第10章计算机控制网络技术祥解.ppt

第10章 计算机控制网络技术 工业控制网络概述 网络通信协议 分布式控制系统 现场总线控制系统 物联网技术 10.1 工业控制网络概述 工业网络在体系结构上可分为信息网和控制网两个层次，信息网位于上层，是企业决策级数据共享和协同操作的载体；控制网位于下层，与信息网紧密地集成在一起，服从信息网的操作，同时，又具有独立性和完整性。因此，工业计算机网络可理解为是利用传输媒体把分布在不同地点的多个独立的计算机系统、自动控制装置、现场设备等按照不同的拓朴结构，应用各种数据通信方式连接起来的一种网络。计算机数据通信技术则是计算机网络的支撑技术之一。 10.1.1 网络拓扑结构 网络拓朴结构是从网络拓朴的观点来讨论和设计网络的特性，也就是讨论网络中的通信节点和通信信道连接构成的各种几何构形，用以反映出网络各组成部份之间的结构关系，从而反映整个网络的结构外貌。 （a）星型 （b）环型 （c）总线型 （d）树型 （1）星型结构 具体工作过程为：当某一结点想要传输数据时，它首先向中心结点发送一个请求，以便同另一个目的结点建立 一旦两个结点建立了连接，则在这两点间就像是一条专用线路连接起来一样，进行数据传输。该结构的主要特点有： 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，传输错误率较低； ③网络可靠性较低，一旦中央节点出现故障将导致全网瘫痪； ④网络资源大部分在外围点上，相互节点必须经过中央节点才能转发信息； ⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。 （2）环型结构 环型结构具有如下特点： ①信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个节点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制； ②环路中每个节点的收发信息均由环接口控制，控制软件较简单； ③环路中，当某节点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性； ④环型结构其节点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制。 （3）总线型结构 总线型网络的接口内具有发送器和接收器。接收器接收总线上的串行信息，并将其转换为并行信息送到节点；发送器则将并行信息转换成串行信息广播发送到总线上。当在总线上发送的信息目的地址与某一节点的接口地址相符时，传送的信息就被该节点接收。 由于一条公共总线具有一定的负载能力，因此总线长度有限，其所能连接的节点数也有限。该结构有如下特点： ①结构简单灵活，扩展方便； ②可靠性高，网络响应速度快； ③共享资源能力强，便于广播式工作； ④设备少，价格低，安装和使用方便； ⑤由于所有节点共用一条总线，因此总线上传送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。 （4）树型结构 ①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展，但结构较星型复杂； ②网络中除叶节点外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。 10.1.2 介质访问控制技术 传输访问控制方式的功能就是合理解决信道的分配。目前常用的传输访问控制方式有三种：冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）；令牌环（Token Ring）；令牌总线（Token Bus）。三种方式都得到IEEE802委员会的认可，成为国际标准。 （1）冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA／CD) 工作原理：当某一节点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其他节点正发送信息，若没有则立即发送；否则，即网络中已有某节点发送信息（信道被占用），该节点就须等待一段时间，再侦听，直至信道空闲，开始发送。 CSMA/CD技术中，必须解决信道被占用时等待时间的确定和信息冲突两个问题。其中确定等待时间的方法有： ①当某节点检测到信道被占用后，继续检测，发现空闲，立即发送；②当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测。重复这一过程，直到信到空闲，开始发送。 （2）令牌环(Token Ring) 其工作过程大致如下：令牌依次沿每个节点传送，使每个节点都有平等发送信息的机会。当一个节点占令牌期间其它节点只能处于接收状态。当所发信息绕环一周，并由发送节点清除，“忙”令牌又被置为“空”状态，绕环传送令牌。当下一节点要发送信息时，则下一节点便得到这一令牌，并可发送信息。 令牌环的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，且空闲令牌的丢失将会降低环路的利用率；控制电路复杂。 （3）令牌总线(Token Bus) 工作过程为：当各站都没有帧发