《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》 課件 任務(wù)3.2 運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)任務(wù)描述：工業(yè)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，基于強(qiáng)大的IEEE802.3協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)以太控制網(wǎng)絡(luò)以及實時以太網(wǎng)。本任務(wù)主要圍繞工業(yè)以太網(wǎng)、實時以太網(wǎng)等進(jìn)行介紹，為讀者具備后續(xù)搭建小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的能力。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)1.認(rèn)識工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)是一種基于以太網(wǎng)技術(shù)專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比，工業(yè)以太網(wǎng)在傳輸速度、實時性、可靠性、抗干擾性等方面進(jìn)行了優(yōu)化和增強(qiáng)。它通過在物理、數(shù)據(jù)鏈路和應(yīng)用層等方面加入高效性和穩(wěn)定性的元素，以滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸和通信需求。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)的重點在于:利用交換式以太網(wǎng)技術(shù)為控制器和操作站、各種工作站之間的相互協(xié)調(diào)合作提供一種交互機(jī)制，并與上層信息網(wǎng)絡(luò)無縫集成。工業(yè)以太網(wǎng)既有與信息網(wǎng)絡(luò)相同的特點和安全要求，也有自己不同于信息網(wǎng)絡(luò)的顯著特點和安全要求。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)例如：工業(yè)以太網(wǎng)是一個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它對實時性要求高、網(wǎng)絡(luò)傳輸要有確定性；工業(yè)以太網(wǎng)中的周期與非周期信息同時存在，對周期信息的傳輸通常具有順序性要求，而對非周期信息有優(yōu)先級要求；工業(yè)以太網(wǎng)同時具有實時協(xié)議和非實時協(xié)議，它要為緊要任務(wù)提供最低限度的性能保證服務(wù)，同時也要為非緊要任務(wù)提供盡力服務(wù)。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)主要應(yīng)用協(xié)議包括EtherCAT、ProfiNet、ModbusTCP、CC-LinkIE、Ethernet/IP等。EtherCAT（以太網(wǎng)工控自適應(yīng)技術(shù)）是一種高速、實時性能優(yōu)異的工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議。它支持?jǐn)?shù)據(jù)的廣播式傳輸以及延遲時間極短的同步傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)低延遲、高實時性的數(shù)據(jù)采集和控制。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)ProfiNet（過程自動化以太網(wǎng)）是西門子開發(fā)的一種工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，具有高速、實時性好、可靠性高等特點，支持多種設(shè)備的適配和互聯(lián)，廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)過程中的工業(yè)控制和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。Modbus-TCP是一種基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Modbus協(xié)議，適用于數(shù)據(jù)量較小的工業(yè)控制領(lǐng)域，具有高效率、易實現(xiàn)、性價比高等特點，已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)CC-LinkIE是一種CCLink工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，具有高速、實時性好、帶寬大的特點，是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域最為流行的以太網(wǎng)協(xié)議之一。Ethernet/IP是一種基于以太網(wǎng)的協(xié)議，是控制和數(shù)據(jù)采集在工業(yè)自動化過程中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之一。它結(jié)合了以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議等，優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸和控制過程。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)除了以上協(xié)議外，還有如Powerlink、Modbus-IDA、SercosIII等協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中也有一定的影響和應(yīng)用。這些協(xié)議在功能和性能方面略有不同，適用于不同的應(yīng)用場景。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)例如：ProfiNet適用于獨立控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制領(lǐng)域；ModbusTCP適用于小型工業(yè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域；CC-LinkIE適用于大型工業(yè)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線應(yīng)用領(lǐng)域；Ethernet/IP適用于各種類型的工業(yè)自動化應(yīng)用、現(xiàn)場總線和工業(yè)通信領(lǐng)域。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)PROFINET、ModbuSTCP、EtherNe/IPEtherCAT等幾種工業(yè)以太網(wǎng)的通信參考模型如圖。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可見，Modbus/TCP與EtherNetIP在應(yīng)用層以下的部分均沿用了普通以太網(wǎng)技術(shù)，因而它們可以在普通以太網(wǎng)通信控制器基礎(chǔ)上，借助上層的通信調(diào)度軟件，實現(xiàn)其實時功能；EtherCAT、Powerlink以及具有SRT（軟實時）和IRT（等時實時）同步功能的PROFINET都需要特別的通信控制器支持。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信有標(biāo)準(zhǔn)通道和實時通道之分。其中，標(biāo)準(zhǔn)通道按CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測）競爭方式傳輸數(shù)據(jù)幀，主要用于傳輸沒有實時性的非實時數(shù)據(jù)；有時效性要求的數(shù)據(jù)則通過實時通道，按SRT或者IRT的實時通信方式傳輸數(shù)據(jù)幀，通過軟件調(diào)度后，其傳輸延遲可以達(dá)到幾毫秒，時間抖動可以在控制在微秒級。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在實際工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)以太網(wǎng)一般具有以下主要特點。①支持實時性②抗干擾能力強(qiáng)③容錯能力強(qiáng)④易于整合⑤實現(xiàn)智能化任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)2.認(rèn)識實時以太網(wǎng)實時以太網(wǎng)是一種適用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，與工業(yè)以太網(wǎng)類似，但在實時性、可靠性等方面進(jìn)行了升級和優(yōu)化，主要用于要求高實時性的工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)TSN是一種面向工業(yè)應(yīng)用的通信技術(shù)，主要用于實時控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化領(lǐng)域。TSN技術(shù)基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入優(yōu)化和改進(jìn)，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t、高可靠性和實時性。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在控制領(lǐng)域中，例如：流水線控制中的每個機(jī)器動作都要嚴(yán)格一致，時延偏差必須在在一個確定范圍內(nèi)，對于時延抖動必須在1ms以內(nèi)，否則生產(chǎn)出的產(chǎn)品就會有瑕疵，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至成為次品。通俗來講，TSN就是控制時延的抖動在一個預(yù)先定義好的范圍內(nèi)，實現(xiàn)在以太網(wǎng)中確定性的數(shù)據(jù)通信能力。TSN技術(shù)主要包括以下幾個方面的改進(jìn)。任務(wù)2運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)TSN技術(shù)主要包括以下幾個方面的改進(jìn)。①時間同步②流量調(diào)度③時限保證④網(wǎng)絡(luò)安全TSN技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的最新研究成果，它具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、實時性和可靠性，將會在未來的工業(yè)智能化應(yīng)用中得到更加廣泛的應(yīng)用。課程結(jié)束Endofcourse工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫IndustrialInternetTechnologySpecialtyTeachingResourceLibrary任務(wù)實踐：搭建小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)①實踐目的掌握工業(yè)交換機(jī)配置的基本方法，具備搭建小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，驗證工業(yè)以太網(wǎng)連通性等相關(guān)操作技能。②實踐環(huán)境實踐環(huán)境搭建包括斥候工業(yè)網(wǎng)關(guān)YZ-G84061個、浪潮SI5020I-8TS-L交換機(jī)一臺、浪潮TQ-2000防火墻一臺，PC1臺、網(wǎng)線附件等。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建③實踐內(nèi)容第一步，設(shè)備網(wǎng)段設(shè)置。工業(yè)交換機(jī)設(shè)備默認(rèn)登錄IP地址為192.168.0.1，需要對計算機(jī)進(jìn)行配置，使計算機(jī)的IP地址和設(shè)備的IP在同一網(wǎng)段。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建配置計算機(jī)“網(wǎng)絡(luò)連接->本地連接->Internet協(xié)議版本4(TCP/IPv4)”，在IP地址欄輸入192.168.0.120，設(shè)置計算機(jī)的IP地址與設(shè)備處于同一網(wǎng)段。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第二步，登陸網(wǎng)管系統(tǒng)。瀏覽器訪問IP：192.168.0.1(SI5020I-8TS-L默認(rèn)IP地址,如已更政使用新IP地址)，輸入用戶名密碼(默認(rèn)用戶名admin，默認(rèn)密碼inspur123，如已更政請輸入最新的用戶名密碼)，輸入正確即登錄成功。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第三步，配置VLAN基本信息。進(jìn)入“基木配置”頁面新增VLAN，新增VLAN號，VLAN基本信息如圖。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第四步，配置VLAN端口。進(jìn)入VIAN端口配置界面，此頁面可配置端口的VLAN工作模式、Access模式下滿口的默認(rèn)VLAN、Trunk模式下允許通過的VLAN號等信息。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第五步，設(shè)備網(wǎng)段設(shè)置。工業(yè)交換機(jī)設(shè)備默認(rèn)登錄IP地址為192.168.0.1，需要對計算機(jī)進(jìn)行配置，使計算機(jī)的IP地址和設(shè)備的IP在同一網(wǎng)段配置IP地址為：192.168.2.120。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第六步，登錄網(wǎng)管系統(tǒng)瀏覽器訪問IP:192.168.2.1，彈出登錄窗口，輸入用戶名:admin,密碼：123456，登錄管理系統(tǒng)。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第七步，修改IP地址。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理界面，可對各網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)入WAN設(shè)置界面,配置主IP：192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)：192.168.1.250。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第八步，設(shè)備網(wǎng)段設(shè)置。工業(yè)交換機(jī)設(shè)備默認(rèn)登錄IP地址為192.168.0.1，需要對計算機(jī)進(jìn)行配置，使計算機(jī)的IP地址和設(shè)備的IP在同一網(wǎng)段。配置IP地址為：192.168.1.120。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第九步，登錄網(wǎng)管系統(tǒng)。瀏覽器訪問IP：192.168.1.250(TQ-2000-M110默認(rèn)IP地址，如已更政使用新IP地址)，顯示輸入用戶名密碼(默認(rèn)管理員用戶名：admin，默認(rèn)密碼：inspur123)。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第十步，配置網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理界面，進(jìn)入點擊接口名稱“ge0/2(ge0/2)”，進(jìn)入接口2設(shè)置界面。在IP地址欄填入“10.200.81.1/24”點擊“添加”按鈕。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第十一步，設(shè)備網(wǎng)段設(shè)置。工業(yè)交換機(jī)設(shè)備默認(rèn)登錄IP地址為192.168.0.1，需要對計算機(jī)進(jìn)行配置，使計算機(jī)的IP地址和設(shè)備的IP在同一網(wǎng)段配置IP地址為：10.2