第四章 DCS的通信系统

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1、4.1 4.1 通讯系统常用术语和概念通讯系统常用术语和概念1 1 通讯通讯(Communication)(Communication)：广义地讲，通讯就是传递信息（包括模拟信息号和数字信息）。DCS中，过程控制站之间，过程控制站与控制管理站之间，一般采用数字信号进行信号传递。2 数据数据(data)：欲传送的数字、文本和图形图像等。3 信号信号(signal)：数据的表现形式。 第四章第四章 通讯系统通讯系统4 信号的传送信号的传送(Signal Transportation)：模拟数据的模拟信号传送，如普通电话；模拟数据的数字信号传送，如如IP电话；数字数据的模拟信号传送：将数字信号调制成

2、模拟信号传送.常分为：调幅：振幅键控（ASK）调频：移频键控（FSK）调相：移相键控（PSK）：调制效率高，抗干扰能力强。调制（Modulate）和解调（Demodulate）用的设备称调制解调器（MODEM）。 三种常用的调制方式三种常用的调制方式4 信号的传送信号的传送(续续1)4 信号的传送信号的传送(续续2)数字数据的数字信号传送，数字数据的数字信号传送， 未调制：未调制：称基带信号，媒体的通频带全部被1路信号占用；传输距离一般不超过1km。长距离使用可加中继器。 加调制加调制：称宽带信号，频分多路复用；传输距离可达10km。 5 并行通讯和串行通讯并行通讯和串行通讯 并行通讯：并行通

3、讯：若干位（通常是8位）数据同时传送；如计算机打印接口（CENTRONIC），IEEE488等。传输距离较近。 串行通讯：串行通讯：每次只发送1位2进制数。如常见的 USB，CAN等。传输距离远。是经常使用的通讯方式。如各种LAN，Internet等 。通讯方式的选择如下表：通讯方式的选择如下表： 毫米厘米分米米10米并行并、串并、串并、串串行芯片板仪表桌面远程6 异步通讯和同步通讯异步通讯和同步通讯异步通讯：异步通讯：无同步时钟信号的通讯方式。如RS232，数据帧以字节为单位；同步通讯：同步通讯：有同步时钟信号的通讯方式；数据帧以数据块为单位。如FF。同步方式有外同步和自同步。外同步：有专用

4、同步信号线；自同步：没有专用同步信号线。 7 信号的编码信号的编码单极性码：单极性码：信号电平是单极性的。以高低电平表示1， 0。如TTL电平。双极性码：双极性码：信号电平是双极性的。如RS232。归零制：归零制：每一位二进制信息传送后均返回零电平的编码。不归零制：不归零制：每一位二进制信息传送后均维持原来电平的编码。差分码：差分码： 0维持， 1改变。自同步编码：自同步编码：以正负跳变表示0 ， 1 。如曼彻斯特（Manchester）编码。应用广泛。信号中带有同步时钟信息，信号中无直流分量（采用双极性码时）。 曼彻斯特（Manchester）编码 1 1 0 18 单工和双工单工和双工单工

5、通讯：单工通讯：信号只能沿单一方向传输；半双工通讯：半双工通讯：信号可沿两个方向传输，但同一时刻只能沿单一方向传输；全双工通讯：全双工通讯：信号可同时沿两个方向传输。9 传输介质传输介质传输介质指从发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。从发送设备到接收设备之间的传输介质构成信道信道。它可以是无线的，也可以是有线的。用于计算机局域网的传输介质主要有： 9 传输介质传输介质(续续1)A A 铜缆：铜缆：双绞线：双绞线：数据传输率达230Kbps，特殊设计的可达150Mbps。同轴电缆：同轴电缆：50，称为基带电缆，可达10Mbps75，公用天线电视CATV系统的标准。可达50Mbps。 （300

6、-500MHz模拟信号）。B B 光纤：光纤：多模光纤：多模光纤： 可达数千Mbps。传输距离几百米。单模光纤：单模光纤：可达数千Mbps。传输距离远。9 传输介质传输介质(续续2)C C 空间：空间：短波短波：108 Hz ,如一种数传电台可传送9600波特率的信号。微波：微波：109-1010 Hz。远距离通讯。红外：红外：1014-1015Hz。近距离通讯。 10 网络的拓扑结构 星形星形 树形树形环形环形 总线型总线型 互连形互连形 工业控制网络中常用的是总线型、树形和环形计算机网络的定义：计算机网络的定义：互连的自主的计算机设备集合体。DCS中的数字通讯也是计算机之间的通讯。 计算机

7、网络的组成网络结构：计算机网络的组成网络结构：主机（Host）节点（Node）通讯链路（Link） 4.2 计算机通讯系统的构成计算机通讯系统的构成由于传输信号的各个环节都会产生和接收噪声，这些由于传输信号的各个环节都会产生和接收噪声，这些噪声会造成误码。误码率：噪声会造成误码。误码率： Pe=Ne/N 一般通讯系统误码率为一般通讯系统误码率为10-2-10-6，DCS系统中要求误码系统中要求误码率小于率小于10-9。克服误码的方法有：。克服误码的方法有： 自动纠错自动纠错 检错重发检错重发混合纠错混合纠错 常用的纠错方法有奇偶校验和循环冗余码校验。常用的纠错方法有奇偶校验和循环冗余码校验。

8、4.3 差错控制差错控制4.3.1 4.3.1 概述概述 误码率（误码率（BER：bit error ratio）是衡量数据在）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传传输中的误码输中的误码/所传输的总码数所传输的总码数*100%。如果有误。如果有误码就有误码率。码就有误码率。 另外，也有将误码率定义为用另外，也有将误码率定义为用来衡量误码出现的频率。来衡量误码出现的频率。IEEE802.3标准标准为为1000Base-T网络制定的可接受的最高限度误码网络制定的可接受的最高限度误码率为率为10-10。这个误码率标准是针对脉冲振幅调。这个误码率

9、标准是针对脉冲振幅调制制(PAM-5)编码而设定的编码而设定的,也就是千兆以太网的也就是千兆以太网的编码方式。编码方式。4.3.2 奇偶校验奇偶校验奇偶校验码是一种最常见的检错码，它分为垂直奇（偶）校验(如RS232中的校验方式)、水平奇（偶）校验与水平垂直奇（偶）校验（即方阵码）。奇偶校验方法简单，但检错能力差，一般只用于通信要求较低的环境。奇校验：D0 D1 D2 DN DC =1偶校验：D0 D1 D2 DN DC =0式中，D0 ，D1， D2DN被校验的二进制码DC校验码 4.3.3 循环冗余码循环冗余码CRC（Cyclic Redundancy Code） 例 题：设：设：F(x)

10、=1011BF(x)=1011B，G(x)=10101BG(x)=10101B求：求：R(x)=R(x)=？答案：答案：1101B1101B常用CRC生成多项式CRC-16：X16+X15+X2+1 C R C - C C I T T （ 国 际 电 话 电 报 咨 询 委 员 会 ） ：（ 国 际 电 话 电 报 咨 询 委 员 会 ） ：X16+X12+X5+1 IEEE 8024：X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1 4.3.4 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI物理层（Physical Layer）数据链路层（

11、Data Link Layer）网络层（Network Layer）传送层（Transport Layer）会话层（Session Layer）表示层（Presentation Layer）应用层（Application Layer） OSI通讯协议模型示意图一物理层一物理层它是通信网上各设备（如计算机、终端、通信处理机等）之间的物理接口，负责将信息从一台设备传送到另一台设备。物理层协议规定了通讯接口的： 机械特性：机械特性：其中机械特性规定连接器（或插座）的规格及其安装。如RS232接口，它定义的接插件是D25和D9标准连接器。设备端是阴，导线端是阳。 电气特性：电气特性：电气特性规定了数字