1、工程九 集散控制系統及設備 集散控制系統的英文原名為:Distributed Control System，簡稱DCS，通常也稱為集散控制系統。 集散控制系統的控制功能，主要由計算機技computer、控制技術Control 、顯示技術CRT和通訊技術communicate來完成，普通也稱為4C技術，4C技術是DCS系統的四大支柱。DCS中通訊技術更為重要，操作員站的操作、工程師站系統的組態以及現場設備信息的交換都依靠通訊技術來完成。.義務二十七 DCS的通訊技術 通訊技術就是研討通訊設備通常就是計算機如何進展信息交換。例如，運用鼠標或鍵盤在計算機屏幕上對某個現場閥門進展開大或關小操作，實踐的

2、操作過程是：該操作首先翻譯成二進制數據(在操作站完成)，然后經過數據總線傳送到現場的控制計算機(在DPU中完成)，再由現場控制計算機將控制信息發送到對應閥門的卡件，經過適當的卡件最終完成操作。.一、數據通訊的根本原理1.數據通訊網絡和拓撲構造DCS計算機之間的通訊依托計算機網絡來完成。計算機網絡是將物理位置不同的計算機或計算機系統經過通訊安裝、設備和線路將其銜接起來，并按一定規范通訊協議完成信號和數據交換網絡。大型計算機網絡構造非常復雜，也有非常簡單可以稱為網絡的計算機銜接。簡單的計算機網絡人們描畫計算機網絡構造時，常運用網絡拓撲構造圖。.圖9-1 最簡單計算機網絡的拓撲構造這是最簡單的計算機

3、網絡，普通在描畫網絡拓撲構造時往往僅畫出節點和通訊鏈路。通常，把節點和通訊鏈路的集合統稱為通訊子網。.計算機網絡拓撲構造根本方式有三種：環形、總線形和星形，見以下圖9-2。復雜網絡可以由根本網絡銜接而成。星型網：一切外圍計算機之間的通訊都必需經過中間的通訊安裝。環形網絡：通訊沿著環順或逆時針進展。總線形網絡：是目前多數電廠控制網絡構造方式，各點依托總線可以直接通訊，通訊速度比較高。.由通訊方式的不同可以將通訊網絡分成點點子網存儲轉發式和廣播子網多點共享子網。星形網和環形網絡屬于點點子網存儲轉發。總線網屬于廣播子網。當一個接點要發送信息到另外一個接點時，是將帶有地址信息的數據首先發送到總線上稱為

4、廣播，一切銜接在總線上設備都要接受該信息稱為聽到，然后分析信息中地址和本人地址能否一樣，一樣在保管信息，否那么將信息丟棄。2、數據傳輸方式一切計算機通訊全部采用二進制。傳送二進制數共分兩種方式，即并行通訊和串行通訊。并行是一次同時傳送數個二進制位，通訊接點之間的連線數目和通訊的二進制位數一樣，長間隔通訊非常浪費資料。串行通訊是常用的通訊方式。.通訊節點通訊節點通訊節點通訊節點并行通訊，每傳送一位二進制數就需求一條線路。傳送二進制數據位數越多，需求的線路越多，不利于長間隔通訊，打印機多采用并行通訊。串行通訊最少可以運用三根線來進展，一根通訊由左向右；另一根由右向左；加上公用地共三根可以運用雙向雙

5、工通訊。.1、串行異步通訊原理講解 圖9-4 串行異步通訊波形圖 .例如：甲方向乙方傳送1100101，7位二進制數據，添加一個偶檢驗位，兩位停頓位。所謂偶檢驗就是在傳輸數據時，保證數據中“1的個數加上偶檢驗位“1的個數后，必需為偶數。就本例而言，數據中曾經存在4個1“，曾經是偶數，所以偶檢驗的檢驗位只能添“0，否那么“1的個數就變成奇數。偶檢驗時，接納方乙方收到數據后將數據連同檢驗位一同，計算“1的個數，假設為偶數，闡明傳輸正確。當數據傳輸過程中由于干擾將某一位改動，例如將“1變成“0，或者相反，都會呵斥“1的個數不是偶數。.電壓表01奇檢驗和偶檢驗類似，只不過傳輸數據要求“1的個數為奇數。

6、為了便于了解下面的例子假設一個時間單位秒傳輸一位二進制數，既傳輸速率為1波特。當左側的開關翻開時，右側電壓表讀數為0，表示甲方傳送給乙方數據為0。當左側的開封鎖合時，右側電壓表讀數為1，表示甲方傳送給乙方數據為1。甲方乙方.電平高度秒1012345678910傳輸數據方甲方數據波形圖甲方在發送數據前一直堅持高電平甲方將高電平變成低電平就是通知乙方，甲方開場發送數據。這個低電平表示開場的信號要延伸一位數據所占的時間長度。一個數據單位時間內堅持高電平，表示發送數據為“1。一個數據單位時間內堅持高電平，表示發送數據為“1。一個數據單位時間內堅持低電平，表示發送數據為“0。一個數據單位時間內堅持低電平

7、，表示發送數據為“0。奇偶檢驗位本例為偶檢驗，計算機數據位中“1的個數，連同本位在內，必需為偶數個“1。甲方運用不小于兩個數據位時間寬度的高電平，表示數據傳輸終了。.接納數據方乙方數據接納過程圖電平高度秒1012345678910在發送方輸出高電平表示發送停頓期間，接納方以1/16數據單位時間間隔，檢測能否有低電平出現。一旦檢測到低電平，表示對方開場發送數據。發現對方發送低電平后，乙方將檢測頻率放慢，1/2數據位時間寬度后，再采樣一次，假設繼續低電平表示真的數據發送開場。否那么前次一定為干擾。以后每間隔一個數據位時間間隔，采樣一次，每次采樣結果就是甲方發送來的數據。甲方發送的停頓位必需大于兩個

8、原來商定數據位時間寬度，否那么通訊失敗。.2、串行同步通訊 異步的開場位和停頓位影響了通訊速度，假設存在大量數據需求傳送時，通訊速度必然遭到限制。 同步通訊當對方表示開場傳送后將大塊數據延續不斷地傳送到對方，可以提高效率。傳送數據雙方表示開場或終了信號稱為同步，同步通信的“同步可以由兩種方式來實現，一種稱為硬件同步在異步通訊線路根底上添加一條專門用于同步的“同步線，主要是表示發送數據開場或終了。另一種為軟同步，由發送的特殊字符表示開場或終了。.圖9-5串行同步通訊數據塊構造軟同步構造表示圖。幀頭和幀尾分別表示數據的開場或終了。DCS中通訊多數采用同步通訊方式。串行同步通訊普通存在兩種方式：在發

9、送方和接納方之間利用一根專門的數據同步線來傳送同步信號，稱為外同步法。數據幀同步是將要傳送的多位二進制數據，組成一個數據塊，在數據塊的前后分別加上前、后同步控制和檢驗字段分別稱為幀頭和幀尾，幀頭表示發送方開場發送數據，幀尾表示發送數據終了。.3、基帶傳輸與寬帶傳輸A基帶傳輸直接數據傳輸：利用線路直接將表示數字的高低電平直接傳輸到對方。在局域網中經常運用基帶傳輸方式進展數據傳送。為了防止分布參數對數據產生干擾，普通運用曼徹斯特編碼方式。圖9-6曼徹斯特編碼波形 原那么1：在每個時鐘下降沿上構成數據。原那么2：上跳表示0；下跳表示1。原那么3：相鄰數據不同時表示數據的電平堅持不變，相鄰數據不一樣時

10、，表示完數據的跳變發生后，在數據通訊無效期間，變化電平預備表示下一數據。.B寬帶傳輸；經過調制手段在一條通訊線路上可以同時傳送多路通訊。如閉路電視系統。圖9-7調制解調器任務原理表示圖將串行信號基帶信號經過調幅或調頻方法，轉換成具有一定頻率的電信號。這樣不僅可以在一條線路上實現多路通訊，而且可以信號遠間隔傳送。寬帶通訊特點：存在調了解調器。撥號上網等需求貓的都屬于該類型.3、數據傳輸中的過失處置 通訊線路經常遭到干擾，通訊錯誤在所難免，如何知道對方發送出現錯誤成為糾正錯誤的關鍵。1奇偶檢驗法事先商定通訊協議一種檢驗方法后，利用串行通訊的奇偶檢驗位來實現奇偶檢驗法。發送方利用該位使數據變成偶數或

11、奇數個“1，對方接受數據后連同奇偶位一同計算，假設為偶數或奇數表示通訊勝利，否那么重新傳送數據。.2垂直程度奇偶檢驗法每一個串行通訊數據稱為程度檢驗發送一定數量程度數據后，補發一個專門用于垂直檢驗的檢驗數據。可以發現窄脈沖的干擾.3循環檢驗碼 循環檢驗碼不僅可以發現錯誤，而且利用CRC余碼還可以糾正錯誤數據。是目前計算機通訊常用的檢驗碼。信息碼校驗碼碼字0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 11 1 0 10 0 1 1 1 0 10 1 00 1 1 10 1 0 0 1 1 10 1 11 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 01 1 1 01 0 0 1 1

12、1 01 0 10 0 1 11 0 1 0 0 1 11 1 01 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 10 1 0 01 1 1 0 1 0 0要發送的三位信息碼防止發送錯誤的四位檢驗碼構成的可以檢驗錯誤的發送碼字。該碼字特點：全0除外，任何一個數據向左或右循環挪動一位，會變成另外一個碼字，所以稱為循環碼。循環是線性碼的一種。顯然對這種碼的全0，全“1都會被對方發現是錯誤碼，只需將該碼字一切碼左或右循環挪動一位，方能讓對方接受，顯然這樣的干擾出現的幾率幾乎為0.如何生成循環碼例：設信息碼系列m=101，采用生成多項式gx=1+x2+x3+x4，將其生成7，3發送碼。1將要發送的碼寫

13、成多項式方式例如要發送二進制110，那么多項式方式為：2將以上多項式兩邊同乘以X7-3，即X4.3運用第2步生成的多項式除以“生成多項式一種循環 碼只能找到一個類似多項式。.4將第2步得到的多項式和第3步余數相加得到的多項 式相加成為要發送的碼字。將以上多項式變成二進制為：1101001其實對于7，3碼來講只能發送7個信息碼。第三步得到的余數X3+1稱為循環冗余碼，簡稱CRC。.4、12、16、32位生成多項式gx表達式如下： .二、數據通訊的傳輸介質1. 雙絞線1 物理構造 雙絞線由兩根均勻陳列成螺旋狀的絕緣銅導線組成。通常，一定數量的這樣的雙絞線捆成一電纜，外面包著硬的維護性護套。詳細構造

14、見圖9-11雙絞線構造表示圖。雙絞線兩根導線絞扭，可減少兩根導線之間的電磁干擾。圖9-11雙絞線構造表示圖.圖9-12雙絞線功能闡明 從左側來看：發送組一條為數據線，另一條為地線從左側來看：接受組，一條為數據線，一條為地。.2 傳輸特性雙絞線可以傳輸模擬信號也可以傳輸數字信號。傳輸模擬信號時，大約數公里就需求一個信號放大器。傳輸數字信號時，每23公里需求一個中繼轉發器主要作用是信號整形。在局域網絡中，雙絞線多用于一個建筑物內的信號傳送。 2. 同軸電纜 同軸電纜有細纜和粗纜之分，除運用的接頭不同外，細纜柔軟容易彎曲在現場布線比較方便，但傳輸間隔不如粗纜遠。粗纜外層屏蔽鞏固不易彎曲，尤其對于復雜

15、空間布線不方便，但傳輸間隔比細纜遠。.1 物理構造同軸電纜由兩個導體組成，其外導體是一個空心圓柱形導體，它圍裹著一個內芯線導體，外導體除了有導電作用外，還具有屏蔽電磁場防止干擾的作用。圖9-13詳細構造見.3. 光導纖維電纜1 物理構造光導纖維由兩層折射率不同的資料構成。內層物質具有非常高的折射率，光線傳輸主要靠內層進展。外層物質幾乎對光線沒有折射，光線一旦接觸到外層就會被外層資料所吸收，外層相當于是光的絕緣體，主要作用防止光纖之間光信號的相互關擾。 圖9-14光纖內部構造表示圖光導纖維的外層有吸收光線的物質，以保證光纖之間的相互關擾。.2 傳輸特性在沒有轉發器的情況下，普通傳輸間隔為數十公里

16、。光纖不受電磁干擾或電磁噪聲的影響，誤碼率極低，可實現遠間隔、高速率傳輸，有很好的嚴密性。三、DCS中常用的網絡協議國際化規范組織ISO于1978年3月公布了網絡開方系統互連參考模型，簡稱OSI。1982年4月構成國際標準參考模型，以指點計算機網絡的開展和建立。OSI規范共制定了7層分層協議，從低層到高層分別為：.第一層 物理層：普通運用電路來實現，在它上層第二層鏈路層控制下，按一定編碼方式，將二進制數發送給對方電路。物理層對通訊電路作了詳細詳細的規范，各廠家只需按此規范制造通訊電路，各廠家通訊電路就可以隨意互換。第二層 鏈路層：對于總線型網絡銜接在網絡上的計算機相互可以直接通訊，確定其通訊方

17、式；對于復雜網絡完成通訊鏈路的銜接與撤除等。第三至第六層協議和總線型網絡無關。內容較專業，這里不再詳述。第七層 運用層：各種運用程序。例如，現場運轉人員操作界面對應的程序、熱工人員運用的系統組態程序等。.1.以太協議Ethernet1以太網絡構造一條電纜線路上最多可以銜接100個設備，稱為一段經過中繼設備整形放大可以將兩個段銜接起來。.2 通訊原理由于是總線網廣播網所以任何兩點之間都可以直接通訊。采取廣播方式優點是通訊方便但能夠會呵斥數據碰撞同時向總線發送信息。以太協議中的CSMA/CD協議，專門針對此類問題而制定。該協議規定，發送信息的計算機首先偵聽接受網絡上信息網絡上能否有信息在發送，假設

18、能接納到信息闡明有節點在發送信息，隨機等待一段時間后再偵聽。否那么經過總線向對方發送信息。在發送信息期間也要將發送信息再接納，察看能否為本人發送出的信息，假設不是闡明總線上發生了信息碰撞，隨機等待后繼續發送。總之規那么為，誰“搶占了總線誰發言。.Ethernet多采用基帶傳送方式，總線上的信號運用曼徹斯特編碼，由于這種編碼每個數據位至少有一個跳變，因此方便實現載波偵聽。64位48位48位16位461500位32位包前同步字符目的站地址源站地址類型數據CRC.圖9-16 Ethernet協議及層間接口以太網絡中規定了物理層電路信號規那么，運用曼徹斯特編碼格式。數據鏈路層那么由硬件和軟件共同來實現。主要有兩個義務：一是數據打包分幀、安裝數據地址和過失處置等；二是鏈路管理，保證數據準確發送和接納，如總線數據碰撞檢測、通訊方式選擇、過失檢驗等 .2. IEEE802.2協議IEEE802.2協議是電氣和電子工程協會Institute Of Electrical and Electronics Ehgineers制定的局域網規范。IEEE802.2協議也是針對總線網制定的通訊協議，和Ethernet協議幾乎完全一樣 。IEEE802.2協議比Ethernet協議更加詳細，實踐上IEEE802.2