chap控制網(wǎng)絡(luò)實用PPT課件

1、2021-10-221工業(yè)類型控制特點過程工業(yè)連續(xù)控制為主，算法復(fù)雜，速度慢，流程長，對可靠性要求高，有分散化要求制造工業(yè)邏輯控制為主，算法簡單，速度快，通常不必冗余，CPU不要求太分散混合工業(yè)采集為主也混合邏輯控制，回路控制，單機控制多，要求成本低表3.2 各種工業(yè)控制的特點第1頁/共51頁2021-10-222u隨機網(wǎng)絡(luò)：延遲時間是隨機的， 如EtherNetu有界網(wǎng)絡(luò)：延遲時間有確定的上界，如ConrolNetu常值網(wǎng)絡(luò)：時間延遲應(yīng)保持一定， 如DeviceNet根據(jù)網(wǎng)絡(luò)時延特征，工業(yè)自動化系統(tǒng)中采用的控制網(wǎng)絡(luò)一般分為：第2頁/共51頁2021-10-223(1) 系統(tǒng)的開放性。 (2)

2、 互可操作性與互用性。 (3) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 (4) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 (5) 一對結(jié)構(gòu)。 (6) 可控狀態(tài)。 (7) 互換性。 (8) 綜合功能。 (9) 統(tǒng)一組態(tài)。 第3頁/共51頁2021-10-224 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Net Protocol)是為進行計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。協(xié)議總是指某一層協(xié)議，準(zhǔn)確地說，它是對同等實體之間的通信制定的有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)。將一個復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個容易處理的子系統(tǒng)，然后“分而治之”。層次結(jié)構(gòu)的好處在于使每一層實現(xiàn)一種相對獨立的功能，分層結(jié)構(gòu)還有利于交流、理解和標(biāo)準(zhǔn)化。 第

3、4頁/共51頁2021-10-225 控制網(wǎng)絡(luò)一般由OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層三層模式體系結(jié)構(gòu)和通信媒質(zhì)構(gòu)成，如：CAN、DeviceNet 。 也有在此基礎(chǔ)上加數(shù)據(jù)傳輸層的四層模式體系結(jié)構(gòu)，如：profibus。 Lon Works控制網(wǎng)絡(luò)卻比較特殊，它采用全部OSI七層模式體系結(jié)構(gòu)。 而ErherNet則采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層五層模式體系結(jié)構(gòu)。圖3.2 三層控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第5頁/共51頁2021-10-226圖3.3 雙絞線模式第6頁/共51頁2021-10-227圖3.5 同軸電纜結(jié)構(gòu)第7頁/共51頁2021-10-228圖3.6 微波通信 第

4、8頁/共51頁2021-10-229圖3.8 光纖和光纖剖面圖第9頁/共51頁2021-10-2210圖3.9 光纖的電信號傳輸過程第10頁/共51頁2021-10-2211圖3.10 單模光纖和多模光纖第11頁/共51頁2021-10-2212物理層定義了網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)，傳輸?shù)碾姶艠?biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)流的編碼及網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送時間原則，如分時復(fù)用及分頻復(fù)用等，同時也決定了網(wǎng)絡(luò)連接類型（端到端或多端連接）及物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，它構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。第12頁/共51頁2021-10-2213 圖3.11 單端線路連接示意圖單端線路驅(qū)動器與接收器： 第13頁/共51頁2021-10-2214 圖3.12 RS-

5、232C邏輯電平示意圖a. 邏輯電平示意圖 b. 典型波形邏輯電平及典型波形： 第14頁/共51頁2021-10-2215 表3.4 RS-232引腳說明符 號9針引腳排列25針引腳排列數(shù)據(jù)流向說 明ECD18I載波檢測RXD23I數(shù)據(jù)接收TXD32O數(shù)據(jù)發(fā)送DTR420O數(shù)據(jù)終端就緒GND57信號地DSR66I數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好RTS74O請求發(fā)送CTS852I清除發(fā)送R I922I振鈴指示第15頁/共51頁2021-10-2216 圖3.13 RS-232C連接示意圖第16頁/共51頁2021-10-2217 RXDTXDGNDRTSCTSDRSDTRDTRDRSCTSRTSGNDTXDRXDPC

6、1PC2RXDTXDGNDRTSCTSDRSDTRDTRDRSCTSRTSGNDTXDRXDPC1PC2 圖3.14 RS-232C通信七線制示意圖 圖3.15 RS-232C通信三線制示意圖第17頁/共51頁2021-10-2218 RXDTXDGNDRTSCTSDRSDTRDTRDRSCTSRTSGNDTXDRXDPC1PC2圖3.16 RS-232C單工通信連線示意圖第18頁/共51頁2021-10-2219 RS-485通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)架 圖3.17 RS-485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意圖第19頁/共51頁2021-10-2220 RS-485網(wǎng)絡(luò)工作波形示意圖： 圖3.18 RS-485網(wǎng)絡(luò)工作

7、理想波形圖第20頁/共51頁2021-10-2221 RS-485網(wǎng)絡(luò)的電壓偏置： 圖3.19 具有偏置電阻的RS-485網(wǎng)絡(luò)第21頁/共51頁2021-10-2222 RS-485網(wǎng)絡(luò)的終端匹配： 圖3.20 加終端匹配電阻RS-485節(jié)點第22頁/共51頁2021-10-2223 (1) 物理媒體協(xié)議（PLS）子層 (2) 物理媒體連接（PMA）子層 第23頁/共51頁2021-10-2224 10BASE510BASE210BASE-T10BROAD3610BASE-F傳輸媒體基帶同軸電纜基帶同軸電纜非屏蔽雙絞線寬帶同軸電纜850mm光纖對編碼技術(shù)曼切斯特碼曼切斯特碼曼切斯特碼差分PSK

8、碼曼切斯特碼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線總線星型總線/星型星型最大段長500m185m100m1800m500m每段節(jié)點10030-33表3.5 IEEE802.3的10Mbps可選方案第24頁/共51頁2021-10-2225 圖3.25 不同形式的位編碼第25頁/共51頁2021-10-2226 802.11協(xié)議主要工作在ISO協(xié)議的最低兩層上，并在物理層上進行了一些改動，加入了高速數(shù)字傳輸?shù)奶匦院瓦B接的穩(wěn)定性。 802.11bHigh Rate協(xié)議，用來對802.11協(xié)議進行補充，在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps兩個新的網(wǎng)絡(luò)吞吐速率。 利用802.11b，

9、移動用戶能夠獲得同Ethernet一樣的性能、網(wǎng)絡(luò)吞吐率、可用性。 第26頁/共51頁2021-10-2227數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是為網(wǎng)絡(luò)層提供一條無差錯的傳輸線路，通常采用反饋重糾錯方式來糾正傳輸中出現(xiàn)的差錯。 分成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(Logical Link Control)和介質(zhì)控制MAC子層。圖3.26 OSI參考模型與局域網(wǎng)協(xié)議層次 第27頁/共51頁2021-10-2228圖3.27 IEEE802.3MAC子層功能模塊及接口 第28頁/共51頁2021-10-2229 MAC子層規(guī)范格式： 圖3.28 IEEE802.3的MAC幀格式第29頁/共51頁2021-10-2

10、230 總線監(jiān)聽算法： u 非堅持CSMAu 堅持CSMA u P-堅持CSMA 第30頁/共51頁2021-10-2231 (1) IEEE802.5 MAC子層協(xié)議 圖3.29 令牌環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第31頁/共51頁2021-10-2232 1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)幀始符（SD）訪問控制（AC）幀末符（ED）（a）令牌幀格式1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2或6字節(jié)2或6字節(jié)無限制4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)幀始符（SD）訪問控制（AC）幀控制（FC）目的地址源地址數(shù)據(jù)校驗和幀末符（ED）幀狀態(tài)（FS）（b）數(shù)據(jù)幀格式圖3.30 IEEE 802.5的令牌幀與數(shù)據(jù)幀格式第32頁/共51頁2021-10-2233 (2) IE

11、EE802.4 MAC子層協(xié)議 圖3.30 令牌總線結(jié)構(gòu)第33頁/共51頁2021-10-2234 圖3.32 CAN總線系統(tǒng)組成示意圖第34頁/共51頁2021-10-2235 圖3.33 CAN的幀結(jié)構(gòu)第35頁/共51頁2021-10-2236 圖3.34 CAN總線仲裁波形示意圖第36頁/共51頁2021-10-2237 圖3.35 CAN總線仲裁實際波形第37頁/共51頁2021-10-2238 圖3.36 CC-Link T型分支第38頁/共51頁2021-10-2239 圖3.37 CC-Link傳輸幀的基本格式第39頁/共51頁2021-10-2240 圖3.38 傳輸方式第40

12、頁/共51頁2021-10-2241 圖3.39 CC-Link通信過程第41頁/共51頁2021-10-2242 802.11的MAC和802.3協(xié)議的MAC非常相似，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進行網(wǎng)絡(luò)的可用性檢測。 圖3.40 接入點的漫游服務(wù)第42頁/共51頁2021-10-2243(1) 源目的地址通信模式 圖3.41 通過路由器連接的兩個網(wǎng)絡(luò)第43頁/共51頁2021-10-2244(2)生產(chǎn)者/消費者通信模式 源 / 目 的 通 信 模 式生 產(chǎn) 者 / 消 費 者 通 信 模 式源目 的數(shù) 據(jù)C R C標(biāo) 識 符數(shù) 據(jù)C R C圖3.42

13、生產(chǎn)者/消費者和源/目的通信模式圖示第44頁/共51頁2021-10-2245 圖3.45 CAN總線應(yīng)用層的令牌傳遞模式第45頁/共51頁2021-10-2246 圖3.46 協(xié)議層次模型描述圖 圖3.47 報文報文格式 DeviceNet作為基于控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開放網(wǎng)絡(luò)，為簡單的底層工業(yè)裝置與高層控制設(shè)備如工控機、PLC之間架起連接的橋梁。第46頁/共51頁2021-10-2247 圖3.48 ControlNet協(xié)議棧 ControlNet 具有高吞吐量、資源共享、組態(tài)和編程簡單、傳輸介質(zhì)為同軸電纜和光纖、支持冗余介質(zhì)、體系結(jié)構(gòu)靈活和安裝費用低等特點。 ControlNet 主要用于PLC與計算機之間的通訊，也可在邏輯控制或過程控制系統(tǒng)中用于連接串行、并行的I/O設(shè)備、人機界面等裝置。 第47頁/共51頁2021-10-2248 圖