2.2 數(shù)據(jù)通信概述

2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)是指對(duì)數(shù)字、字母以及組合意義的一種表達(dá)。在SCADA系統(tǒng)中，通信數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng)的各種信息緊密相關(guān)，如用數(shù)字1表示電機(jī)處于工作狀態(tài)，用數(shù)字0表示電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)；而對(duì)于溫度、壓力、物位、流量、電流、電壓等變量可以用一定數(shù)值范圍的數(shù)字來(lái)描述。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸信道將分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信為目的的系統(tǒng)。實(shí)際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是千差萬(wàn)別的。例如，可以是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)近距離數(shù)據(jù)傳輸，可以是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備與控制器之間的數(shù)據(jù)通信，也可以是分布在各地的數(shù)百臺(tái)甚至更多的計(jì)算機(jī)互相傳送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)、傳輸報(bào)文、通信協(xié)議等組成。圖2.1所示為香農(nóng)定義的廣義通信系統(tǒng)模型。其中信源為待傳輸數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)生者。發(fā)送器將信息變換為適合于信道上傳輸?shù)男盘?hào)，而信宿的作用與之相反。信道指發(fā)送器與接收器之間用于傳輸信號(hào)的物理介質(zhì)，又稱傳輸介質(zhì)。經(jīng)過(guò)傳輸，在接收器處收到的信號(hào)在接收器處變?yōu)樾畔?。通信傳輸過(guò)程會(huì)受到噪聲的干擾，而噪聲往往會(huì)影響接收者正確地接收和理解所收到的信息。為了把接收到的信息還原為原有信息，并為接收者所理解，需要一套實(shí)現(xiàn)約定的協(xié)議。協(xié)議是數(shù)據(jù)通信規(guī)則的集合，如果沒(méi)有協(xié)議，兩臺(tái)設(shè)備即使連接也無(wú)法通信。

圖2.1 廣義通信系統(tǒng)模型

發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備和傳輸介質(zhì)是通信系統(tǒng)的硬件。發(fā)送設(shè)備用于匹配信息源和傳輸介質(zhì)，即將信息源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼變換為信號(hào)形式，送往傳輸介質(zhì)；接收設(shè)備則需要完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原有信號(hào)，并進(jìn)行解碼、解密等操作。

SCADA系統(tǒng)中，由于越來(lái)越多的設(shè)備變得智能化和數(shù)字化，數(shù)字通信能力越來(lái)越強(qiáng)大，因此，依賴不同時(shí)刻設(shè)備的作用，許多設(shè)備既是發(fā)送設(shè)備也是接收設(shè)備。如下位機(jī)設(shè)備與上位機(jī)通信時(shí)，當(dāng)下位機(jī)向上位機(jī)傳送現(xiàn)場(chǎng)儀表參數(shù)時(shí)，下位機(jī)是發(fā)送設(shè)備，上位機(jī)是接收設(shè)備；而當(dāng)下位機(jī)接收上位機(jī)的控制指令，如開(kāi)啟某臺(tái)設(shè)備，或修改下位機(jī)參數(shù)時(shí)，下位機(jī)是接收設(shè)備，而上位機(jī)是發(fā)送設(shè)備。

傳輸信道可以是簡(jiǎn)單的兩條導(dǎo)線，也可以是由傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)中繼、交換、存儲(chǔ)、管理設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。傳輸信道是為收發(fā)兩地的數(shù)據(jù)流提供傳輸?shù)男诺溃瑐鬏斝诺烙蓛刹糠纸M成：一部分是傳輸介質(zhì)，另一部分是其他數(shù)據(jù)處理設(shè)備。傳輸介質(zhì)分為有線介質(zhì)和無(wú)線介質(zhì)兩種，有線介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖等，無(wú)線介質(zhì)則為空氣。傳輸手段為微波、紅外線、激光等，由光纖、同軸電纜、雙絞線等有線介質(zhì)構(gòu)成有線線路，而由微波接力或衛(wèi)星中繼等方式通過(guò)大氣層傳輸則構(gòu)成無(wú)線通信。有線通信具有性能穩(wěn)定，受外界干擾少，維護(hù)方便，保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其敷設(shè)工程量大，一次性投資也大。而無(wú)線通信利用無(wú)線電磁波在空氣中傳輸信號(hào)，無(wú)需敷設(shè)有形介質(zhì)，一次性投資相對(duì)較少，通信建立較靈活，但受空氣環(huán)境影響較大，保密性較差。