第2章工业通信基础.ppt

第2章工业通信基础.ppt

《第2章工业通信基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章工业通信基础.ppt（81页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本章内容本章内容2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念2.数据编码数据编码3.数据传输数据传输4.差错控制差错控制2.2工业网络物理结构工业网络物理结构1.网络的传输媒介网络的传输媒介2.工业通信网络的拓扑形式工业通信网络的拓扑形式3.介质访问控制方式介质访问控制方式2.3开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型1.OSI参考模型参考模型2.网络互连网络互连3.现场总线通信协议模型现场总线通信协议模型工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.01现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n工业数据通信基础工业数据通信基础l概念：

在工业系统中，除了计算机与计算机之间、计算机与外设概念：

在工业系统中，除了计算机与计算机之间、计算机与外设之间的通信外，大部分的实时数据来自生产现场的控制设备和检之间的通信外，大部分的实时数据来自生产现场的控制设备和检测传感器。

这些设备的各功能单元之间、设备与设备之间以及这测传感器。

这些设备的各功能单元之间、设备与设备之间以及这些设备与计算机之间遵照一定的通信协议，利用数据传输技术传些设备与计算机之间遵照一定的通信协议，利用数据传输技术传递信息的过程，就是工业数据通信。

递信息的过程，就是工业数据通信。

l工业数据通信的基本任务工业数据通信的基本任务计算机技术和通信技术相结合，应用于工业自动化领域中，通过智计算机技术和通信技术相结合，应用于工业自动化领域中，通过智能化的现场设备把车间层和设备层的工业数据安全准确地传送到上能化的现场设备把车间层和设备层的工业数据安全准确地传送到上层网络中，从而为实现真正的企业层网络中，从而为实现真正的企业ERP提供全生命周期的设备和现提供全生命周期的设备和现场数据。

场数据。

l工业数据通信的技术基础工业数据通信的技术基础主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制和软硬件平台等。

和软硬件平台等。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.02现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n工业数据通信基础工业数据通信基础l工业数据通信系统的基本组成工业数据通信系统的基本组成主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等组成。

信协议等组成。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.03现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n数据通信的一些基本术语数据通信的一些基本术语l信息：

是人们要通过通信系统传递的内容。

信息总是与一定的形式相联信息：

是人们要通过通信系统传递的内容。

信息总是与一定的形式相联系，这种形式可以是语音、图像、文字等。

系，这种形式可以是语音、图像、文字等。

l数据数据（Data）（Data）：

数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字母和符号。

也可以说数据是母和符号。

也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息传递（携带）信息的实体，信息（Information）（Information）则是数据的内容或解释则是数据的内容或解释模拟模拟（Analog）（Analog）数据数据；数字数字（Digital）Digital）数据数据。

l信号信号（Signal）（Signal）：

数据的物理量编码（数据的物理量编码（通常为电编码）通常为电编码），数据以信号的形，数据以信号的形式传播式传播模拟信号模拟信号；数字信号数字信号。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.04现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n数据通信的一些基本术语数据通信的一些基本术语l信道信道（Channel）：

传送信息的线路（或通路）。

传送信息的线路（或通路）。

数字信道：

以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。

数字信道：

以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。

模拟信道：

以连续模拟信号形式传输数据的信道。

模拟信道：

以连续模拟信号形式传输数据的信道。

数字通信的优点数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理易于加密、保密性强易于加密、保密性强可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。

仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。

如用如用modem通过拨号线通过拨号线路传输数字信号。

路传输数字信号。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.05现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n数据通信的一些基本术语数据通信的一些基本术语l信道带宽信道带宽（BandWidth）：

信道上传输的是电磁波信号，某个信道上传输的是电磁波信号，某个信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。

数据通信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。

数据通信系统的信道传输的是电磁波信系统的信道传输的是电磁波（包括无线电、微波、光波等包括无线电、微波、光波等），带，带宽就是它所能传输电磁波的最大有效频率与最小有效频率之差。

宽就是它所能传输电磁波的最大有效频率与最小有效频率之差。

l信道容量信道容量（Channelcapacity）：

信道的传输能力是有一定限制的，信道的传输能力是有一定限制的，某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率，某个信道传输数据的速率有一个上限，叫作信道的最大传输速率，即信道容量。

信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。

即信道容量。

信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.06现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n数据通信的一些基本术语数据通信的一些基本术语l码元码元（CodeCell）：

时间轴上的一个信号编码单元。

时间轴上的一个信号编码单元。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.07现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.工业数据通讯的基本概念工业数据通讯的基本概念n数据通信的一些基本术语数据通信的一些基本术语l数据传输速率数据传输速率比特率比特率（BitRate）：

数据传输速率数据传输速率（bps，b/s）。

每妙钟传递的每妙钟传递的bit数。

数。

波特率（波特率（BaudRate）：

）：

信号传输速率（信号传输速率（baud）。

）。

每秒钟传每秒钟传递的信号脉冲（波形）数。

还可以说是每秒钟传送的码元数。

递的信号脉冲（波形）数。

还可以说是每秒钟传送的码元数。

Rbit=Rbaudlog2M式中：

式中：

M为信号的有效状态数，即码元数。

当为信号的有效状态数，即码元数。

当M2时（二进制数时（二进制数表示信号波形），两者相等。

一般来说波特率小于比特率。

表示信号波形），两者相等。

一般来说波特率小于比特率。

l误码率误码率（Biterrorrate）：

信道传输的可靠性指标信道传输的可靠性指标P=错误的位数错误的位数/传输的总位数传输的总位数工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.08现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.数据编码数据编码n为什么要进行数据编码？

为什么要进行数据编码？

l工业数据通信的系统的任务是传送数据或指令等信息，而这些信工业数据通信的系统的任务是传送数据或指令等信息，而这些信息通常用离散的二进制息通常用离散的二进制0、1序列的方式来表示，即用序列的方式来表示，即用0、1的不同的不同组合来表示不同的信息内容。

例如用组合来表示不同的信息内容。

例如用00、01、10、11来分别表来分别表示电动机的停止、运行、错误和不确定等四个状态。

示电动机的停止、运行、错误和不确定等四个状态。

l通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。

编码要得到通通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。

编码要得到通信各方的认同。

信各方的认同。

工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.09现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.数据编码数据编码n编码种类编码种类l不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。

应地需要进行不同的编码处理。

数据：

模拟数据、数字数据数据：

模拟数据、数字数据信号：

模拟信号、数字信号信号：

模拟信号、数字信号信道：

模拟信道、数字信道信道：

模拟信道、数字信道工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.010现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础1.数据编码数据编码n编码和调制编码和调制l用数字信号承载数字或模拟数据用数字信号承载数字或模拟数据编码编码l用模拟信号承载数字或模拟数据用模拟信号承载数字或模拟数据调制调制工业网络与通信工业网络与通信基础知识基础知识2007.2V2.011现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua2.1工业网络通信基础工业网络通信基础2.数据编码数据编码n数字数据的数字编码数字数据的数字编码l定义：

用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的定义：

用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。

状态。

l数字编码的种类有：

单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、数字编码的种类有：

单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、Manchester编码等。

工业通信中常用的是非归零码和编码等。

工业通信中常用的是非归零码和Manchester编码。

编码。

l非归零码：

逻辑非归零码：

逻辑1表示高电平，逻辑表示高电平，逻辑0表示低电平，在整个码元期间都维表示低电平，在整个码元期间都维持有效电平的编码。

持有效电平的编码。

优点：

能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。

优点：

能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。

缺点：

缺点：

存在直流分量，不具备自同步机制，必须使用外同步。

存在直流分量，不具备自同步机制，必须使用外同步。

l曼彻斯特编码：

在每个码元的中间都要发生跳变。

曼彻斯特编码：

在每个码元的中间都要发生跳变。

接收端可将此变化提接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。

是取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。

是工业数据通信中最常用的一种基带信号编码工业数据通信中最常用的一种基带信号编码优点：

不需要外同步信号，不存在直流分量。

优点：

不需要外同步信号，不存在直流分量。

缺点：

需要双倍的传输带宽（即信号速率