工业控制网络技术应用 课件 项目2 工业控制网络的通信知识

工业网络的基础通讯知识任务：解读数据通信的基本概念数据通信系统的模型01通讯系统的主要技术指标02数据编码方式03头脑风暴04目录CONTENTS模拟数据：连续温度、压力、流量和液位模拟信号：连续变化的电磁波数字数据：离散、量化二进制代码0、1组成的数字序列数字信号：一系列的电压脉冲01数据通讯系统的模型信息编码数据编码源系统目的系统传输系统发送器接收器信道信息

数据

信号信号

数据

信息数据解码信息解码噪声干扰AA0100000101000001信源信宿调制解调ASCIIUTF-8GB2312曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码传输媒介有线信道无线信道温度、压力开关状态模拟36.7℃连续变化数字01序列离散量化温度、压力开关状态02通讯系统的主要技术指标数据传输速率：比特率S（1）数据传输速率S=B·log2NN=2,二相调制,

对应1个二进制位,有2种状态N=4,四相调制,对应2个二进制位,有4种状态N=8,八相调制,对应3个二进制位,有8种状态八相调制的比特率为9600bit/s,则其波特率为3200baud；四相调制的波特率为4800baud，其比特率为9600bit/s.数据传输速率：波特率B单位时间内传输二进制的位数，单位：bps单位时间内传输码元的个数，单位：baud02通讯系统的主要技术指标（2）带宽介质传输能力：带宽HZ信道频率上界和下界之差。（4）误码率数据传输精确性：误码率BER二进制符号在传输系统中被传错的概率（3）信道容量传输信息的最大能力：信道容量bit/s信道容量是指传输介质能传输信息的最大能力03数据编码方式

数据编码(以何种物理信号的形式来表达数据)模拟数据编码用模拟信号的不同幅度、不同频率和不同相位来表示数据的0、1状态。指用高低电平的矩形脉冲来表达二进制数据的0、1状态。数字数据编码03数据编码方式差分曼彻斯特编码4B/5B编码差分码单极性码双相码极性码常用的编码方式多电平编码双极性码归零码不归零码曼彻斯特编码03数据编码方式（1）单极性码与双极性码（2）归零码与不归零码单极性码是指信号电平是单极性的，如逻辑1用高电平、逻辑0用零电平的信号表达方式。双极性码的信号电平含有正、负两种极性。如逻辑1用正电平表达，逻辑0用负电平表达。归零码（RZ）是在每一位二进制信息传输之后，均返回到零电平的编码。不归零码(NRZ)在整个码元时间内维持有效电平。03数据编码方式单极性不归零码单极性归零码双极性不归零码双极性归零码03数据编码方式（3）曼彻斯特编码曼彻斯特编码是一种常用的基带信号编码，它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。

绝对码曼彻斯特编码1011001103数据编码方式（4）差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码用数据开始处有无跳变来表示数据“0”和“1”，有跳变表示“0”，无跳变表示“1”，每位中间的跳变仅提供时钟信号。

绝对码差分曼彻斯特编码10110011曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码方法都是将时钟和数据包含在信号流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方。这种编码也称为自同步编码。（4）差分曼彻斯特编码03数据编码方式信息数据传输速率编码方式带宽知识小结0102数据通讯系统由哪几部分组成？什么是数据编码，常用的数据编码方式有哪些？思考04头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的数据传输方式主讲：朱铝芬数据传输方式的定义及分类01工业网络的数据传输方式02典型案例分析03头脑风暴04目录CONTENTS01数据传输方式的定义及分类若按数据传输的顺序可以分为并行传输和串行传输数据传输方式123按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输若按数据传输的流向和时间关系可以分为单工、半双工和全双工数据传输定义及分类1数据传输方式，是数据在信道上传送所采取的方式。01数据传输方式的定义及分类并行与串行传输2并行传输将数据以成组的方式在两条以上的并行信道上同时传输，每个数据位都需要一条单独的传输线。一般用于可编程序控制器内部的各元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模块之间的数据处理。速度快、效率高；成本较高、干扰大，不适合远距离传送01数据传输方式的定义及分类并行与串行传输2串行传输是数据流以串行方式在一条信道上传输，数据从低位开始一位接一位按顺序传送。串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间、多台可编程序控制器之间的数据传送。设备1设备2传送数据10100111传输速度较慢，传输线少、连线简单，适合多位数据的长距离通信01数据传输方式的定义及分类异步与同步传输3在异步传输中，信息以字符为单位进行传输，每个字符中的各个位是同步的，相邻两个字符传送数据之间的停顿时间长短是不确定的。效率低，主要用于中低速数据通信01数据传输方式的定义及分类异步与同步传输3同步通信的数据传输是以数据块为单位的，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步，每次传送1～2个同步字符、若干个数据字节和校验字符，发送方和接收方要保持完全的同步。传输效率高，对硬件要求相应提高，主要用于高速通信01数据传输方式的定义及分类单工、半双工与全双4单工数据传输是两数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。半双工数据传输是两数据站之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。全双工数据传输是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行传输。单工通信半双工通信全双工通信02工业网络的数据传输方式本地的并行IO通讯PLC内部的I端口02工业网络的数据传输方式远距离的串行IO通讯分散在现场基层的、用来采集控制仪表及传感器等信号数据的系统称为分布式系统，通过总线与控制器PLC进行串行数据交换。ET200SP采集数据

0001111000PLC外连的分布式I/O模块ET200SPPLC1111010101PLC反馈控制结果02工业网络的数据传输方式PLC内部的I端口PLC外连的分布式I/O模块并行通讯串行通讯02工业网络的数据传输方式CAN总线异步通讯PROFINETIRT等时同步通讯1层2层3层4层没有实时性要求使用约定波特率位同步实时性要求较高数据高速传输过程参数的设置、设备的诊断布式传感器数据、运动控制数据02工业网络的数据传输方式RS485两线制RS485四线制RS232点对点全双工半双工全双工03典型案例分析PLCHMI触摸屏启动按钮触摸屏停止按钮指示灯PN口PN口真实的电器元件，并行的只读量，关联I虚拟的触屏元件，串行的写入量，关联M03典型案例分析网线PLC1触摸屏交换机网线805PLC2M区域DB区域首地址必须是位地址，数据的长度由信息决定传输方式串行双工同步异步知识小结0102PLC内部的I端口与PLC外连的分布式IO模块有何区别？触摸屏按钮可以关联PLC的I变量吗，为什么？思考04头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的传输介质与接口标准主讲：朱铝芬任务引入风光互补发电系统工业网络的传输介质01工业网络的接口标准02案例分析03头脑风暴04目录CONTENTS01工业网络的传输介质传输介质是指通信中用于传输信息的物理通道。通常分为有线传输介质和无线传输介质两大类。有线介质无线介质传输介质概念及分类101工业网络的传输介质双绞线双绞线缆非屏蔽双绞线屏蔽双绞线在数据传输速度、传输距离和信道宽度等方面均受到一定的限制，但在一般快速以太网应用中影响不大，是目前最常见的传输介质。双绞线2同轴电缆的数据传输速度、传输距离、可支持的节点数、抗干扰性能都优于双绞线，成本也高于双绞线，但低于光缆。01工业网络的传输介质同轴电缆3抗干扰性好传输速率高，传输能力强衰减少，无中继时传输距离远费用昂贵，对芯材纯度要求高01工业网络的传输介质光纤402工业网络的接口标准接口标准的概念17应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型数据终端设备DTE与数据通信设备DCE在插接方式、引线分配、电气特征和应答关系上均应符合统一的标准物理接口标准DTE/DCE接口标准RS232、RS485、RS422、RJ45等02工业网络的接口标准

RS232C2DB25公头DB25母头9针信号名称简称3发送数据Txd2接收数据Rxd7请求发送RTS8清除发送CTS6数据设备就绪DSR5信号地GND1载波检测DCD4数据终端就绪DTR9振铃指示RI02工业网络的接口标准

RS232C201-3～-15V+3～+15VRS-232C中电压为负逻辑关系-3V~-15V表示逻辑1,+3V~+15V表示逻辑0噪声容限为2V02工业网络的接口标准

RS232C2直连模式一般用于延长线或转换线交叉线用于连接设备之间的通信多数情况使用2/3交叉线2/3交叉直连全交叉02工业网络的接口标准

RS232C2采用全双工传输方式，电气接口单端驱动、单端接收一对一通信，单站能力，最高通信速率为20kbit/s，最大通信距离为15米传输速率较低、传输距离短、抗噪声干扰性弱02工业网络的接口标准

RS4853

RS485是一种典型的串行通讯标准，规定了发送器和接收器的特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。01－6～－2V+2～+6V02工业网络的接口标准

RS4853

RS-485通信采用差分线路，差分电路两线间的电压差为+2~6V，表示逻辑“1”差分电路两线间的电压差为-2~6V，表示逻辑“0”02工业网络的接口标准

RS4853两线制，半双工传输，通信距离最大1200米，支持组网多站能力，允许多主站，连接多达128个节点02工业网络的接口标准

RS4853四线制，全双工传输，通信距离最大1200米，支持组网02工业网络的接口标准

RS4224

RS-422是一系列的规定采用4线，全双工，差分传输，多点通信的数据传输协议，其电气性能与RS-485完全一样。02工业网络的接口标准

RS4224全双工，只能有一个主设备，其余为从设备，支持点对多通信，最多10个节点最大传输率可达10Mbit/s，最大传输距约为1200m只支持点到多，不支持多点到多点接口标准RS232RS422RS485最大传输距离（米）1512001200最高传输速率（bit/s）20k10M10M连接方式2/3交叉四线制两线制/四线制传输方式非差分差分差分通讯方式全双工全双工半双工/全双工组网能力点到点点到多点点到多点/多点到多点组网节点数量110128抗干扰弱较强较强02工业网络的接口标准比较RS232、RS422、RS4855良好的抗噪声干扰性较长的传输距离较快的传输速率多站能力02工业网络的接口标准比较RS232、RS422、RS4855RS485是现场总线中首选的串行接口02工业网络的接口标准比较RS232、RS422、RS485503案例分析风光互补发电系统RS232，点对点RS485，点对多RS485，点对点传输介质RS232RS485RJ45接口标准知识小结0102串行通讯标准RS232、RS4222、RS485有何区别？RS232、RS4222、RS485能否相互转换？思考头脑风暴04敬请批评指正谢谢聆听工业以太网的通讯奥秘任务：工业网络连接器RJ45主讲：朱铝芬RJ45的定义及组成01连接标准与方法02PROFINET连接器的制作方法03头脑风暴04目录CONTENTS01RJ45的定义及组成RJ45是布线系统中信息插座（即通信引出端）连接器的一种，由插头和插座组成。定义及组成101RJ45的定义及组成水晶头用于数据电缆的端接，有8个凹槽和8个触点，满足超5类传输标准，符合T568A和T568B线序，防止松动、插拔、自锁等功能。插头2工业用的屏蔽RJ45插头01RJ45的定义及组成满足工厂环境特殊工业用的屏蔽RJ45插头使用一种防滑插头护套插头201RJ45的定义及组成镀金的导线或插座孔可维持与模块化的插座弹片间稳定而可靠的电器连接。整体锁定机制，“U”形接线槽插座301RJ45的定义及组成插座301RJ45的定义及组成连接线402连接标准与方法颜色相近的是一对双绞线02连接标准与方法口诀1：橙蓝绿棕，浅色在前，三五互换口诀2：白橙橙，白绿蓝，白蓝绿，白棕棕02连接标准与方法02连接标准与方法异种网络设备之间的互连02连接标准与方法同种网络设备之间的互连02连接标准与方法1、2引脚是一个绕对，3、6引脚是一个绕对，4、5引脚是一个绕对，7、8引脚是一个绕对连接注意事项123在同一个综合布线系统工程中，只能采用一种连接标准电缆需与同类的连接器件端接02连接标准与方法RJ45-RS485RJ45-RS23203PROFINET连接器的制作方法03PROFINET连接器的制作方法03网线剥线钳PROFINET连接器的制作方法剥去网线外壳打开RJ45插头按颜色插入导线将导线插入到RJ45插头顶部按压透明盖板，压紧连接器插头插座RJ45线序知识小结0102直连法和交叉互联法分别用于什么场合？为什么Profinet的网线只有四芯，它与八芯的网线有什么区别？思考04头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的组网设备主讲：朱铝芬任务引入风光互补发电系统组网设备的概念01常用的工业组网设备02案例分析03头脑风暴04目录CONTENTS01组网设备的概念集线器交换机路由器工业网络中的桥梁，各种协议的翻译官01组网设备的概念网关串口服务器工业网络中的桥梁，各种协议的翻译官02常用的工业组网设备串口服务器1RS-232/485/422串口TCP/IP协议网络接口使得串口设备具备联网能力专为串口转以太网设计连接的桥梁02常用的工业组网设备集线器27应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型连接在同一段物理介质下的设备整形放大

广播转发半双工即插即用速度慢且效率低可能发生消息冲突02常用的工业组网设备非管理型交换机37应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型为任意两个网络节点提供独享的电信号通路P100:1B:1B:21:B6:A0P228:63:36:E9:6D:2CP394:C6:91:76:15:01P400:1B:1B:24:BE:F0P528:63:36:A9:5D:3E交换机：数据链路层MAC表交换机只能根据具体的MAC地址来转发数据02常用的工业组网设备管理型交换机37应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型手动配置每个端口的网速和流量控制远程监控和配置的SNMP诊断的端口映射分组的VLAN02常用的工业组网设备路由器47应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型路由器只能根据具体的IP地址来转发数据连接两个或多个网络地址转换路径选择02常用的工业组网设备网关5两个高层协议不同的网络互连7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层OSI参考模型高级翻译器02常用的工业组网设备组网设备的比较6组网设备集线器交换机路由器网关功能连接在同一段物理介质下的设备连接局域网内的设备连接不同的网络协议转换工作层次物理层数据链路层网络层传输层、应用层转发依据无MAC地址IP地址MAC/IP宽带影响共享独享共享独享/共享传输数据广播单播/有目的广播//传输方式半双工全双工/半双工全双工/半双工/03案例分析风光互补发电系统RS-232、RS-485串口换成TCP/IP协议网络接口实现了现场工业数据的联网03案例分析风光互补发电系统负责光伏供电单元PLC、风力供电单元PLC、客户端、智能无线终端及串口服务器之间的数据转发03案例分析风光互补发电系统串口RS485协议、TCP/IP协议与云端标准MTQQ协议的相互转换数据上云

远程控制组网设备集线器交换机路由器串口服务器知识小结0102集线器、交换机、路由器、网关分别工作在OSI参考模中的哪一层？交换机、路由器的数据转发原理有什么本质区别？思考头脑风暴04敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的拓扑结构主讲：朱铝芬网络拓扑结构的定义01工业网络的拓扑结构02典型案例分析03头脑风暴04目录CONTENTS01网络拓扑结构的概念如果把工业设备、交换机、网关等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，形成点和线的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构，这种结构称为工业网络的“拓扑结构”。网络中各节点的互联形式。02工业网络的拓扑结构(1)网络拓扑结构的分类02(2)星型拓扑结构优点结构简单易于实现和管理采用集中控制方式的特点，一旦中心节点出现故障，就会出现全网的瘫痪，可靠性差。Hub星型：将所有的设备连接到一个中枢装置(如交换机或集线器)缺点工业网络的拓扑结构02(3)环型拓扑结构环形：通过网络节点的点对点链路连接，形成一个封闭的环路。优点结构简单，成本低，适用于光纤线路，传输速率高、距离远一个站点的故障会引起整个网络的崩溃。缺点工业网络的拓扑结构02(4)总线型拓扑结构终端电阻网段终端电阻总线型：网络中所有的设备串接在一条传输线路上优点结构简单、可靠性高、成本低、易扩充，使用广泛故障后果严重，故障诊断困难缺点工业网络的拓扑结构树型：顶端有一个根节点，它带有分支，每个分支还可再带子分支02(5)树型拓扑结构优点结构易拓展，故障易隔离有总线的缺点，对根的依赖性很强缺点工业网络的拓扑结构02网型：各节点通过传输线相互连接起来，并任何一个节点都至少与其它两个节点连接(6)网型拓扑结构优点传输速率高容错高可靠性好结构复杂实现起来费用高不易管理和维护缺点工业网络的拓扑结构03典型案例分析基于西门子S7-1200的智能晾板设备控制系统03典型案例分析03典型案例分析风光互补发电系统红色线路：RS232，点对点通讯。蓝色线路：RJ45，以太网通讯，星型结构。绿色线路：RS485，总线型结构。04头脑风暴污水处理系统敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的控制方法主讲：朱铝芬网络控制方法的定义01典型工业网络控制方法02案例分析03头脑风暴04目录CONTENTS01网络控制方法的定义网络控制方法主要研究在通信网络中，信息如何从源站迅速、正确地传递到目的站。网络控制方法与所使用的网络拓扑结构有关。02典型工业网络控制方法34125主从方式存储转发式令牌传送载波监听多路访问/冲突检测查询法02典型工业网络控制方法(1)查询法

从站

主站备用主站中继器主站依次询问从站主站按优先级响应从站从站没有通信主动权

从站02典型工业网络控制方法(2)CSMA/CD随机访问技术的竞争型访问方法02典型工业网络控制方法(2)CSMA/CD允许网络中的各节点自由发送信息,采用CSMA/CD方式处理线路冲突先听后发边听边发冲突停止随机延迟再发02典型工业网络控制方法(2)CSMA/CD适用于总线型网络、且通信负荷较轻的场合02典型工业网络控制方法(2)CSMA/CD优点：（1）控制方式原理比较简单，技术上容易实现（2）处于平等地位，不需集中控制（3）不提供优先级控制缺点：在网络负载增大时,冲突概率增加，发送效率急剧下降02典型工业网络控制方法(3)令牌传送传送的次序由用户根据需要预先确定，控制权是以令牌(TOKEN)为标志的。02典型工业网络控制方法(3)令牌传送维护令牌：（1）自由上/下线（2）令牌传递（3）令牌丢失处理交出令牌：（1）本节点已发完要发送的数据（2）本节点根本没有数据要发（3）令牌持有最大时间限制到02典型工业网络控制方法(4)存储转发允许有多个节点在发送和接收信息，信息延时小，带宽利用率高适用于具有中枢装置的星型网络结构1.源节点发送信息2.存储转发3.加上确认信息或否认信息，反馈信息4.根据返回信息决定下一步动作02典型工业网络控制方法(5)主从方式主站周期性地轮询各从站节点，从站向主站汇报状态、接受主站控制适用于具有主站的总线型网络拓扑结构、星型网络结构03案例分析风光互补发电系统主从控制：智能无线终端与六个电压、电流仪表之间的总线型结构，采用了RS485串口协议，是使用了主从控制技术的Modbus-RTU网络。ModbusRTURS48503案例分析风光互补发电系统主从控制：客户端与光伏控制器、风力控制器、离网逆变器、变频器是使用了主从控制技术的ModbusTCP网络。TCPRS232RS485ModbusTCP主从控制：采用查询/回应的工作方式。03案例分析风光互补发电系统存储转发：客户端与光伏供电单元PLC、风力供电单元PLC、串口服务器、智能无线终端之间使用了存储转发技术，是以交换机为中心的星型结构。存储转发查询法主从存储转发CSMA/CD令牌知识小结0102工业网络中有哪些网络控制方法，分别适用于哪种网络拓扑结构？每种网络控制方法有何优缺点？思考04头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的数据交换技术主讲：朱铝芬数据交换技术的定义01典型数据交换技术02数据交换技术的比较与选用03案例分析04目录CONTENTS01数据交换技术的定义节点节点站点站点存储转发存储转发数据在节点间的传输就涉及到数据交换技术02典型数据交换技术电路交换(CircuitSwitching)报文交换(MessageSwitching)分组交换

(PacketSwitching)02典型数据交换技术(1)电路交换：先建立电路连接，再交换物理通道时分或频分复用技术的逻辑通道全双工的专用通道02典型数据交换技术(1)电路交换：先建立电路连接，再交换线路建立：通讯之前必须先建立一条端到端的物理线路，本质是电路资源的分配过程数据传输：双方独占线路传输数据，延迟短，宽度利用率低线路释放：拆除连接以释放占用的带宽资源02典型数据交换技术(1)电路交换：先建立电路连接，再交换优点：（1）传输延迟小（2）发生冲突概率低缺点：（1）呼叫建立时间长，存在呼损、信道利用率低；（2）双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等必须一致02(2)报文交换：存储转发报文典型数据交换技术不需要专用通道，报文单位02典型数据交换技术(2)报文交换：存储转发报文N1N6优点：（1）不需要专用通道（2）数据传输高效、可靠缺点：（1）具备足够的报文数据存放能力（2）时延较大（3）只适用于数字信号02(3)分组交换：将数据分组打包，再存储转发典型数据交换技术02典型数据交换技术(3)分组交换：将数据分组打包，再存储转发发送方：分隔报文，依次传送每个分组中间节点：缓存分组，路径选择，转发分组接收方：剥离首部，抽出数据，还原报文02(3)分组交换：将数据分组打包，再存储转发典型数据交换技术优点：（1）传输效率高,时延小（2）吞吐量高，具备差错检测和代码转换能力缺点：（1）要进行组包、拆包和重装过程（2）增加了报文的加工处理时间03数据交换技术的比较与选用优点1）通信时延小2）有序传输3）没有冲突4）适用范围广5）实时性强6）控制简单优点1）建立连接时间长2）线路独占，使用效率低3）灵活性差4）难以规格化优点1）无需建立连接2）动态分配线路3）提高线路可靠性4）提高线路利用率5）提供多目标服务优点1）引起了转发时延2）需要较大存储缓存空间3）需要传输额外的信息量优点1）无需建立连接2）线路利用率高3）简化了存储管理4）加速传输5）减小出错概率和重发数据量优点1）引起了转发时延2）需要传输额外的数据量3）对于数据报服务，存在失序、丢失或重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程(1)交换技术的比较(2)交换技术的选择电路交换：传送数据量大，且传送时间远大于呼叫。03数据交换技术的比较与选用(2)交换技术的选择电路交换：传送数据量大，且传送时间远大于呼叫。报文交换：适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信。03数据交换技术的比较与选用(2)交换技术的选择电路交换：传送数据量大，且传送时间远大于呼叫。报文交换：适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信。分组交换：当端到端的通路有很多段的链路组成的通信；从信道利用率上看，适合于工业设备之间的突发式的数据通信。03数据交换技术的比较与选用04案例分析04案例分析分组交换技术报文转发分组转发电路交换存储转发交换技术知识小结0102电路交换、报文交换、分组交换各有何优缺点？如何选用合适的数据交换技术？思考头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业网络的基础通讯知识任务：工业网络的差错控制技术主讲：朱铝芬差错控制技术的定义01检测错误02纠正错误03案例分析04目录CONTENTS01差错控制技术的定义电磁干扰收发器件噪声存在差错检测错误纠正错误02检测错误(1)检测错误的概念多次发送，逐位比较

本数据按指定规则的运算结果按相同规则对基本数据进行计算，并与接收到的附加校验位相比较奇偶校验(VRC)纵向冗余码校验(LRC循环冗余校验(CRC)02(2)检测错误在现场总线中的应用：检测错误AS-I报文PB奇偶校验位02(2)检测错误在现场总线中的应用：检测错误CAN报文CRC校验02(2)检测错误在现场总线中的应用：检测错误ModbusASCIILRC校验ModbusRTUCRC校验02(2)检测错误在现场总线中的应用：检测错误ModbusTCP没有额外规定校验02(3)奇偶校验检测错误只能检测出单个信息位出错;而不能确定差错位置02(4)循环冗余校验(CRC)检测错误02(4)循环冗余校验(CRC)检测错误丢弃数据，出错处理（1）一个数据块校验一次（2）在同步串行通信中，几乎都采用循环冗余校验03纠正错误(1)纠正错误的概念信息码+监督码=码组，称差错控制编码或纠错编码或信道编码差错控制方法：利用差错控制编码来控制传输系统的传输差错方法03纠正错误(2)纠正错误的分类自动请求重发（ARQ）方式前向纠错（FEC）方式混合纠错（HEC）方式信息反馈（IRQ）方式03纠正错误(3)自动请求重发（ARQ）方式编码效率比较高对信道的适应能力强信道有效利用率较低通信的实时性较差译码设备较简单适用于数据通信系统03纠正错误(4)前向纠错（FEC）方式无需重发实时性好编码效率较低译码设备比较复杂若错误超出纠错码纠错能力,只好将其抛弃适用于移动通信系统03纠正错误(5)混合纠错（HEC）方式保证系统较高的有效性的同时,大幅度提高了整个系统的可靠性04案例分析风光互补发电系统Modbus-RTU：采用了CRC校验方法。ModbusRTU

CRC校验RS48504案例分析风光互补发电系统ModbusTCP：TCP协议用一个校验和函数来检验数据是否有错误，在发送和接收时都要计算校验和，ModbusTCP网络不需要再额外校验。TCPRS232RS485ModbusTCP不需要额外校验敬请批评指正谢谢聆听工业以太网的通讯奥秘任务：解析MAC、IP地址任务引入MAC地址01IP地址02地址查询03地址比较04目录CONTENTS24bits24bits48bitsOUI供应商代码由供应商分配每2个16进制数之间用冒号隔开

00：e0：fc：01：11：AB01MAC地址媒体存取控制位地址，也叫物理地址、硬件地址，由网络设备制造商生产时烧录在网卡的闪存芯片，是网络中设备的唯一网络标识。MediaAccessControlAddressMAC6个字节，12个16进制数01MAC地址7bits单播MAC地址48bits0单播MAC地址7bits组播MAC地址48bits1组播MAC地址48bits广播MAC地址FFFFFFFFFFFF7bits单播MAC地址48bits01MAC地址0单播主机A00：e0：fc：11：11：01主机C00：e0：fc：11：11：03主机B00：e0：fc：11：11：02主机D00：e0：fc：11：11：04如：目的MAC地址00：e0：fc：11：11：03接收该帧丢弃该帧丢弃该帧主机A00：e0：fc：11：11：01主机C00：e0：fc：11：11：03主机B00：e0：fc：11：11：02主机D00：e0：fc：11：11：0401MAC地址接收该帧7bits单播MAC地址48bits1组播虚拟地址,对应的是一个Group的标识接收该帧丢弃该帧主机A00：e0：fc：11：11：01主机C00：e0：fc：11：11：03主机B00：e0：fc：11：11：02主机D00：e0：fc：11：11：0401MAC地址接收该帧接收该帧接收该帧FFFFFFFFFFFF48bits广播02IP地址7bits32bits是IP协议提供的一种统一的地址格式，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配逻辑地址。InternetProtocolAddressIP主机地址网络地址点分十进制802IP地址A类7bits32bits0网络标识主机标识B类7bits32bits10网络标识主机标识02IP地址C类7bits32bits110网络标识主机标识D类7bits32bits1110组播地址02IP地址特殊地址7bits32bits192168100000000子网网络号7bits32bits192168111111111广播地址7bits32bits127回路测试7bits32bits11110网络标识主机标识E类保留02IP地址指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，哪些位标识的是主机的位掩码，由一系列的1和0构成。NetMask子网掩码A类子网掩码7bits32bits255000B类子网掩码7bits32bits25525500C类子网掩码7bits32bits255255255002IP地址从逻辑上把一个大网络划分成一些小网络NetMask子网掩码C类子网掩码7bits32bits2552552550C类IP7bits32bits19216811-254网络号：同一子网02IP地址子网掩码7bits32bits25525525511000000C类IP划分四个子网7bits32bits1921681网络号42892逻辑子网网络号逻辑子网IP地址范围

-25-2629-9093-54逻辑子网广播地址327915502IP地址同一网段判断方法：将设备的IP地址和子网掩码按二进制位对应求“与”逻辑，如果“与”结果相同即在同一子网中。NetMask子网掩码设备A：00/28设备B：30/2811000000101010000000000001100100IP11111111111111111111111110000000掩码11000000101010000000000010000010IP11111111111111111111111110000000掩码&&28网络号不同不同网络PC触摸屏PLC交换机客户端服务端886IP地址28:63:36:E9:6D:2C00:1B:1B:21:B6:A094:C6:91:76:15:01MAC地址03地址查询04地址比较MAC地址应用于OSI的第二层，即数据链路层，主要由交换机通过MAC表进行寻址IP地址应用于OSI的第三层，即网络层，主要由路由器通过路由表进行寻址MAC地址为48位IP地址为32位MAC地址像身份证号码,是生产商烧录的，唯一标识，一般不能改动IP地址

像家庭住址，是基于网络拓扑设计的，可变标识，可以根据实际需求更改。MAC地址的分配是基于制造商IP地址的分配是基于网络拓扑IP地址MAC地址PING地址比较地址查询知识小结0102如何利用子网掩码，将B类网络划分成27个子网？IP地址与MAC地址可以相互转化吗？思考05小结敬请批评指正谢谢聆听工业以太网的通讯奥秘任务：解析TCP/IP通讯模型主讲：朱铝芬TCP/IP四层模型01TCP/IP通讯原理02TCP/IP通讯过程03TCP/IP的特征04目录CONTENTS小结05应用层传输层数据段Segment网络层报文/数据包Packet网络接口层ISO/OSITCP/IP应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层链路层数据帧Frame物理层比特Bit01TCP/IP四层模型应用层HTTPS7FTPDNSSMTPPOP3TelnetSSHTFTPserver传输层TCPUDP

协议号617网络层

路由器

ICMPIPARPAKPUUCP数据链路层物理层集线器IEEE802.1AIEEE802.2到IEE802.11

交换机MAC子层协议FDDIEthernetArpanetPDNSLIPPPP

端口号8010220/21532511023226944501TCP/IP四层模型应用层传输层数据段Segment网络层报文/数据包Packet网络接口层TCP/IP链路层数据帧Frame物理层比特Bit02TCP/IP通讯原理应用层协议数据单元（PDU）程序协议数据段Segment端口号路由器报文/数据包Packet网络接口层TCP/IP交换机数据帧Frame集线器比特Bit从上往下逐层发送：每一层都把上层的协议包当成数据部分，加上自己的协议头部，组成自己的协议包封装发送数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头数据011001110101001101101110001110源端口、目的端口源IP、目的IP、协议号源MAC、目的MAC、帧类型程序协议02TCP/IP通讯原理应用层（S7、OUC、ModbusTCP）传输层（TCP、UDP）网络层（IP）网络接口层TCP/IP数据链路层（MAC）物理层（RJ45）封装发送从下往上逐层解封：封装的逆过程，数据从比特流还原为数据的过程动作解封接收数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头数据011001110101001101101110001110剥离数据链路层剥离网络层剥离传输层检测MAC检测IP识别端口解析协议03TCP/IP通讯过程PC触摸屏网线PLC交换机网线星型结构TCP/IP四层模型客户端服务端88628:63:36:E9:6D:2C00:1B:1B:21:B6:A094:C6:91:76:15:01PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）将PUT指令转换为协议数据单元,将本地设备的功能需求转化对方能够读懂为01代码，包含功能、类型、寄存器区、起始结束地址等。应用层数据03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段源端口触摸屏程序端口号为3000、目的端口博途程序端口号为102；西门子的PLC可以通过102/TCP端口来识别03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包本地触摸屏IP地址：8，远程PLC的IP地址：8，协议号603TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧源触摸屏的MAC：00:1B:1B:21:B6:A0目的PLC的MAC：28:63:36:E9:6D:2C03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101数字信号转换为脉冲电信号，bit流03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101以太网电缆传输数字信号转换为脉冲电信号，bit流0111010100110110103TCP/IP通讯过程应用层数据PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101以太网电缆传输数字信号转换为脉冲电信号，bit流MAC地址识别，剥离以太网包首部TCP包首部IP包首部以太网包首部01110101001101101MAC地址判断是否为发送给自己的数据，若不是则丢弃；如果是发送给自己的，则从以太网包首部中的类型确定数据类型，传给相应的模块，如IP、ARP等。03TCP/IP通讯过程应用层数据PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101以太网电缆传输数字信号转换为脉冲电信号，bit流MAC地址识别，剥离以太网包首部IP地址识别，剥离IP包首部IP包首部TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部01110101001101101判断IP地址是否匹配，若匹配则根据首部的协议类型将数据发送TCP、UDP模块；对于有路由器的情况，需要借助路由控制表，在调查应该送往的主机或路由器之后再进行转发数据03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101以太网电缆传输数字信号转换为脉冲电信号，bit流MAC地址识别，剥离以太网包首部IP地址识别，剥离IP包首部应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部01110101001101101计算校验和，判断数据是否被破坏，检查是否按照序号接收数据，检查端口号，确定具体的应用程序识别端口号，剥离TCP包首部03TCP/IP通讯过程PLC（服务端）触摸屏(客户端)S7通讯TCP/IP协议应用层（S7协议）传输层（TCP）网络层（IP）网络接口层（数据链路交换机+物理层RJ45）根据应用层协议，将PUT指令转换为协议数据单元应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部TCP包首部包含源端口号、目的端口号，数据段IP包首部包含源IP、目的IP地址、协议号,数据包应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部以太网首部包含源、目的MAC,数据帧01110101001101101以太网电缆传输数字信号转换为脉冲电信号，bit流MAC地址识别，剥离以太网包首部IP地址识别，剥离IP包首部识别端口号，剥离TCP包首部解析应用层协议，获取数据应用层数据应用层数据TCP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部应用层数据TCP包首部IP包首部以太网包首部0111010100110110103TCP/IP通讯过程04TCP/IP的特征01030204存在非真正层网络接口层并不是真正的一层，它是一个接口，处于网络层和数据链路层之间

不通用先有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络四层协议栈采用了层次结构的概念，提供面向连接和无连接两种通信服务机制不适用于新网络TCP/IP模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念TCP/IP协议栈封装解封装四层模型知识小结0102TCP/IP通讯中是如何逐层封装、解封装的？TCP/IP四层模型和OSI七层模型有什么关联与区别呢？思考05头脑风暴敬请批评指正谢谢聆听工业以太网的通讯奥秘任务：揭秘ARP主讲：朱铝芬任务引入ARP初识ARP01ARP解析原理02ARP病毒03攻破ARP病毒04目录CONTENTS头脑风暴0501初识ARPPC触摸屏PLC交换机发送端接收端星型结构01PC触摸屏PLC交换机发送端接收端应用层协议数据单元（PDU）程序协议数据段Segment端口号网络层报文/数据包PacketTCP/IP协议数据链路层交换机数据帧Frame物理层集线器比特Bit知IP惑MAC依赖MAC初识ARP星型结构01ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）初识ARPICMPIGMP网络地址IP网络层ARP硬件地址MAC01初识ARP字段11，MAC地址未知用0表示字段1，为获得某个IP地址的MAC地址进行广播触摸屏PLCPC02ARP原理P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D:2C800:1B:1B:21:B6:A0694:C6:91:76:15:01ARP表：反映IP地址与MAC地址的关系。？？？触摸屏PLCPC02P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D:2C800:1B:1B:21:B6:A0694:C6:91:76:15:01广播ARP请求：通过广播查询IP对应MAC地址。？？？源IP：8目的IP：8源MAC：00:1B:1B:21:B6:A0目MAC：00:00:00:00:00:00ARP请求ARP原理触摸屏PLCPC02P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D:2C800:1B:1B:21:B6:A0694:C6:91:76:15:01源IP：8目的IP：8MAC学习：交换机对MAC地址进行学习，解析端口与MAC地址的关系。源MAC：00:1B:1B:21:B6:A0目MAC：00:00:00:00:00:00P1P5P8交换机：数据链路层MAC表ARP请求？？？00:1B:1B:21:B6:A028:63:36:E9:6D:2C94:C6:91:76:15:01ARP原理触摸屏PLCPC02P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D:2C800:1B:1B:21:B6:A0694:C6:91:76:15:01源IP：8目的IP：8MAC表：交换机端口与该端口所连设备MAC地址的对应关系。源MAC：00:1B:1B:21:B6:A0目MAC：00:00:00:00:00:00P1P5P8交换机：数据链路层MAC表00:1B:1B:21:B6:A028:63:36:E9:6D:2C94:C6:91:76:15:01ARP请求？？？ARP原理触摸屏PLCPC02P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D:2C800:1B:1B:21:B6:A0694:C6:91:76:15:01P1P5P8交换机：数据链路层MAC表00:1B:1B:21:B6:A028:63:36:E9:6D:2C94:C6:91:76:15:01IP地址MAC地址8PLC：网络层ARP表地址不匹配，丢包单播ARP响应报文：包含了自己的MAC地址。28:63:36:E9:6D:2C00:1B:1B:21:B6:A08源IP：8目的IP：8源MAC：00:1B:1B:21:B6:A0目MAC：00:00:00:00:00:00ARP请求？？？检测匹配ARP原理触摸屏PLCPC02P1P5P8IP地址MAC地址8800:1B:1B:21:B6:A0HMI：网络层ARP表828:63:36:E9:6D: