計算機網路技術及在實踐中的應用的論文

　　以下是小編為大家整理到的，歡迎大家前來閱讀。

　　一：

　　計算機網路是由大量的網路接入終端以及網路連線節點組成的，資料可通過計算機網路實現便捷高效的共享和傳輸。就覆蓋範圍對計算機網路進行分類可將其分為區域網、都會網路與廣域網三類。無論哪種網路都是按照標準的體系結構進行部署的，為降低網路部署的複雜性，提升網路應用的靈活性，現代計算機網路均採用分層的方法設計實現，每一層負責某一具體的功能實現，不同終端之間的同層資訊都按照統一的通訊協議進行資料交換。故應用於計算機網路中的技術大致可以分為拓撲結構類、體系結構類以及通訊協議類等。

　　1 計算機網路的拓撲結構

　　計算機網路無論其規模是大還是小，通常都是以區域網為基本單位的。計算機終端在構成區域網時需要按照一定的拓撲結構進行連線。目前區域網組網的拓撲結構主要有三種，分別為匯流排型、環型以及星型。

　　匯流排型拓撲結構使用一條主資料電纜進行資料傳送與接收，網路中的所有終端都通過一個端點與資料匯流排相連，這種拓撲結構下的區域網設有一個起始點與一個終止點，網路內終端之間的通訊都是通過資料匯流排完成的。這種拓撲結構具有結構簡單、應用便捷等特點。但是缺點也非常明顯：由於所有終端共用一根資料匯流排進行通訊，故一次僅允許一個終端進行通訊，網路利用率非常低。

　　環型拓撲結構將各節點串聯成一個閉合的迴路，資料在區域網中進行傳輸是按照規定的方向進行單向傳輸。這種拓撲結構下的區域網中不存在邏輯起點與終點，且終端間的資料傳輸不受其他終端的影響，具有結構簡單易於管理等優點。但是這種拓撲結構需要在結點位置新增中繼器以保證訊號能夠傳輸到接收端，且一旦網路中的結點過多時傳輸效率會急劇下降。

　　星型拓撲結構中各結點與中央集線器相連。終端間的資料通訊經由中央集線器路由實現。其組網實現簡單便捷，相較於前兩種組網結構而言，資料傳輸效率更高。

　　為實現最佳通訊，現代計算機網路通常使用多種拓撲結構進行混合組網。最為常用的是匯流排與星型混用的組網結構。該結構下資料匯流排負責邏輯通訊，星型輻射電纜負責物理佈局。

　　2 計算機網路中的資料交換技術

　　資料交換技術可有效增加使用者的通訊頻寬，允許計算機網路中的多組終端之間進行並行通訊而不發生資訊碰撞。目前應用最為廣泛的資料交換裝置為交換機或交換式集線器，其不僅能夠提供儲存轉發等功能還能夠為計算機網路提供諸如直通等橋接技術。

　　橋接交換機在進行資料交換時首先會對所需傳輸資料中幀中特定位置的資料進行檢測，以確認資料的源地址與目標地址，然後將其與交換機內的動態地址表進行對比，將其傳送到目標地址埠實現資料的交換傳輸。這種資料交換方式下的節點終端可以獨享對應交換機埠的通訊頻寬，因而可以達到非常高的資料傳輸速率。

　　直通方式是另外一種資料交換方式，這種資料交換方式直接在輸入埠與輸出埠之間建立通訊鏈路，利用該鏈路進行資料通訊，因而相較於橋接的通訊方式而言，其資料交換速度更快，延時更小，在計算機網路規模較小時可以使用。需要說明的是，這種通訊方式要求通訊雙方具有相同的資料傳輸速率。

　　3 虛擬專用網技術

　　虛擬專用網技術使用隧道協議將需要傳輸的資料進行重新封裝，在重新封裝的資料包的包頭新增路由資訊，之後根據該路由資訊將資料通過隧道路由到目的端點進行解封，進而實現網路中的端與端通訊。

　　虛擬專用網中所使用的協議成為隧道協議。該協議根據隧道建立的層次不同分為第二層隧道協議與第三層隧道協議兩種。前者規定隧道建立在網路結構模型的鏈路層，該層以幀為資料交換單位，通訊資料被封裝在點對點協議幀中，然後該封裝幀通過PPTP隧道協議新增IP資料報文以實現在計算機網路內的傳輸。後者規定隧道建立在網路結構模型的網路層，該層以包為資料交換單位，該協議下的整個IP資料包都要被封裝處理，隧道內只傳輸網路層報文。

　　比較兩種實現方式，第三層隧道實現方式安全性更高，擴充套件性更強，對系統的負荷要求較低，隧道一旦建立即可實現虛擬專用網內的資料通訊。

　　4 計算機網路相關技術應用與實踐

　　計算機網路相關技術的應用主要是組建諸如LAN、INTERNET、ATM以及無線網路等並限期提供服務支援。無論是那種網路，其在網路部署過程中都要考慮到拓撲結構設計、資料交換方式選擇以及擴充套件通訊等內容。

　　以普通的計算機網路為例，網路所承載的主要業務有資料、語音以及視訊等。在進行網路構建時可以選用TCP/IP協議來構建骨幹網路，而網路的拓撲結構可選用星型結構，不同計算機終端通過路由器和交換機進行連線，交換機部署在層級較高的節點中，同時提供內網與外網的通訊介面，路由器部署在層級較低的節點中提供終端路由服務。為保障網路通訊的安全穩定，網路中還可以應用防火牆技術、虛擬專用網技術、備份技術、日誌管理等技術來豐富和完善計算機網路的整體效能。

　　二：

　　前 言

　　某國有銅加工企業，主要生產銅及銅合金板帶、壓延銅箔.產品主要應用在資訊科技製造業，比如印刷電路板的框架材料.由於部分裝置為上世紀90年代進口，所以目前效能趨於老化，尤其是電氣控制部分，這給裝置維護帶來了較大困難，也直接影響了產品效能及產量.鑑於此，公司邀請北京ABB工程技術公司對十二輥可逆式冷軋機進行了傳動與控制部分的電氣改造.改造後，軋機維護方便，生產能力提高.網路技術的應用，正是這次成功改造的基礎，給後續裝置的改造提供了範例.

　　1 設 備

　　十二輥可逆式冷軋機是1992年全套引進德國弗洛林公司的裝置，主要軋製黃銅及紫銅帶卷產品.成品寬度為300～660 mm，厚度為0.05～1.20 mm，最高軋製速度為600 m/s.

　　電氣控制系統由傳動控制、過程控制、厚度控制和軋製油迴圈冷卻控制四部分組成.每個部分各有一套或多套PLC控制系統組成.本次改造就是針對傳動控制和過程控制的技術升級.下文所闡述的電氣控制系統均指這兩套系統.

　　2 網路架構

　　圖1***a***是軋機改造前的電氣控制系統結構.過程控制系統由兩套ABB DP800系統與一套ABB研發的卷取計算系統***MKS***組成.傳動系統的五臺直流電動機各由一套ABB PAE系統控制.厚度控制系統***AGC***與軋製油迴圈冷卻系統***Filter***各由一套西門子S5系統控制.所有子系統之間均採用掛中間繼電器的硬接線形式進行聯接.從圖1中可以看到，整個系統的線路是非常複雜的.這給裝置維護人員排查故障帶來很大的不便，直接影響裝置的產能.

　　圖1***b***是軋機改造後的電氣控制系統結構.改造後的新一代PLC控制器AC800M，並由此組建了一個工業控制乙太網絡.圖中實線部分是由各控制器、工程師站和過程操作面板之間通過乙太網連線起來的工業網路.傳動部分由PLC直接控制直流調速裝置DCS600組成.虛線部分就是由PLC、DCS600通過光纖分配器NDBU95組成的一個光纖傳動網路.整個系統結構流程清晰，易於操作、便於維護.

　　3 網路通訊協議的介紹與應用

　　3.1 MMS協議

　　3.1.1 MMS協議簡介

　　MMS製造報文規範是一個ISO9506標準，表示不同的網路型別和連線裝置都可以用相同的處理方式進行通訊.協議定義了控制器***如PLC***之間、工程站點與控制器之間的通訊資訊的傳輸.它的開發主要應用於工業，如工業過程控制、工業機器人等領域. 　　MMS標準即ISO/IEC9506，由ISO TC184和IEHC共同負責管理.ISO9506由多個部分組成，其中ISO/IEC 9506

　　3.1.2 MMS服務

　　MMS應用在七層協議的應用層.其服務包括如下方面：

　　***1***下載應用程式，比如從工程站點下載到PLC;

　　***2***在網路內建立、刪除、執行和停止程式;

　　***3***在網路內設定不同的系統讀寫變數;

　　***4***在遠端系統裡獲取關於應用執行的資訊以及故障資訊;

　　***5***網路內的文件讀寫;

　　***6***處理報警資訊;

　　***7***獲取遠端系統的相關資訊，比如系統版本、模式.

　　總之，MMS服務在工程站點、OPC伺服器、控制器之間的作用類似一個多路轉換器[1].

　　3.1.3 配置

　　控制網路通過工程站點專案瀏覽器進行配置.在當前的專案瀏覽器裡設定通訊埠.關於控制器的配置，還有一個冗餘網路的使用，根據協議Redundant Network Routing Protocol ***RNRP***進行連線.

　　3.1.4 示例

　　結合本臺軋機的應用，來了解一下MMS在控制網路中的一個應用.本例是將PLC_1裡的控制變數Y11_word_01傳送給PLC_2.

　　圖2為兩個支援控制器PLC_1、PLC_2，各自應用中的程式通過MMS傳遞資訊.

　　***1***控制器乙太網埠設定

　　在專案瀏覽器裡開啟硬體樹，在裡找到要設定的控制器.開啟，在處理器單元裡對進行設定.主要是設定控制器的IP地址和子網掩碼.PLC_1的IP設為172.16.0.1，子網掩碼為255.255.252.0.PLC_2的IP設為172.16.0.2，子網掩碼為255.255.252.0.

　　***2***變數在中的定義

　　主要是標識變數Y11_word_01的源路徑.定義變數的資料型別和屬性.

　　通過以上兩步，一個名為Y11_word_01的變數，已經可以傳送到網路上，等待被另一個控制器讀取.

　　***3***PLC_2讀取變數

　　在PLC_2裡定義部分變數.主要為變數Id，資料型別Comm_Channel_MMS;變數Partner，定義傳送變數的源地址，此處即為PLC_1的IP地址172.16.0.1;變數VariableName01，定義接收的變數名，此例為Y11_word_01.變數Rd01，定義所要接收變數的資料型別.

　　定義完變數，在PLC_2的程式中使用功能塊MMSConnect和MMSReadCyc，即可實現對變數Y11_word_01的讀取.

　　3.2 DriveBus協議

　　3.2.1 簡介

　　ABB公司推出的DriveBus協議主要應用在ABB的傳動裝置、特殊I/O單元與一個連線有CI858通訊介面模組的AC800M控制器之間的通訊網路上.可以使這些單元迴圈地同時進行一組資料***輸入/輸出***的交換.

　　DriveBus通訊協議應用在組合傳動上.它支援DDCS***Distributed Drives Communication System***協議;支援CI858通訊介面單元;採用抗干擾性能好、能拓展網路物理距離的光纖作為傳輸介質.

　　3.2.2 服務

　　協議的服務主要涉及傳動與控制器之間的資料通訊;傳動單元輸入/輸出埠的資料迴圈交換***以組的形式產生***;特殊I/O單元的資料迴圈交換.

　　3.2.3 特點

　　DriveBus協議有如下特點：

　　***1***支援不同型別的傳動裝置和特殊I/O單元.例如：直流調速系統DCS400、DCS500、DCS600，交流變頻系統ACS400、ACS600、ACS800、ACS1000;

　　***2***傳動裝置內部時間與日曆同步.方便記錄歷史事件;

　　***3***使用AC800M方便地對傳動或特殊I/O單元進行設定;

　　***4***自診斷功能.當進行了錯誤的設定，系統會有提示，提醒操作者;

　　***5***不需要外加介面卡.

　　3.2.4 配置

　　以本臺軋機為例，要實現控制器與傳動之間的通訊需要進行如下設定.

　　對於傳動DCS600來說：

　　***1***使用專用傳動軟體設定;

　　***2***定義引數組***90…93***的引數***僅對需要的變數***.

　　對於控制器來說：

　　***1***在硬體組中新增傳動單元;

　　***2***定義引數;

　　***3***連線變數;

　　***4***下載程式到控制器***AC800M***.

　　3.2.5 示例

　　用開卷機點動操作，來說明控制器PLC_1與調速器DCS600的通訊連線.

　　***1***對DCS600的設定

　　利用DriveWindow軟體對DCS600進行相關設定.軟體中規定了引數08.01是調速器主狀態字，引數07.01是對調速器的主控制字.根據示例任務，給DCS600的主狀態字定義一個數據組Dataset.比如定義引數組92中，第一個引數92.01賦予主狀態字引數08.01.對引數組90的第一個引數90.01賦予主控制字引數07.01.

　　***2***對控制器AC800M的設定

　　在專案瀏覽器裡開啟硬體樹，在裡找到要設定的控制器.開啟，在模組內的下新建傳動單元.設定它的一些主要引數，比如傳動單元型別，資料組優先順序.

　　在程式裡宣告兩個變數，分別賦予主狀態字和主控制字的值.程式裡變數D21G11_MAIN_STATUS_WORD賦主狀態字值，即引數08.01值，變數D21G11_MAIN_CTRL_WORD賦主控制字值，即引數07.01值.

　　至此，將程式下載到控制器中，DriveBus通訊將自動建立.圖3是資訊流程圖.

　　AC800M為可程式設計邏輯控制器;CI為CI858通訊模組;PP245為過程控制面板;NDBU_95為光纖分配器;DCS600為直流調速系統.值得一提的是每個連線到CI858介面的傳動單元，都可以定義8對輸入/輸出資料組.最大傳輸率達到8對資料組/ms.

　　4 結束語

　　通過對MMS和DriveBus兩個通訊協議在銅帶軋機改造中的應用介紹，有理由相信，網路技術應用在生產實踐上可帶來效率的提高和效益的增加.

　　三：

　　建設智慧電網已然成為當下我國乃至世界各國發展電力輸送的一個必然趨勢。由於智慧電網具有穩定的電力輸送框架基礎，擁有基於通訊網路和計算機系統平臺來達到對發電、儲電、變電、輸電、配電、用電和相關排程等多個方面智慧控制的一套完整系統。在實現以上操作過程中，我們利用其完全智慧化的系統作業即可以通融電力行業和通訊行業之間的業務，由始至終，不管是哪一階段的實現都離不開通訊網路技術的輔助作用;由此可見，通訊網路技術在智慧電網中的應用是至為重要的。

　　1 智慧電網的發展背景

　　***1***我國電網的規劃及建設無不在大電量消耗和電網建設費用高的壓力之下完成，實際上對我國電網建設是否合理的問題上一直以來都會聽到一些不同的聲音，所面臨的考驗可想而知。

　　***2***電網的執行在直接應對供電使用者的用電安全要求必然會很高，不管是在電網建設階段還是後期的執行維護階段都應該對電網裝置的執行狀況瞭如指掌，如電網裝置的當前執行狀況、維修程度以及更換相關零配件的最佳時機等等。

　　***3***有關電網裝置維修質量和相關電力作業費用是否合理也是一方面問題。

　　***4***電網建設會涉及電力營銷，電力需求管理的服務水平、電力成本回收率和竊電行為造成損失都應及時得到收集和掌握。利用所收集電網的各種資料資訊來作為電網和電力裝置的建設投資指導，電力裝置可在趨近於裝置最大電容量或實際執行能力的前提下運作，可充分發揮電力裝置的運作潛力。利用電網的即時重構及優化運作的方式，將電力裝置能夠在其自身可允許的實際電力容量範圍內良性執行，以保證電力裝置使用年限的達標。同時，充分採集電力裝置的即時資料資訊，確保裝置在運作過程停電時間最少，對需求側管理的力度進一步提升，保證實現基本的經濟效益和社會效益，從而為合理的電網投資建設提供有效的決策依據。

　　為滿足當先社會生產力的需要，智慧電網的形成和發展將進一步拓展了在系統設計方面自動化監視功能，強化了基礎資料資訊的採集程式和整合程式;這也有助於系統對電網業務的深入分析與優化，逐步發展電網系統的智慧化、自動化水平。如圖1智慧電網概念圖所示我國電力系統呈現的網路功能構架，也是實現社會發展需要提高生產力水平的重要保障。

　　圖1 智慧電網概念圖

　　通常意義上講，我國智慧電網系統主要被分為五個層面，即電網資料資訊採集、資料資訊傳輸、資料資訊整合系統分析及優化、資料資訊展現。

　　電網資料資訊採集：即時資料資訊是提供智慧電網的重要依據，其內容一般包含三個方面，即電網的運作資料資訊、電力裝置的運作狀態資料資訊和用電客戶的計量資料資訊。我國在電力這一行業中，企業關於電網資料資訊採集工作的側重點依然在於電網的運作資料資訊。如圖2所示，我們只有著手於加強各階段對智慧電網的建設工作，將整個電網的視覺化水平提高，併為智慧化程序夯實基礎。

　　圖2 通訊網路技術優化方案

　　資料資訊傳輸：標準開放化的數字通訊網路可保障用電客戶的計量、電力裝置狀態資料資訊和電網資料的安全傳輸。

　　資料資訊整合系統分析及優化、資料資訊展現：智慧電網的資料資訊整合系統分析及優化和資料資訊的展現過程主要在於對計算機資訊網路技術的應用。利用前期採集和通訊網路傳送來的資料資訊作為電力規劃與設計、電力系統運作和投資資產的方案優化提供更為科學的決策依據。電網的設計優化可利用對用電客戶在負荷模式之下進行分析，而清晰地確定哪條負荷線路超載而需要改造;同時利用電力裝置的壽命週期性分析，得到的結果可針對電網的檢修計劃方案進行優化，又可掌握每一位用電客戶在負荷模式下能夠採集的詳細資料資訊，來提升三相負荷的平衡性，而降低了電力輸送對網路系統的損耗。

　　2 智慧電網中的通訊需求

　　傳統的通訊網路工程主要特徵表現為具有區域性的網路體系，且如果在寬頻不足的條件下不會具備對整個電網系統即時資料的實時監視功能。本文所討論的通訊網路技術在智慧電網中的應用是現代電網對通訊網路技術要求的不斷提升，分析其具體表現有以下幾點：***1***要求SCADA系統的資料資訊傳輸效率高;***2***對於用電監測和計量的裝置實現更高等級的自動化;***3***系統資料資訊傳輸的通訊寬頻要求高;***4***要求電網系統運作擁有高標準可執行的通訊規約;***5***要求電網系統運作擁有可拓展的監測程式。

　　通訊網路技術的發展是以高新計算機技術應用作為基石，同時期電網技術在智慧電網中應用資料的處理能力得到了進一步的提高，Internet網路和ICP/IP網路協議的廣泛推廣與應用致使每一位電力使用者在不同地點和位置都可方便對各類資訊進行查詢。

　　3 通訊網路技術在智慧電網中的應用

　　通訊網路技術在智慧電網中應用的首要任務是以配電網的自動化為先手，在主要電網路中可依託於現有的SDH網路和綜合性較強的資料資訊網做資料資訊的接入工作，而就我國當下配電網自動化的內容仍然存在大片空白，下文以配電網路中通訊網路技術在智慧電網中的應用展開介紹。

　　***1***骨幹層。採用工業級乙太網交換機構成冗餘光纖環形網路結構，用光纖鏈路連成環狀拓撲結構。此結構充分利用了工業冗餘環網結構的優點，當鏈路發生故障時網路傳輸的恢復時間被控制在50毫秒以內。而如果用普通民用乙太網交換機構造鏈路冗餘網路，其恢復時間長達30秒以上，顯然無法滿足資料傳輸不間斷的要求，這也是工業乙太網交換機比較明顯的優勢。 　　此環形拓撲結構便於工程擴充和維護，安全效能高。採用網路監控軟體對網路控制器進行網路實時監控，同時和電網測控系統進行有機協調，保證互不影響。此外，資訊通訊網的骨幹層，還可採用同步數字體系、波分複用***Wavelength Division Multiplexing，WDM***、光傳送網***Optical Transport Network，OTN***、多業務傳送平臺***Multi-Service Transfer Platform，MSTP***、分組傳送網***Packe tTransport Network，PTN***等多種資訊傳送技術。另外，無線通訊方式***如微波和衛星***也是組建資訊通訊網骨幹層的補充技術。

　　***2***接入層。兩種情況。第一種情況是測控點資料量較多、且距離光纖網路較近的區域，推薦採用工業乙太網交換機配光纜構成環形網路結構。此結構具有與骨幹層結構一樣特點，當鏈路發生故障時，通訊網路傳輸的恢時間被控制在50毫秒之內。第二種情況則是測控點及資料量較少、且跟離光纖網路較遠的區域，推薦採用數字工業級配載波裝置構成樹型或鏈型網路結構。此結構充分利用了載波通訊系統的優點，使用現有電纜資源作為通訊介質;地埋電纜和架空電纜均適用選擇不同的耦合裝置。載波通訊通道建立時間小於300毫秒，電纜干擾的情況有四個頻點可供通訊裝置選用，裝置端接受靈敏度可達-70dB，並可在無中繼的情況下傳輸5km。載波裝置有多種通訊介面可供選擇，如RS232、RS485等介面，方便級聯進上層網路。

　　此外，資訊通訊網的接入層是相對於骨幹層而言的，處於整體網路接入的位置。接入層類似於人體的外圍神經組織，也可以理解為神經末梢，它將所收集的資訊通過骨幹層網路傳送到對端。接入層按照傳輸介質不同，可分為有線接入和無線接入兩種方式，彼此之間相互補充。在智慧電網中，有線接入還包括無源光網路***Passive Optical Network，PON***、電力線載波等，無線接入則包括TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WiMAX、Wi-Fi、ZigBee等。

　　智慧電網建設必以安全可靠的通訊網路作為基礎，需選擇安全可靠的裝置來組網。世界各國在配電網中的工業裝置中往往採用乙太網+TCP/IP協議作為其通訊與控制的標準。一般來看，乙太網+TCP/IP協議在工業控制網路中主要是為負責不同廠站網路區段之間關鍵自動化裝置的聯絡，安全性和可靠性要求較高。

　　4 結語

　　我國將全國電網建設的目標制定為：實現資訊化、數字化、自動化和互動化的智慧電網路，國家及地方電力部門都將以此分為不同階段進行推進化建設和發展。在整個建設與發展過程中，通訊網路技術在智慧電網中的作用至關重要，我們也期待在未來有關國家電網建設工作對於通訊網路技術的應用更為廣闊和延伸。