2022年第部分第章动力环境集中监控系统 .pdf

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1、第八章 动力环境集中监控系统第一节概述一、动力环境集中监控系统动力环境集中监控系统（以下简称监控系统）是对分布的各个独立的动力设备和机房环境监控对象进行遥测、遥信等采集， 实时监视系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，及时侦测故障，并作必要的遥控操作，适时通知人员处理；实现通信局（站）的少人无人值守，以及电源、空调的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。二、监控系统功能动力环境集中监控系统主要实现以下三种功能：1、数据采集和控制数据采集是监控系统最基本的功能要求，必须精确和迅速；对设备的控制是为实现维护要求而立即改变系统运行状态的有效手段，必须可靠。 对各种被监控设备（

2、开关电源、 空调、蓄电池、柴油发电机组、消防设备、摄像设备）进行集中操作维护，为实现机房少人无人值守创造条件。通过对设备的集中维护，缩短故障排除时间，提高设备利用率。数据采集和控制功能可以总结为“三遥”功能，即遥测远距离数据测量、遥信远距离信号收集、遥控远距离设备控制。2、设备运行和维护运行和维护是基于数据采集和设备控制之上的系统核心功能，完成日常的告警处理、控制操作和规定的数据记录等。3、维护管理管理功能应实现以下四组管理功能（1）配置管理配置管理提供收集、鉴别、 控制来自下层数据和将数据提供给上级的一组功能。包括局向数据的增加、删除、修改等，现场监控量的一般配置、告警门限配置等。（2） 故

3、障管理故障管理提供对被监控对象运行情况异常进行检测、报告和校正的一组功能。及时发现紧急事件， 防止因设备原因造成通信中断、机房失火等重大事件的发生。提供告警等级管理，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 32 页 - - - - - - - - - 告警信号的人机界面，告警确认，告警门限设置和告警屏蔽等。（3）性能管理性能管理提供对监控对象的状态以及网络的有效性评估和报告的一组功能。例如提供设备主要运行数据及参数；停电、油机及时供电情况；设备故障、告警统计；监控

4、系统可用性分析等。（4）安全管理安全管理提供保证运行中的监控系统安全的一组功能。第二节监控系统网络结构一、网络结构监控系统采用逐级汇接的结构，一般由监控中心、 监控站、监控单元和监控模块构成（如图 1-8-1 ） 。图 1-8-1 动力环境监控系统的结构其中：SC （Supervision Center，监控中心）本地网或者同等管理级别的网络管理中心。监控中心为适应集中监控、集中维护和集中管理的要求而设置。SS(Supervision Station，监控站 ) 区域管理维护单位。监控站为满足县、区级的管理要求而设置的，负责辖区内各监控单元的管理。SU(Supervision Unit，监控单

5、元 ) 监控系统中最基本的通信局（站）。监控单元一般完成一个物理位置相对独立的通信局（站） 内所有的监控模块的管理工作，个别情况可兼管其它小局（站）的设备。SM(Supervision Module，监控模块 ) 完成特定设备管理功能，并提供相应监控信息名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 32 页 - - - - - - - - - 的设备。 监控模块面向具体的被监控对象，完成数据采集和必要的控制功能。一般按照被监控系统的类型有不同的监控模块，在一个监控系统中

6、往往有多个监控模块。随着计算机网络的延伸，这种三级逐级汇接的树状结构正逐步被网络型结构所替代( 如图 1-8-2) 。SS的汇接作用也逐渐由SC统一完成了， 这样不仅便于网管中心的集中管理，而且降低了系统造价和复杂程度。通常 SS通过延伸 SC的一个业务控制台经过软件设置实现原来的功能。下面仍然按照三级汇接结构介绍监控系统的传输组网。SMSMSM,SU通信局站1SMSMSM,SU通信局站2SMSMSM,SU通信局站N,DCNSSSC,网管中心县（区）监控站1SS县（区）监控站2SS县（区）监控站M图 1-8-2 网络型监控系统结构二、网络通信与传输1监控模块（ SM ）与监控单元（SU ）之间

7、，采用专用数据总线。物理接口与传输速率采用 : （1） V.11/RS422 1.2kb/s 48kb/s ；（2） RS485 1.2kb/s 48kb/s ；（3） V.24/V.28/RS-232C 1.2kb/s 19.2kb/s ；（4） RJ45 10 BASE-T, 10 BASE-5, 10Mb/s。2监控单元（ SU ）与监控站（ SS ）之间，可采用两种传输手段，主辅备用，并能自动切换。采用的传输方式主要有：（1） 数字数据网（ DDN ） ；（2） 语音专线（采用 MODEM ） ；（3） 拨号电话线（采用 MODEM ） ；（4） DCN网；（5） 其它。3监控站（ S

8、S ）与监控中心（SC ）之间，数据传输以计算机网或专线为主，以拨号公用电话网为辅，计算机网或专线和拨号线之间应能自动切换，可采用：（1） 数字数据网（ DDN ） ；（2） 语音专线（采用 MODEM ） ；（3） 拨号电话线（采用 MODEM ） ；（4） DCN网；（5） 其它。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 32 页 - - - - - - - - - 三、常用的传输资源（一） PSTN PSTN 是最普通的传输资源。利用MODEM，PSTN能提供

9、 9600bps、14.4kbps 、28.8kpbs 、33.6kbps 的通信速率。（二） 2M 2M 资源是传输部门提供的最常见的一种资源，主要用来连接不同地点的交换设备包括程控交换机、DDN 节点机等。2M资源的接口遵循ITUU G.703 和 G.704 标准。 G.703 有两种传输介质：一种是平衡接口，采用2 对 120的线对，一对线收，一对线发；另一种是非平衡接口，采用一对75的同轴电缆， 一根收， 一根发。 G.704 标准中规定了帧的概念，就是按照时分复用的方法，把一个 2048kbps 的比特流，分为32 个 64kbps 的通道，每个通道称为1 个时隙，编号从0至 31

10、，其中时隙0 作为交换机之间同步用，其它的31 个时隙用来承载其它业务，在公用电话网中即为一个话路。通过一些特殊的设备，如RAD公司的 FCD E1、FCD 2、Digital Link公司的 DL600，Sole E1， 或华为公司自己开发的DCM2000 ， 这些设备具有从一根2M中继线中抽取若干个64K时隙作为数据传输的功能，对于不用的时隙不作任何处理。再结合交换机的一些功能，如通过其作半永久连接，来利用2M作为集中监控网络中的一种传输资源。（三） DDN DDN网是一个数据业务网，其主要功能是向用户提供端到端的透明数字串行专线。所谓的透明专线， 就是用户从一端发送出去的数据，在另一端原

11、封不动地被接收，网络对承载用户数据没有任何协议要求，对用户来说，并不需要关心DDN 是如何实现，而只需要知道DDN网提供了一个端到端的透明通道。DDN提供的透明串行专线，又可分为同步串行专线与异步串行专线。同步串行通路速率从64K，至 n 64K，最高达 2.048Mbps；异步串行通路速率一般小于 64K，从 2400bps、9600bps，直至 38.4kbps 。DDN以传输数据信号为主，也能传输话音和图像。使用 DDN 传输时，需要DTU设备，如New Bridge 公司的 2601、2603，DataCraft公司的 558 等。（四） LDCN （或称 97 网）LDCN 是局内计

12、算机网络，提供以太网口或者RS232串口，可直接利用。（五）音频专线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 32 页 - - - - - - - - - 一般是从光端机的音频板上引出的一根电话线，使用时需要能工作在专线方式的MODEM。（六）数字公务通道多见于传输设备，提供标准的RS232 接口，可直接使用。有时需要经过RS232-RS422的转换。第三节监控对象监控系统监控有下列动力设备和机房环境对象：1高压配电设备（1）进线柜遥测：三相电压，三相电流遥信： 开

13、关状态， 过流跳闸告警， 速断跳闸告警， 失压跳闸告警， 接地跳闸告警 （可选）（2）出线柜遥信：开关状态，过流跳闸告警，速断跳闸告警，接地跳闸告警（可选），失压跳闸告警（可选），变压器过温告警，瓦斯告警（可选）（3）母联柜遥信：开关状态，过流跳闸告警，速断跳闸告警（4）直流操作电源柜遥测：贮能电压，控制电压遥信：开关状态，贮能电压高/ 低，控制电压高/ 低，操作柜充电机故障告警2低压配电设备（1）进线柜遥测：三相输入电压，三相输入电流，功率因数，频率遥信：开关状态，缺相、过压、欠压告警遥控：开关分合闸（可选）（2）主要配电柜遥信：开关状态遥控：开关分合闸（可选）（3）稳压器名师资料总结 -

14、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 32 页 - - - - - - - - - 遥测：三相输入电压，三相输入电流，三相输出电压，三相输出电流遥信：稳压器工作状态（正常/ 故障，工作 / 旁路），输入过压，输入欠压，输入缺相，输入过流3柴油发电机组遥测：三相输出电压，三相输出电流，输出频率/ 转速，水温（水冷），润滑油油压，润滑油油温，启动电池电压，输出功率遥信：工作状态（运行/ 停机），工作方式（自动/手动），主备用机组，自动转换开关（ATS ）状态，过压，欠压，过流，频率/

15、 转速高，水温高（水冷），皮带断裂（风冷），润滑油油温高，润滑油油压低，启动失败，过载，启动电池电压高/ 低，紧急停车，市电故障，充电器故障（可选）遥控：开 / 关机，紧急停车，选择主备用机组4燃气发电机组遥测：三相输出电压，三相输出电流，输出频率/ 转速，排气温度，进气温度，润滑油油温，润滑油油压，启动电池电压，控制电池电压，输出功率遥信：工作状态（运行/ 停机），工作方式（自动/手动），主备用机组，自动转换开关（ATS ）状态，过压，欠压，过流，频率/ 转速高，排气温度高，润滑油温度高，润滑油油压低，燃油油位低，启动失败，过载，启动电池电压高/ 低，控制电池电压高/ 低，紧急停车，市电故障

16、，充电器故障遥控：开 / 关机，紧急停车，选择主备用机组5不间断电源（UPS ）遥测：三相输入电压，直流输入电压，三相输出电压，三相输出电流，输出频率，标示蓄电池电压（可选），标示蓄电池温度（可选）遥信：同步 / 不同步状态， UPS/旁路供电，蓄电池放电电压低，市电故障，整流器故障，逆变器故障，旁路故障6逆变器遥测：交流输出电压，交流输出电流，输出频率遥信：输出电压过压/ 欠压，输出过流，输出频率过高/ 过低7整流配电设备（1）交流屏（或交流配电单元）遥测：三相输入电压，三相输出电流，输入频率（可选）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

17、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 32 页 - - - - - - - - - 遥信：三相输入过压/ 欠压，缺相，三相输出过流，频率过高/ 过低，熔丝故障，开关状态。（2）整流器遥测：整流器输出电压，每个整流模块输出电流遥信：每个整流模块工作状态（开/关机，均 / 浮充 / 测试，限流 / 不限流），故障/ 正常遥控：开 / 关机，均 / 浮充，测试（3）直流屏（或直流配电单元）遥测：直流输出电压，总负载电流，主要分路电流，蓄电池充、放电电流遥信：直流输出电压过压/ 欠压，蓄电池熔丝状态，主要分路熔丝/ 开关故障8太阳能供电设备遥测：方阵输出电压，

18、电流遥信：方阵工作状态（投入/ 撤出），输出过压，过流9直流直流变换器遥测：输出电压，输出电流遥信：输出过压/ 欠压，输出过流10风力发电设备遥测：三相输出电压，三相输出电流遥信：风机开/关11蓄电池监测装置遥测：蓄电池组总电压，每只蓄电池电压，标示电池温度，每组充、放电电流，每组电池安时量（可选）遥信：蓄电池组总电压高/ 低，每只蓄电池电压高/ 低，标示电池温度高，充电电流高12分散空调设备遥测：空调主机工作电压，工作电流，送风温度，回风温度，送风湿度，回风湿度，压缩机吸气压力，压缩机排气压力遥信：开 / 关机，电压、电流过高/ 低，回风温度过高/ 低，回风湿度过高/ 低，过滤器正常/ 堵塞

19、，风机正常/ 故障，压缩机正常/故障遥控：空调开/关机13集中空调设备（1）冷冻系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 32 页 - - - - - - - - - 遥测：冷冻水进、出温度，冷却水进、出温度，冷冻机工作电流，冷冻水泵工作电流，冷却水泵工作电流遥信：冷冻机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机工作状态和故障告警，冷却水塔（水池）液位低告警遥控：开 / 关冷冻机，开/关冷冻水泵，开/ 关冷却水泵，开/ 关冷却塔风机（2）空调系统遥测：回风温度，回风湿度，

20、送风温度，送风湿度遥信：风机工作状态，故障告警，过滤器堵塞告警遥控：开 / 关风机（3）配电柜遥测：电源电压、电流遥信：电源电压高/ 低告警，工作电流过高14环境遥测：温度，湿度遥信：烟感，温感，湿度，水浸，红外，玻璃破碎，门窗告警遥控：门开 / 关第四节通信接口协议在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式，监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。一、串行通信协议计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通信和串行通信。并行通信指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快，但占用的通信线多，传输数据的可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据传送。串行通信是指在单根数据线上将

21、数据一位一位地依次传送。发送过程中， 每发送完一个数据，再发送第二个，依此类推。接受数据时，每次从单根数据线上一位一位地依次接受，再把它们拼成一个完整的数据。在远距离数据通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低等优点。1、串行通信的基本概念名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 32 页 - - - - - - - - - (1) 同步和异步通信方式串行通信有两种最基本的通信方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。同步串行通信方式是指在相同的数据

22、传送速率下，发送端和接受端的通信频率保持严格同步。由于不需要使用起始位和停止位，可以提高数据的传输速率，但发送器和接受器的成本较高。异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波特率下不需要严格地同步，允许有相对的时间时延，即收、发两端的频率偏差在10以内，就能保证正确实现通信。异步通信的数据传送格式见图1-8-3所示。起始位奇偶位停止位数据位图1-8-3 异步串行通信格式异步通信在不发送数据时，数据信号线上总是呈现高电平状态，称为空闲状态（又称MARK状态）。当有数据发送时，信号线变成低电平，并持续一位的时间，用于表示发送字符的开始， 该位称为起始位，也称SPACE 状态。起始位之后，在信号线上依

23、次出现待发送的每一位字符数据， 并且按照先低位后高位的顺序逐位发送。采用不同的字符编码方案，待发送的每个字符的位数不同，在5、6、7 或 8 位之间选择。数据位的后面可以加上一位奇偶校验位，也可以不加，由编程指定。最后传送的是停止位，一般选择1 位、1.5 位或 2 位。（2）数据传送方式数据传送方式的示意图见图1-8-4 所示。发送器发送器接收器发送器接收器接受器发送器接收器接收器发送器单工方式（ a）半双工方式（ b）全双工方式（ c）ABAABB图1-8-4 单工、半双工和全双工方式单工方式。 单工方式采用一根数据传输线，只允许数据按照固定的方向传送。图 8 （ a）中 A只能作为发送器

24、，B只能作为接收器，数据只能从A传送到 B，不能从 B传送到 A。半双工方式。 半双工方式采用一根数据传输线，允许数据分时地在两个方向传送，但名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 32 页 - - - - - - - - - 不能同时双向传送。图8（b）中在某一时刻，A为发送器， B为接收器，数据从A传送到 B；而在另一个时刻，A可以作为接收器，B作为发送器，数据从B传送到 A。全双工方式。 全双工方式采用两根数据传输线，允许数据同时进行双向传送。图 8 （ c

25、）中 A和 B具有独立的发送器和接收器，在同一时刻，既允许A向 B发送数据，又允许B向 A发送数据。（3）波特率波特率是指每秒内传送二进制数据的位数，以b/s 和 bps（位 / 秒）为单位。它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参数。计算机通信中常用的波特率是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps。（4）串行通信的检错和纠错在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程中出现差错。因此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的，也是衡量通信系统质量的重要指标。检错， 就是如何发现数据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后，

26、如何采取措施纠正错误。误码率误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。在计算机通信中，一般要求误码率达到10-6数量级。误码率与通信过程中的线路质量、干扰、波特率等因素有关。奇偶校验奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一位奇偶校验位（ 0 或 1），以保证数据位和奇偶校验位中1 的总和为奇数或偶数。若采用偶校验，则应保证 1 的总数为偶数；若采用奇校验，则应保证1 的总和为奇数。在接受数据时，CPU应检测数据位和奇偶校验位中1 的总数是否符合奇偶校验规则，如果出现误码， 则应转去执行相应的错误处理服务程序，进行后续纠错。纠错在基本通信规程中一般采用奇偶

27、校验或方阵码检错，以重发方式进行纠错。在高级通信中一般采用循环冗余码（CRC ）检错，以自动纠错方式来纠错。一般说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信效率也就越低。2、串行通信接口标准串行通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485 、USB等。 RS-232 、RS-422 与 RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 32 页 - - - -

28、 - - - - - 近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。（1）RS-232 串行接口目前 RS-232 是 PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232 被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232 采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在 -5 -15V 电平。当无数据传输时，线上为TTL 电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL 电平到 RS-232 电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3 -12V。RS-

29、232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为37k。由于 RS-232 发送电平与接收电平的差仅为2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差， 再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约30米， 最高速率为20kb/s 。所以 RS-232 适合本地设备之间的通信。可以通过测量DTE的 Txd（或 DCE的 Rxd）和 Gnd之间的电压了解串口的状态，在空载状态下， 它们之间应有约-10V 左右（-5-15V ）的电压，否则该串口可能已损坏或驱动能力弱。管脚定义 RS-232 物理接口标准可分成25 芯和 9 芯 D型插座两种， 均有针、 孔之分。 左图 1-8-5

30、为 25 芯插座的管脚定义图。其中TX（发送数据）、RX（接受数据）和GND （信号地）是三条最基本的引线，就可以实现简单的全双工通信。DTR （数据终端就绪）、 DSR （数据准备好）、RTS （请求发送）和CTS （清除发送）是最常用的硬件联络信号。常用的 DB9接口外形及针脚序号见图 1-8-6 。DB9及 DB25 两种串行接口的管脚信号定义见表1-8-1。图 1-8-5 25 芯 D 型插座图1-8-6 RS232常用 9芯接口表 1-8-1 RS232接口中 DB9 、DB25管脚信号定义DB9 公头DB9 母头1 2 3 4 56 7 8 95 4 3 2 19 8 7 6名师资

31、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 32 页 - - - - - - - - - 9针25针信号名称信号流向简称信号功能3 2 发送数据DTE DCE TxD DTE发送串行数据2 3 接收数据DTE DCE RTS DTE请求切换到发送方式8 5 清除发送DTE DCE CTS DCE已切换到准备接受6 6 数据设备就绪DTE DCE DSR DCE准备就绪可以接受5 7 信号地GND 公共信号地1 8 载波检测DTE DCE DTR DTE准备就绪可以接受9

32、22 振铃指示DTE DCE RI 通知 DTE，通讯线路已接通按照 RS232标准， 传输速率一般不超过20kbps，传输距离一般不超过15M 。实际使用时通信速率最高可达115200bps。RS232串行接口基本接线原则设备之间的串行通信接线方法，取决于设备接口的定义。设备间采用RS232串行电缆连接时有两类连接方式：直通线： 即相同信号 （Rxd 对 Rxd、Txd 对 Txd）相连， 用于 DTE （数据终端设备）与 DCE（数据通信设备）相连。如计算机与MODEM（或 DTU ）相连。交叉线：即不同信号（Rxd 对 Txd、Txd 对 Rxd）相连，用于DTE与 DTE相连。如计算机

33、与计算机、计算机与采集器之间相连。以上两种连接方法可以认为同种设备相连采用交叉线连接，不同种设备相连采用直通线连接。在少数情况下会出现两台具有DCE接口的设备需要串行通信的情况，此时也用交叉方式连接。当一台设备本身是DTE ，但它的串行接口按DCE接口定义时，应按DCE接线。如艾默生网络能源有限公司生产的一体化采集器IDA 采集模块上的调测接口是按DCE接口定义的，当计算机与IDA 采集模块的调测口连接时就要采用直通串行电缆。一般地， RS232接口若为公头，则该接口按DTE接口定义；若为母头，则该接口按DCE接口定义。 但注意也有反例，不能一概而论。（一些 DTE设备上的串行接口按DCE接口

34、定义而采用 DB9或 DB25母接口的原因主要是因为DTE接口一般都采用公头，当人用手接触时易接触到针脚；采用母头时因不易碰到针脚，可避免人体静电对设备的影响。）对于某些设备上的非标准RS232接口，需要根据设备的说明书确定针脚的定义。如果已知 Txd、Rxd和 Gnd三个针脚，但不清楚哪一个针脚是Txd，哪一个针脚是Rxd，可以通过用万用表测量它们与Gnd之间的电压来判别，如果有一个电压为-10V 左右，则万用表红表笔名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 3

35、2 页 - - - - - - - - - 所接的是 DTE的 Txd 或 DCE的 Rxd。RS232的三种接线方式三线方式：即两端设备的串口只连接收、发、地三根线。一般情况下，三线方式即可满足要求，如监控主机与采集器及大部分智能设备之间相连。简易接口方式： 两端设备的串口除了连接收、发、地三根线外，另外增加一对握手信号（一般是 DSR和 DTR ）。具体需要哪对握手信号，需查阅设备接口说明。完全口线方式：两端设备的串口9 线全接。此外， 有些设备虽然需要握手信号，当并不需要真正的握手信号，可以采用自握手的方式，连接方法见图1-8-7 。图 1-8-7 RS232自握手的接线方式（2）RS-

36、422/485 串行接口平衡传输RS-422 由 RS-232 发展而来。为改进RS-232 通信距离短、速度低的缺点，RS-422 定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbit/s,并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。 RS-422 是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。RS-422 的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输。它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图 1-8-8 。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V ，是一个逻辑状态，负电平在-2 -6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在 RS-485 中还有一“使能”端，“

37、使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相应的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与 BB对应相连， 当在收端 AB之间有大于 +200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至 6V之间。23514678235智能设备计算机DTEDB9DTEDB9237682045235智能设备计算机DTEDB25DTEDB9名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

38、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-8-8 平衡传输方式图 1-8-9 RS-422接口RS-422 RS-422 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。图 1-8-9 是典型的 RS-422 四线接口。实际上还有一根信号地线，共5 根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力， 故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10 个节点。即一个主设备（Master ），其余为从设备（Salve ），从设备之间不能通信，所以RS-422

39、 支持点对多的双向通信。RS-422 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF 握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422 的最大传输距离为4000 英尺（约 1200 米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在 100kb/s 速率以下， 才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。RS422接口的定义很复杂，一般只使用四个端子，其针脚定义分别为TX+、TX-、RX+ 、RX-，其中

40、 TX+和 TX-为一对数据发送端子，RX+ 和 RX-为一对数据接收端子，参见图 1-8-10 。RS422采用了平衡差分电路，差分电路可在受干扰的线路上拾取有效信号，由于差分接收器可以分辨 0.2V 以上的电位差，因此可大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响，有利于抑制共模干扰，传输距离可达1200 米。图 1-8-10 RS422 方式通信接口定义与接线另外和 RS232不同的是， 在一 RS422总线上可以挂接多台设备组网，总线上连接的设备RS422串行接口同名端相接，与上位机则收发交叉，可以实现点到多点的通信，如图 1-8-11所示。（ RS232只能点到点通信，不能组成串行总线。）Tx+

41、 Rx+Tx- Rx-Rx+ Tx+Rx- Tx-设备 A设备 B名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 32 页 - - - - - - - - - 图 1-8-11 RS422 总线组网示意图通过 RS422总线与计算机某一串口通信时，要求各设备的的通信协议相同。为了在总线上区分各设备， 各设备需要设置不同的地址。上位机发送的数据所有的设备都能接收到，但只有地址符合上位机要求的设备响应。RS-485 为扩展应用范围，EIA 在 RS-422 的基础上制定了R

42、S-485 标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用RS-485 收发器。RS-485 收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL 电平信号转换成差分信号输出； 在接收端， 接收器将差分信号变成TTL 电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故数据传输可达千米以外。RS-485 许多电气规定与RS-422 相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。 RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422 一样只能实现点对多的通信，即

43、只能有一个主（Master ）设备，其余为从设备，但它比RS-422 有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达32 个设备， SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400 个节点。RS-485 与 RS-422 的共模输出电压是不同的。RS-485 共模输出电压在-7V 至+12V之间，RS-422 在-7V 至+7V 之间， RS-485 接收器最小输入阻抗为12K； RS-422 是 4k；RS-485满足所有RS-422 的规范，所以RS-485 的驱动器可以用在RS-422 网络中应用。但RS-422的驱动器并不完全适用于RS-485 网络。RS-485 与 RS-422

44、 一样， 最大传输速率为10Mb/s。当波特率为1200bps 时，最大传输距离理论上可达15 千米。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。RS-485 需要 2 个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300 米以下不需终接电阻。Tx+Tx-Rx+Rx-RX+RX-TX+TX-RX-TX+TX-RX+RX-TX+TX-RX+设备一设备二设备三上位机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -

45、- - - - - - 第 15 页，共 32 页 - - - - - - - - - RS485是 RS422的子集，只需要DATA+ （ D+）、DATA- （D-）两根线。 RS485与 RS422的不同之处在于RS422为全双工结构， 即可以在接收数据的同时发送数据，而 RS485为半双工结构，在同一时刻只能接收或发送数据，参见图1-8-12 。图 1-8-12 RS485通信接口定义与接线RS485总线上也可以挂接多台设备，用于组网，实现点到多点及多点到多点的通信（多点到多点是指总线上所接的所有设备及上位机任意两台之间均能通信），如图 1-8-13 所示。图 1-8-13 RS485

46、方式组网连接在 RS485总线上的设备也要求具有相同的通信协议，且地址不能相同。 在不通信时，所有的设备处于接收状态，当需要发送数据时，串口才翻转为发送状态，以避免冲突。为了抑制干扰，RS485总线常在最后一台设备之后接入一个120 欧的电阻。很多设备同时有RS485接口方式和RS422接口方式，常共用一个物理接口， 见图 1-8-14 。图中， RS485的 D+和 D-与 RS422的 T+和 T-共用。图 1-8-14 RS422/485 共用接口(3)RS232/422/485串行通信接口性能比较上述三种通信接口的比较见下表1-8-2 。接口性能RS-232 RS422 RS485 操

47、作方式电平差分差分最大传输速率20kb/s(15m) 10Mb/s(12m) 1Mb/s(120m) 100kb/s(1200m) 10Mb/s(12m) 1Mb/s(120m) 100kb/s(1200m) D+D+D- D-设备 A设备 BD-D+设备一设备二设备三上位机120欧D+D-D+ D-D+D-名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 32 页 - - - - - - - - - 接口性能RS-232 RS422 RS485 驱动器输出电压无负载时5

48、V15V 5V 5V 有负载时2V 1.5V 驱动器负载阻抗3k7k100(min) 54(min) 接收输入阻抗3k7k4k12k接收器灵敏度3V 200mV 200mV 工作方式全双工全双工半双工连接方式点到点点到多点多点到多点表 1-8-2 RS232、RS422 、RS-485 接口性能比较（4）USB接口USB,全称是 Universal Serial Bus（通用串行总线），它是在1994 年底由康柏、 IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999 年， USB才真正被广泛应用。自从1994年 11 月 11 日发表了 USB V0.7 以后， USB接口经历了

49、六年的发展，现在USB已经发展到了2.0 版本。 USB接口的特点是：数据传输速率高。USB标准接口传输速率为12Mbps ，最新的 USB2.0 支持最高速率达480Mbps。同串行端口比，USB大约快 1000 倍；同并行端口比，USB端口大约快50% 。数据传输可靠。USB总线控制协议要求在数据发送时含有3 个描叙数据类型、发送方向和终止标志、USB设备地址的数据包。USB设备在发送数据时支持数据侦错和纠错功能，增强了数据传输的可靠性。同时挂接多个USB设备。 USB可通过菊花链的形式同时挂接多个USB设备，理论上可达 127 个。USB接口能为设备供电。USB线缆中包含有两根电源线及两

50、根数据线。耗电比较少的设备可以通过USB口直接取电。 可通过 USB口取电的设备又分低电量模式和高电量模式，前者最大可提供100 毫安的电流，而后者则是500 毫安。支持热插拔。在开机情况下，可以安全地连接或断开设备，达到真正的即插即用。USB还具有一些新的特性，如：实时性（可以实现和一个设备之间有效的实时通信）、动态性 （可以实现接口间的动态切换）、联合性（不同的而又有相近的特性的接口可以联合起来）、多能性（各个不同的接口可以使用不同的供电模式）。二、计算机网络和TCP/IP 协议（一） OSI 模型OSI（OSI-Open System Interconnection ）开放系统互联参考模