工业互联网数据采集技术-课件汇 15.能耗监控工作站-27.Wi-Fi通信协议

工业互联网数据采集技术——能耗监控与工业通信序言能耗监控是为耗电量、耗水量、耗气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量与其他能源应用量的控制与测量监控系统。目录CONTENTS能耗监控工作站1工业通信组网2能耗监控工作站01PARTONE能耗监控工作站01现代企业在提高生产设备自动化的同时，需要进一步加强工厂管理的高效性和精细化程度。作为企业生产必不可少的用电系统，通过采用合理的配电方案，优化用电管理，以达到高效节能，降低企业运营成本，实现精细化管理的目的。能耗监控工作站01能耗监控工作站用于采集和存储工业场所能耗情况，内部寄存器存储模拟产生的环境能耗数据。能耗监控工作站一般有两个关键设备产生能耗监控数据，分别为能耗采集中心与智能电表两个电气设备。能耗监控工作站01通过能耗监控工作站对厂区现场生产设备用电信息的管理及照明系统的智能化控制，采用集中管理、分散控制的计算机控制系统，实现设备用电、用水、用气信息的远程采集、统计、管理及优化。根据车间厂房亮度及班次安排表，智能控制相应区间照明灯的通断，以提高生产效率，节省人力，节约用电成本。使管理人员在办公室就能了解到整个厂区的用电信息及照明控制情况，提高了信息管理的实时性和高效性，从而实现整个厂区能耗信息的智能化和精细化管理。能耗监控工作站01能耗采集中心作为使用控制器内部逻辑程序产生工业能耗信息，并将模拟得到的采集信息存储在相应的工作站内部寄存器。通过RS485通信方式实现能耗采集数据与上位机系统实现数据访问。电表作为车间电源能耗的监控设备来使用。通过车间耗电量的分析，促进车间能源合理利用。

电表额定电压220V/50Hz，额定电流80A。LED

段码显示。具有有功电能计量及电压、电流、功率、功率因数、频率等电参量测量功能。具有RS485

通信接口，通信规约支持Modbus-RTU。02PARTTWO工业通信组网工业通信组网02以有线方式进行组网时，通过RS485通信接口接入物联网关，由物联网关把数据转发到工业互联网平台或其他采集服务器。以无线方式进行组网时，则支持4种无线通信方式：GPRS无线通信、LoRa通信、NB-IoT通信、4G通信，这些通信方式在选型时根据实际需求进行选择。通过无线通信模块，可以实现无线通信，直接把数据转发到工业互联网平台或者其他采集服务器。无线方式组网免去了接线，可以减少现场布线成本，降低施工成本，但是对环境的无线信号稳定性要求会更高。有线方式无线方式工业通信组网02RS485通信组网在仪表选型时首先要考虑的是具有怎样的联网通信接口。以前是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，随后出现的RS485解决了这个问题。RS485代表通讯的物理介质层和链路层，是一个对通讯接口的硬件描述，它只需要两根通讯线，即可以在两个或两个以上的设备之间进行数据传输。这种数据传输的连接，是半双工的通讯方式，在具体某个时间点，一个设备只能进行发送数据或接收数据。工业通信组网02GPRS通信组网GPRS（英文全称为：Generalpacketradioservice，中文名称为：通用无线分组业务）是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。工业通信组网02GPRS通信组网GPRS信道的工作方式为客户端方式，其通过GPRS信道与远端服务器建立连接后进行通信，工作模式为永久在线模式，在此模式下，只要上电后模块检测到GSM网络状态正常，即向主站发起数据连接。只要连接建立，模块将一直工作于数据交换状态。该组网方案适用于分散、距离较远，对数据实时性较强的场合。工业通信组网02LoRa通信组网LoRa（英文全称为：LongRangeRadio，中文名称为：远距离无线电）是一种低功耗局域网无线标准，其最大的特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。该组网方案适用于分散安装的环境场景，比如商业区、工业园区等场合。工业通信组网02NB-IoT通信组网NB-IoT（英文全称为：NarrowBandInternetofThings，中文名称为：窄带物联网）是一种利用移动基站进行通信的窄带低功耗广域网络技术，它使用了授权的频段，可直接部署于现有的移动通信网络上，需要运营商提供服务和支持。该组网方案适用低功耗的、广域范围的、传输数据量小且更新频率也不高的物联网设备，如水表、气表、路灯、停车、共享单车、物流集装箱、空气监测仪等各种户外场景。工业通信组网024G通信组网4G通信技术（英文全称为：the4thgenerationmobilecommunicationtechnology，中文名称为：第四代移动通信技术）是在3G技术上的一次更好的改良，其相较于3G通信技术来说一个更大的优势，是将WLAN技术和3G通信技术进行了很好的结合，使图像的传输速度更快，让传输图像的质量和图像看起来更加清晰。在智能通信设备中应用4G通信技术让用户的上网速度更加迅速，速度可以高达100Mbps。工业通信组网024G通信组网4G信道的工作方式为客户端方式，装置通过4G信道与远端服务器建立连接后，进行通信。其4G通信模块的工作模式为永久在线模式，只要上电后模块检测到LTE网络状态正常，即向主站发起数据连接。只要连接建立，模块将一直工作于数据交换状态。该组网方案适用于不方便布线、网络稳定且数据量不是非常大的场景。工业通信组网02新一代通信技术：5G通信组网5G可以提供比4G更快的数据传输速度，这使得用户可以更快地下载和上传数据。同时它具有更低的端到端延迟，这对于实时应用程序和服务非常重要。例如，对于无人驾驶汽车、远程医疗服务和虚拟现实等应用。5G引入了网络切片技术，可以根据不同的应用需求和服务，为网络划分不同的虚拟网络。这有助于更好地满足不同行业和应用的特定需求。该组网方案的优势主要体现在更高的速度、更低的延迟、更大的网络容量以及支持多样化的应用场景。小结能耗监控工作站工业通信组网方式科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——双碳战略序言双碳战略在工业领域的实施对于全球能源问题至关重要。工业部门通常是能源消耗的重要来源，而且其生产活动常伴随着大量的碳排放。为了实现双碳目标，各国需要通过提高工业能源效率、推动清洁生产技术的创新以及减少碳排放等手段，改变传统工业模式。双碳战略知识拓展双碳战略拓展2023年11月30日,《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会在阿联酋迪拜开幕，近200个国家的超过7万名代表参与这场大会。世界气象组织于大会开幕当天发布《2023年全球气候状况临时报告》(ProvisionalStateoftheGlobalClimate2023)，并宣布2023年是有记录以来人类历史上最热的一年。我们居住的地球正在面临着严重的气候危机!双碳战略拓展全球气候问题与温室效应密切相关，而温室效应是导致全球气候变化的主要原因之一。温室效应双碳战略拓展温室效应导致全球变暖：温室效应是指地球大气中的一些气体（如二氧化碳、甲烷、水蒸气等）吸收并重新辐射地球表面的热量。由于人类活动，尤其是燃烧化石燃料和森林砍伐，导致温室气体浓度升高，加强了温室效应，导致全球气温上升，即全球变暖。温室效应的影响双碳战略拓展气温上升引发极端天气事件：全球变暖导致气候系统变得不稳定，增加了极端天气事件的频率和强度。这包括更频繁的极端高温、暴雨、干旱、飓风等。温室效应的影响双碳战略拓展海平面上升：全球变暖导致冰川和极地冰层融化，使得海水体积增加，导致海平面上升。这对沿海地区和岛屿国家造成威胁，可能导致沿海侵蚀和淹没。温室效应的影响双碳战略拓展生态系统影响：温室效应和气候变化对全球生态系统造成广泛影响，包括植物、动物和微生物的生态位移、栖息地丧失、生物多样性减少等。温室效应的影响双碳战略拓展社会经济影响：气候变化对社会和经济系统产生重大影响，包括农业产量变化、水资源紧缺、食品安全问题、健康问题等。温室效应的影响双碳战略拓展气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳不断排放，温室气体量日益猛增，对人类生命系统构成严重威胁。在这一大背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出“碳达峰”和“碳中和”的目标。2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上宣布，中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。双碳战略碳达峰（peakcarbondioxideemissions）是指在某一个时间点，二氧化碳的排放不再增长且达到峰值，之后逐步回落。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩，达峰目标包括达峰年份和峰值。我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。拓展双碳战略碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物造树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”的过程。拓展双碳战略“碳达峰”与“碳中和”一起，简称“双碳”。我国作为“世界工厂”，产业链日渐完善，国产制造加工能力与日俱增，同时碳排放量加速攀升。但我国油气资源相对匮乏，发展低碳经济，重塑能源体系具有重要安全意义。首先，我们要在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电、大力发展和运用风电、太阳能发电、水电、核电等非化石能源，实现清洁能源代替火力发电。其次，加快产业低碳转型、促进服务业发展、强化节能管理、加强重点领域节能减排、优化能源消费结构、开展各领域低碳试点和行动。拓展双碳战略“碳达峰”与“碳中和”一起，简称“双碳”。我国作为“世界工厂”，产业链日渐完善，国产制造加工能力与日俱增，同时碳排放量加速攀升。但我国油气资源相对匮乏，发展低碳经济，重塑能源体系具有重要安全意义。于此同时，我国还鼓励绿色技术创新，包括人工智能、数字化技术在内的先进技术将被广泛应用于工业、交通、建筑等领域，以提高能源使用效率和减少碳排放。我国还强调国际合作的重要性，愿意与其他国家分享经验、技术和资源，共同应对全球气候变化挑战。中国参与国际气候变化协议，并积极推动全球绿色发展，体现了大国风范。拓展双碳战略拓展地球是我们唯一的家园，是我们的生存基础，因此我们有责任保护和维护她的健康。保护地球不仅关系到我们当前的生活质量，也涉及到对未来世代的责任。保卫家园人人有责双碳战略拓展关掉不使用的电器，不要让电视、电脑等设备长时间待机。这样可以减少用电量，降低二氧化碳排放。节约能源：双碳战略拓展尽量使用公共交通、骑自行车，或步行。这样可以减少汽车尾气排放，对空气质量有好处。绿色出行：双碳战略拓展学会正确分类垃圾，把可回收的物品送到回收站。这有助于减少垃圾填埋，节约资源。垃圾分类：双碳战略拓展不留水龙头流水，修复漏水的水管。用水更加节约有助于减少能源消耗和二氧化碳排放。节约用水：双碳战略拓展尽量避免使用一次性塑料制品，如购物袋、吸管、餐具。选择可重复使用的替代品，减少塑料污染。少用一次性塑料：双碳战略拓展提高自己家庭和工作场所的能源效率，减少不必要的能源浪费。这可以通过更换高效能源设备、改善绝缘、采用LED照明等方式实现。使用电动车等新能源车辆而非燃油车，也是一种环保的交通方式。支持可再生能源：小结温室效应“碳达峰”和“碳中和”保护地球，人人有责科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——制定企业能耗数采方案序言能源管理体系能够促进工业企业降本增效，推动形成绿色生产、节能环保也是企业追求的目标。同时，建立并有效运行能源管理体系，对我国实现碳达峰、碳中和的双碳战略也有着意义深远的作用。目录CONTENTS能源管理的必要性1制定能耗数据采集方案2能源管理的必要性01PARTONE能源管理的必要性011.国家政策要求2017年9月，国家发展改革委与质检总局印发了《重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》，在方案中提到以物联网、云计算等技术为支撑，大力推动重点用能单位能耗在线监测系统（以下简称“监测系统”）建设，加快推进重点用能单位完善能源计量体系、提高能源管理精细化水平，促进互联网与节能工作深度融合，提高节能宏观调控能力，推动完成能源消费总量和强度“双控”目标任务。能源管理的必要性011.国家政策要求2022年1月，国务院发布的《“十四五”节能减排综合工作方案》明确了，到2025年，全国单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消费总量得到合理控制。节能减排政策机制更加健全，重点行业能源利用效率和主要污染物排放控制水平基本达到国际先进水平，经济社会发展绿色转型取得显著成效。能源管理的必要性01于此同时，我国实现“碳中和”目标的技术路径需要从供给端和需求端共同发力：一方面含“碳”量高的化石能源要面对供给侧改革，控制化石能源总量，提高利用效能，从化石能源转换为电能方面需要继续提高效率；另一方面在需求侧，依托技术改造对能源合理使用、从而有效节能减排才是核心。1.国家政策要求能源管理的必要性012.企业节能需要近些年来，我国工业企业面临两大挑战：一方面企业的利润普遍呈下降趋势，企业在市场竞争中获取利润越来越困难。据统计，工业品的利润率只有5%左右，甚至更低；另一方面，随着能源阶梯价格机制的逐步形成，水、电、气等能源价格逐步走高，能源费用占企业总体成本的比例也随之提高，对于高能耗企业，能源成本占到工业品成本的20%甚至更高。能源管理的必要性012.企业节能需要对于工业品平均5%的利润率，能源成本的管理水平甚至决定了企业的生存水平。如果不对能源成本进行精细化有效管理，企业搞不清自己的能源成本如何消耗、是否有效消耗，就更不清楚能源成本降低的改进方向了。而通过能源精细化管理，企业可以建立各个生产工作中心的能耗监控体系，比如各个工作中心拥有自身的能源管理离散度系统、单位产值能耗系统、单位产品/零部件能耗系统等，建立相应的模型后，可以细化指标进行管理考核。能源管理的必要性012.企业节能需要对能源管理颗粒度从车间级细化到工序级、设备级后，问题出现后可追溯和排查的数据更完善；比如同样的生产工序或者设备，相同产量下，如果能耗相差数倍，可以通过更全面的数据追溯调查，到底是工人在生产中操作相对比较随意，生产同一件产品时有的工时短，有的工时长；还是设备使用不合理，待机时间过长，导致非有效生产时间能源浪费；根据不同的原因制定相应的解决办法。能源管理的必要性012.企业节能需要因此，企业对能源进行精细化管理，建立能源管理体系，从能耗数据来进一步分析制定节能减排的有效措施，除了是应对全球气候变化的迫切需要外，更是企业对压缩能源费用、提高利润的生存发展需求。具体可总结为如下几点：能源管理的必要性012.企业节能需要能源管理体系标准将企业管理能源的视角从单一的产品或者企业单元的效率转向整个企业的能源效率，从而拓宽了视野，有利于促进企业整体能源效率的提高。提高企业整体的能源效率和经济效益能源管理的必要性012.企业节能需要能源管理体系标准要求企业能源管理工作符合国家能源方面法律法规、政策、标准和其他要求，从而促使企业有效地贯彻相关法律法规、政策、标准等，促进节能目标的实现。保障企业能源管理的合规性能源管理的必要性012.企业节能需要能源管理体系要求企业产品和过程设计中，充分考虑能源的合理利用，借鉴节能新技术和方法、节能实践和经验等，促进企业能源管理技术水平的提升。提升企业能源管理的技术水平能源管理的必要性012.企业节能需要能源管理体系标准的实施解决了传统的能源管理方式中“职责不清、结果不明、程序不规范”等问题，可建立和完善相互联系、相互制约和相互促进的能源管理结构。建立运行的能源管理结构能源管理的必要性012.企业节能需要能源管理体系标准的实施可以帮助企业采用低成本甚至无成本的管理手段来降低能源消耗，提高能源利用效率。提高企业能源管理效益02PARTTWO制定能耗数据采集方案制定能耗数据采集方案02（1）网络接入需求调研企业可以对接收到的各生产工厂数据，进行订阅、过滤、存储、处理、汇聚、挖掘等应用。部署在企业信息机房的数据采集服务器、接口服务器、数据传输服务器等，可以实现数据采集，并向上级部门传输数据。在企业信息机房设有核心交换机，将各车间厂房的分交换机通过冗余光纤网络接入到核心机房。1.需求调研制定能耗数据采集方案02（2）数据采集需求调研配电室：需要对工厂配电室仪表的能源数据进行采集。厂房内电力仪表：对厂房内现有的电力仪表进行能源数据采集，电能源采集颗粒度从车间级细化到设备级，每个生产工作站都加装智能电表进行采集及监控。工厂园区水、气仪表：这些水、气在园区内比较分散，都需要加装新的流量仪表进行采集。1.需求调研制定能耗数据采集方案022.规划采集网络架构根据调研需求，规划数据采集的网络架构：配电室部分：采用RS485串联仪表，汇聚至物联网关完成数据采集。厂房内电力仪表：新装仪表就近有物联网关的，采用RS485有线方式把仪表接入物联网关完成数据采集；就近无物联网关的，采用具有4G通信功能的物联仪表采集，通过4G把仪表数据直接上传到工业互联网平台；工厂园区内水、气仪表：由于仪表分散，把流量仪表通过RS485接入Lora无线模块，Lora无线模块把数据转发到Lora集中器，由集中器统一接入物联网关转发至工业互联网平台。制定能耗数据采集方案023.设计网络布局并提交方案最后，根据规划的数据采集架构，设计网络拓扑布局方案并提交甲方审核：小结企业能源管理的必要性如何根据客户需求制定能耗数据采集方案科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——LoRa数据采集序言LoRa（LongRangeRadio，远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术。目录CONTENTSLoRa简介1LoRa技术应用2LoRaWAN组网协议3LoRa简介01PARTONELoRa简介01LoRa（LongRangeRadio，远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）通信技术中的一种。它能为用户提供一种简单的远距离、低功耗无线通信手段，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3~5倍。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433MHz、868MHz、915MHz等。LoRa简介01LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离的通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像频移键控调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。线性扩频由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，已在军事和空间通信领域使用了数十年，但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。LoRa简介01LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但LoRa和LoRaWAN有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。其中，链路预算通常用分贝（dB为单位）表示，是在给定的环境中决定距离的主要因素。02PARTTWOLoRa技术应用LoRa技术应用02随着智慧城市的全面部署以及城市智能化、感知与互联的发展需求，城市越来越多的碎片化终端设备需要低功耗长距离传输的接入网络。以LoRa为代表的低功耗、远距离网络技术的出现，有机会打破物联网在互联方面的瓶颈，促进物联网端对端的成本大幅下降，引爆物联网的大规模应用。LoRa技术应用02对于建筑的改造，加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传，方便了管理者的监管更方便了用户。通常来说，这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量，同时便携式的家庭式网关便可以满足需要，所以该场景LoRa是比较合适的选择。智慧建筑LoRa技术应用02在自动化工业生产环境中，大量的智能技术得到应用，各种信息数据在网络中进行交汇，因此所选网络的特性直接关乎生产计划的执行质量。一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态，这时LoRa便是合理的选择。智慧工业LoRa技术应用02智慧水务通过数采仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施，形成“城市水务物联网”，并可将海量水务信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。智慧水务LoRa技术应用02物流行业涉及的地域范围非常广阔，因此在选择网络时首选考虑的是低投入与高工作寿命。为了能够跟踪卡板以及确定货物的位置与状态，货运公司需要的是参与整个物流过程的设施均处于网络覆盖下，那么不仅要求网络节点足够经济性以便于大范围铺设，而且拥有机动性使其可以安装在运输工具上作为一个移动网关。LoRa低成本，高电池寿命，高机动性，以及在高速移动时通信的稳定性使得其能够在智能物流领域广泛发展。智慧物流03PARTTHREELoRaWAN组网协议LoRaWAN组网协议03LoRa模组仅能实现LoRa设备间的无线数据传输，使用LoRa技术进行组网，需要一个组网协议，LoRaWAN

就是这样的一个组网协议。LoRaWAN组网协议LoRaWAN组网协议03LoRaWAN

是为LoRa远距离通信网络设计的一套通信协议和系统架构，它是在LoRa物理层传输技术基础之上的以MAC层为主的一套协议标准。对应产品包括LoRaWAN

节点，LoRaWAN

网关和LoRaWAN

的协议和数据云平台。LoRaWAN组网协议LoRaWAN组网协议03LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRaWAN

是为LoRa远距离通信网络设计的一套通信协议和系统架构，它是一种媒体访问控制（MAC）层协议。虽然现有的LoRaWAN

组网基本上都使用LoRa作为物理层，但是LoRaWAN

的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲，LoRaWAN

可以使用任何物理层的协议，LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。LoRaWAN与LoRa的区别LoRaWAN组网协议03LoRaWAN

网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于LoRa的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN

协议数据做转发处理，将LoRaWAN

数据分别承载在了LoRa射频传输和TCP/IP上。LoRaWAN的网络架构LoRaWAN组网协议03LoRaWAN网络采用基于IEEE802.15.4的AES-128加密算法实现网络安全。LoRaWAN引入网络会话密钥（NetworkSessionKey）、应用会话密钥（ApplicationSessionKey）用于增加安全性。LoRaWAN

网络的加密和解密是从节点设备开始的，节点设备对数据进行加密，然后将数据发送给网关。网关把收到的节点数据转发给网络服务器，网络服务器将收到的数据用网络会话密钥解密，最后发给应用服务器，应用服务器应用会话密钥对数据进行解密就得到了明文数据。LoRaWAN的安全性LoRaWAN组网协议03终端设备服务不同的应用，有不同的要求。为优化各种终端应用规范，LoRaWAN

使用了不同的设备类别，分别为：ClassA、ClassB

和ClassC。LoRaWAN的节点设备类型LoRaWAN组网协议03ClassA

类型的节点设备具有双向通信、单播消息的功能，但是消息有效载荷短，且通信时间间隔长。通信必须由ClassA

节点发起，也就是主动上报数据（Uplink）。ClassALoRaWAN组网协议03ClassB

类型的节点设备具有双向通信、单播消息、多播消息的功能，同样具有消息有效载荷短，且通信时间间隔长的缺点。ClassBLoRaWAN组网协议03ClassC

类型的节点设备具有双向通信、单播消息、多播消息的功能，也具有消息有效载荷短的缺点。服务器可以在任意时域下发数据到ClassC

节点，ClassC

节点持续不断地处于接收状态。ClassCLoRaWAN组网协议03终端设备要想在LoRaWAN

网络上通信，那它就必须先被激活，激活需要用到设备地址、网络会话密钥、应用会话密钥，在LoRaWAN

网络中的不同节点允许网络使用正确的密钥并准确的解析数据。LoRaWAN终端设备激活LoRaWAN组网协议03设备地址在LoRaWAN

网络中是32位唯一标识，并体现在各个数据框架上。终端设备、网络服务器、应用服务器都可以使用设备地址进行相关操作。LoRaWAN终端设备激活LoRaWAN组网协议03网络会话密钥是128位的AES加密密钥，每个终端设备在LoRaWAN

网络中具有唯一性，网络会话密钥为终端设备和网络服务器所共用。网络会话密钥保障了网络通信过程中的消息一致性，并为终端设备和网络服务器的通信提供安全保障。LoRaWAN终端设备激活LoRaWAN组网协议03应用会话密钥为终端设备和应用服务器所共用。它被用来加密和解密应用数据消息，为应用有效载荷提供了安全保障。LoRaWAN终端设备激活LoRaWAN组网协议03设备地址、网络会话密钥、应用会话密钥信息可以通过两种方法实现在网络中互换。这两种方法分别是OTAA和ABP。OTAA是基于全球唯一识别码，并通过空中消息握手实现激活；ABP则是在生产的时候就已经将共享的密钥保存在产品里，这种方法只能固定用在特定的网络中。LoRaWAN终端设备激活小结LoRa的基本概念LoRa的技术应用场景LoRaWAN组网协议科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——数字化转型序言工业企业数字化转型是指将传统的制造业、生产流程和业务模式通过数字技术的应用进行重新构建和升级，以提高效率、降低成本和加强市场竞争力的过程。这一转型对工业企业来说有着重要的意义。数字化转型知识拓展数字化转型拓展工业企业数字化转型是指传统制造业企业运用先进的数字技术和信息技术，对其生产、管理、运营等方面进行全面的升级和改造，以实现更高效、灵活、创新和可持续的经营模式。这种转型涉及到多个层面和领域，其主要含义包括以下几个方面：数字化转型拓展引入自动化设备、机器人技术以及人工智能等技术，提高生产线的自动化水平，实现智能化制造，从而提高生产效率。自动化和智能化生产数字化转型拓展将生产过程中的各个环节数字化，通过传感器、数据采集和实时监控系统获取大量实时数据，以便更好地监测和管理生产过程，减少浪费，提高质量。数字化生产流程数字化转型拓展利用物联网技术将各种设备、机器、传感器等连接到网络，实现设备之间的信息共享，提高设备的智能化程度，促使生产设备更好地协同工作。物联网（IoT）的应用数字化转型拓展通过对大量产生的数据进行分析，可以获取有价值的洞察，优化生产计划、预测需求、改进产品设计等，以更好地满足市场和客户的需求。大数据分析数字化转型拓展利用云计算提供的强大计算和存储能力，使企业能够更灵活地处理大规模数据。边缘计算则使数据在生产现场即时处理，减少延迟，提高反应速度。云计算和边缘计算数字化转型拓展利用虚拟化技术建立虚拟的生产环境、供应链等，帮助企业进行模拟和优化，降低实际生产风险。虚拟化技术数字化转型拓展数据对工业企业的价值是巨大的，其影响体现在多个方面，包括提高效率、优化生产、降低成本以及创新业务模式等。而工业企业数字化转型升级，就是对工业数据进行深度挖掘价值的过程，这一转型对工业企业来说有着重要的意义，主要体现在以下几个方面：数字化转型拓展数字化转型可以通过自动化和智能化技术优化生产流程，减少人工干预，提高生产效率。实时数据分析和监控系统可以帮助企业更及时地做出决策，优化生产计划和资源调配。提升生产效率数字化转型拓展通过数字化技术，企业可以实现资源的更加精细化管理，减少浪费，提高资源利用效率，从而降低生产成本。智能制造系统还可以优化能源消耗，进一步降低运营成本。降低生产成本数字化转型拓展数字化转型可以引入先进的质量控制技术，实时监测和反馈生产过程中的数据，从而提高产品质量并降低产品缺陷率。提高产品质量数字化转型拓展数字化转型可以帮助企业建立更加智能和敏捷的供应链系统，通过实时信息共享、需求预测和库存优化，提高供应链的灵活性和反应速度。加强供应链管理数字化转型拓展转型升级后，可以为企业提供开发新产品和服务的机会。通过互联网、物联网、大数据分析等技术，企业可以推出创新的业务模式，满足市场需求，拓展业务领域。创新业务模式数字化转型拓展数字化转型可以帮助企业更好地理解客户需求，提供个性化的产品和服务，提高客户满意度，建立更紧密的客户关系。提升客户体验数字化转型拓展总之，数字化转型升级为未来工业企业的发展带来了巨大的价值。通过引入先进的数字技术和数据驱动的方法，企业能够实现智能生产、优化运营、质量控制，从而提高效率、降低成本。预测性维护和供应链优化进一步增强了生产过程的稳定性和灵活性。数字化转型拓展数字化转型也为企业创新提供了契机，通过深度数据分析洞察市场趋势和客户需求，推动新业务模式的落地。这一转型不仅加强了企业内部的协同与创新，同时也提升了客户满意度，为可持续发展奠定了坚实基础，使工业企业更好地适应未来竞争激烈的商业环境。数字化转型拓展随着物联网技术的广泛应用，设备之间的紧密互联将成为常态，实时监测和数据分析的能力将进一步提升生产效率。大数据和人工智能的结合将为企业决策提供更加精准的支持，同时云计算和边缘计算的发展将推动数据的高效管理和利用。数字化供应链管理的优化将提高整个供应链的灵活性和透明度，而自动化生产则将为企业降低成本、提高安全性。数字化转型拓展数字化服务和客户体验的强化将加深企业与客户之间的互动，而在可持续发展方面，数字化技术将成为推动绿色生产和资源有效利用的关键。综合而言，数字化转型将引领工业企业走向更智能、高效、可持续的发展道路。小结数字化转型的领域对工业企业的价值未来发展的趋势和方向科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——制定企业生产数采方案序言在现代工业生产中，数据采集成为了提升企业生产效率和质量的关键环节。本小节将介绍工厂生产数据采集的重要性，以及采集过程中的挑战和解决方案。目录CONTENTS生产数据采集的重要性1制定生产数据采集方案2生产数据采集的重要性01PARTONE生产数据采集的重要性01随着科技的不断发展，工厂数据采集在生产过程中扮演着至关重要的角色。通过采集和分析各种数据，工厂能够更加准确地了解生产环境，及时发现问题并进行调整，从而提高生产效率和产品质量。生产数据采集的重要性01首先，工厂数据采集可以实时监测生产过程中的关键指标。通过传感器、监控设备等技术手段，可以采集到诸如温度、湿度、压力、流量等数据。这些数据可以帮助工厂实时监测生产设备的运行状态，及时发现异常情况并进行处理，避免生产事故的发生。同时，通过对数据的分析，还可以找出生产过程中的瓶颈和优化点，进一步提升生产效率。生产数据采集的重要性01其次，工厂数据采集可以帮助实现智能化生产管理。通过采集和分析大量的生产数据，可以建立起一个完整的生产数据平台。在这个平台上，工厂管理者可以实时了解生产情况，监控生产进度和质量指标，并进行及时的决策和调整。同时，通过机器学习和人工智能等技术的应用，还可以实现生产过程的自动化控制和优化，进一步提高生产效率和降低成本。生产数据采集的重要性01首先，数据采集的过程中需要处理大量的数据。这就要求工厂在数据存储和处理方面有足够的能力。其次，数据采集需要保证数据的准确性和完整性。在采集过程中可能会出现数据丢失、误采等问题，因此需要采取相应的措施确保数据的可靠性。此外，数据采集还需要保护数据的安全性，避免数据泄露和被不法分子利用。挑战生产数据采集的重要性01为了解决这些挑战，工厂可以采取一些有效的措施。（1）可以选择合适的数据采集设备和技术，确保数据的准确性和可靠性。（2）可以建立完善的数据管理系统，包括数据存储、处理和分析等功能，以便更好地管理和利用采集到的数据。（3）工厂还可以加强数据安全保护，采用加密、权限控制等手段，确保数据的安全性。生产数据采集的重要性01工厂数据采集在提升生产效率和质量方面发挥着重要的作用。通过实时监测生产指标和智能化生产管理，工厂能够更加高效地进行生产，并及时发现和解决问题。生产数据采集的重要性01如果你作为一名企业网络工程师，如何制定合理的企业生产数采方案，充分利用好工厂数据采集的优势，成为了工作中的重点任务。只有做好生产数采方案，才能进一步提升工厂的竞争力和可持续发展能力。02PARTTWO制定生产数据采集方案制定生产数据采集方案02确认数据采集点的基本情况设备状态信息：设备开关机信号、作业执行信号；需要根据这些设备的启动信号、作业信号等制定方案。设备关键参数：关键部件温度、设备电流。产品信息：读取产品的生产编码等信息，便于统计不同产品的单品能耗和生产时长等数据。人员信息：读取人员的基本信息，可以客观获取该员工的工作时长、统计其产量信息等。1.需求调研制定生产数据采集方案02为设备持续供电是数据采集的基础在客户现场调研期间，需要确认设备的主回路电源及控制回路电源。主要目的是确认设备的供电电压，以选取合适的信号转换附件。多数情况下需要通过设备的电源给采集模块供电。一般的工业设备以AC380V的交流电源居多，通过设备断路器或空气开关引入设备电箱主回路中。若设备有匹配的开关电源及端口，通常可以考虑直接从设备的控制开关电源给采集模块供电。若设备电气控制柜中没有匹配的开关电源供采集模块供电使用，则需要加装开关电源或使用电源适配器给采集模块供电。开关电源和电源适配器插座通常选用卡轨安装式，便于安装实施。2.确认供电电源制定生产数据采集方案02寻找最为适合的安装位置在规划采集方案之前，通常去客户现场调研需要确认采集器的安装位置。一般情况下，IO采集器及转换附件安装在生产设备的配电柜内部；但一些小型或简易的生产设备无配电柜或配电柜位置狭小，则需要考虑外加配电柜来安装采集终端等硬件。在配电柜内安装，需要确认一下柜内是否有空余的卡轨（标准35mm卡轨）可供使用，卡轨长度一般需要15CM~18CM。若无空余卡轨可用则需要另外安装卡轨来安装采集终端。另装卡轨长度一般预留20CM左右，柜内需要有一块大概A4纸（297mm*210mm）的安装空间。3.确认安装位置制定生产数据采集方案02数据采集离不开网络IO采集器可以通过有线方式，也可通过无线方式进行网络连接。需要在客户设备现场确认移动网络覆盖情况，可以用手机测试，必要时可以用一台测试硬件现场测试。比如可使用外置210mm长的4G天线，需要放置在配电柜外部以防信号屏蔽。要考虑配电柜的天线走线，如果柜体完全封闭的，没有对外走线孔，则还需要考虑打孔走线。4.确认网络情况制定生产数据采集方案025.制定采集方案可选方案一：直接通过采集模块供电信号判断通常情况下，设备的控制电路中开关电源是受设备总的启停开关来控制的，所以可以通过设备控制电路开关电源的电压信号来判断设备总的启停状态。为了减少实施的工作量和复杂程度，我们可将硬件中加入电源供电状态判断功能，直接通过电源的供电电压来判断设备的总启停状态。也就是只要从设备开关电源直接引线给采集模块供电即可直接判断设备的总启停状态，不需要额外做相关信号点的采集和处理。（1）采集启停信号制定生产数据采集方案025.制定采集方案可选方案二：通过设备启停控制开关或关联电路控制开关信号判断在采集模块供电不满足需求的情况下（比如采集模块独立供电），也可以考虑通过IO端口对设备的总启停信号进行采集检测。通过设备总启停回路控制开关信号判断，如主断路器、主接触器、空气开关、刀闸开关等。或选取与设备总启停控制开关相关联的控制回路开关信号判断，如测量回路、继电保护回路或信号回路的继电器、指示灯等信号。（1）采集启停信号断路器接触器空气开关制定生产数据采集方案025.制定采集方案作业信号（生产执行信号）即设备电气控制系统中能够代表设备处于作业状态的相关信号。此信号的变化能够准确的反映设备在执行生产动作，且信号变化频次与生产执行频次为强比例关系。如注塑机的射胶信号，冲压机的冲头滑块下压信号等。方案一：设备电气控制回路/辅助回路电气控制开关信号判断。如中间继电器，时间继电器、按钮开关等。获取如下信号：开关触点闭合/断开信号、电压转换信号。信号为“1”表示其关联控制的设备/负载处于“开启/运行”状态；信号为“0”表示其关联控制的设备/负载处于“关闭/停止”状态。（2）采集作业信号制定生产数据采集方案025.制定采集方案作业信号（生产执行信号）即设备电气控制系统中能够代表设备处于作业状态的相关信号。此信号的变化能够准确的反映设备在执行生产动作，且信号变化频次与生产执行频次为强比例关系。如注塑机的射胶信号，冲压机的冲头滑块下压信号等。方案二：加装接近开关判断设备作业执行状态。有些设备的生产执行动作是纯机械控制的，如手动控制的冲压机、装配线、立式钻等，这些设备没有相关的电气信号可采集。可考虑在设备执行机构合适位置加装开关传感器检测设备执行动作的状态。将开关信号对接到采集器进行信号获取。设备执行机构动作信号检测判断，是通过判断设备执行了某一动作或触发了某一状态。通常通过加装行程开关，接近开关、光电开关、微动开关等方式进行监测判断。（2）采集作业信号行程开关磁接近开关光电开关微动开关制定生产数据采集方案025.制定采集方案通过在设备工位处，加装RFID读卡器接入到采集器，读取负责机台操作人员的信息，用以实时获取当前设备操作人员与生产过程所关联的业务信息，可计算员工产量、操作时长等。真正做到设备数据与人员业务数据的自动结合，达到生产运营管理提升的目的。（3）采集人员信息制定生产数据采集方案025.制定采集方案通过在设备工位处，加装扫码枪接入到采集器，读取机台所加工的产品单号、任务单号等信息，用以实时获取当前产品信息/订单信息与生产过程所关联的业务信息。真正做到设备数据与产品数据的自动结合，从而可以根据获取到的信息精确计算分析产品/订单生产成本、生产周期、产品单耗等，便于后续优化生产计划安排。（4）采集产品信息制定生产数据采集方案025.制定采集方案在工业现场的数据采集场景中，经常通过外加传感器，采集并监测设备的生产设备的关键参数。如外加温度传感器监测设备的轴承温度，外加电流互感器监测设备的运行电流，速度传感器监测部件的运转速度等。（5）采集关键参数制定生产数据采集方案026.确认施工时间在实际工业现场中，企业的生产通常都是提前计划，不能随意停机。因此在施工安装之前，需要与现场设备操作人员确认设备停机时间。通常实施时需要先做布线准备工作；正常情况下，现场实施工程师需要设备停机以实施接线的时间约为10分钟左右，如果仅需要接开关电源，那停机时间则更短。总之，要尽可能的减小停机时间，保障客户企业的正常生产不受影响。小结工厂生产数据采集的重要性采集过程中的挑战和解决方案科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——MQTT通信协议序言MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。它轻量、简单、开放且易于实现，基于这些特点使它的适用范围非常广泛。目录CONTENTSMQTT的发展历程1MQTT的通信机制2MQTT的行业应用3MQTT的发展历程01PARTONEMQTT的发展历程01MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议之上，所有的物联网终端都通过TCP连接到云端，云端通过主题的方式管理各个设备关注的通讯内容，负责将设备与设备之间的消息进行转发。MQTT的发展历程01MQTT通信协议原本是IBM（InternationalBusinessMachinesCorporation，国际商业机器公司）在1999年其某款产品上发布使用的通信协议；到了2010年，IBM公开发布了MQTT3.1版本，使之成为了开源协议。2014年，MQTT协议正式成为了OASIS（OrganizationfortheAdvancementofStructuredInformationStandards，结构化信息标准促进组织）的标准协议。MQTT的发展历程01目前，MQTT协议已经成为了物联网系统上的网络协议标准。大多数工业互联网平台都不约而同的选择MQTT协议作为设备联网的“第一语言”，如华为云、腾讯云、阿里云，以及国外一些知名的互联网企业。02PARTTWOMQTT的通信机制MQTT的通信机制02实现MQTT协议需要客户端和服务器端相互完成通讯。在通讯过程中，MQTT协议有三种身份，分别是：发布者（Publish）、中介（Broker）、订阅者（Subscribe）。MQTT的通信机制02如图右图所示是MQTT的通信机制，MQTT交换的消息都附带“主题”地址，各个客户端把这个“主题”视为收信地址，对其执行传输消息的操作。MQTT的通信机制02首先，中介在等待各个客户端对其进行连接；订阅者连接中介，把自己想订阅的主题名称告诉中介，这就叫做订阅；发布者连接中介，以主题为收信地址发送消息，这就是发布。MQTT的通信机制02发布者一发布主题，中介就会把消息传递给订阅了该主题的订阅者。比如，如果订阅者订阅了主题A，那么只有在发布者发布了主题A的情况下，中介才会把消息传递给订阅者。订阅者和中介总是处于连接状态，而发布者则只需要在发布时建立连接，如果要在短期内数次发布，就需要保持连接状态了。因为中介起着转发消息的作用，所以各个客户端彼此之间没有必要知道对方的IP地址等位置信息。MQTT的通信机制02（1）客户端与服务器客户端（Client）：使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。发布者和订阅者都属于客户端，至于客户端到底是发布者还是订阅者，只取决于该客户端当前的状态——是在发布消息还是在订阅消息。当然，一个客户端可以同时是发布者和订阅者。客户端的范围很广，任何终端、嵌入式设备、服务器只要运行了MQTT的库或者代码，都可以称为MQTT客户端。服务端（Server）：一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。MQTT的通信机制02（2）发布者、订阅者、中介发布者与订阅者：发布者和订阅者是相对于主题来说的身份，如果一个客户端以某个主题发布消息，那么这个客户端就是发布者；如果一个客户端订阅了某个主题，那么它就是订阅者。中介：负责接收发布者的消息，并发送给相应的订阅者，是整个MQTT订阅/发布的核心。MQTT的通信机制02（3）订阅、主题、会话主题：MQTT是通过主题对消息进行分类的，主题本质上就是一个UTF-8的字符串，不过可以通过反斜杠表示多个层级关系。主题并不需要创建，直接使用就是了。订阅（Subscription）：订阅包含一个主题过滤器（TopicFilter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话（Session）关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。MQTT传输的消息分为主题（Topic）和负载（payload）两部分。主题可以理解为消息的类型，订阅者订阅后，就会收到该主题的消息内容（payload）；负载可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。会话（Session）：客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。03PARTTHREEMQTT的行业应用MQTT的行业应用03MQTT最大优点在于：可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较为广泛的应用。MQTT的行业应用03MQTT可以用于从各种传感器和物联网设备(如温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光照传感器等)收集数据，实时检测设备工作状况，汇总数据并进行可视化监控。物联网数据采集及监控平台MQTT的行业应用03MQTT可以用于家庭设备、家庭安防、门禁系统、电梯管理、智慧路灯等设备之间的通信和协调，实现智能家居或智慧城市系统。智能家居或智慧城市系统MQTT的行业应用03MQTT可以用于在车辆、机器人和其他物理设备之间进行通信，实现物流及交通管理系统，为运营商或业务员提供更准确、快速和透明的信息。物流及交通管理系统MQTT的行业应用03MQTT可以用于实现物联网设备之间的数据传输和信息互动，例如空气质量、温湿度、水质等指标的监测，可以对公共安全、环境保护等方面实施日常监管和控制。环境监控小结MQTT的发展历程MQTT的通信机制MQTT的行业应用科技改变生活知识改变命运工业互联网数据采集技术——Modbus通信协议序言Modbus协议是一种广泛应用于当今工业控制领域的通用通讯协议。它用于在不同设备之间进行数据通信，最初由施耐德电气公司于1979年开发而成。目录CONTENTS串行通信1常见通信标准2Modbus通信协议3串行通信01PARTONE串行通信01介绍Modbus协议之前就不得不提串行通信，因为Modbus最初的协议版本是一种串行通信协议。所谓“串行通信”是指外设和计算机之间，通过数据信号线、地线与控制线等，按位进行传输数据的一种通信方式。串行通信01单工半双工全双工同步通信异步通信信息的传送方向数据流的分界串行通信01同步串行通信指发送端和接收端必须使用同一时钟，是一种连续传送数据的通信方式，一次通信传送多个字符数据（一帧数据）。特点必须有同步时钟，传输信息量大，传输速率高，但是传输设备则为复杂，技术要求高，因此实际应用中较少使用。串行通信01异步串行通信指发送和接收端使用的是各自的时钟，并且它是一种不连续的传输通信方式，一次通信只能传输一个字符数据（字符帧），字符帧之间的间隙可以是任意的。特点它是我们最常采用的通信方式，它不需要同步时钟，通信实现简单，设备简单，但是传输速率不高。串行通信01单工模式半双工模式全双工模式传送方式单工模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。半双工模式通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。全双工模式通信允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。串行通信01异步串行通信数据帧异步通信采用固定的通信格式，数据以相同的帧格式传送。每一帧由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，异步通信采用固定的通信格式如图所示。串行通信01比特率与波特率比特率又称信息传输速率。其定义是：通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的信息量，即每秒能传输的二进制位数，通常用Rb表示，其单位是比特/秒(bit/s或b/s，英文缩略语为bps)。波特率又称传码率、码元传输速率或调制速率。其定义是：通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的码元(脉冲)个数；或者表示信号调制过程中，单位时间内调制信号波形的变换次数，通常用RB表示，单位是波特(Bd或Baud)。

02PARTTWO常见通信标准常见通信标准02是美国电子工业联盟(EIA)制定的串行数据通信接口标准，它的全称是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。RS-232常见通信标准02RS-232引脚接口的种类：常用DB-9连接器按照接口类型可分为公头和母头两种。RS-232公头引脚接口母头引脚接口常见通信标准029针的RS-232引脚的编号定义和功能如图所示：RS-232常见通信标准02RS-232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口，它以全双工方式工作，实现点对点的通信方式。但是由于其通信距离短、速率低，而且只能点对点通信，无法组建多机通信系统。另外，在工业控制环境中，基于RS-232标准的通信系统经常会由于外界的电气干扰而导致信号传输错误。以上缺点决定了RS-232标准无法适用于工业控制现场总线。RS-232常见通信标准02RS-422标准是在RS-232的基础上发展而来的，它弥补了RS-232标准的一些不足。例如，RS-422标准定义了一种平衡通信接口，改变了RS-232标准的单端通信的方式，总线上使用差分电压进行信号的传输。这种连接方式将传输速率提高到10Mbit/s，并将传输距离最长延长到1200米，而且允许在一条平衡总线上最多连接10个接收器。RS-422常见通信标准02RS-422采用的是4线模式，RS422信号线如下表：RS-422名称作用备注GND地线/TXA发送正TX+或A，必连RXA接收正RX+或Y，必连TXB发送负TX-或B，必连RXB接收负RX-或Z，必连+9V电源不连RS422信号线常见通信标准02为了拓展应用范围，EIA又于1983年发布了RS-485标准。RS-485标准与RS-422标准相比，增加了多点、双向的通信能力。RS-485的信号有两种，一种是4线模式，另一种是2线模式。RS-485名称作用备注TDA-/Y发送ATXD+/A，必连TDB+/Z发送BTXD-/B，必连RDA-/A接收ARXD-，必连RDB+/B接收BRXD+，必连GND地线不连4线模式信号线名称作用备注Data-/B/485-发送正必连Data+/A/485+接收正必连GND地线不连+9V电源不连2线模式信号线常见通信标准02由于四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。RS-485名称作用备注TDA-/Y发送ATXD+/A，必连TDB+/Z发送BTXD-/B，必连RDA-/A接收ARXD-，必连RDB+/B接收BRXD+，必连GND地线不连4线模式信号线名称作用备注Data-/B/485-发送正必连Data+/A/485+接收正必连GND地线不连+9V电源不连2线模式信号线03PARTTHREEModbus通信协议Modbus通信协议03Modbus通信协议在1979年开发而成，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。Modbus通信协议是应用于电子控制器上的一种通用协议。通过此协议，控制器之间或者控制器经由网络与其他设备之间可以通信。Modbus概述Modbus通信协议03Modbus使不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中控制。Modbus通信协议定义了一个消息帧结构，并描述了控制器请求访问其他设备的过程，控制器如何响应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。Modbus概述Modbus通信协议03Modbus通信协议发展到今天衍生了多个版本：基于串行链路的版本、基于TCP/IP的网络版本以及基于其他互联网协议的网络版本，其中前两者的实际应用场景较多。Modbus概述Modbus通信协议03基于串行链路的Modbus通信协议有两种传输模式，分别是ModbusRTU和ModbusASCII，这两种模式在数值数据表示和协议细节方面略有不同。Modbus概述ModbusRTUModbusASCII紧凑的循环冗余校验冗余的纵向冗余校验Modbus通信协议03Modbus是一种单主/多从的通信协议，即在同一时间段内总线上只能有一个主设备，但可以有一个或多个（最多247个）从设备。主设备是指发起通信的设备，从设备是接收请求并做出响应的设备。在Modbus网络中，通信总是由主设备发起，而从设备没有接收到来自主设备的请求时不会主动发送数据。Modbus通信的请求与响应Modbus通信的请求与响应Modbus通信协议03主设备发送的请求报文为：Modbus通信的请求与响应设备地址功能码数据段差错校验设备地址：被选中的从设备地址。功能码：告知被选中的从设备要执行何种功能。数据段：包含从设备要执行功能的附加信息。差错校验：为从机提供一种数据校验方法，以保证信息内容的完整性。Modbus通信协议03Modbus通信的请求与响应功能代码功能码名称位/字操作操作数量01(0x01)读线圈状态位操作单个或多个02(0x02)读离散输入状态位操作单个或多个03(0x03)读保持寄存器字操作单个或多个04(0x04)读输入寄存器字操作单个或多个05(0x05)写单个线圈位操作单个06(0x06)写单个保持寄存器字操作单个15(0x0F)写多个线圈位操作多个16(0x10)写多个保持寄存器字操作多个Modbus通信协议03Modbus通信的请求与响应单播模式广播模式主设备寻址单个从设备。主设备向某个从设备发送请求报文，从设备接收并处理完毕后向主设备返回一个响应报文。主设备向Modbus网络中的所有从设备发送请求报文，从设备接收并处理完毕后不要求返回响应报文。Modbus通信协议03Modbus寄存器寄存器种类特性说明实际应用线圈状态（CoilStatus）输出端口（可读可写），相当于PLC的DO灯输出、电磁阀输出等离散输入状态（InputStatus）输入端口（只读），相当于PLC的DI接近开关、行程开关等保持寄存器（HoldingRegister）输出参数或保持参数（可读可写），相当于PLC的AO模拟量输出设定值、运行参数等输入寄存器（InputRegister）输入参数（只读），相当于PLC的AI模拟量输入值寄存器是Modbus通信协议的一个重要组成部分，它用于存放数据。Modbus通信协议03Modbus功能码Modbus功能码是Modbus消息帧的一部分，它代表将要执行的动作。以RTU模式为例，RTU消息帧的Modbus功能码占用一个字节，取值范围为1~127。功能码功能码名称位/字操作操作数量01(0x01)读线圈状态位操作单个或多个02(0x02)读离散输入状态位操作单个或多个03(0x03)读保持寄存器字操作单个或多个04(0x04)读输入寄存器字操作单个或多个05(0x05)写单个线圈位操作单个06(0x06)写单个保持寄存器字操作单个15(0x0F)写多个线圈位操作多个16(0x10)写多个保持寄存器字操作多个Modbus通信协议03Modbus

TCPModbusTCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送Modbus报文，ModbusTCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，ModbusTCP插入一个标准的Modbus报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。简单的理解一下ModbusTCP协议的内容，就是去掉了Modbus协议本身的CRC校验，增加了MBAP报文头。Modbus通信协议03Modbus

TCP域长度描述

事务元标识符

2个