自动化通讯

授课内容(一)工业自动化通信协议及应用简介(二)无线通信技术1)数传电台简介2)GPRS简介3)Zigbee简介4)无线扩频技术简介(三)工业以太网简介(四)PLC与上位机/DCS系统/变频调速器的通信概述(五)实例讲解(一)工业自动化通信协议及应用简介一、通讯协议概念通讯协议就是当计算机彼此通讯时,所共同遵守的通讯规则与标准。基于这个标准,当两部计算机通过网络进行通讯时,才能了解对方的需求。而针对不同类型的通讯工作,便有不同类型的协议,例如超文件传输协议(HTTP),就是当要在计算机间传输超文件时,所使用的通讯标准。电脑与电脑之间的沟通必须讲述相同的语言，才能互相传输信息，自然资料在国际互联网上传递，每一份都要符合一定的规格（即是相同的语言），否则中国送出的资料，在美国那边要怎么收下呢？这些规格（语言）的规定都是事先在会议桌上讲好的，一般我们称之为“协议”（英文称为Protocol），而这种在网络上负责定义资料传输规格的协议，我们就统称为通讯协议。将通讯协议用到工业自动化上就是工业自动化通讯协议，但是，在有些情况下，要对通讯协议进行修改，才能适应工业自动化的要求。二、常见通讯协议简介1.RS-232-CRS-232-C是OSI(OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系统互联参考模型)的物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。RS-232-C是EIA（ElectronicIndustriesAssociation电子工业联合会）发表的，是RS-232-B的修改版。本来是为连接模拟通信线路中的调制解调器等DCE(DataCommnicationEquipment数据通信设备)及电传打印机等DTE（DataTerminalEquipment数据终端设备）接口而标准化的。现在很多个人计算机也用RS-232-C作为输入输出接口，用RS-232-C作为接口的个人计算机也很普及。RS-232-C的如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。RS-232-C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器在功能上具有互换性。RS-232-C所使用的连接器为25引脚插入式连接器，一般称为25引脚。DTE端的电缆顶端接公插头，DCE端接母插座。RS-232-C所用电缆的形状并不固定，但大多使用带屏蔽的24芯电缆。电缆的最大长度为15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能进行数据传输。2.RS-449RS-449是1977年由EIA(电子工业联合会)发表的标准，它规定了DTE和DCE之间的机械特性和电气特性。RS-449是想取代RS-232-C而开发的标准，但是几乎所有的数据通信设备厂家仍然采用原来的标准，所以RS-232-C仍然是最受欢迎的接口而被广泛采用。RS-449的连接器使用ISO规格的37引脚及9引脚的连接器，2次通道（返回字通道）电路以外的所有相互连接的电路都使用37引脚的连接器，而2次通道电路则采用9引脚连接器。RS-449的电特性，对平衡电路来说由RS-422-A规定，大体与V.11具有相同规格，而RS-423-A大体与V.10具有相同规格。3.V.35V.35是通用终端接口的规定，其实V.35是对60Hz至108kHz群带宽线路进行48Kbps同步数据传输的调制解调器的规定，其中一部分内容记述了终端接口的规定。V.35对机械特性即对连接器的形状并未规定。但由于48Kbps-64Kbps的美国Bell规格调制解调器的普及，34引脚的ISO2593被广泛采用。模拟传输用的音频调制解调器的电气条件使用V.28（不平衡电流环互连电路），而宽频带调制解调器则使用平衡电流环电路。4.X.21X.21是对公用数据网中的同步式终端（DTE）与线路终端（DCE）间接口的规定。主要是对两个功能进行了规定：其一是与其他接口一样，对电气特性、连接器形状、相互连接电路的功能特性等的物理层进行了规定；其二是为控制网络交换功能的网控制步骤，定义了网络层的功能。在专用线连接时只使用物理层功能，而在线路交换数据网中，则使用物理层和网络层的两个功能。X.21接口用的连接器引脚也只用15引脚电气特性分别参照V系列接口电气条件的V.10和V.11。数字网的同步都是从属于网络主时钟的从属同步。5.HDLC（高级数据链路控制规程）HDLC是可靠性高，高速传输的控制规程。其特点如下：可进行任意位组合的传输；可不等待接收端的应答，连续传输数据；错误控制严密；适合于计算机间的通信。HDLC相当于OSI(OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系统互联参考模型)基本参照模型的数据链路层部分的标准方式的一种。HDLC的适用领域很广，近代协议的数据链路层大部分都是基于HDLC的。6.SDLC（同步数据链路控制）是IBM公司制定的协议，并成为SNA(SystemNetwoekArchitecture系统网络架构)的数据链路控制层协议。实际上也包含于HDLC中。7.FDDI（光纤分布式数据接口）FDDI的传输速度为100Mbps，传输媒体为光纤，是令牌控制的LAN（局域网）。FDDI的物理传输时钟速度是125MHz,但实际速度只有100Mbps。可实际连接的工作站数最多有500个，但推荐使用100个以下。FDDI的连接形态基本上有两种：一种是用一次环路和二次环路的两个环构成的环形结构；另一种是以集线器为中心构成树状结构。工作站间的距离用光纤为2KM，用双绞线则为100M。但对单模光纤制定了节点间的距离可以延长到超过2KM以上的标准。FDDI有三种接口：DAS（双配件站）；SAS（单配件站）；集线器（Concentrater）。通常仅使用一次环路，二次环路作为预备用系统处于备用状态。8.TCP/IP（传输控制协议/Internet协议）TCP是英文TransmissionControlProtocol的缩写，中文翻译与“传输控制通讯协议”。IP是英文InternetProtocol的缩写，中文翻译成“国际互联网通讯协议”。TCP/IP也称为因特网协议集。被用于因特网并广泛用于不同网络的互联。TCP作为IP的上层协议是支持端节点之间通信的传输层协议，可提供面向连接的流式通信形态的应用程序。TCP相当于OSI(开放式系统互联参考模型)第四层（传输层）所提供的服务，具有修正错误、顺序控制、流控制阻塞控制等功能，为各应用程序之间提供可靠的通信。因此通信程序对通信时的错误或阻塞等低层的通信情况勿需考虑即可进行通信。IP是网络的基础性协议。处于OSI七层协议中的第三层（网络层），它规定了INTERNET的网关之间、网关和主机之间的通信协议。IP的功能如下：决定下面应该传送的网关的路由控制功能、根据实际要通信的各个网络以及通信媒体的最大传送单位，把IP的数据报进行分割及重组处理等。9.SNMP（简单网络管理协议）TCP/IP协议集中的网络管理协议。已被普遍采用。使用SNMP的管理模型，对INTERNET进行管理的协议，是在TCP/IP的应用层进行工作的。其优点是，不依赖于网络物理层的属性即可规定协议，对全部网络和管理可以采用共同的协议，管理者和被管理者之间可采用客户/服务器的方式，可称为代理（工具）；如果管理者作为客户机工作，可称为管理器或管理站。代理的功能应该包括对操作系统和网络管理层的管理，取得有关对象的七层信息，并利用SNMP网络管理协议把该信息通知管理者。管理者本身应要求对有关对象的信息存储在代理中所含的MIB（管理信息库）的虚拟数据库中。对SNMP而言，要求能够取得或设置由管理到代理网管对象本身的对象等内容。代理应完成管理器要求回答的内容。同时，代理本身还应把因代理发生的事件通知管理器。10.点到点协议PPP（PointoPointProtocol）作为RFC1171/1172而制定的PPP,是在点对点线路上对包括IP在内的LAN协议进行中继的Internet标准协议。PPP从作成当初开始就对应于多协议，设计成具有不依存于网络层协议的数据链路。在用PPP对各个网络层协议进行中继时，每个网络层协议必须有某个对应于PPP的规格，这些规格有一些已经存在。PPP的实际安装已经开始，特别是必须适应多协议的路由器厂家积极采用PPP。PPP是由两种协议构成的：一种是为了确保不依存于协议的数据链路而采用的LCP（数据链路控制协议）；另一种为了实现在PPP环境中利用网络层协议控制功有的NCP（网络控制协议）。NCP从其目的出发需要在每个网络层协议都要作规定。NCP的具体名称在对应的网络层协议中有所不同。更准确地说，PPP所规定协议只是LCP，至于将NCP及网络层协议如何放入PPP帧中，要由开发各种网络层协议的厂家进行。PPP帧具有传输LCP、NCP及网络层协议的功能。对利用LCP的物理层规格没有特殊限制。可以利用RS-232-C、RS-422/423、V.35等通用的物理连接器。传输速度的应用领域也没有特别规定，可以利用物理层规格所容许的传输速度。而要采用全双工方式的通信线路。11.SLIP（串行线路互联协议）作为UNIX机器所标准装备的WAN(WideAreaNetwork广域网)协议SLIP已广泛普及。SLIP是以RFC914提出的方案，以RFC1055的协议规格公开的，它是面向低速串行线路的协议。将IP信息分组发送到串行线路上时，为了划分信息分组所规定的控制字符的简单规格。SLIP是以串行线路连接装有TCP/IP的机器的规格，既可以使用RS-232-C连接，也可以经过电话网进行调制解调器连接，用途没什么限制。在路由器之间的连接，主机间的连接，主机和路由器的连接都可采用。(二)无线通信技术一、数传电台的概念数传电台（DataRadio）是指借助DSP(DigitalSignalProcessing数字信号处理)技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据到高速数据，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。目前使用的数据传输电台，主要有模拟电台加MODEM、数字电台、网络图像电台等。数字电台是数字式无线数据传输电台的简称。即采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输电台。区别与模拟调频电台加MODEM的模拟式数传电台，数字电台提供透明RS232接口，传输速率达19.2Kbps，收发转换时间小于10ms，具有场强、温度、电压等指示，误码统计、状态告警、网络管理等功能。1)数传电台简介数传电台构成图：AF音频(AudioFrequency)无线数传电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波一样，有一定的适用范围：它提供某些特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分散、地理环境复杂等场合。在很多专网领域有广泛的应用。二、应用1.电力电气SCADA（监控和数据采集）是一个广阔的市场，包括发电系统、配电自动化、电量管理系统等等。适合用无线电控制的装置，包括杆顶自动开关装置、断路器、电容器组等，尤其是10千伏变压器的监控，其数量十分巨大，为无线数传电台的应用开辟了广阔的空间，因为点多而分散的10KV配变站，恰恰十分适宜数传电台的使用，这一情况在部分省市已经得到了验证。2.油田、煤矿油田、煤矿等地理环境复杂。油井分布较广，采用人工监控设备和数据采集十分不便，实时性差，有线传输也不方便。无线数传电台是非常理想的数据传输手段，提供实时可靠的监控数据。3.水文监控、气象、环保水利水文监控、气象、环保水利等部门需要自动采集雨量、水位、流量、蒸发量、空气质量等水文、环境参数的地方，特别适用于偏远山区、地势险要的水文站、监测点