數(shù)字通訊原理論文
數(shù)字通訊是通訊技術的主要技術之一,其實現(xiàn)了通訊信號的轉(zhuǎn)換,多應用在信號輸入和輸出的環(huán)節(jié)中。下文是學習啦小編為大家整理的關于數(shù)字通訊原理論文的范文,歡迎大家閱讀參考!
數(shù)字通訊原理論文篇1
數(shù)字式通訊管理機的可靠通訊方法研究
【摘 要】在電力、能源與化工等自動化工業(yè)控制領域中,現(xiàn)有技術工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)與智能電子設備(IED)之間的通訊組網(wǎng)方式是:將一定數(shù)量的智能電子設備串接為一組作為一個通訊總線,然后將該通訊總線連接到通訊管理機的通訊采集端口進行該通訊總線上各智能電子設備的數(shù)據(jù)采集,這種傳統(tǒng)通訊方式當總線因故中斷后,尤其當重要監(jiān)控智能電子設備的通訊中斷后,對整個工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行造成極大影響。本研究旨在避免上述現(xiàn)有技術的不足之處,對現(xiàn)有技術工業(yè)控制系統(tǒng)中智能電子設備通訊網(wǎng)絡組態(tài)進行改進,提出一種通訊穩(wěn)定可靠、兼容性強的智能電子設備可靠通訊的方法。
【關鍵詞】通訊管理機;菊花鏈冗余;雙端口冗余;雙協(xié)議冗余
一、背景技術
在電力、能源與化工等自動化工業(yè)控制領域中,現(xiàn)有技術工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)與智能電子設備(IED)之間的通訊組網(wǎng)方式是:將一定數(shù)量的智能電子設備串接為一組作為一個通訊總線,然后將該通訊總線連接到通訊管理機的通訊采集端口進行該通訊總線上各智能電子設備的數(shù)據(jù)采集,這種單通訊端口獨立總線運行的方式,常常由于通訊總線因故斷開后,導致該通訊端口上連接的所有智能電子設備通訊的中斷。如圖1所示,圖中各字母含義如下:
LANx,表示通訊管理機的第幾個以太網(wǎng)口,如LAN1表示第一個以太網(wǎng)口;
Px,表示通訊管理機的通訊串口編號,如P1表示第一個串口;
IEDxy,表示第幾個總線上的第幾個智能電子設備,如IED11表示總線1上的第1個智能電子設備;IED2n則表示總線2上的第n個智能電子設備;
Prx,表示端口協(xié)議,如Pr1表示端口協(xié)議1。
智能電子設備都是通過獨立串行總線連接通過通訊端口連接到通訊管理機上的,各總線之間沒有通訊,由于采用的是單協(xié)議單端口的通訊方式,當總線因故中斷后,尤其當重要監(jiān)控智能電子設備的通訊中斷后,對整個工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行造成極大影響。
另外,如果通訊總線上各個智能電子設備有兩個不同通訊協(xié)議端口時,由于通訊協(xié)議不統(tǒng)一,導致通訊組網(wǎng)時難以將對不同通訊協(xié)議的智能電子設備采集到的數(shù)據(jù)進行整合,而只能采取接入其中一個協(xié)議端口的方案,這樣,就使得不同通訊協(xié)議端口的智能電子設備不能接入到一個通訊總線上來,導致兼容性太差,且浪費了智能電子設備的資源。
二、原理研究
本研究旨在避免上述現(xiàn)有技術的不足之處,對現(xiàn)有技術工業(yè)控制系統(tǒng)中智能電子設備通訊網(wǎng)絡組態(tài)進行改進,提出一種通訊穩(wěn)定可靠、兼容性強的智能電子設備可靠通訊的方法。
為實現(xiàn)本研究目的,提出一種智能電子設備可靠通訊的方法,智能電子設備監(jiān)控網(wǎng)絡包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)、交換機、通訊管理機和智能電子設備子網(wǎng)絡;所述智能電子設備子網(wǎng)絡包括至少一個智能電子設備IED;所述智能電子設備IED包括單協(xié)議端口設備和雙協(xié)議端口設備;尤其是,所述通訊管理機包括至少兩個通訊端口;所述后臺監(jiān)控系統(tǒng)和所述智能電子設備子網(wǎng)絡之間可靠通訊的方法包括如下步驟:
1、采集準備監(jiān)控的所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED的基本信息;
2、將確定被監(jiān)控的智能電子設備組成智能電子設備子網(wǎng)絡,并將該智能電子設備子網(wǎng)絡和所述通訊管理機的通訊端口連接;
3、根據(jù)步驟1中所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED的基本信息來確定監(jiān)控網(wǎng)絡的設備組態(tài);
4、建立包括監(jiān)控網(wǎng)絡設備組態(tài)信息的通訊網(wǎng)絡工程文件;
5、將步驟4所述的通訊網(wǎng)絡工程文件配置完成后即可生成通訊管理機主程序,根據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡的設備組態(tài)確定監(jiān)控網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)冗余方式。所述的通訊端口為通訊管理機上的串口。
步驟1所述的采集準備監(jiān)控的所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED的基本信息,包括采集所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED的標識符ID及其可運行的通訊協(xié)議、智能電子設備的數(shù)量、智能電子設備的重要程度。
步驟2所述的智能電子設備子網(wǎng)絡連接方式為線型、星型、環(huán)網(wǎng)或菊花鏈式。所述的通訊管理機為兩個以上時,各通訊管理機之間用UDP方式連接進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)同步或切換控制。
步驟3所述確定監(jiān)控網(wǎng)絡的設備組態(tài)包括如下步驟:如果所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED均為單協(xié)議端口設備,就采用通訊端口冗余的方式;如果所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED均為雙協(xié)議端口設備,就采用協(xié)議冗余或端口協(xié)議混合冗余方式;根據(jù)所述智能電子設備子網(wǎng)絡中智能電子設備IED數(shù)量及其監(jiān)控的重要程度確定通訊管理機冗余方式。
所述通訊端口冗余是將通訊管理機上的通訊端口根據(jù)主/從通訊端口的先后順序進行通訊端口的通訊冗余定義;所述協(xié)議冗余是將所述具有雙協(xié)議端口的智能電子設備IED根據(jù)協(xié)議口的主/從協(xié)議口先后順序進行通訊冗余定義;所述通訊管理機冗余是為監(jiān)控網(wǎng)絡配置兩臺以上的通訊管理機來連接所述智能電子設備子網(wǎng)絡。
步驟4所述的監(jiān)控網(wǎng)絡設備組態(tài)信息包括智能電子設備子網(wǎng)絡信息、通訊管理機信息、通訊管理機通訊端口信息、通訊端口運行的通訊協(xié)議和設置通訊管理機通訊端口的冗余關系。
步驟5所述的監(jiān)控網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)冗余方式包括:單通訊管理機雙通訊端口冗余方式、單管理機雙協(xié)議冗余方式、雙通訊管理機雙通訊端口冗余、雙通訊管理機雙協(xié)議冗余和雙通訊管理機雙協(xié)議雙通訊端口冗余方式。
與現(xiàn)有技術相比較,本研究具有以下有益效果:
1、智能電子設備和后臺監(jiān)控系統(tǒng)通訊穩(wěn)定可靠;本研究改變了現(xiàn)有技術智能電子設備通訊組網(wǎng)方式,將通訊管理機通訊端口的采集的數(shù)據(jù)進行冗余處理,采用了單管理機雙端口冗余、單管理機雙協(xié)議冗余、雙管理機雙端口冗余、雙管理機雙協(xié)議冗余或雙管理機雙端口雙協(xié)議的冗余模式,這種有效地組網(wǎng)策略和設備組態(tài),將智能電子設備按照通訊端口冗余的方式擴展了智能電子設備和通訊管理機的通訊鏈路,形成了設備通訊的熱備份,保證了智能電子設備和后臺監(jiān)控系統(tǒng)通訊的可靠穩(wěn)定。
2、兼容性強;現(xiàn)有技術智能電子設備網(wǎng)絡只能接入相同協(xié)議的智能電子設備,本研究為智能電子設備定義了兩套參數(shù),組成端口協(xié)議冗余模式,可以將具有兩個協(xié)議端口的智能電子設備同時接入同一通訊網(wǎng)絡,使得任何種類的智能電子設備都能接入網(wǎng)絡,兼容性更強。
三、方案實施
具體實施方式 以下結(jié)合附圖所示之優(yōu)選實施例作進一步詳述。根據(jù)工程實際情況,首先需要對準備建立通訊監(jiān)控的智能電子設備進行基本信息整理(包括采集的點及運行的通訊協(xié)議),確立智能電子設備的組網(wǎng)方案。基本原則是:如果智能電子設備只有一個通訊協(xié)議口,那么就采取端口主/從冗余的方式;如果智能電子設備支持兩個協(xié)議端口,那么就需要考慮端口協(xié)議冗余或雙端口雙協(xié)議冗余方式。另外,根據(jù)智能電子設備數(shù)量的多少及監(jiān)控的重要程度,確定需要的管理機數(shù)量及管理機冗余的方式。在工程設計中,針對不同的使用情況,將通訊管理機進行靈活的組網(wǎng),可以配置為單管理機雙端口冗余、單管理機雙協(xié)議冗余、雙管理機雙端口冗余、雙管理機雙協(xié)議冗余、雙管理機雙協(xié)議雙端口冗余的數(shù)據(jù)冗余組網(wǎng)方式。
按照上述工程中的實際情況,本研究可有多個實施例,下面根據(jù)數(shù)據(jù)冗余組網(wǎng)方式來對實施例進行描述。
實施例一:單管理機雙端口冗余組網(wǎng)方式。
該組網(wǎng)方式將智能電子設備IED串接在一起,引出的兩根主干線分別接到通訊管理機的兩個通訊串口上。通訊管理機的兩通訊串口是主/從工作方式,兩通訊串口不同時工作,分為工作口和備用口,工作口具備收發(fā)權(quán)限,備用口無發(fā)送權(quán)限,處于端口數(shù)據(jù)流檢測狀態(tài)。當工作端口無數(shù)據(jù)流時,具備發(fā)送權(quán)限的工作端口停止發(fā)送數(shù)據(jù),將權(quán)限交給備用口,由備用口啟動發(fā)送權(quán)限。P1口的主干線因故斷開后,作為備用口德P2口不能檢測到端口的數(shù)據(jù)流,此時,P1口主動停止本端口的報文發(fā)送,P2口停止數(shù)據(jù)流檢測接受發(fā)送權(quán)限,改由P2口去完成智能電子設備的通訊。這樣,當其中一個通訊主干線因故斷開后,就可以很快地由備用端口進行通訊管理,保證了智能電子設備和后臺監(jiān)控系統(tǒng)通訊的實時可靠。
實施例二:單管理機雙協(xié)議端口冗余組網(wǎng)方式。
該組網(wǎng)方式的通訊主干線同樣有兩路網(wǎng)絡分支,不同的是兩路網(wǎng)絡分支所運行的通訊協(xié)議可以不同,分主從協(xié)議口,每個智能電子設備信息點包含兩套參數(shù)分別對應不同的兩種協(xié)議,智能電子設備兩個協(xié)議端口正常時都處于收發(fā)狀態(tài),但只有主協(xié)議口可以完成參數(shù)設置或控制及事件處理,并且每一智能電子設備兩協(xié)議端口控制權(quán)限可以交互。當工作端口所有智能電子設備通訊都中斷后,則控制權(quán)限交給冗余協(xié)議端口完成。如果某智能電子設備其中一個協(xié)議端口通訊中斷后,也可由該智能電子設備的另一個協(xié)議端口去完成通訊。當協(xié)議口P1的Pr1協(xié)議掛接的所有智能電子設備通訊中斷后,則可以通過協(xié)議端口P2的Pr2協(xié)議繼續(xù)進行通訊;如果智能電子設備IED11的Pr1協(xié)議端口故障不能通訊中斷后,IED11的信息采集由Pr2協(xié)議口通過P2端口去完成。這樣解決了智能電子設備雙協(xié)議不能同時接入的問題。
實施例三:雙管理機雙端口冗余組網(wǎng)方式。
該組網(wǎng)方式由兩臺通訊管理機組成,也即雙管理機方式;該組網(wǎng)方式將智能電子設備IED串接在一起,通訊主干線同實施例一相同,也有兩路網(wǎng)絡分支,但是兩路網(wǎng)絡分支分別接入到兩臺通訊管理機通訊端口上,通訊管理機之間用UDP方式連接進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)同步或切換控制。在該種方式下,兩通訊管理機的智能電子設備信息點完全一致,采用熱備份工作方式,可完成對多客戶端進行數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā),兩臺通訊管理機都可以進行信息轉(zhuǎn)發(fā)。
通過以上四種端口類型的邏輯優(yōu)先權(quán)限的判斷,然后以UDP信息同步的方式交互兩通訊管理機的信息,以達到兩通訊管理機間不同端口類型的報文收發(fā)及控制權(quán)限的管理。兩通訊管理機的遙測、遙脈以變化率方式同步,事件、遙信變位和控制命令則實時同步。這樣有效地控制了網(wǎng)絡流量,又由于兩通訊管理機間是以非連接的UDP方式進行信息同步,可以很好地提高實時性,同時也起到了可靠通訊的目的。
通過以上五種實施例的組網(wǎng)方式,智能電子設備的通訊組網(wǎng)方式確定后,就需要配置該工程的設備組態(tài)。在應用中,先建立一個工程文件,以后該工程的設備組態(tài)信息都在該工程目錄中,然后在該工程節(jié)點下添加需要的通訊管理機,再為各通訊管理機添加通訊串口,并設置串口運行的通訊協(xié)議,接著設置通訊管理機串口間的冗余關系(端口冗余或協(xié)議冗余)。
這樣,基本的組網(wǎng)策略就配置完成了。剩下的工作就是為通訊管理機的通訊口添加智能電子設備及設備采集的信息點。當智能電子設備的信息點添加完成后,再為轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議端口添加需要轉(zhuǎn)發(fā)的信息點。如果是雙通訊管理機冗余方式,還需要配置好完成數(shù)據(jù)同步的以太網(wǎng)端口的IP地址,這是完成雙通訊管理機冗余的關鍵。這些配置都完成后,就可以生成通訊管理機運行所需的設備配置文件,然后下載到通訊管理機,引導通訊管理機協(xié)議程序運行,進行配置文件正確性的基本檢測。
當通訊管理機的設備配置文件檢測正確后,根據(jù)前面確定的組網(wǎng)方案,就需要搭建整個網(wǎng)絡的組網(wǎng)平臺。這時需要完成的工作是:連接智能電子設備的串口通訊線至對應的通訊管理機通訊端口;將智能電子管理機的以太網(wǎng)口連至相應的交換機,并與轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控端后臺或遠方調(diào)度連接起來。
四、結(jié)論
上述數(shù)字式通訊管理機的通訊方案的研究,提出了一種可靠性通訊的解決方法,能適應各種組網(wǎng)應用的可靠性要求,并已獲得了國家發(fā)明專利。該方法已廣泛應用于公司電力自動化工程的實施,運行穩(wěn)定,贏得了用戶的一直好評。
數(shù)字通訊原理論文篇2
數(shù)字通訊技術的優(yōu)勢解析
摘 要:數(shù)字通訊是通訊技術的主要技術之一,其實現(xiàn)了通訊信號的轉(zhuǎn)換,多應用在信號輸入和輸出的環(huán)節(jié)中。在通訊技術中使用數(shù)字通訊技術是其他同類技術所不能比擬的,因為其能夠表現(xiàn)出更多的應用優(yōu)勢,并且在未來數(shù)字通訊技術還將會有更大的發(fā)展,為提高通訊工程的運行效率做出更大貢獻?,F(xiàn)本文就在分析數(shù)字通訊技術的主要應用體現(xiàn)的基礎上,來分析數(shù)字通訊的應用優(yōu)勢,并探討其未來的發(fā)展趨勢。
關鍵詞:通訊技術;數(shù)字通訊;優(yōu)勢;發(fā)展趨勢
數(shù)字技術和通訊技術都是新時期下主要的高科技先進技術,在提升數(shù)據(jù)信息傳遞速度,增大信息載體傳輸范圍的基礎上有著非常積極作用,尤其是在將數(shù)字技術和通訊技術結(jié)合在一起后所形成的數(shù)字通訊,更是掀起了通訊領域的一場革命,促使了現(xiàn)代通訊事業(yè)的發(fā)展。那么在實際的工程中,數(shù)字通訊技術是如何實現(xiàn)的,其應用優(yōu)勢又有哪些?以下本文就對這些問題進行解析。
1、數(shù)字通訊技術的實現(xiàn)
所謂數(shù)字通訊,就是指在計算機編程技術的基礎上,利用二進制算法對信息進行數(shù)字處理,使其成為以“0”和“1”為主要形式的數(shù)字信號,再將這些信號傳輸出去。當這些信號達到傳輸?shù)牧硪欢藭r,該端接收器就會感應到并接收這些信號,然后再通過解碼器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為正常信息,從而完成信息傳輸。這種數(shù)字通訊方式只需要進行兩道工序就可以完成信息傳遞,簡便易行,具有其他通訊技術所不具備的特性。
自數(shù)字通訊技術被應用在通訊行業(yè)以后,給其帶來了巨大的變革,為通訊行業(yè)的發(fā)展指出了新的發(fā)展方向。數(shù)字通訊技術的應用提高了信息的傳輸速度,更是為人們傳遞信息帶來了更方便的技術手段。具體來講,數(shù)字通訊是建立在數(shù)字技術基礎上的,其要求信息源、信息接收器、信息發(fā)送器以及信息傳播媒介都要實現(xiàn)數(shù)字化,并通過的一定的數(shù)字調(diào)試來最終實現(xiàn)數(shù)字通訊。
在對信息源進行數(shù)字化處理時,采用量化的技術方法,對信息源進行壓縮處理,但不破壞其原本的特性,使其能夠正常識別。而在接收器方,接收到數(shù)字信號之后要進行解碼處理,解碼技術的可靠性與否,決定著信息傳遞的質(zhì)量。因為解碼中可能會出現(xiàn)錯碼,錯碼越多,信息失真率越高。因此在對數(shù)字通訊技術進行完善優(yōu)化時,要注重降低解碼率。
2、數(shù)字通訊技術的應用優(yōu)勢分析
2.1擴寬了信息接受者的范圍。
與其他通訊技術相比,數(shù)字通訊的應用范圍更廣,因為其不需要特殊的設備。只要接受者有接收設備,就可以實現(xiàn)數(shù)字通訊。也就是說,只要具備了接收器、發(fā)送器與傳輸媒介,在任何的地方的任何人都可以利用數(shù)字通訊來實現(xiàn)信息傳遞和發(fā)送。并且接收信號時,可以由人來操作,也可以由機器操作,還可以實現(xiàn)人與機器的互相傳輸。值得一提的,在數(shù)字通訊中,不管是人是物,也不管是信息的發(fā)出或接收,信息的安全性都是可以得到保證的。其所具備的這些特點,不但使其在更寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)信息傳遞,還能夠保證信息的安全,這無疑是其最主要的應用優(yōu)勢之一。
2.2通訊質(zhì)量得到了一定的保證。
一是數(shù)字通訊的設備比較簡單,而且傳播信息的頻道比較窄,因此,在傳輸?shù)倪^程中能避免一些干擾因素,不像模擬信號容易受到其他信號的干擾,而數(shù)字信號就不容易出現(xiàn)這種情況,從而保證了通訊的質(zhì)量和效果二是就算信息在距離較遠的兩個地方進行傳輸,其信息的質(zhì)量也能得到保證,這是因為數(shù)字技術采用的技術能在傳輸?shù)倪^程中將遠距離傳輸引起的雜音進行消除,在消除后還能繼續(xù)保持傳輸?shù)男问?,而且如果雜音積累到一定的程度,也能進行自動的清楚,從而保證了通訊信息到達被接受者那里時信息的清晰度和質(zhì)量。
2.3數(shù)字通訊技術能讓信號更加容易分流。
由于數(shù)字信號只有兩種形式,比較簡單,加上具有對信號的調(diào)試比較方面,設備的可靠性較高的優(yōu)點,因此,能讓信息很容易進行分流。分流措施只需要在其信號接收器或是發(fā)送器的終端器和模擬電路之間加一個接收器即可,這樣就能在己有的模擬電路上進行新的信息傳輸。
2.4數(shù)字通訊技術的保密性較好。
現(xiàn)階段隨著社會生產(chǎn)和經(jīng)濟的發(fā)展,信息變得越來越重要,因此,對信息在傳輸過程中保密性要求也提高了,因此,像光通信等場合,數(shù)字通訊成為了比較熱門的選擇這是因為數(shù)字信號不像無限電波,只要接受的終端和發(fā)送的終端連接好,都可以收到所傳播的內(nèi)容,因此,信息很容易被盜用,但數(shù)字通訊是依靠編碼器來進行傳輸,必須要經(jīng)過解碼的程序才能獲取信息的內(nèi)容,這樣就能在一定程度上保護了信息的內(nèi)容。另外數(shù)字信號還可以進行加密,而且這種加密方式是通過一些簡單的加減等運算,再通過一定的規(guī)律加入到加密程序中,從而完成了傳輸信息的加密程序,也進一步保障了信息傳播過程中的隱蔽性和保密性。
2.5數(shù)字通訊設備的集成性較高。
數(shù)字通訊的設備將以往需要的眾多設備都集中到一個設備上,較之前的設備而言從體積上看大大減小了原有設備的體積,提高了設備的輕便性,另外從整體效率上來看還減少了設備的耗能,節(jié)省成本,除此之外設備的使用壽命也大大提高。
2.6數(shù)字通訊使用比較靈活。這里的靈活性主要體現(xiàn)能與計算機想連接,因為都是采用“0”和“1”進行程序的運作,因此,與計算機聯(lián)合起來使用,借助計算機的優(yōu)勢,給傳輸?shù)膱D片、電報、語音或是其他文字性的信息都帶來了一定的便捷性,也促使了數(shù)字通訊開展其他相關業(yè)務,比如朝更加智能化的方向發(fā)展。
3、數(shù)字通訊技術的發(fā)展趨勢
數(shù)字通訊技術在未來的發(fā)展中,還將會在更多的領域中發(fā)揮應用,因此其也需要進一步的創(chuàng)新完善。當前的數(shù)字通訊主要是以短波傳輸為主,今后需要朝著數(shù)字衛(wèi)星通訊、光纖通訊、微波通訊等方向發(fā)展。數(shù)字衛(wèi)星通訊,這將來以后各個國家需要加強使用的領域之一;光纖通訊,這種通訊方式在國外使用的較多,我國也在慢慢的涉入,這也是我國通訊技術需要發(fā)展的方向之一;微波通訊。由于數(shù)字通訊技術具有無可比擬的優(yōu)越性,需要加強對其的應用和發(fā)展根據(jù)現(xiàn)階段信息發(fā)展步伐以及人們對信息傳遞的要求,以后數(shù)字通訊將要在使用設備上更加輕小、更加智能化方面發(fā)展;在使用范圍方面開辟更為廣闊的應用市場,進行多網(wǎng)絡的融合;在信息傳遞方面向著更高的保密性、高精度以及寬頻率的方向發(fā)展。
4、結(jié)語
綜上所述,數(shù)字通訊技術在通訊行業(yè)領域有著不可取代的重要應用地位,其在通訊行業(yè)中所發(fā)揮的作用是非常明顯的,其應用的優(yōu)越性也是大家有目共睹的。相信在未來的發(fā)展中,數(shù)字通訊技術還將會在通訊領域發(fā)揮更大的作用和功能,促進通訊事業(yè)的數(shù)字化發(fā)展。
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