课件-第七章-分散型测控网络技术

7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.2 DCS的分散过程控制级
2 组成设备：
（1） 现场控制站（工业控制机） （2） 智能调节器
（3） PLC
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.3 DCS的集中操作监控级
1 面向对象及完成功能：
这一级以操作监视为主要任务，兼有部分 管理功能。这一级是面向操作员和控制系统工 程师的，因而这一级配备有技术手段齐备，功 能强的计算机系统以及各类外部抓装置，特别 是CRT显示器和键盘，以及需要较大存储容量 的硬盘或软盘支持，另外还需要功能强大的软 件支持，确保工程师和操作员对系统进行组态， 监视和操作，对生产过程实行高级控制策略， 故障诊断，质量评估。
7.2 分散型控制系统（DCS）
分 散 型 控 制 系 统 又 称 分 布 式 控 制 系 统 （Distributed Control System）。系统分成了3级， 采用了4C技术。以计算机集成制造系统（CIMS）为目标， 采用分散控制、集中管理、分而自治的设计原则。
7.2.1 DCS概述
7.2.2 DCS的分散过程控制级
全称令牌通行环（Token Passing Ring）， 适用于环形结构。 工作原理 特点
7.1 工业网络技术
2 令牌环（Token Ring）
工作原理：令牌是控制标志，网中只设一张令牌， 只有获得令牌的结点才能发送信息，发送完后， 令牌又传给相邻的另一结点。 传送方法：令牌依次沿每个结点传送，使每个结 点都有平等发送信息的机会。令牌有“空，忙” 两个状态，空表示令牌没有被占用，当空的令牌 被传送至正在等待发送信息的结点时，该结点就 立即发送信息并置令牌为忙的状态，其所发信息 绕环一周，并由发送结点清除，忙令牌又变为空 状态，绕环传送令牌，直到下一个结点获得。
7.1 工业网络技术
2 令牌环（Token Ring）
特点：
优点是能提供可调整的访问控制方式， 能提供优先权服务，有较强的实时性。
缺点是需要对令牌进行维护，控制电路 复杂。
7.1 工业网络技术
3 令牌总线（Token Ring Bus）
主要用于总线形和树形网络结构。
工作原理
特点
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.1 DCS概述(2)
DCS的特点
（1）硬件积木化（2）软件模块化（3）控制系统组态 （4）通信网络的应用（5）高可靠性 典型的DCS (1) 日本 横河电机公司 CENTUM-XL (2) 日本 山武－霍尼威尔 TDCS-2000/3000 (3) 美国 Foxboro SPECTRUM (4) 德国 西门子 TELEPERM
7.1 工业网络技术
7.1.4 差错控制技术
差错控制技术包括检验错误和纠正错误。
奇偶校验
循环冗余校验
1 检验错误方法
重发纠错
2 纠错方式
自动纠错 混合纠错方式
7.1 工业网络技术
奇偶校验
是一个字符校验一次，在每个字符的最高位 之后附加一个奇偶校验位。通常用一个字节 （ b 0 ~ b 7 ）来表示，其中 b 0 ~ b 6 为字符码位， 而 b 7 最高位为校验位。这个校验位可为0或1，以 便保证整个字节中为1的位数是奇数（称奇校验） 或偶数（称偶校验）。 发送端按照奇或偶校验的原则编码后，以字 节为单位发送，接收端则也按照同样的原则检查 收到的每个字节中1的位数。如果与发送端中1的 位数相同，则传输正确，否则，则传输错误。
7.2.3 DCS的集中操作监控级
7.2.4 DCS的综合信息管理级
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.1 DCS概述(1)
1975，美国Honey Well公司，推出世界上第 一套分散型控制系统。 DCS的体系结构
分散过程控制级，集中操作监控级，综合信息 管理级。
7.2.1 DCS概述(1)
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.2 DCS的分散过程控制级
1 面向对象及完成功能：
直接面向生产过程的，是DCS的基础，它直 接完成生产过程的数据采集，调节控制，顺序 控制等功能，其过程输入信息是面向传感器的 信号，如热电偶，热电阻，变送器（温度，压 力，液位，流量等）及开关量信号，其输出是 驱动执行机构（调节阀，电磁阀）。并能与集 中操作监控级进行数据通信，接收显示操作站 下传加载的参数和作业命令，以及将现场工作 情况信息整理后向显示操作站汇报。
7.1 工业网络技术
2 报文交换（Message Switching）
工作原理：如果某站要发送报文，它把目的 站名附加在报文上，然后把报文交给结点传送。 传送过程中，结点接收整个报文，并暂存这个 报文，然后发送到下个结点，直到目的站。 特点：线路的利用率高，许多报文可以分时 共享一条结点到结点的线路。并能把一个报文 发送到多个目的站，只需把目的站名附加到报 文上。由于报文要在结点排队等待，延长了报 文到达目的站的时间。
• 吞吐能力大，随数据传输速率的提高而增加； • 控制功能不随电缆线长度的增加而减弱； • 不需冲突检测； • 具有一定的实时性； • 节点获得令牌的时间开销大，一般一个节点要 等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。
7.1 工业网络技术
7.1.3 信息交换技术
1 线路交换（Circuit Switching）
第七章 分布式测控网络技术
7.1 工业网络技术
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.3 现场总线技术
7.1 工业网络技术
7.1.1 网络拓扑结构
7.1.2 介质访问控制技术 7.1.3 信息交换技术
7.1.4 差错控制技术
7.1 工业网络技术
7.1.1 网络拓扑结构
网络中互连的点称为节点或站，节点间的 物理连接结构称为拓扑 。 1 星形结构
7.1 工业网络技术
1 冲突检测的载波侦听多路访问
当某一结点要发送信息时，首先要 侦听网络中有无其他结点正在发送信息， 若没有则立即发送，否则，就等待一定 时间，再侦听，直至信道有了空闲，开 始发送。
7.1 工业网络技术
1 冲突检测的载波侦听多路访问
问题① 信道被占用时等待时间的确定问题。
确定等待时间的方法： a：当某结点检测到信道被占用后，继续检测下 去，待发现信道空闲时，立即发送； b：当某点检测到信道被占用后，就延迟一个随 机的时间，然后再检测。直到空闲。
7.1 工业网络技术
重发纠错
发送端发送能够检错的信息码（如奇偶 校验码），接收端根据该码的编码规则， 判断传输中有无错误，并把判断结果反馈 给发送端。如果传输错误，则再次发送， 直到接收端任务正确为止。
7.1 工业网络技术
自动纠错
发送端发送能够纠错的信息码，而不仅 仅是检错的信息码。接收端收到该码后， 通过译码不仅能自动的发现错误，而且能 自动的纠正传输中的错误。但是，纠错的 位数有限，为了纠正比较多的错误，则要 求附加的冗余码将比基本信息码多，因而 传输效率低，译码设备也比较复杂。
7.2 分散型控制系统（DCS）
7.2.3 DCS的集中操作监控级
2 显示操作站的构成：
2 环形结构 3 总线形 4 树形结构
网络拓扑结构
7.1 工业网络技术
星形结构
环形结构
总线形结构
树形结构
7.1 工业网络技术
1 星形结构
① 网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；
② 网络延迟时间短，传输错误率低； ③ 源大部分在外围结点，相互之间必须经过中央 结点中转才能传送信息；
7.1 工业网络技术
1 冲突检测的载波侦听多路访问
问题② 信息冲突问题。 当某个结点占用信道发送信息后，它会继 续对网络检测，也就是它会一边发送一边接收， 且把发送的信息与收到的信息比较，看结果是 否相同，如相同，说明发送正常，可以继续； 如不同，则说明还有其他结点在发送信息，数 据混乱，立即停止发送。
7.1 工业网络技术
3 令牌总线（Token Ring Bus）
工作原理：受令牌环的影响，它把总线 或树形传输介质上的各个结点形成一个 逻辑环，即人为的给各个结点规定一个 顺序。信息可以双向传送，任何结点都 可以听到其他结点发送的信息。工作原 理同令牌环。
7.1 工业网络技术
3 令牌总线（Token Ring Bus）
7.1 工业网络技术
1 冲突检测的载波侦听多路访问 特点：
原理简单，技术上容易实现。
各结点处于平等的地位，无需集中控制， 但不能提供优先级控制。 在网络负载不重的情况下，有较高的效 率，但当网络负载增大时，发送信息等待 时间长，效率显著降低。
7.1 工业网络技术
2 令牌环（Token Ring）
7.1 工业网络技术
3 总线形
① 网络结构简单灵活，扩展方便；
② 可靠性高，网络响应速度快； ③ 网络共享资源能力强，便于广播式工作； ④ 设备少，价格低，安装使用方便； ⑤ 由于共用一条总线，因此总线上的信息容易发生 冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。
7.1 工业网络技术
4 树形结构
树形结构是分层结构，适用于分级管理 和控制系统。与星形结构比，由于通信线路 总长度短，故联网成本低，易于维护和扩展， 但较星形结构复杂。网络中除了叶结点及其 连线外，任一结点或连线的故障均影响其所 在支路的正常工作。
7.1 工业网络技术
混合纠错方式
上述两种方式的综合，发送端发送的信 息不仅能发现错误，而且有一定的纠错能 力。接收端收到该码后，如果错误位数在 纠错能力以内，则自动的进行纠错，如果 错误多，则接收端要求发送端重发，直到 正确为止。
7.1 工业网络技术
工业网络的性能评价
• 吞吐能力 • 稳定性 • 准确性 • 可靠性 • 灵活性