第2章工业网络与通信基础知识2.1工业网络通信基础2.2工业网络物理结构2.3开放系统互连参考模型及网络互连2.4OPC技术2.1
工业网络通信基础2.1.1工业数据通信概述图2-1通信的实质和任务图2-2工业数据通信系统的组成2.1.2数据通信的基本
概念2.1工业网络通信基础图2-3单比特码元表示示意图1.码元(Code2.1工业网络通信基础2.数据传输速率3.误码率(B
it4.信道(Channel)1)抗噪声(干扰)能力强；2)可以控制差错，提高传输质量；3)便于用计算机进行处理；4)易于加密，保
密性强；5)可以传输语音、数据、影像，通用、灵活。2.1.3数据编码2.1工业网络通信基础图2-?4数据的传输方式1.数字数
据的数字编码2.1工业网络通信基础图2-5数字编码举例2.数字数据的模拟编码或调制编码2.1.4数据传输1.数据通信方式(数
据流动方向)图2-6模拟编码的信号波形2.1工业网络通信基础(1)单工通信(2)半双工通信(3)双工通信2.数据传输方式(1)
并行传输和串行传输图2-7并行传输和串行传输(2)同步传输和异步传输2.1工业网络通信基础1)异步传输图2-??8异步传输字
符格式及传输过程2)同步传输图2-9同步传输中帧的格式3.信号传输模式(1)基带传输(2)载波传输2.1工业网络通信基础(3)
频带传输(4)异步转移模式2.1.5差错控制1)信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的衰减或畸变；2)信号反射；3)相邻线路间
的串扰；4)闪电、开关跳火、大功率电机的起停等。1.奇偶检错码2.循环冗余校验1)若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)
，则在原帧后面添加r个0，帧变为m+r位，相应多项式xrM(x)。2)按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xrM(x)的位
串。2.1工业网络通信基础3)按模2减法(和加法一样)从对应于xrM(x)的位串中减去余数，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式
T(x)，32A.eps33A.eps2.1工业网络通信基础3.海明码和海明距离2.2工业网络物理结构2.2.1网络的传输介
质1.双绞线2.光缆图2-10光纤传输信号的过程3.无线通信2.2.2工业通信网络的主要拓扑结构1.总线型拓扑2.2工业网络
物理结构2.星形拓扑3.环形拓扑4.树形拓扑2.2.3介质访问控制方式1.多路复用技术图2-11网络拓扑形式示意图2.2工业
网络物理结构(1)频分多路复用(2)时分多路复用1)轮转每个站轮流地获得发送机会，这种技术适合于交互式的终端对主机通信。图2-
12多路复用技术及网络控制方式示意图2.2工业网络物理结构2)预约介质上的时间被分割成时间片，网上的站点要发送信息，必须事先
预约可以占用的时间片，这种技术适合于数据流的通信。3)争用所有站点都能争用介质的使用权，这种技术实现起来简单，对轻负载或中等负载
的系统比较有效，适合于突发式的通信。2.介质访问控制方式(1)带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)1)一个站点要发送信息
，首先要监听总线，以确定介质上是否有其他站的发送信息存在。2)如果介质是空闲的，则可以发送。3)如果介质是忙的，则等待一定间隔后重
试。2.2工业网络物理结构4)介质的最大利用率取决于帧的长度，帧越长，传播时间越短，则介质利用率越高。(2)令牌环介质访问方式图
2-13令牌环的工作原理2.2工业网络物理结构(3)令牌总线介质访问方式图2-14令牌总线的工作原理2.3开放系统互连参考
模型及网络互连2.3.1OSI参考模型1.概述图2-15开放系统互联参考模型(OSI-RM)1)协议不同系统中同一层实体(即
对等层实体)进行通信的规则的集合。2)服务在同一实体中下层实体给上层实体提供的功能称为服务。2.3开放系统互连参考模型及网络互
连3)服务访问(存取)点在同一系统中相邻两层之间交换信息的地点称为服务访问(存取)点(ServiceAccessPoint，
SAP)。4)服务原语在同一系统中相邻两层要按服务原语的方式交换信息。2.OSI的分层技术(1)分层的好处1)结构简单：每个层
次向上一层提供服务，向下一层请求服务。2)关系简化：由于各层只关心本层的内容，每一层的细节问题对上一层来说是屏蔽的，因此通信关系大
大简化。3)相对独立：由于分层，每一层的功能相对独立，只要与相邻层的接口保持一致，其内部的变化、修改不影响整体的功能。2.3开放
系统互连参考模型及网络互连4)构造灵活：OSI是一个参考模型，由于是分层的结构，所以使用者在遵守互联原则的基础上构造自己的具体通信
协议时，可以根据实际需要合并某几个层或扩充某些层的功能。(2)分层时应遵循的原则1)根据不同抽象层次的需要进行分层，即当有大量的通
信任务相近的性质时，就应当设立一个相应的层次；2)每一层应当实现一个明确定义的功能；3)每一层功能的选择应当有助于制定网络协议的国
际标准；4)层与层之间的边界应该选择在通过边界的信息量尽量少的地方；5)层数应足够多但也不能太多。3.OSI对等通信的实质2.3
开放系统互连参考模型及网络互连1)传输层——数据段(Segment)；2)网络层——分组(数据报)(Packet)；3)数据链路
层——数据帧(Frame)；4)物理层——比特(Bit)。图2-16数据封装和拆封过程示意图2.3开放系统互连参考模型及网络互
连4.OSI的服务类型5.OSI中各层的功能表2-1OSI-RM的分层概况(1)物理层(2)数据链路层(3)网络层(4)传输
层(5)会话层(6)表示层2.3开放系统互连参考模型及网络互连(7)应用层2.3.2网络互连1.IEEE802标准图2-1
7IEEE802系列标准之间的关系2.3开放系统互连参考模型及网络互连2.网络互连(1)基本概念(2)网络互连设备1)中继器
中继器又称为重发器或转发器。图2-18IEEE802标准和OSI模型比较2.3开放系统互连参考模型及网络互连图2-19中
继器的使用2)网桥网桥用来完成在数据链路层的网络连接，它支持不同的物理层并且能够互连不同体系的局域网。3)路由器路由器是在网络
层上实现多个网络互连的设备，它可以互连具有不同的物理层和数据链路层的网络，也支持不同的网络协议。2.3开放系统互连参考模型及网络
互连图2-21路由器的使用原理图2-21路由器的使用原理2.3开放系统互连参考模型及网络互连图2-22网关的使用原理4)网
关OSI第4层以上的互连已不是由具体的硬件设备来完成，网关是用于OSI中第4层以及更高层次的中继系统，它实际上是一个协议转换器，
或者说网关是在不同协议间进行转换的软件应用。2.4OPC技术图2-23现场设备与应用软件之间的数据交换方式2.4.1OPC技
术简介2.4.2几种OPC中所使用的微软公司的技术1.COM/DCOM2.4OPC技术图2-24COM对象及其接口2.O
LE3.XML4.ActiveX1)ActiveX控制(ActiveX2)ActiveX文档(ActiveX2.4OPC技术
3)ActiveX脚本描述(ActiveX4)ActiveX服务器框架(ActiveXServerFramework)提供了
一系列针对Web服务器应用程序设计各个方面的函数及其封装类，诸如服务器过滤器、HTML数据流控制等。2.4.3OPC的接口和服务
器1.OPC标准接口图2-25OPC接口示意图2.OPC的服务器类型2.4OPC技术1)OPC数据访问(DataAcce
ss)服务器：这是OPC中最基本的服务器，它提供对实时过程数据访问的标准接口，保证现场设备具有开放性和标准的一致性。2)OPC报警
和事件服务器(Alarm&EventAccess)：该服务器提供过程状态的信息。3)OPC历史数据访问服务器(History
DataAccess)：在自动控制系统中，浏览和分析历史数据也是监控管理过程中的必要内容，该服务器可以为客户提供有关的历史数据
信息。4)OPC批量服务器(BatchAccess)：该服务器主要用于访问批量控制过程的各类函数。3.OPC服务器的对象模型2
.4OPC技术图2-26OPC服务器的对象模型4.OPC数据访问(DA)的过程2.4OPC技术图2-27OPC数据访问的
过程示意图5.OPCDX2.4.4OPC应用举例2.4OPC技术图2-28具有OPCDA和OPCDX的跨系统数据交换
网络本章小结习题和思考题1.什么是数据通信系统？什么是工业数据通信？2.信息、数据、信号三者之间的关系是什么？2.4OPC
技术3.请解释比特率、波特率的概念，以及它们之间的关系。4.什么是NRZ编码和Manchester编码？它们各有什么特点？5.什么
是异步传输和同步传输？6.数据在通信线路上传输时，为什么会产生差错？7.已知CRC生成多项式为G(x)=x4+x+1，设要传送的码字为101101001，请求出校验码。8.令牌总线介质访问方式的实质是什么？9.OSI-RM中的三个核心概念是什么？请对它们作简要解释。10.网络互连是在哪些层次上进行的？它们分别可以完成哪些类型的网络之间的互连？11.常用的网络互连设备有哪些？它们的主要作用是什么？12.OPC技术主要用来解决什么问题？ |
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