作业：工业控制网络技术

2.20世纪70年代，开始网络体系结拘与协议的研宪，各大公司推出各种网络体系结构•1968年美国国防部高级研究计划署资助了对分组交换的进—步研究，1969年12月，在西海岸建成有四个通信结点的分组交换网，这就是最初的ARPANET。•ARPANET实际上分成了两个基本的层次，底层是通信子网，上层是资源子网。•分组交换和进行网络服务的分层对计算机网络的发展都起了重要的作用。第1章导论1.2计算机网络的基本概念1.2.1计算机网络的定义和分类简单地说，计算机网络就是“互联起来的独立自主的计算机集合”。计算机网络定义为：“利用通信设备和线路，将分布在不同地理位置的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统”。第1章导论•按网络的传输技术(通信信道)–广播式网络–点到点网络•按跨度（地域范围）–局域网LAN–城域网MAN–广域网WAN第1章导论按通信介质–有线网–无线网按组建属性–公用网–专用网按管理性质内联网外联网主机终端终端主机主机主机主机主机终端终端终端结点•计算机网络结构：从逻辑功能上可以分为通信子网和资源子网两个部分。资源子网通信子网•数据(Data)是记录下来的可以被鉴别的符号，是把事物的某些特征（属性）规范化后的表现形式。数据具有稳定性和表达性，即：各数据符号所表达的事物物理特性是固定不变的；数据符号需要以某种媒体作为载荷体。•信息(Information)是数据的内容，是对数据的认识和解释。信息是经过对数据加工和处理产生的。第2章计算机网络基础2.1网络数据通信基础2.1.1基本概念第2章计算机网络基础（三）调制与解调调制就是通过调制器将数字信号波形变换成适于模拟信道传输的波形，再根据数据的内容（0或1）来改变载波的特性（振幅、频率或相位），然后将经过改变的载波送出去，这个过程称为调制。载波是指可以用来载送数据的信号，一般用正弦波作为载波。在接收端，通过解调器将被修改的载波与正常的载波比较（去掉载波），恢复出原来的数据，这个过程称为解调。调制与解调是互反的过程。第2章计算机网络基础2.1.2数据编码技术数据有模拟和数字数据，为了数据能在（模拟或数字）通信信道上进行传输，将数据表示成适当的信号（模拟信号或数字信号）形式，称为数据编码。数据编码方法主要有数字数据用数字信号表示、数字数据用模拟信号表示、模拟数据用数字信号表示三种编码方式。•调制/解调：利用模拟信道支持数据信息传输的技术调制：将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波（称为载波）信号，（数字--模拟）解调：将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据信息。（模拟--数字）调制解调器：具有调制/解调功能的通信设备。电话网主机主机PC机二、数字数据用模拟信号表示调制方法：数据帧调幅调频调相1111000000数字信息数据在通信线路上传输是有方向的，根据数据在某一时间信息传输的方向和特点，数据传输方式可分为三种。第2章计算机网络基础2.1.3数据传输技术（四）单工、半双工与全双工通信方式单工通信•如果在通信过程中，数据信号在通信线路上的传输始终是一个方向，则这种通信被称为单工通信。半双工通信•如果通信系统中，通信信道的每一端可以是发送端，也可以是接收端，信息可由这一端传输到那一端，也可以由那一端传输到这一端。但在同一时刻里，信息只能有一个传输方向，这种通信被称之为半双工通信。全双工通信•如果在通信系统中，通信双方同时可以进行双向数据传输，称这种传输方式为全双工通信。第2章计算机网络基础2.1.4数据交换技术•数据交换是指在数据通信时利用中间节点将通信双方连接起来。•作为交换设备的中间节点仅执行交换的动作，不关心被传输的数据内容，将数据从一个端口交换到另一端口，继而传输到另一台中间节点，直至目的地。整个数据传输的过程被称为数据交换过程。•数据交换方式包括线路交换(电路交换)、报文交换和分组交换。数据传输介质的选择•传输介质的选择:网络结构、通信容量、可靠性、价格•双绞线：价格便宜、带宽受限、通信容量小•同轴电缆：价格较贵、连接多个设备、容量大•光纤：频带宽、速度高、体积小、重量轻、衰减小、误码率低、抗电磁干扰强•无线：接入方便第2章计算机网络基础2.1.6媒体访问控制一、带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD二、令牌环(TokenRing)介质访问控制三、令牌总线（TokenBus）访问控第2章计算机网络基础2.2.2OSI参考模型二、分层模型工作原理层号层名英文名工作任务接口要求操作内容第一层物理层PhysicalLayer比特流传输物理接口定义数据收发第二层数据链路层DataLinkLayer成帧、纠错介质访问方案访问控制第三层网络层NetworkLayer选线、寻址路由器选择选定路径第四层传输层TransportLayer收发数据传输端口确认第五层会话层SessionLayer同步对话结构会话管理第六层表示层PresentationLayer编译数据表达数据构造第七层应用层ApplicationLayer管理、协同应用操作信息交换网络参考模型应用层与用户应用进程的接口“做什么”表示层数据格式的转换“对方看起来象什么”会话层会话管理与数据传输同步“该谁讲话”“从哪儿讲起”传输层端到端可靠的数据传输“对方在哪儿”网络层分组传送，路由选择，流量控制“走哪条路可以到达对方”数据链路层相邻结点间无差错地传送帧“每一步该怎么走”物理层在物理信道上比特流传输“怎样利用物理媒体”传输传输TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层OSI参考模型TCP/IP参考模型传输层网络层网络接口层应用层传输层网络层网络接口层EthernetTokenRing其它协议ARPRARPIPTCPUDPTelnetFTPSMTPDNS其它协议IGMPICMPIP地址255255255255十进制MaximumNetworkHost12864321684211111111111111111111111111111111110101100000100000111101011001100二进制32bits17216122204ExampleDecimalExampleBinary1891617242532128643216842112864321684211286432168421•扩展了8位地址的网络利用子网掩码划分子网16网络主机172.16.2.160255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010子网网络号128192224240248252254255第2章计算机网络基础2.2.4OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较一、OSI与TCP/IP相似之处二、OSI与TCP/IP区别第3章工业控制网络的基本构成3.1.2工业控制网络与工业企业网工业企业网具有下列特性：范围确定性集成性安全性相对开放性在生产过程控制中，最先采用的是常规模拟式调节仪表构成的过程控制系统，由于其具有技术成熟、可靠性高、价廉、便于维护和操作等优点，因而在工业控制中得到广泛的应用。第3章工业控制网络的基本构成3.3.1集散控制系统集散控制系统既有计算机控制系统精度高、响应速度快的优点，又有模拟调节仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。什么是现场总线?（1）现场总线是一种用于中底层工业控制和测量设备之间连接的数字式、串行、多点通信的数据总线。（2）简而言之，现场总线是一种用于连接智能化现场装置的底层控制网络。第3章工业控制网络的基本构成第3章工业控制网络的基本构成3.现场总线系统的特点：（1）系统的开放性(2)互可操作性与互用性(3)现场设备的智能与功能自治性(5)对现场环境的适应性(4)系统结构的高度分散性第4章现场总线及其应用4．1现场总线概述现场总线（Fieldbus）是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、全开放、全双工、多节点的串行通信工业控制网络。•PROFIBUS有以下三个组成部分：•1.PROFIBUS—FMS•它主要是用来解决车间级通用性通信任务，可用于大范围和复杂的通信。总线周期一般小于100ms•2.PROFIBUS—DP•专门为自动控制系统与分散I/O设备之间通信使用，总线周期一般小于10ms•3.PROFIBUS—PA•它是专门为过程自动化设计的，它可使传感器和执行器安在一根共用的总线上，用双线进行总线供电和数据通信。第4章现场总线及其应用第4章现场总线及其应用名称PROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA用途通用目的自动化工厂自动化过程自动化目的通用快速面向应用特点大范围连网通信多主通信即插即用高效、廉价总线供电本质安全传输介质RS485或光纤RS485或光纤IEC1158-2表4-1PROFIBUS性能对比本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）、故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。第4章现场总线及其应用4.2.2PROFIBUS控制系统组成PROFIBUS控制系统组成包括以下几个部分：1、1类主站1类主站指PLC、PC或可做1类主站的控制器。1类主站完成总线通信控制与管理。2、2类主站2类主站在网络中完成对网络状态的监视。第4章现场总线及其应用3、从站PLC可做PROFIBUS上的一个从站。PLC自身有程序存储，PLC的CPU部分执行程序并按程序驱动I/O。作为PROFIBUS主站的一个从站。分散式I/O(非智能型I/O)通常由电源部分、通信适配器部分及接线端子部分组成。分散式I/O不具有程序存储和程序执行。驱动器、传感器、执行机构等现场设备•1．RS—485传输技术基本特征•①网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻。•②传输速率：9．6bps—12Mbps•③传输介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件。•④站点数：每分段32个站(不带中继)，可多到127个站(带中继)。•⑤插头连接：最好使用9针D形插头。第4章现场总线及其应用PROFIBUS的总线的存取控制机制•PROFIBUS协议是通过0SI参考模型第2层(数据链路层)实现的。它包括保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。•PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基本要求•①在复杂的自动化系统(主站)问的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间完成通信任务。•②在复杂的程序控制器和简单的I／0设备(从站)间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。PROFIBUS的总线的存取控制机制•PROFIBUS总线存取协议，在主站之间采用令牌传送方式，在主站与从站之间采用主从方式•令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。因此，可能有三种系统配置：纯主从系统、纯主主系统和混合系统PROFIBUS的总线的存取控制机制PROFIBUS的总线的存取控制机制当某主站得到令牌报文后，该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时间内，它可依照主从通信关系表与所有从站通信，也可依照主主通信关系表与所有主站通信。在总线系统初建时，主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间，断电或损坏的主站必须从环中排除，新上电的主站必须加入逻辑环。第二层的另一任务是保证数据的可靠性。2．系统配置•2)多主站系统总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DP1、指定的若干从站及可能的DP2设备