SCADA教材第三章.doc

第三章 SCADA通讯系统 概述 SCADA中通讯系统显得非常的重要，可以看成SCADA系统的神经系统。而通讯实际是单独的一门学科，想在这里用一个章节讲清楚基本是不太可能的。这里只能给出一个粗略的说明，详细内容可以参考有关通讯系统和原理的书籍。 通信系统的基本模型见图3-1。图31-1中发送端的信息源把消息m转换成信号g(t)。为了使信号适合于在信道中传送，由发送设备将它变换为s(t)后再送人信道。信道是指传输信号的通道。图3-1中噪声源是信道中的噪声以及通信系统中其它各处噪声的集中表示。由于噪声的干扰，接收端收到的信号r(t)可能不同于s(t)。接收设备把以r(t)转换为输出信号g’(t)，它是g(t)的近似或估计值，最后受信者将g’(t)转换成对应的消息m’(t)。 图3-1 通信系统的基本模型 由g(t)到s(t)称为信道编码，一般调制方式有ASK,FSK,PSK,QAM,TCM等等。信道编码经常用在有线和无线通信。随着DSP计算能力的提高，AD、DA速度和精度的提高，以及数学方法的发展，现在信道编码的能力越来越接近香农信息论的理论值，在电话线上，香农信息论的理论值在64K以下，而实际的调制解调器可以达到33.6K甚至56K的速度。 正弦振荡的载波信号可以用 Asin(2*π*ω*t +φ),各种调制方式可以用下面的数学公式加以描述。 ASK 信号 s(t)= Asin(2*π*ω*t +φ) g(t)=1 s(t)= 0 g(t)=0 FSK 信号 s(t)= Asin(2*π*ω1*t +φ) g(t)=1 s(t)=Asin(2*π*ω2*t+φ) g(t)=0 PSK 信号 s(t)=Asin(2*π*ω1*t +π) g(t)=1 s(t)=Asin(2*π*ω1*t +0) g(t)=0 PSK和FSK还有很多变型的方式，如DPSK,MSK等。 QAM和TCM过于复杂，在这里不便赘述，请参考有关书籍。 由于通讯过程中存在噪声干扰，就有可能出现差错，那么就要进行差错控制，差错控制的方法就是编码。通讯编码的数学理论基础是《近世代数》，里面研究群环域的概念，详细内容可以参考相关书籍，而编码解码、检错和纠错是通信与编码学科研究的范畴，国内典型的教材是西安电子科技大学 王新梅老师编写的教材，其缺点过于深奥，不太好懂。 而在SCADA系统中经常用的是检错，纠错除了特殊的场合很少使用，检错主要是两种编码方式校验和和CRC校验。 和校验原理非常简单，就是对信息进行加法运算或者模2加法运算，接收后对信息进行同样的运算，比较运算结果和传输来的校验是否一致，如果一致认为是正确的，否则认为错误。这个算法实现起来非常简单，也得到了广泛的应用，但是其基本原理存在着出现差错检不出的可能，适合于信道质量比较好的场合。 CRC校验方法可以检出的错误远远超过了和校验，适合比较恶劣的通讯场合。 CRC校验比较复杂一些，它有一个生成多项式g(x),信息可以看成一个i(x)，设校验位为16位，则校验多项式 r(x)=x↑16 *i(x) / g(x)。则整个发送序列多项式为 t(x)= x↑16 *i(x) / g(x) + r(x)。接收时，如果没有差错则用t(x)/g(x)=0, 如果有差错就不是0。这样就可以知道差错了。人们已经找到很多的标准生成多项式，比如 CRC-16 g(x)= x↑16+ x↑15+ x↑2+1 CRC –CCITT g(x)= x↑16+ x↑12+ x↑5+1 而CRC的计算需要进行移位和模2加运算，计算机除非有专门的硬件设备，否则计算起来很慢，为了提高计算速度，一般采用查表计算的方法，把运算转换成查表和字节运算，这样使得运算速度大大提高。下面的一段程序是MODBUS CRC校验的计算方法，体现了上述的思想。 const unsigned char auchCRCHi[] = { 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,