备与总线从设备6.总线协议

总线协议（BusProtocol）是管理主、从设备工作的一套规则，是事先规定的、共同遵守的规约。1.3.1数据通信的基本认知

总线传送信息时，有时会因传导干扰、辐射干扰等而出现信息错误，使得“1”变成“0”，“0”变成“1”，影响到现场总线的性能，甚至于现场总线不能正常工作。

除了在系统的设计、安装、调试时采取必要的抗干扰措施以外，在高性能的总线中一般还设有出错码产生和校验机构，以实现传送过程的出错检测。1.3.1数据通信的基本认知7.出错检测及容错1.3.1数据通信的基本认知

1.3.2通信传输技术

1.3.3网络拓扑结构 1.3.4网络控制方法 1.3.5数据交换技术 1.3.6差错控制技术

1.3.7网络互联设备 1.3.8常用工业控制设备及通信 1.3.9现场总线控制网络1.3.10通信模型任务3现场总线通信认知项目1-工业现场网络通信技术认知串行传输和并行传输单向传输和双向传输同步和异步传输1.3.2数据传输技术一、数据传输的方式1、串行传输和并行传输

1）串行通信：计算机中的一个字节由8位二进制代码来表示。将准备传输的每个字节的二进制代码按照由低到高位的顺序，依次发送。一、数据传输的方式1.3.2数据传输技术基本概念

串行数据通信是以二进制的位为单位的数据传输方式，每次只传送一位。奇偶校验用硬件保证发送方发送的每一个字符的数据位和奇偶校验位中“1”的个数为偶数或奇数。接收方用硬件对接收到的每一个字符的奇偶性进行校验，可以检验出传送过程中的错误。可以设置为无奇偶校验。

传输速率单位为bit/s或bps，即每秒传送的二进制位数。1、串行传输和并行传输

1）串行通信一、数据传输的方式应用场合：适合远距离传输

在分散控制系统中数据通信网络几乎全部采用串行通信。优点：简单、成本低、距离远缺点：效率低1.3.2数据传输技术1、串行传输和并行传输2）并行传输:一、数据传输的方式同时传输一组比特，每个位用一个线路通道，传送一个字节需要8个通道，8条线。1.3.2数据传输技术1、串行传输和并行传输2）并行传输:一、数据传输的方式应用场合：短距离传输。一般用于控制器内部的各元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模块之间的数据处理。缺点：若数据位数较多、传送距离较远时，则线路复杂，成本较高且干扰大，不适合远距离传送。优点：传输效率高并行数据通信：

以字节或字为单位的数据传输方式，在工业通信中很少用。1.3.2数据传输技术2、单向传输和双向传输串行通信按信息在设备间的传送方向可分为：单工半双工全双工一、数据传输的方式1.3.2数据传输技术（1）单工通信：单向通信。即只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。（2）半双工通信：双向交替通信。即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收，例如无线对讲机。（3）全双工通信：双向同时通信。即通信双方可以同时发送和接收信息，例如电话。异步传输与同步传输：按时钟分。在异步传输中，信息以字符为单位进行传输，每个信息字符都有自己的起始位和停止位，每个字符中的各个位是同步的，相邻两个字符传送数据之间的停顿时间长短是不确定的，它是靠发送信息时同时发出字符的开始和结束标志信号来实现的。3、同步和异步传输一、数据传输的方式1.3.2数据传输技术异步传输：简单便宜，但每个字符有2-3个位的额外开销，传输效率低，主要用于中、低速场合3、同步和异步传输一、数据传输的方式1.3.2数据传输技术同步传输：

同步通信的数据传输是以数据块为单位的，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步；每次传送1～2个同步字符、若干个数据字节和校验字符；同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。在同步通信中发送方和接收方要保持完全的同步，即发送方和接收方应使用同一时钟频率。

由于同步通信方式不需要在每个数据字符中加起始位、校验位和停止位，只需要在数据块之前加一两个同步字符，所以传输效率高，但对硬件要求也相应提高，主要用于高速通信。3、同步和异步传输一、数据传输的方式1.3.2数据传输技术

所谓接口就是微处理器与外围设备之间的连接电路，它是两者之间进行信息交换时的必要通路，不同的外设有不同的输入/输出接口电路。例如，键盘输入有键盘接口电路，CRT显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打印输出接口电路等等.

二、接口标准1.3.2数据传输技术

接口标准是指外设接口的规范和定义，它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等方面。二、接口标准1.3.2数据传输技术接口标准的一般特点：1）专用性，一种接口只连接一类设备，不能混用；2）一般在机箱外，以插头或插座形式提供；3）信号传输形式既有并行传输又有串行传输；4）定义信号线较少，且种类不多。二、接口标准1.3.2数据传输技术1、RS-232C串行通信接口标准RS-232C是数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为EIA—RS—232C标准（ElectoronicIndustrialAssociateRecommendedStandard—232C）

二、接口标准1.3.2数据传输技术

RS-232C接口引脚功能2、RS-422A串行通信接口标准

针对RS-232C的不足提出的二、接口标准1.3.2数据传输技术RS-422A标准接口

RS-422A通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送；通过传输线接收器，把电位差转变成逻辑电平，实现终端的信息接收。RS-422A比RS-232C传输信号距离长，速度快，传输率最大为10Mbit/s，在此速率下电缆允许长度为120m。如果采用较低传输速率，如90000波特率时，最大距离可达1200m。RS-422A标准接口

RS-422A每个通道要用二条信号线，如果其中一条是逻辑“1”状态，另一条就为逻辑“0”，若传输过程中，信号中混入了干扰和噪声（以共模形式出现），由于差分器的作用，就能识别有用信号并正确接收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。RS-422电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器几部分组成。在电路中规定只许有一个发送器，可有多个接收器，因此通常采用点对点通信方式。该标准允许驱动器输出为±2V～±6V，接收器可以检测到的输入信号电平可低到200mV。

RS-232C即是一种电气标准，又是一种物理接口功能标准，而RS-422A仅是一种电气标准。

PC机不带RS-422A。因此要使用RS-232/RS-422A转换器，把RS-232C接口转换成RS-422A接口。RS-422RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，因为接收器是差分输入，两根线上的共模干扰信号互相抵消。在最大传输速率10Mbit/s时，最大通信距离为12m。传输速率为100kbit/s时，通信距离为1200m，最多支持32个节点。RS-422是全双工，用4根导线传送数据，可以同时发送和接收。传输速率与通信距离是什么关系？3、RS-485串行通信接口标准

RS-485是RS-422A的变型。RS-422A用于全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485则为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485对于多站互连是十分方便的，允许最多并联32台驱动器和32台接收器。二、接口标准1.3.2数据传输技术RS-485电气特性RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑“1”和逻辑”0”，由于收发方需要两根传输线，数据采用差分传输，所以干扰抑制性好。又因无接地问题，所以传输距离可达1200米，传输速率可达1Mbps。总线两端要接匹配电阻。驱动器输出电平在-1.5V以下时为逻辑“1”，在+1.5V以上时为逻辑“0”。接收器输入电平在-0.2V以下时为逻辑“1”，在+0.2V以上为逻辑“0”。普通的PC机一般不带RS-485接口，因此要使用RS-232/RS-485转换器。RS-485RS-485是RS-422的变形，RS-485为半双工，对外只有一对平衡差分信号线，通信的双方在同一时刻只能发送数据或只能接收数据。使用RS-485通信接口和双绞线可以组成串行通信网络。总线上可以连接32个站RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

⊙RS-485的数据最高传输速率为10Mbpsrs-485最大的通信距离约为1200m，最大传输速率为10Mb/s，传输速率与传输距离成反比，在100kb/s的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，rs-485总线一般最大支持32个节点4、RJ45接口标准

​RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。二、接口标准1.3.2数据传输技术4、RJ45接口标准RJ45接线方法RJ45由插头和插座组成RJ45型网线插头又称水晶头，共有八芯做成，广泛应用于局域网和ADSL宽带上网用户的网络设备间网线（称作五类线或双绞线）的连接。在具体应用时，RJ45型插头和网线有两种连接方法（线序），分别称作T568A线序和T568B线序。RJ45型网线插头引脚号的识别方法是：手拿插头，有8个小镀金片的一端向上，有网线装入的矩形大口的一端向下，同时将没有细长塑料卡销的那个面对着你的眼睛，从左边第一个小镀金片开始依次是第1脚、第2脚、…、第8脚。4、RJ45接口标准T568B线序的适用范围RJ45型网线插头各脚与网线颜色标志的对应关系是：插头脚号网线颜色1————橙白2————橙3————绿白4————蓝5————蓝白6————绿7————棕白8————棕

传输介质也称传输媒质或通信介质，是指通信双方用于彼此传输信息的物理通道。三、传输介质通常分为：有线传输介质无线传输介质两大类有线传输介质使用物理导体提供从一个设备到另一个设备的通信通道；无线传输介质不使用任何人为的物理连接，通过空间来广播传输信息。1.3.2数据传输技术三.传输介质1.3.2数据传输技术

三.传输介质1、双绞线双绞线(twistedpair，TP)是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。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。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，及双绞线电缆，但日常生活中一般把"双绞线电缆"直接称为"双绞线"。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。

三.传输介质1、双绞线

网线是双绞线的一种，双绞线包括但不限于网线。双绞线由8根不同颜色的线分成4对绞合在一起，成对扭绞的作用是尽可能减少电磁辐射与外部电磁干扰的影响。网络中最常用的是三类线和五类线，目前已有六类以上的。在EIA／TIA－568标准中，将双绞线按电气特性区分为：三类、四类、五类线。网线的制作与测试网线的制作与测试网线的制作与测试

2、同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。三、传输介质1.3.2数据传输技术

三.传输介质2、同轴电缆75Ω同轴电缆常用于CATV网，故称为CATV电缆，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV电缆的传输带宽为750MHz。50Ω基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。50Ω同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为1～2OMHz，总线型以太网就是使用50Ω同轴电缆，在以太网中，50Ω细同轴电缆的最大传输距离为185米，50Ω粗同轴电缆可达1000米。

三.传输介质3、光缆光缆(opticalfibercable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤（光传输载体）经过一定的工艺而形成的线缆。1.3.2数据传输技术

三.传输介质3、光缆组成：由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成。即由加强芯和缆芯、护套和外护层3部分组成。光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆缆芯结构有单芯型和多芯型两种：单芯型有充实型和管束型两种；多芯型有带状和单位式两种。外护层有金属铠装和非铠装两种。

三.传输介质3、光缆优点：光纤通信是现代信息传输的重要方式之一。具有更宽的带宽和梗高的传输速率容量大中继距离长保密性好不受电磁干扰节省铜材等优点。价格高1.3.3网络拓扑结构现场总线的网络拓扑结构有以下四大类：环形拓扑结构树型拓扑结构星形拓扑结构总线型拓扑结构最基本的网络拓扑结构有：环形拓扑、星形拓扑、总线拓扑总线型拓扑结构总线拓扑结构：将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。优点：结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，是局域网常采用的拓扑结构。缺点：所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。例如：最著名的总线拓扑结构是以太网（Ethernet）。1.3.3网络拓扑结构星型拓扑结构每个结点都由一条单独的通信线路与中心结点连结。优点：结构简单、容易实现、便于管理，连接点的故障容易监测和排除。缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。1.3.3网络拓扑结构环形拓扑结构各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输。优点：结构简单，适合使用光纤，传输距离远，传输延迟确定缺点：环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。1.3.3网络拓扑结构现场总线的网络拓扑结构有以下四大类：树型拓扑结构是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。优点：连结简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求。缺点：资源共享能力较低，可靠性不高，任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运1.3.3网络拓扑结构1.3.4网络控制方法

网络控制方法是指在网络通信中使信息从发送装置迅速而正确地传送到接收装置管理机制。常用的网络控制方法有以下3种。（1）令牌方式（2）争用方式（3）主从方式1）令牌方式。只有得到令牌的节点，才有权控制和使用网络，用于总线型和环形网络。令牌是一组特定的二进制代码，它按照事先排列的某种逻辑顺序沿网络而行，令牌有空、忙两种状态，开始时为空闲；节点只有得到空令牌时才具有信息发送权，同时将令牌置为忙。令牌沿网络而行，当信息被目标节点取走后，令牌被重新置为空。1.3.4网络控制方法2）争用方式网络中的各节点自由发送信息,但两个以上的节点同时发送会有冲突需要加以约束,常采用CSMA/CD方式即载波监听多路访问/冲突检测,是一种分布式介质访问控制协议,网中的各个节点都能独立的决定数据的发送与接收，常用于网络型总线。3）主从方式网络中的主站周期性地轮询各从站节点是否需要通信,被轮询的节点允许与其它节点通信,多用于信息量少的简单系统。适用于星形网络结构或具有主站的总线型网络拓扑结构。1.3.4网络控制方法数据交换技术是网络的核心技术。在数据通信系统中通常采用的数据交换方式:线路交换报文交换分组交换

1.3.5数据交换方式使用线路（电路）交换（CircuitSwitching）方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。按照某种方式动态地分配传输线路的资源。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换方式过程：（1）线路建立（2）数据传送（3）线路拆除线路交换

报文交换不需要事先建立实际的物理连接，而是经