分散控制課設(shè)分散控制差錯(cuò)控制技術(shù)分析設(shè)計(jì).docx

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2012 - 2013年度第 1學(xué)期）名稱：分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)題目：分散控制系統(tǒng)差錯(cuò)控制技術(shù)分析設(shè)計(jì)院系：動(dòng)力工程系班級(jí)：自動(dòng)化09K1學(xué)號(hào)： 091912010116學(xué)生姓名：秦術(shù)員指導(dǎo)教師：李大中設(shè)計(jì)周數(shù)：1成績(jī)：日期：2013 年 1月 17日分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書(shū)一、目的與要求1通過(guò)本課程設(shè)計(jì)教案環(huán)節(jié)，使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容的理解和掌握；2結(jié)合工程問(wèn)題，培養(yǎng)提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、相關(guān)資料以及組織素材的能力；3培養(yǎng)鍛煉學(xué)生結(jié)合工程問(wèn)題獨(dú)立分析思考和解決問(wèn)題的能力；4要求學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)課程的基本理論和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)工程問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用方案的要求，進(jìn)

2、行方案的總體設(shè)計(jì)和分析評(píng)估；5報(bào)告原則上要求依據(jù)相應(yīng)工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、制圖、分析和撰寫(xiě)等。二、主要內(nèi)容1每個(gè)學(xué)生依據(jù)個(gè)人情況選擇課程設(shè)計(jì)題目；2分散控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)與安全可靠性措施綜述；3分散控制系統(tǒng)工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析；4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展應(yīng)用綜述；5基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析；6分散控制系統(tǒng)差錯(cuò)、容錯(cuò)控制技術(shù)設(shè)計(jì)分析；7工程師站、操作員站功能應(yīng)用綜述；8現(xiàn)場(chǎng)控制站工程應(yīng)用控制方案設(shè)計(jì)分析；8SOE、事故追憶技術(shù)分析綜述；9分散控制系統(tǒng)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性分析；10分散控制系統(tǒng)電源安全供電系統(tǒng)配置方案綜述。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容完成時(shí)間備注1選擇課程設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資

3、料2013年 1月 14日2文獻(xiàn)資料的學(xué)習(xí)根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)2013年 1月 15日3與指導(dǎo)教師討論設(shè)計(jì)內(nèi)容、修改設(shè)計(jì)方案2013 年 1 月 16 日45撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告2013年 1月 17日課程設(shè)計(jì)答辯2013年 1月 18日四、設(shè)計(jì)成果要求1針對(duì)所選題目的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用發(fā)展概述；2課程設(shè)計(jì)正文內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)方案、硬件電路和軟件流程，以及綜述、分析等；3課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論以及參考文獻(xiàn)；4要求設(shè)計(jì)報(bào)告規(guī)范完整按照華北電力大學(xué)課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)格式撰寫(xiě)。五、考核方式分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)如下：1課程設(shè)計(jì)報(bào)告；2獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)過(guò)程的表現(xiàn)；3答辯時(shí)回答問(wèn)題情況。成績(jī)綜合評(píng)

4、定分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)等級(jí)。學(xué)生姓名：秦術(shù)員指導(dǎo)教師：李大中2013年 1月 17日一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛而有效的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，作為自動(dòng)化類本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備和掌握與此相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、概念和設(shè)計(jì)方法。本課程設(shè)計(jì)是在分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程結(jié)束之后進(jìn)行的一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要目的是使學(xué)生在課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，針對(duì)工程應(yīng)用問(wèn)題能夠進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容的綜合分析設(shè)計(jì)以及仿真，通過(guò)該教案環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)也給學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐和增加

5、感性認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)，為今后從事實(shí)際工作打下一定的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)正文1分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System ,簡(jiǎn)稱 DCS)：1.1定義：由多個(gè)( 對(duì) ) 以微處理器為核心的過(guò)程控制采集站，分別分散地對(duì)各部分工藝流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。1.2具有如下特點(diǎn)：可靠性高（即危險(xiǎn)分散）。以微處理機(jī)為核心的微型機(jī)比中小型計(jì)算機(jī)的可靠性高，即使一部分系統(tǒng)故障也不會(huì)影響全局，當(dāng)管理計(jì)算機(jī)故障時(shí)，各子系統(tǒng)仍能進(jìn)行獨(dú)立的控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理（即結(jié)構(gòu)分散）。系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)預(yù)先通過(guò)子系統(tǒng)處理或選擇，數(shù)

6、據(jù)傳輸量減小，減輕了微型機(jī)的負(fù)荷，提高了控制速度。由于信息量減小，使編程簡(jiǎn)單，修改、變動(dòng)都很方便。由于控制功能分散，子系統(tǒng)可靠性提高，對(duì)管理計(jì)算機(jī)的要求可以降低，對(duì)微型機(jī)的要求也可以降低。隨著科技的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用 , 七十年代中期研制出以多臺(tái)微機(jī)為基礎(chǔ)的新型系統(tǒng) DCS（ DistributedCOntrolSystem ）。 DCS的應(yīng)用使工業(yè)控制系統(tǒng)在原來(lái)的基礎(chǔ)上大大前進(jìn)了一步。由于 DCS 具有人機(jī)聯(lián)系方便 , 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視 , 操作、控制功能分散使控制裝置能可靠地運(yùn)行 , 系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便 , 可擴(kuò)性好 , 具有完善的自診斷功能 , 高的性能價(jià)格比

7、 , 操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn) , 使其滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)的大規(guī)模的生產(chǎn)裝置、復(fù)雜的生產(chǎn)技術(shù)和工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求。1 3 其實(shí)質(zhì)：是計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生的，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在它們的基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力和顯著的優(yōu)越性。國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī) (Computer) 、通訊 (C

8、ommunication) 、顯示 (CRT) 和控制 (Control) 等 4C 技術(shù)，處于底層的過(guò)程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來(lái)自過(guò)程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（ Supervisory Information System in Plant Level,簡(jiǎn)稱SIS ）是集過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一體的電廠自動(dòng)化信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)火電廠生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制和全廠負(fù)荷優(yōu)化調(diào)

9、度，在整個(gè)電廠范圍內(nèi)充分發(fā)揮主輔機(jī)設(shè)備的潛力，達(dá)到整個(gè)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況的目的；同時(shí)該系統(tǒng)提供全廠完整的生產(chǎn)過(guò)程歷史 / 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，可作為電力公司信息化網(wǎng)絡(luò)的可靠生產(chǎn)信息資源，使公司管理和技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)掌握各發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)信息及輔助決策信息，充分利用和共享信息資源，提高決策科學(xué)性。2差錯(cuò)控制技術(shù)：2 1 基本概念：差錯(cuò)控制是在數(shù)字通信中利用編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行控制，以提高數(shù)字消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。2.1.1 所謂差錯(cuò)控制，就是對(duì)傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢測(cè)和糾正的技術(shù)。差錯(cuò)控制的核心是差錯(cuò)控制編碼技術(shù)，其基本思想就是通過(guò)對(duì)信息序列作某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立，相關(guān)性很小的信息碼元之

10、間產(chǎn)生某種相關(guān)性（即具備一定的規(guī)律性），從而在接收端就可以通過(guò)對(duì)該規(guī)律性的檢驗(yàn)判斷并糾正信息碼元在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。由數(shù)字傳輸原理可知：終端發(fā)送的數(shù)字信號(hào)在經(jīng)信道傳輸過(guò)程中，由于信道加性噪聲干擾及信道的帶寬有限特性，使信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)產(chǎn)生波形失真而導(dǎo)致抽樣判決結(jié)果錯(cuò)誤，造成誤碼。盡管可以采取碼型變換及均衡放大等措施對(duì)信號(hào)傳輸失真進(jìn)行預(yù)防和補(bǔ)償，還可以通過(guò)選擇調(diào)制解調(diào)方式，擴(kuò)展信道頻帶等手段以盡量減少信道傳輸誤碼率，但若還不能達(dá)到業(yè)務(wù)要求的范圍內(nèi)，就需要考慮采用差錯(cuò)控制技術(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于受到各種干擾的影響，各個(gè)部分從輸入至輸出的傳輸過(guò)程中，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤或差錯(cuò)，而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

11、為了提高過(guò)程控制的可靠性，往往采用某種差錯(cuò)控制技術(shù)，以便在出現(xiàn)干擾或錯(cuò)誤、差錯(cuò)時(shí)能自動(dòng)糾正，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.1.2差錯(cuò)的特點(diǎn) : 由于通信線路上總有噪聲存在，噪聲和有用信息中的結(jié)果，就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。噪聲可分為兩類，一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲，熱噪聲引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò)，亦即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性，與前后碼元無(wú)關(guān)。沖擊噪聲是由短暫原因造成的，例如電機(jī)的啟動(dòng)、停止，電器設(shè)備的放弧等，沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是成群的，其差錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的長(zhǎng)度。衡量信道傳輸性能的指標(biāo)之一是誤碼率PO。 PO=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/ 接收的總碼元數(shù)目前普通電話線路中，當(dāng)傳輸速率在 6002400bit/s時(shí)

12、， PO 在之間，對(duì)于大多數(shù)通信系統(tǒng)，PO 在之間，而計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸則要求誤碼率低于。2.1.3差錯(cuò)控制的基本方式:差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯(cuò)”，另一類稱為“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯(cuò)”。反饋糾錯(cuò)這種方式在是發(fā)信端采用某種能發(fā)現(xiàn)一定程度傳輸差錯(cuò)的簡(jiǎn)單編碼方法對(duì)所傳信息進(jìn)行編碼，加入少量監(jiān)督碼元，在接收端則根據(jù)編碼規(guī)則收到的編碼信號(hào)進(jìn)行檢查，一量檢測(cè)出 ( 發(fā) 現(xiàn) ) 有錯(cuò)碼時(shí)，即向發(fā)信端發(fā)出詢問(wèn)的信號(hào)，要求重發(fā)。發(fā)信端收到詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，立即重發(fā) 已發(fā)生傳輸差錯(cuò)的那部分發(fā)信息，直到正確收到為止。所謂發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)是指在若干接收碼元中知道有一個(gè)或一些是錯(cuò)

13、的，但不一定知道錯(cuò)誤的準(zhǔn)確位置。圖61 給出了“差錯(cuò)控制”的示意方框圖。前向糾這種方式是發(fā)信端采用某種在解碼時(shí)能糾正一定程度傳輸差錯(cuò)的較復(fù)雜的編碼方法，使接收端在收到信碼中不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，還能夠糾正錯(cuò)碼。在圖6 1 中，除去虛線所框部分就是前向糾錯(cuò)的方框示意圖。采用前向糾錯(cuò)方式時(shí)，不需要反饋信道，也無(wú)需反復(fù)重發(fā)錯(cuò)而延誤傳輸時(shí)間，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸有利，但是糾錯(cuò)設(shè)備比較復(fù)雜。混合糾錯(cuò)混合糾錯(cuò)的方式是：少量糾錯(cuò)在接收端自動(dòng)糾正，差錯(cuò)較嚴(yán)重，超出自行糾正能力時(shí)，就向發(fā)信端發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，要求重發(fā)。因此，“混合糾錯(cuò) ”是 “前向糾錯(cuò) ”及 “反饋糾錯(cuò) ”兩種方式的混合。對(duì)于不同類型的信道，應(yīng)采用不同的差錯(cuò)控制技

14、術(shù)，否則就將事倍功半。反饋糾錯(cuò)可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯(cuò)則用于單向數(shù)字信號(hào)的傳輸，例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)沒(méi)有反饋通道。2 2 差錯(cuò)控制技術(shù)分類:2.2.1減額設(shè)計(jì)技術(shù)減額設(shè)計(jì)就是對(duì)零件或電子元器件等減額使用，使其工作于比額定值低的應(yīng)力（如機(jī)械應(yīng)力，熱應(yīng)力，電應(yīng)力等）狀態(tài)，以便能補(bǔ)償超常的工作應(yīng)力，以及適應(yīng)零件或元器件因緩慢的物理、化學(xué)變化而造成的性能降低和老化。減額設(shè)計(jì)的途徑是：降低使用應(yīng)力；提高零件或元器件的強(qiáng)度。減額系數(shù)的確定則依靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工作環(huán)境因素。2.2.2自動(dòng)保護(hù)技術(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有可能在環(huán)境干擾下產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)載而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。過(guò)載保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)在于，這種過(guò)載不致導(dǎo)

15、致系統(tǒng)部件的損壞和影響系統(tǒng)的安全性。主要有如下過(guò)載保護(hù)措施。1) 自動(dòng)切斷技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)載或其他不安全情況時(shí)使系統(tǒng)有關(guān)部分或全部停止運(yùn)行，以保護(hù)系統(tǒng)的安全。在一般電器中廣泛應(yīng)用熔斷器切斷電源；在電力系統(tǒng)中則有各類繼電保護(hù)裝置，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)斷路器將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行；在機(jī)械設(shè)備中則有安全銷等。2) 阻尼技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中有過(guò)載的物理量時(shí)，限制其通過(guò)或?qū)⑵渌p，使其不致影響系統(tǒng)的運(yùn)行或安全。例如，運(yùn)用電感器抑制過(guò)電壓，用減震器的阻尼作用減小并部分吸收振動(dòng)、沖擊能量。3) 旁路技術(shù)。把瞬間過(guò)載能量或不需要的物理量從旁路泄走。例如，用低阻通路把過(guò)載電能旁路到大

16、地；避雷器將雷電能量旁路到大地；電路中的旁路電容，濾掉不需要的信號(hào)頻率；液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的溢流閥等。2.2.3反饋技術(shù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于受到各種干擾的影響，傳輸?shù)捷敵龆藭r(shí)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。反饋技術(shù)是將系統(tǒng)的輸出通過(guò)一定方式反送到系統(tǒng)的輸入端，從而對(duì)系統(tǒng)的輸入和再輸出嚴(yán)生影響，直到獲得正確輸出為止。1) 反饋校驗(yàn)。在信息技術(shù)中，將輸出端收到的數(shù)據(jù)信號(hào)原封不動(dòng)地回送給輸入端，與原發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則需重發(fā)。2) 檢錯(cuò)重發(fā)。在信息傳輸中，輸出端對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，如果有錯(cuò)，則通知輸入端重發(fā)，直到收到正確數(shù)據(jù)為止。為對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，需在輸入端對(duì)用戶原始數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，

17、如奇偶校驗(yàn)碼，二維奇偶校驗(yàn)碼（方陣碼），恒比碼，循環(huán)碼等3) 反饋控制。將系統(tǒng)輸出的一部分或全部，通過(guò)一定的通道反送到輸入端，將被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)與所希望的狀態(tài)之差轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，直到輸出狀態(tài)接近或達(dá)到目標(biāo)值。反饋控制又有自授反饋和測(cè)量反饋之分。4) 自適應(yīng)控制。具有預(yù)先給定的目標(biāo)，即使環(huán)境變化也能按照目標(biāo)進(jìn)行工作，達(dá)到預(yù)期的效果。2.2.4自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)采用特殊結(jié)構(gòu)，附加裝置、線路或特殊材料等，抵消規(guī)定工作條件變化所造成的誤差源，以保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。例如，各種電子設(shè)備中的補(bǔ)償電路；許多機(jī)械中的誤差補(bǔ)償裝置；運(yùn)用具有溫度補(bǔ)償作用的材料和元件，如用陶瓷作電介材料的特種小型電容器，可有幾種不同的正

18、或負(fù)溫度系數(shù)，與其他電容器組合使用，可得總溫度系數(shù)很小的組合電容。2.2.5軟件抗干擾技術(shù)干擾有可能打亂程序正常的執(zhí)行秩序，使系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生波動(dòng)或“死機(jī)”。對(duì)程序運(yùn)行失常采取的手段是監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)失常，及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)回到正常軌道上來(lái)。常用的抗干擾措施有：設(shè)置軟件陷井；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；使用“看門狗”監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。2.2.6軟件校錯(cuò)技術(shù)系統(tǒng)硬件常會(huì)受到某種干擾而改變系統(tǒng)的控制狀態(tài)，造成控制失靈，可運(yùn)用軟件控制硬件的差錯(cuò)。1) 循環(huán)采樣技術(shù)。硬件的控制信息流中，各級(jí)的輸入是上一級(jí)的輸出或邏輯運(yùn)算的結(jié)果。由于干擾的侵入會(huì)破壞這些條件，造成控制失靈。利用軟件的方法，將對(duì)控制信號(hào)的一次采集

19、改為循環(huán)采樣，從而避免白于偶然的干擾因素造成控制信號(hào)的偏差。2) 設(shè)置系統(tǒng)控制狀態(tài)單元。通過(guò)軟件的方法，可以隨時(shí)查詢輸出系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信息，當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)控制狀態(tài)后，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)糾正。還可在此基礎(chǔ)上建立自檢程序，使干擾可被實(shí)時(shí)檢測(cè)到。3. 差錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用原理:3.1 系統(tǒng)組成 :差錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用原理如圖:圖中虛線內(nèi)的部分就是數(shù)字通信中的差錯(cuò)控制系統(tǒng)。當(dāng)沒(méi)有差錯(cuò)控制時(shí)，信源輸出的數(shù)字（也稱符號(hào)或碼元）序列將直接送住信道。由于信道中存在干擾，信道的輸出將發(fā)生差錯(cuò)。數(shù)字在傳輸中發(fā)生差錯(cuò)的概率（誤碼率）是傳輸準(zhǔn)確性的一個(gè)主要指標(biāo)。在數(shù)字通信中信道給定以后，如果誤碼率不能滿

20、足要求 , 就要采取差錯(cuò)控制。按具體實(shí)現(xiàn)方法的不同 , 差錯(cuò)控制可以分為前向糾錯(cuò)法、反饋重傳法和混合法三種類型。前向糾錯(cuò)法 差錯(cuò)控制系統(tǒng)只包含信道編碼器和譯碼器。從信源輸出的數(shù)字序列在信道編碼器中被編碼 ( 見(jiàn)信道編碼 ), 然后送往信道。由于信道編碼器使用的是糾錯(cuò)碼，譯碼器可以糾正傳輸中帶來(lái)的大部分差錯(cuò)而使信宿得到比較正確的序列。反饋重傳法 只利用檢錯(cuò)碼以發(fā)現(xiàn)傳輸中帶來(lái)的差錯(cuò)，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)以后通過(guò)反向信道通知發(fā)信端重新傳輸相應(yīng)的一組數(shù)字，以此來(lái)提高傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。根據(jù)重傳控制方法的不同，反饋重傳法還可以分成若干種實(shí)現(xiàn)方式。其中最簡(jiǎn)單的一種稱為等待重傳方式。采用這種方式時(shí)發(fā)信端每送出一組數(shù)字就

21、停下來(lái)等待收信端的回答。這時(shí)信道譯碼器如未發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)便通過(guò)收信端重傳控制器和反向信道向發(fā)信端發(fā)出表示正確的回答。發(fā)信端收到后通過(guò)發(fā)信端重傳控制器控制信源傳輸下一組數(shù)字，否則信源會(huì)重新傳輸原先那組數(shù)字。上述兩種方法的主要差別是：前向糾錯(cuò)不需要反向信道，而反饋重傳必須有反向信道。前向糾錯(cuò)利用糾錯(cuò)碼，而反饋重傳利用檢錯(cuò)碼。一般來(lái)講，糾錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，可糾正的差錯(cuò)少，而檢錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較容易，可發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)也多。前向糾錯(cuò)帶來(lái)的消息延遲是固定的，傳輸消息的速率也是固定的，而反饋重傳中的消息延遲和消息的傳輸速率都會(huì)隨重傳頻度的變化而變化。前向糾錯(cuò)不要求對(duì)信源控制，而反饋重傳要求信源可控。經(jīng)前向糾錯(cuò)的被傳消息

22、的準(zhǔn)確性仍然會(huì)隨著信道干擾的變化而發(fā)生很大變化，而經(jīng)反饋重傳的被傳消息的準(zhǔn)確性比較穩(wěn)定，一般不隨干擾的變化而變化。因此，兩者的適用場(chǎng)合很不相同?；旌戏?在信道干擾較大時(shí)，單用反饋重傳會(huì)因不斷重傳而使消息的傳輸速率下降過(guò)多，而僅用前向糾錯(cuò)又不能保證足夠的準(zhǔn)確性，這時(shí)兩者兼用比較有利，這就是混合法。此法所用的信道編碼是一種既能糾正部分差錯(cuò)又能發(fā)現(xiàn)大部分差錯(cuò)的碼。信道譯碼器首先糾正那些可以糾正的差錯(cuò)，只對(duì)那些不能糾正但能發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)才要求重傳，這會(huì)大大降低重傳的次數(shù)。同時(shí)，由于碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng)，最后得到的數(shù)字消息的準(zhǔn)確性是比較高的。3.2 作用 :差錯(cuò)控制已經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)通信。在衛(wèi)星通信

23、中一般用卷積碼或級(jí)連碼進(jìn)行前向糾錯(cuò)，而在數(shù)據(jù)通信中一般用分組碼進(jìn)行反饋重傳。此外，差錯(cuò)控制技術(shù)也廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，其具體實(shí)現(xiàn)方法大致有兩種：利用糾錯(cuò)碼由硬件自動(dòng)糾正產(chǎn)生的差錯(cuò)；利用檢錯(cuò)碼在發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)后通過(guò)指令的重復(fù)執(zhí)行或程序的部分返回以消除差錯(cuò)。3.3 差錯(cuò)控制功能 :通信系統(tǒng)必須具備發(fā)現(xiàn) ( 即檢測(cè) ) 差錯(cuò)的能力，并采取措施糾正之，使差錯(cuò)控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi)，這就是差錯(cuò)控制過(guò)程，也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。接收方通過(guò)對(duì)差錯(cuò)編碼 ( 奇偶校驗(yàn)碼或 CRC碼 ) 的檢查，可以判定一幀在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了差錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，一般可以采用反饋重發(fā)的方法來(lái)糾正。這就要求接受方收完一幀后

24、，向發(fā)送方反柜一個(gè)接收是否正確的信息，使發(fā)送方據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方僅當(dāng)收到接收方以正確接收的反饋信號(hào)后才能認(rèn)為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢，否則需要重發(fā)直至正確為止。物理信道的突發(fā)噪聲可能完全“淹沒(méi)”一幀，即使得整個(gè)數(shù)據(jù)幀或反饋信息幀丟失，這將導(dǎo)致發(fā)送方永遠(yuǎn)收不到接受方發(fā)來(lái)的信息，從而使傳輸過(guò)程停滯。為了避免出現(xiàn)這種情況，通常引入計(jì)時(shí)器 (Timer) 來(lái)限定接收方發(fā)回方反柜消息的時(shí)間間隔，當(dāng)發(fā)送方發(fā)送一幀的同時(shí)也啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，若在限定時(shí)間間隔內(nèi)未能收到接收方的反柜信息，即計(jì)時(shí)器超時(shí) (Timeout) ，則可認(rèn)為傳出的幀以出錯(cuò)或丟失，就要重新發(fā)送。由于同一幀數(shù)據(jù)可能被重復(fù)發(fā)送多次，就

25、可能引起接收方多次收到同一幀并將其遞交給網(wǎng)絡(luò)層的危險(xiǎn)。為了防止防止發(fā)生這種危險(xiǎn)，可以采用對(duì)發(fā)送的幀編號(hào)的方法，即賦予每幀一個(gè)序號(hào)，從而使接收方能從該序號(hào)來(lái)區(qū)分是新發(fā)送來(lái)的幀還是已經(jīng)接受但又重發(fā)來(lái)的幀，以此來(lái)確定要不要將接收到的幀遞交給網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層通過(guò)使用計(jì)數(shù)器和序號(hào)來(lái)保證每幀最終都能被正確地遞交給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層一次。4誤碼控制：4.1 誤碼控制基本原理：我們先舉一個(gè)日常生活中的實(shí)例。如果你發(fā)出一個(gè)通知：“明天14 ： 0016： 00 開(kāi)會(huì)”，但在通知過(guò)程中由于某種原因產(chǎn)生了錯(cuò)誤，變成“明天10：0016： 00開(kāi)會(huì)”。別人收到這個(gè)錯(cuò)誤通知后由于無(wú)法判斷其正確與否，就會(huì)按這個(gè)錯(cuò)誤時(shí)間去行動(dòng)。

26、為了使收者能判斷正誤，可以在發(fā)通知內(nèi)容中增加“下午”兩個(gè)字，即改為：“明天下午14：0016： 00 開(kāi)會(huì)”， 這時(shí)，如果仍錯(cuò)為：“明天下午10： 0016： 00 開(kāi)會(huì)”，則收到此通知后根據(jù)“下午”兩字即可 判斷出其中“ 10：00”發(fā)生了錯(cuò)誤。但仍不能糾正其錯(cuò)誤，因?yàn)闊o(wú)法判斷“ 10：00”錯(cuò)在何處，即無(wú)法判斷原來(lái)到底是幾點(diǎn)鐘。這時(shí)，收者可以告訴發(fā)端再發(fā)一次通知，這就是檢錯(cuò)重發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)不但能判斷正誤( 檢錯(cuò) ) ，同時(shí)還能改正錯(cuò)誤 ( 糾錯(cuò) ) ，可以把發(fā)的通知內(nèi)容再增加“兩個(gè)小時(shí)”四個(gè)字，即改為：“明天下14：0016： 00 兩個(gè)小時(shí)開(kāi)會(huì)”。這樣，如果其中“ 14：00”錯(cuò)為“ 10

27、：00”，不但能判斷出錯(cuò)誤，同時(shí)還能糾正錯(cuò)誤，因?yàn)槠渲性黾拥摹皟蓚€(gè)小時(shí)”四個(gè)字可以判斷出正確的時(shí)間為14： 0016：00”。通過(guò)上例可以說(shuō)明，為了能判斷傳送的信息是否有誤，可以在傳送時(shí)增加必要的附加判斷數(shù) 據(jù)；如果又能糾正錯(cuò)誤，則需要增加更多的附加判斷數(shù)據(jù)。這些附加數(shù)據(jù)在不發(fā)生誤碼的情況之下是完全多余的，但如果發(fā)生誤碼，即可利用被傳信息數(shù)據(jù)與附加數(shù)據(jù)之間的特定關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)檢出錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤，這就是誤碼控制編碼的基本原理。具體地說(shuō)就是：為了使信源代碼具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，應(yīng)當(dāng)按一定的規(guī)則在信源編碼的基礎(chǔ)上增加一些冗余碼元 ( 又稱監(jiān)督碼 ) ，使這些冗余碼元與被傳送信息碼元之間建立一定的關(guān)系，發(fā)信

28、端完成這個(gè)任務(wù)的過(guò)程就稱為誤碼控制編碼；在收信端，根據(jù)信息碼元與監(jiān)督碼元的特定關(guān) 系，實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)，輸出原信息碼元，完成這個(gè)任務(wù)的過(guò)程就稱誤碼控制譯碼( 或解碼 ) 。 另外，無(wú)論檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，都有一定的誤別范圍，如上例中，若開(kāi)會(huì)時(shí)間錯(cuò)為“16：0018：0 0 ”，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間也同樣滿足附加數(shù)據(jù)的約束條件，這就應(yīng)當(dāng)增 加更多的附加數(shù)據(jù)( 即冗余 ) 。我們已知，信源編碼的中心任務(wù)是消去冗余，實(shí)現(xiàn)碼率壓縮，可是為了檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，又不得不增加冗余，這又必然導(dǎo)致碼率增加，傳輸效率降低；顯然這是個(gè)矛盾。我們分析誤碼控制編碼的目的，正是為了尋求較好的編碼方式，能在增加冗余不太多的前

29、提下來(lái)實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。再者，經(jīng)過(guò)信源編碼，如果傳送信道容量與信源碼率相匹配，而且信道內(nèi)引入的噪聲較小，則誤碼率一般是很低的。例如，當(dāng)信道的信雜比超過(guò)20dB 時(shí)，二元 單極性碼的誤碼率低于，即誤碼率只分之一，故通過(guò)信道編碼實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)是可以做到的。4.2誤碼控制編碼的分類：隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，研究開(kāi)發(fā)了各種誤碼控制編碼方案，各自建立在不同的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，并具有不同的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)特性，可以從不同的角度對(duì)誤碼控制編碼進(jìn)行分類。按照誤碼控制的不同功能，可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼等。檢錯(cuò)碼僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能 而無(wú)糾正錯(cuò)碼功能；糾錯(cuò)碼不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能，同時(shí)具備糾正錯(cuò)碼功能；糾刪碼則不僅具備識(shí)

30、別錯(cuò)碼和糾正錯(cuò)碼的功能，而且當(dāng)錯(cuò)碼超過(guò)糾正范圍時(shí)可把無(wú)法糾錯(cuò)的信息刪除。按照誤碼產(chǎn)生的原因不同，可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的碼與糾正突發(fā)性錯(cuò)誤的碼。前者主要用于產(chǎn)生獨(dú)立的局部誤碼的信道，而后者主要用于產(chǎn)生大面積的連續(xù)誤碼的情況，例如磁帶數(shù)碼記錄中磁粉脫落而發(fā)生的信息丟失。按照信息碼元與附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系可分為線性碼與非線性碼。如果兩者呈線性關(guān)系，即滿足一組線性方程式，就稱為線性碼；否則，兩者關(guān)系不能用線性方程式來(lái)描述，就稱為非線性碼。按照信息碼元與監(jiān)督附加碼元之間的約束方式之不同，可以分為分組碼與卷積碼。在分組碼中，編碼后的碼元序列每n 位分為一組，其中包括k 位信息碼元和r 位附加監(jiān)督碼元

31、，即n=k+r，每組的監(jiān)督碼元僅與本組的信息碼元有關(guān)，而與其他組的信息碼元無(wú)關(guān)。卷積碼則不同，雖然編碼后碼元序列也劃分為碼組，但每組的監(jiān)督碼元不但與本組的信息碼元有關(guān)，而且與前面碼組的信息碼元也有約束關(guān)系。按照信息碼元在編碼之后是否保持原來(lái)的形式不變，又可分為系統(tǒng)碼與非系統(tǒng)碼。在系統(tǒng)碼中，編碼后的信息碼元序列保持原樣不變，而在非系統(tǒng)碼中，信息碼元會(huì)改變其原有的信號(hào)序列。由于原有碼位發(fā)生了變化，使譯碼電路更為復(fù)雜，故較少選用。根據(jù)編碼過(guò)程中所選用的數(shù)字函數(shù)式或信息碼元特性的不同，又包括多種編碼方式。對(duì)于某種具體的數(shù)字設(shè)備，為了提高檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力，通常同時(shí)選用幾種誤碼控制編碼方式。在表6 1 中，列出了常見(jiàn)的幾種誤碼控制編碼方式。以下，以線性分組碼為例，對(duì)幾種簡(jiǎn)單的編碼方式進(jìn)行介紹。5. 差錯(cuò)控制對(duì)分散控制系統(tǒng)的影響：生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電提出了越來(lái)越