《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》 課件 項目3 運用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

Project3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IndustrialInternetNetworkingTechnology【項目情境】在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過不同的通信協(xié)議，解決各家廠商多類型的設(shè)備接入、多源數(shù)據(jù)類型解析及格式統(tǒng)一，以處理海量數(shù)據(jù)的管理及分析計算。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)任務(wù)描述：工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)是一種多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多通信介質(zhì)和多傳輸速率的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)總線，它既能與大多數(shù)生產(chǎn)控制設(shè)備相關(guān)聯(lián)，又能與企業(yè)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)相連。本任務(wù)主要圍繞PROFIBUS總線技術(shù)、CAN總線技術(shù)、Modbus總線技術(shù)等進(jìn)行介紹，為讀者具備后續(xù)運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)提供配置及調(diào)試的能力。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)1.認(rèn)識PROFIBUS總線技術(shù) PROFIBUS，又稱過程現(xiàn)場總線。它是面向工廠自動化和流程自動化的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，提供了一個從現(xiàn)場傳感器直至生產(chǎn)管理層的全方位透明的網(wǎng)絡(luò)，屬于IEC國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)子集之一。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)典型PROFIBUS層次結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)場級、車間級、管理級三級組成。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)①現(xiàn)場設(shè)備層主要功能是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信，總線上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序存儲在主站中，并由主站執(zhí)行。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)②車間監(jiān)控層主要完成車間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，以完成車間級設(shè)備監(jiān)控。車間級設(shè)備監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報警及維護(hù)等，通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度等車間級生產(chǎn)管理功能。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)③車間管理層主要實現(xiàn)車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為工廠網(wǎng)絡(luò)的一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通過交換機(jī)、網(wǎng)橋及路由器等等以太網(wǎng)設(shè)備連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)依據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)網(wǎng)絡(luò)作為參考模型。PROFIBUS協(xié)議只使用OSI模型的第1、2、7層，其中第1層（物理層）規(guī)定了通信介質(zhì)、物理連接和電氣特性等；第2層(數(shù)據(jù)鏈路層）定義了總線傳輸協(xié)議并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；?層(應(yīng)用層)定義了應(yīng)用功能。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS目前在工業(yè)自動化領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展為最為廣泛應(yīng)用的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。在工業(yè)現(xiàn)場中，PROFIBUS主要應(yīng)用于以下幾個方面。①工業(yè)流程控制②工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成③工業(yè)設(shè)備管理④工業(yè)自動化監(jiān)控⑤工業(yè)智能管理任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS的應(yīng)用范圍不僅涉及到工業(yè)自動化領(lǐng)域的各個方面，同時還可以作為智能制造的核心組件，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，從而推動企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)2.認(rèn)識CAN總線技術(shù) CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中的串行通信總線系統(tǒng)技術(shù)。CAN總線系統(tǒng)由三個主要元素組成：CAN控制器、CAN收發(fā)器和總線，其中每個組件都有著重要的作用。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)CAN控制器，CAN總線控制器是指基于CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)的控制器，通常由硬件和軟件構(gòu)成?？梢钥刂艭AN端口的收/發(fā)和信號轉(zhuǎn)換，還能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點通信、錯誤處理和故障保護(hù)等功能。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)CAN收發(fā)器，CAN總線收發(fā)器是用來連接信號源（例如傳感器、執(zhí)行器等）和CAN總線的物理接口，其主要作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為CAN總線所需的差分信號。CAN總線收發(fā)器的特點在于其相對較少的耗電量、高速傳輸能力和強大的抗干擾能力。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)CAN總線，CAN總線是所有參與設(shè)備連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是搭建CAN總線系統(tǒng)的重要組成部分。它將獨立控制器連接在一起，建立了一個高速和可靠的數(shù)據(jù)交換的總線網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)中交換數(shù)字信號。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)CAN總線技術(shù)常用于工業(yè)自動化等領(lǐng)域，具有以下方面的特點。①CAN總線為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上的任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，并且無需站地址等節(jié)點信息。②CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息可分成不同的優(yōu)先級，滿足不同實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最快可在134us內(nèi)得到傳輸。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)③CAN總線采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。④CAN總線網(wǎng)絡(luò)具有點對點、點對多點和全局廣播等幾種通信方式，通過數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀兩種數(shù)據(jù)傳輸模式來實現(xiàn)多個節(jié)點之間的高效通信，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km，通信速率最高可達(dá)1Mbit/s。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)⑤CAN總線節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個，報文標(biāo)識符可達(dá)2032種,而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)的報文標(biāo)識個數(shù)幾乎不受限制。⑥CAN總線采用了差分信號傳輸和混合直流耦合等方式，從而可以加強抗干擾和隔離能力，同時支持多路傳輸。⑦CAN總線系統(tǒng)使用簡單、標(biāo)準(zhǔn)化，同時能夠支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議和設(shè)備，具有較強的兼容性和集成性。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)CAN總線遵從OSI模型，按照OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN總線結(jié)構(gòu)劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)在實際工業(yè)應(yīng)用場景中，CAN主要應(yīng)用于以下幾個方面。①工業(yè)機(jī)器人控制②機(jī)床工具監(jiān)測③生產(chǎn)線流程控制④控制系統(tǒng)故障診斷⑤生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)3.認(rèn)識Modbus總線技術(shù)Modbus是一種串行通信協(xié)議，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)中。通過Modbus協(xié)議，控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信，利用Modbus總線，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以聯(lián)成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus總線特點可基本概括如下。①標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議為開源免費形式，可靠性良好。②Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232/485等串口，還可以在各種介質(zhì)上傳輸，如雙絞線、光纖等。③Modbus的幀格式簡單，利于開發(fā)。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus網(wǎng)絡(luò)是一個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控系統(tǒng)之中。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus總線通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個Master架構(gòu)的協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點是Master節(jié)點，其他使用Modbus總線參與通信的節(jié)點是Slave節(jié)點。每一個Slave設(shè)備都有一個唯一的通信地址。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus網(wǎng)絡(luò)只有一個主機(jī)，所有通信都由它發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個遠(yuǎn)程從屬控制器，但實際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。Modbus總線技術(shù)參數(shù)要求如下。①物理層:傳輸方式為RS485；②通信地址:0-247；③通信波特率:可設(shè)定；④通信介質(zhì):屏蔽雙絞線；⑤傳輸方式:主從半雙工方式。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus應(yīng)用協(xié)議是OSI參考模型的第7層（應(yīng)用層）報文傳輸協(xié)議，該應(yīng)用協(xié)議是一種簡單的客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用協(xié)議?？蛻魴C(jī)能夠向服務(wù)器發(fā)送請求;服務(wù)器分析請求，處理請求，向客戶機(jī)發(fā)送應(yīng)答。Modbus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層包括3個層次，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)Modbus具有通信速度快、應(yīng)用廣泛、易于操作和維護(hù)等特點，已成為許多工業(yè)自動化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在實際工業(yè)應(yīng)用場景中，Modbus主要應(yīng)用于以下幾個方面。①PLC控制②傳感器、執(zhí)行器控制③電力系統(tǒng)④工業(yè)網(wǎng)絡(luò)⑤監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)綜上所述，CAN、PROFIBUS和Modbus都是在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的通信協(xié)議，它們之間也存在著一定的使用區(qū)別。①應(yīng)用范圍不同②運行速度不同③傳輸方式不同④結(jié)構(gòu)層次不同⑤應(yīng)用語言不同⑥應(yīng)用場景不同課程結(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：PLC基本配置和調(diào)測①實踐目的掌握PLC通信協(xié)議配置及調(diào)試的基本方法，具備接入拓展通訊模塊、配置系統(tǒng)組態(tài)、設(shè)置串口參數(shù)、設(shè)置通訊端口、添加主站模塊、設(shè)置讀取地址和信息等相關(guān)操作技能。②實踐環(huán)境實踐環(huán)境搭建包括PLCS7-12001個、通訊擴(kuò)展模塊1個、能源模塊1個、PC1臺、接線等。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)③實踐內(nèi)容第一步，接入拓展通訊模塊因PLCS7-1200不具備串口通訊，所以增加CB1241通訊模塊用于通訊擴(kuò)展。將通訊擴(kuò)展模塊接入PLC左側(cè)，再將通訊擴(kuò)展模塊與能源模塊進(jìn)行相連。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第二步，配置系統(tǒng)組態(tài)打開TIA軟件，新建項目，進(jìn)入‘項目視圖’，添加PLC設(shè)備并啟用設(shè)備的系統(tǒng)存儲器字節(jié)。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第三步，設(shè)置串口參數(shù)將CB241通訊模塊拖入到PLC設(shè)備中，根據(jù)能源模塊通訊參數(shù)配置IO_link參數(shù)，包括波特率、校驗、數(shù)據(jù)位、停止位。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第四步，設(shè)置數(shù)據(jù)塊選擇“數(shù)據(jù)塊”新建程序塊，配置信息完成數(shù)據(jù)塊_1的配置和編譯。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第五步，設(shè)置通訊端口選擇“組織塊-Startup”新建程序塊，選擇“指令-通訊-通信處理器-MODBUS(RTU)”下Modbus_Comm_load指令，將其拖至程序段1內(nèi)，按照“REQ:FirstScan、PORT：Local-CB_1241_(RS485)”配置參數(shù)，并選擇“系統(tǒng)塊—>Modubs_Master_DB”，將其拖到MB_DB參數(shù)處。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第六步，添加主站模塊選擇“指令-通訊-通信處理器-MODBUS(RTU)”下的Modbus_Master指令，將其拖至程序段2內(nèi)。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)根據(jù)能源模塊的參數(shù)設(shè)置DATA_ADDR和DATALEN，REQ設(shè)置為TRUE。如若讀取相電壓及相電流，根據(jù)參數(shù)需設(shè)置為DATA_ADDR值為2000H即8192，DATALEN值為4。DATA_PTR選擇“數(shù)據(jù)塊_1—>ReadData”，配置完成后，完成程序塊的編譯。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第七步，下載數(shù)據(jù)到設(shè)備點擊下載進(jìn)入下載界面，點擊“開始搜索”待設(shè)備搜索出來后，點擊“下載”看到閃爍LED亮起，再點擊“下載”，選擇“在不同步的情況下繼續(xù)”，再點擊“裝載”，裝載完成后即完成數(shù)據(jù)到設(shè)備的裝載。任務(wù)3.1運用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)第八步，讀取數(shù)據(jù)在項目樹選擇“監(jiān)控與強制表-添加新監(jiān)控表”，進(jìn)行配置，點擊監(jiān)控按鈕，即可根據(jù)上報數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，計算出實際值。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)2運用工業(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)提供運用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的能力。任務(wù)2運用工業(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。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③容錯能力強④易于整合⑤實現(xiàn)智能化任務(wù)2運用工業(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，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20，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：(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，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：20。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:，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：0，子網(wǎng)掩碼：，網(wǎng)關(guān)：50。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，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：20。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：50(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“/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，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：0，網(wǎng)關(guān)輸入。任務(wù)實踐：小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建第十二步，聯(lián)通測試。在cmd中輸入“ping0”，查看小型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是否連通。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)3運用工業(yè)無線技術(shù)任務(wù)描述：在智能制造大趨勢下，智能化轉(zhuǎn)型帶來了工業(yè)生產(chǎn)車間接入設(shè)備數(shù)量的劇增和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時傳輸需求。新增設(shè)備的信息點位并不固定，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和指令需要實時傳輸，這就決定了生產(chǎn)車間需要運用工業(yè)無線技術(shù)，建設(shè)穩(wěn)定可靠的無線網(wǎng)絡(luò)。本任務(wù)主要圍繞Wi-Fi技術(shù)、4G-cat1技術(shù)、5G技術(shù)等進(jìn)行介紹，為讀者具備后續(xù)搭建小型工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)提供運用工業(yè)無線技術(shù)的能力。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)是采用無線通信技術(shù)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。它在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，大多數(shù)工業(yè)企業(yè)都可借助工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)提高企業(yè)整體運行機(jī)制,相較于傳統(tǒng)的有線固定網(wǎng)絡(luò),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加的靈活，無需大量的布線,減少了施工的難度,提高覆蓋面。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)1.認(rèn)識WiFi技術(shù)WiFi，又稱為“移動熱點”，它是IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)使用空閑的2.4GHz附近頻段，該頻段目前尚屬不用許可的無線頻段。目前常用的分別是IEEE802.11a、IEEE802.11b，IEEE802.11g和IEEE802.11n。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)WiFi的基本工作原理是通過使用無線電波在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)備中的WiFi發(fā)射器會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號，然后通過網(wǎng)絡(luò)接入點發(fā)送出去，而無線接收設(shè)備則會接收信號并將其轉(zhuǎn)換為可識別的數(shù)據(jù)，由于WiFi工作在特定的頻段上（包括2.4GHz和5GHz頻段），需要使用調(diào)制和編碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，Wi-Fi的無線信道一般采用媒介訪問控制協(xié)議來管理，以確保數(shù)據(jù)的有效傳輸，此外，為保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性，WiFi還提供諸如加密和身份驗證等安全機(jī)制。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)在實際工業(yè)應(yīng)用中，WiFi被廣泛應(yīng)用于許多應(yīng)用和設(shè)備之間的無線通信和聯(lián)網(wǎng)連接，一般包括以下幾個方面的應(yīng)用。①無線傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)WiFi可以用于無線傳感器和監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，例如環(huán)境監(jiān)測、溫度監(jiān)控、工藝參數(shù)監(jiān)測等，通過WiFi將相關(guān)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)②機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信WiFi可以用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的機(jī)器與機(jī)器之間的通信，例如設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換、命令傳輸、狀態(tài)監(jiān)測等，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)將工業(yè)機(jī)器、機(jī)器人和其他設(shè)備連接，實現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的相互通信和協(xié)作。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)③移動終端設(shè)備連接在工業(yè)環(huán)境中，員工可以使用便攜設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦和手持終端，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接到工廠的內(nèi)部系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫或其他設(shè)備，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)查看、操作指導(dǎo)等功能。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)④遠(yuǎn)程維護(hù)和故障排除WiFi可以用于工程師遠(yuǎn)程連接到工廠設(shè)備、機(jī)器或系統(tǒng)，進(jìn)行故障排除、配置更改或軟件更新，減少維護(hù)成本和停機(jī)時間，提高設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)⑤無線機(jī)器人控制WiFi可以用于工業(yè)機(jī)器人的無線控制和監(jiān)控，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)操作人員可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，觀察機(jī)器人運行狀態(tài)，并實時獲取機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的反饋。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)WiFi6是下一代WiFi標(biāo)準(zhǔn)，于2019年發(fā)布。WiFi6引入了一系列增強功能，旨在提高無線網(wǎng)絡(luò)的性能。它工作在2.4GHz和5GHz頻段,在傳輸速率、并發(fā)數(shù)量、時延等方面有較大提升，峰值速率達(dá)9.6Gbit/s，每個接入點最多接入數(shù)為1024個，并發(fā)用戶數(shù)最大可達(dá)72個,網(wǎng)絡(luò)時延不大于20ms。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)WiFi6無線網(wǎng)絡(luò)基于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，組成結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由IP交換系統(tǒng)、無線接入器、以及無線基站、各類Wi-Fi終端設(shè)備組成。Wi-Fi6提供了更高的速度、更大的容量、更低的延遲和更好的性能穩(wěn)定性，它適用于各種場景，包括家庭、辦公室、公共場所和工業(yè)環(huán)境，能夠滿足不斷增長的無線連接需求。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)需要注意的是，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境對無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性要求較高。因此，在部署WiFi網(wǎng)絡(luò)時，需要采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?、網(wǎng)絡(luò)管理和干擾防護(hù)，以確保無線通信的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全性。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)2.認(rèn)識4GCat.1技術(shù)4G技術(shù)，是指第四代移動通信技術(shù)，包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。Cat.1屬于4G系列，可以使用已建設(shè)的4G移動網(wǎng)絡(luò)資源，常用于工業(yè)場景中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。雖然商用4G模塊主要使用Cat.4，下載速率可以達(dá)到150m，但是大多數(shù)工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)場景對通信傳輸速率要求不高。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)Cat.1作為4G的低端版本，技術(shù)成熟穩(wěn)定，它的上行峰值速率為5Mbit/s，下行峰值速率為10Mbit/s，屬于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，是廣域網(wǎng)。運用4GCat.1技術(shù)針對工業(yè)場景進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，能夠給工業(yè)企業(yè)提供覆蓋面廣，傳輸速率高的通信系統(tǒng)，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各場景互聯(lián)互通的需求。同時，Cat.1是配置為最低版本參數(shù)的用戶終端級別，可讓業(yè)界以低成本設(shè)計低端4G終端。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)在實際工業(yè)應(yīng)用中，4GCat.1一般包括以下幾個方面的應(yīng)用。①遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制使用4GCat.1可以連接傳感器、設(shè)備和工業(yè)機(jī)器等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制，便于工業(yè)自動化、智能監(jiān)測和遠(yuǎn)程操作。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)②安全和報警系統(tǒng)使用4GCat.1可以支持實時的安全警報和通知傳送。例如，在工廠或倉庫中，它可以用于監(jiān)控入侵、火災(zāi)、泄漏等緊急事件，并及時將警報消息傳輸?shù)较嚓P(guān)人員。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)③物流和倉儲管理使用4GCat.1可以連接傳感器和設(shè)備，實時監(jiān)控物流和倉儲過程信息，包括實時跟蹤貨物、監(jiān)控溫度、濕度和其他環(huán)境參數(shù)，以確保物流過程的可視化和控制。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)④能源管理使用4GCat.1可以實時監(jiān)測能源消耗、控制設(shè)備運行模式，并進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，以提高能源效率和降低成本。4GCat.1在工業(yè)場景中可以提供可靠的遠(yuǎn)程通信和控制功能，實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的連接和監(jiān)控需求。它為工業(yè)自動化、能源管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控等提供了更加便捷和高效的解決方案。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)3.認(rèn)識5G技術(shù)5G技術(shù),是指第五代移動通信技術(shù)，其性能目標(biāo)是實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G技術(shù)六大基本特點：高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低延時、萬物互聯(lián)、重構(gòu)安全。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)5G技術(shù)應(yīng)用包括增強型移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和海量機(jī)器類通信（mMTC）三種關(guān)鍵的服務(wù)場景，它們針對不同的需求提供了不同的功能和特性。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)eMBB，主要應(yīng)用在高清視頻和流媒體傳輸、高速率和低延遲等服務(wù)場景。eMBB為用戶提供更高質(zhì)量、更穩(wěn)定的高清視頻和流媒體內(nèi)容，如高清視頻直播、高清視頻會議等；eMBB支持更流暢、更逼真的VR（虛擬現(xiàn)實）和AR（增強現(xiàn)實）應(yīng)用，如游戲、培訓(xùn)和遠(yuǎn)程協(xié)作等。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)uRLLC，主要應(yīng)用在工業(yè)自動化和遠(yuǎn)程控制、自動駕駛和智能交通等服務(wù)場景。uRLLC提供可靠的低延遲通信，使工業(yè)設(shè)備和機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)實時的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，支持工業(yè)自動化和遠(yuǎn)程操作；uRLLC提供高可靠性和低時延的通信，使自動駕駛汽車和智能交通系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)互通，確保安全、高效的交通管理。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)mMTC，主要應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測和資源管理等服務(wù)場景。mMTC支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接，可以實現(xiàn)數(shù)十億個設(shè)備的互聯(lián)互通，用于智能家居、智能農(nóng)業(yè)、智慧城市、工業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域；mMTC支持大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測和資源管理，例如監(jiān)測空氣質(zhì)量、水質(zhì)監(jiān)測、能源管理等。任務(wù)3運用工業(yè)無線技術(shù)eMBB是指超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù)；URLLC是指需要低延遲的業(yè)務(wù)，如無人駕駛和工業(yè)自動化；mMTC是指大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。這三個主要的應(yīng)用場景指向不同的領(lǐng)域，涵蓋了我們工作和生活的各個方面。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)無線網(wǎng)絡(luò)①實踐目的掌握工業(yè)無線接入點配置的基本方法，具備搭建小型工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，驗證工業(yè)無線網(wǎng)連通性等相關(guān)操作技能。②實踐環(huán)境實踐環(huán)境搭建包括路由器TL-WDR5620一個、斥候工業(yè)網(wǎng)關(guān)YZ-G84061個、PC1臺、浪潮SI5020I-8TS-L交換機(jī)一臺、網(wǎng)線附件等。任務(wù)實踐：工業(yè)無線路由基本配置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，需要對計算機(jī)進(jìn)行配置，使計算機(jī)的IP地