工业互联网实施与运维 课件 项目3配置工业互联网网络

《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.1识别工业网络设备物理接口3.1.1识别通信线缆课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1《工业互联网实施与运维》问题驱动智能仓储物流中心，线缆如何选型？这些问题，都指向同一个答案——工业网络通信01工业互联网网络体系由哪三部分组成？02有线与无线通信分别适用什么场景？03“两层三级”架构指的是什么？堆垛机电机干扰强，控制信号如何稳定传输？穿梭车距调度室800米，双绞线还是光纤？临时接入扫码器，哪种线缆成本低、布线快？02/17本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1一、知识目标▪理解工业互联网网络体系与工厂内网"两层三级"结构▪熟悉工业网络通信的传输介质分类▪掌握双绞线、同轴电缆、光纤等线缆的特点与适用场景二、技能目标▪能根据工业现场环境合理选择有线传输介质▪能区分双绞线、同轴电缆、光纤的应用差异三、素质目标▪树立严谨的工程选型意识，理解不同线缆对工业数据传输可靠性的影响《工业互联网实施与运维》03/17本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1项目3学习思维导图工业互联网网络体系（网络互联、数据互通、标识解析）工业网络通信分类（有线与无线）工业网络层级架构（两层三级）通线线缆（双绞线、同轴电缆、光纤）《工业互联网实施与运维》04/17一、工业网络通信概述--网络体系项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1工业互联网网络体系由网络互联、数据互通、标识解析三部分组成，是工业全要素连接的基础。网络互联数据互通标识解析网络体系三部分协同，实现端到端的数据传输与信息理解。《工业互联网实施与运维》通过有线/无线方式将人、机、物等全要素连接，实现端到端数据传输。通过统一数据描述实现异构系统间数据的相互理解与互操作。为物理和虚拟对象赋予唯一编码，通过解析系统实现对象定位与信息关联。05/17一、工业网络通信概述--有线与无线通信项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1根据传输介质分类利用物理线缆（如双绞线、光纤、同轴电缆等）作为传输介质的通信方式；利用无线电波进行数据传输的通信方式。关键词有线通信无线通信场景适配有线工业网络高可靠、低延迟、抗干扰如现场总线与工业以太网无线工业网络灵活布线、易扩展如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等《工业互联网实施与运维》工业网络系统以有线保实时可靠，以无线保灵活广域，实现全场景通信协同。06/17一、工业网络通信概述--两层三级架构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1工厂内网分IT网络与OT网络两层，按管理层级为现场级、车间级、工厂级三级。关键词IT网络OT网络现场级车间级工厂级《工业互联网实施与运维》IT网络与OT网络在工业领域的界限渐趋模糊，逐步迈向深度融合。07/17二、通信线缆项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1通信线缆是以导线或光纤为核心构件、传输电或光信号的物理载体，主要涵盖双绞线、同轴电缆与光纤。双绞线综合布线最常用，铜导线绞合抑制干扰同轴电缆四层结构，长距离高带宽光纤玻璃纤维，利用光的全反射传光信号《工业互联网实施与运维》08/17二、通信线缆--双绞线结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。根据有无屏蔽层，双绞线分为屏蔽双绞线

STP与非屏蔽双绞线UTP。《工业互联网实施与运维》09/17二、通信线缆--屏蔽双绞线项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1《工业互联网实施与运维》在双绞线与外层绝缘封套之间有一层金属屏蔽层.单独屏蔽双绞线：无总屏蔽层，电缆中每对线都有各自的屏蔽层整体屏蔽双绞线：用金属箔或编织网对整个电缆进行屏蔽，每对线无单独的屏蔽层10/17二、通信线缆--双绞线对比项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1双绞线的性能等级通常用Cat表示，数字越大，性能越高。在选择双绞线时，需要综合考虑应用场景、抗干扰需求、传输距离和预算等因素。《工业互联网实施与运维》11/17二、通信线缆--同轴电缆项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1同轴电缆由铜芯、绝缘体、网状导体与外层绝缘四层构成；按用途分基带基带同轴（50Ω数字）与宽带宽带同轴（75Ω模拟）。《工业互联网实施与运维》12/17二、通信线缆--同轴电缆项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1体积大、不能承受惨绕、压力和严重的弯曲、成本高现在的局域网环境中，双绞线已成为以太网物理层的主流选择《工业互联网实施与运维》13/17课堂情境·新能源汽车智能制造项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1智能仓储物流中心，线缆如何选型？问题背景仓储中心电机干扰严重，设备分散相距数百米，数据需汇聚至机房，临时调试频繁。技术方案干扰区用屏蔽双绞线，骨干链路用光纤，临时调试用非屏蔽双绞线。应用价值合理的线缆选型与分层布线，保障产线数据稳定贯通，支撑智能制造的实时控制。《工业互联网实施与运维》14/17课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1想一想在以下工业场景中，应分别选择哪种通信线缆？《工业互联网实施与运维》①车间内PLC与变频器之间距离5m,环境存在电机电磁干扰？②工厂骨干网络连接相距800m的车间与数据中心？③生产线旁需临时连接一台调试设备，要求成本低、布线快？15/17本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1本任务学了什么01网络体系网络互联+数据互通+标识解析，工业互联基础02工业网络架构IT/OT两层，现场/车间/工厂三级03线缆分类双绞线、同轴电缆、光纤三类04双绞/同轴UTP经济易装，STP抗扰强；同轴长距高带宽主线：先看清网络体系与工厂内网，再落到通信线缆的选型——传输介质是有线通信的物理根基。《工业互联网实施与运维》16/17思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.1下节预告·NEXT3.1.2识别通信光纤下一节看另一种关键介质——光纤的结构与特性。思考与练习·2QUESTIONS1简述工业互联网网络体系的三个组成部分及其作用。2非屏蔽双绞线与屏蔽双绞线在抗干扰、成本与安装上各有什么特点？《工业互联网实施与运维》17/17《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.1识别工业网络设备物理接口3.1.2识别通信光纤课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2问题驱动光纤如何选对？——新能源汽车跨车间骨干网大数据量+3公里车间互联，单模还是多模？强电磁环境，如何抗干扰？带着光纤“如何选型？如何抗扰？如何传光？”的问题进入本节学习。01光纤传光靠什么原理？02光纤为何是骨干首选？03单模与多模有何差异？《工业互联网实施与运维》21/14本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2一、知识目标▪理解光纤的传输原理（光的全反射）与三层结构▪掌握单模与多模光纤的区别及OM等级▪熟悉光纤高速、低耗、抗扰等特征二、技能目标▪能根据传输距离与带宽需求区分单模与多模光纤▪能识别常见光纤接口类型三、素质目标▪树立"介质决定性能"的工程观念，理解光纤在工业互联网骨干网络中的核心价值《工业互联网实施与运维》22/14本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2项目3学习思维导图光纤结构单模vs多模OM等级四大特征《工业互联网实施与运维》23/14一、光纤的三层结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2光纤由折射率较高的纤芯、较低的包层与外层保护套组成，光在纤芯中靠全反射向前传播。纤芯包层保护套光纤中心是传光的玻璃芯，由石英拉制而成。《工业互联网实施与运维》24/14二、单模光纤与多模光纤项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2单模纤芯细（约9μm）、仅基模传输、距离远；多模纤芯粗（50/62.5μm）、多模式、距离近成本低。单模光纤多模光纤单模与多模在纤芯直径、光源与距离上差异显著。《工业互联网实施与运维》只能以一种传播模式传输的光纤光信号以多种模式进行传输的光纤，传输模式可达几百个25/14三、多模光纤OM等级项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2多模光纤按带宽与传输距离划分为OM1~OM5，等级越高带宽越大、支持的高速距离越远，护套颜色随之变化。《工业互联网实施与运维》26/14项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2四、单模光纤与多模光纤对比《工业互联网实施与运维》27/14五、光纤核心特征项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2光纤具备高速大容量、低损耗长距离、强抗扰与安全、强环境适应四大优势，是长距离信息传输的核心介质。高速率大容量单模可达100Gb/s以上，一根光纤多波复用低损耗长距离单模每公里仅约0.2dB，可传数十至上百千米抗干扰安全传光不导电，不受EMI/RFI影响且难窃听环境适应石英耐腐蚀，可用于恶劣环境《工业互联网实施与运维》28/14课堂情境·新能源汽车智能制造项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2跨车间的海量数据，如何用光纤打通？问题背景新能源汽车制造涉及多个车间与长距骨干链路，电磁环境复杂，对带宽与抗扰要求高。技术方案在车间互联与骨干链路部署单模光纤，利用其低损耗、抗电磁干扰特性传输高速数据。应用价值光纤骨干打通各车间数据孤岛，为云平台集中分析与柔性生产提供高速通道。《工业互联网实施与运维》29/14课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2

①成本对比；

②施工难度与维护便利性；

③设备接口兼容性；

④短距离内双绞线的性能是否已足够。想一想光纤优势的反向思考？光纤具有高速率、大容量、低损耗、抗干扰能力强、安全性好等诸多优势，在工业骨干网络中得到了广泛应用。然而，某工厂技术人员提出：“既然光纤这么好，为什么不把现场传感器到PLC的短距离通信也全部换成光纤？”《工业互联网实施与运维》30/14本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2本任务学了什么01光纤结构纤芯+包层+保护套，光全反射传光02单模多模单模细远、多模粗近，按OM分级03OM等级OM1~OM5，等级越高带宽越大04四大特征高速、低耗、抗扰、耐环境主线：从结构原理到单模/多模区分，再到特征——光纤是工业互联网骨干网络的理想介质。《工业互联网实施与运维》31/14思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.2下节预告·NEXT3.1.3识别传输接口下一节看串口、网口等物理接口与通信基础。思考与练习·2QUESTIONS1简述单模光纤与多模光纤在纤芯直径、传输距离上的主要差异。2光纤相比双绞线有哪些突出优点？为什么适合工业骨干网络？《工业互联网实施与运维》32/14《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.1识别工业网络设备物理接口3.1.3识别传输接口课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3问题驱动城市供水泵站设备相距数百米，传输接口如何选？带着“如何选型？如何抗扰？如何通信？”的问题进入本节学习。01单端与差分传输，谁抗干扰能力更强？02串行与并行传输有何本质区别？03RS-232、RS-422、RS-485在信号类型和传输距离上有何不同？04RS-485为什么成为工业现场总线的主流？《工业互联网实施与运维》干扰强，控制信号选单端还是差分？PLC与流量计相距600米，RS-232还是RS-485？多个液位传感器共用总线，如何接线？数据偶尔传错，终端电阻需不需要加？35/18本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3一、知识目标▪掌握串行/并行、单工/半双工/全双工、同步/异步、单端/差分四类通信基础概念▪熟悉RS-232/422/485、USB、RJ45与网口等接口特性二、技能目标▪能识别常见串口与网口的电气特性▪能正确连接接口设备并配置接口参数三、素质目标▪培养严谨的接口规范意识，理解差分传输与工业网关在设备互联中的作用《工业互联网实施与运维》36/18本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3项目3学习思维导图①通信基础概念②RS串行接口③USB与网口④工业网关接口《工业互联网实施与运维》37/18一、通信基础知识--传输方式项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3串行/并行决定位宽单工/半双工/全双工决定通信方向同步/异步决定时钟单端/差分决定抗干扰方式串行vs并行串行省线适远距，并行快但扰大适短距单工/半/全双工全双工可同时收发，如电话同步/异步同步高效需同频，异步简单加起停位单端/差分差分靠双线电压差增强抗共模干扰《工业互联网实施与运维》38/18一、通信基础知识--串行与并行通信项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3串行：数据逐位传输、线少适远距；并行：多位同传、速度快但线多干扰大，适用于短距离。串行与并行的本质区别在于数据位的传输通道数。《工业互联网实施与运维》39/18一、通信基础知识--单工、半双工与全双工通信项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3单工单向、半双工分时双向、全双工同时双向，决定了一条链路能否同时收发。单工半双工全双工三种双工方式对应广播、对讲与电话等不同场景。《工业互联网实施与运维》40/18一、通信基础知识--同步异步通信项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3《工业互联网实施与运维》同步通信与异步通信是两种不同的数据传输时序控制方式同步通信：收发双方使用同频同相的同步时钟信号异步通信：收发双方使用独立的时钟信号41/18一、通信基础知识--单端与差分传输项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3《工业互联网实施与运维》单端传输：在一根导线上传输对地之间的电平差信号，用这个电平差值来表示逻辑０和１差分传输：用两根信号振幅相等、极性相反的信号线传输信号，比较这两个信号电压的差值来判断逻辑０和１。抗干扰能力弱抗干扰能力强42/18二、串口--RS-232/422/485特性对比项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3RS-232单端全双工短距；RS-422差分全双工远距；RS-485差分半双工多点，是工业现场主流。《工业互联网实施与运维》43/18二、串口--RS-485接口及接线方式项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3RS-485采用差分信号与A+/B-两线总线，支持主从多点通信，总线两端需并联120Ω终端电阻。A+/B-两线主从多点终端电阻RS-485手拉手连接，忌星形分支过长。《工业互联网实施与运维》44/18三、网口项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3RJ-45是以太网标准8针接口；光纤接口（SFP/SC/LC/ST/FC）支持高速长距离骨干通信。RJ-45光纤接口工业网关工业级网口防水防尘抗振，支撑PROFINET等协议。《工业互联网实施与运维》45/18四、网口--认识工业网关接口项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3PLC网关、CNC网关与OPC网关通过以太网、串口、开关量等接口采集设备数据并上传云平台。网关承上启下，是设备层通向云平台的桥梁。《工业互联网实施与运维》46/18课堂情境·工业网络布线项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3城市供水泵站，传输接口如何选？问题背景供水泵站现场，PLC需与600米外的流量计通信，水泵变频器频启停产生强电磁干扰，多个液位传感器共挂一条总线。技术方案长距多节点通信选用RS-485差分总线，PLC与流量计点对点通信选用RS-422，配电柜内短距离通信选用RS-232。应用价值正确选型保障通信稳定，降低故障排查难度。《工业互联网实施与运维》47/18课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3想一想为什么工业现场总线与设备互联更偏爱差分接口（如RS-485）？差分抗共模干扰能力强适合长距与多节点单端接口在车间为何易受扰？《工业互联网实施与运维》48/18本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3本任务学了什么01通信基础串并/双工/同步异步/单端差分四类概念02RS接口232单端、422/485差分，485为现场主流03网口USB通用热插拔，RJ45/光纤是以太网物理接口04工业网关j接口PLC/CNC/OPC网关汇聚异构接口上云主线：先懂通信基础概念，再识别RS接口与网口，最终落到工业网关对异构设备的统一汇聚。《工业互联网实施与运维》49/18思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.1识别工业网络设备物理接口·3.1.3下节预告·NEXT3.2.1工业现场总线技术下一任务看工业有线通信的现场总线与工业以太网。思考与练习·2QUESTIONS1比较RS-232、RS-422与RS-485在信号类型、通信方式与传输距离上的差异。2工业网关在工业互联网中承担什么作用？它连接了哪几类接口？《工业互联网实施与运维》50/18《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.2运用工业有线通信技术3.2.1工业现场总线技术课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1问题驱动焊装车间上百个执行器，如何用一条总线统管？如何减少海量布线？焊装产线需快速重组，总线架构能否灵活调整？控制器如何同时管理多个分布式I/O设备？带着“如何布线？如何组网？”的问题进入本节。01现场总线在自动化系统中处于什么层级？02PROFIBUS包含哪几种协议版本？各适用什么场景？03Modbus-RTU的报文由哪些部分组成？《工业互联网实施与运维》53/15本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1一、知识目标▪理解现场总线的定义▪了解PROFIBUS、Modbus-RTU、DeviceNet、CANopen等常用现场总线的特点二、技能目标▪具备现场总线的组网与配置能力▪能区分不同现场总线的主从架构与适用场景三、素质目标▪培养标准化与开放互联的工程思维，理解现场总线对智能制造基础支撑的意义《工业互联网实施与运维》54/15本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1项目3学习思维导图①现场总线定义②PROFIBUS③Modbus-RTU④DeviceNet/CANopen《工业互联网实施与运维》55/15一、什么是现场总线项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1现场总线是安装在制造/过程区域的现场装置与控制室自动装置之间的数字式、串行、多点通信数据总线，是自动化底层网络。底层数字通信串行多点IEC61158定位自动化领域底层数据通信网络特征数字、串行、多点、开放价值简单可靠经济，重构工业控制网《工业互联网实施与运维》56/15二、常用现场总线项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1较常用的有PROFIBUS、Modbus-RTU、CC-Link、DeviceNet、CANopen等，各有侧重。《工业互联网实施与运维》57/15三、PROFIBUS现场总线项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1PROFIBUS含DP（设备级高速）、FMS（工厂管理）、PA（过程本质安全）三类；DP为主从分层架构，是应用最广的版本。DP/FMS/PA主从架构实时可靠DP设备级高速通信，连接分布式I/OFMS车间级通用复杂通信PA过程自动化，本质安全总线供电《工业互联网实施与运维》58/15四、Modbus-RTU项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1《工业互联网实施与运维》功能码59/15四、Modbus-RTU项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1Modbus-RTU是基于串行的开放协议，主站发起、从站响应；帧包含地址、功能码、数据区与CRC校验，简单可靠成本低。主从模式功能码CRC校验设备地址1字节，区分从站功能码读线圈/寄存器、写数据等CRC校验2字节，保障传输正确《工业互联网实施与运维》60/15五、DeviceNet与CANopen项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1DeviceNet与CANopen均基于CAN总线：前者单缆集成通信与供电、最多64节点；后者支持主从、客户机/服务器、生产者/消费者多种模型。《工业互联网实施与运维》61/15课堂情境·工业网络布线项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1焊装车间上百个执行器，如何用一条总线统管？问题背景新能源汽车焊装、涂装车间分布大量传感器与执行器，传统点对点布线成本高、难维护。技术方案采用PROFIBUS-DP或DeviceNet等现场总线，以主从架构把分布式I/O统一接入控制器。应用价值一条总线替代海量硬接线，降低布线成本，提升产线重组与维护效率。《工业互联网实施与运维》62/15课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1想一想Modbus-RTU：主站的发送帧：“０１０３０００００００２４４０９”。从设备响应帧为：“０１０３０４１２３４５６７８３５ＣＤ”解读报文含义？《工业互联网实施与运维》协议结构包括：设备地址（１字节）、功能码（１字节）、数据区（字节数可变）以及ＣＲＣ校验（２字节）。63/15本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1本任务学了什么01现场总线底层数字、串行、多点通信总线02PROFIBUSDP/FMS/PA，DP主从架构最常用03Modbus-RTU开放主从串行，功能码+CRC04DeviceNet与CANopenDeviceNet供电、CANopen多模型主线：现场总线以数字串行多点重构底层控制网；掌握PROFIBUS、Modbus、CAN系四条主线。《工业互联网实施与运维》64/15思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.1下节预告·NEXT3.2.2工业以太网技术下一节看工业以太网及其主流协议。思考与练习·2QUESTIONS1简述现场总线的定义与其在自动化系统中的定位。2Modbus-RTU、DeviceNet各自适合什么工业场景？《工业互联网实施与运维》65/15《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.2运用工业有线通信技术3.2.2工业以太网技术课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2问题驱动总装车间多机器人协同，如何实现毫秒级实时控制？网络延时过高会有什么后果？商用以太网能否胜任工业环境？带着“如何实时？如何可靠？如何互联？”的问题进入本节。01工业以太网与商用以太网的本质区别是什么？02工业以太网具备的优势？03Modbus-TCP与EtherNet/IP分别有什么特点？《工业互联网实施与运维》68/13本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2一、知识目标▪理解工业以太网对标准以太网的实时性、可靠性、安全性增强▪了解PROFINET、Modbus-TCP、Ethernet/IP等主流工业以太网协议二、技能目标▪具备工业以太网的组网与配置能力▪能根据实时性需求选择相应协议与通信模式三、素质目标▪培养对确定性网络与信息安全的工程意识，理解工业以太网对柔性制造的关键支撑《工业互联网实施与运维》69/13本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2项目3学习思维导图①工业以太网定义②五大优势③PROFINET④Modbus-TCP、EtherNet/IP《工业互联网实施与运维》ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ70/13一、工业以太网项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2工业以太网基于标准以太网（IEEE802.3），通过物理层强化与实时通信机制解决传统以太网的非确定延时问题。IEEE802.3实时增强恶劣环境可靠兼容性与商用以太网技术兼容确定性TSN等机制保障实时环境适应抗电磁干扰、宽温设计《工业互联网实施与运维》71/13二、工业以太网优势项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2相比商用以太网，工业以太网具备高速传输、实时性、可靠性、兼容性与安全性五大优势。高速数据传输10M~10Gb/s满足大数据量实时性TSN高精度时间同步低延迟可靠性环网冗余快速切换链路兼容与安全兼容标准协议，支持VLAN/防火墙《工业互联网实施与运维》72/13三、PROFINET工业以太网项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2PROFINET提供TCP/IP标准通信、实时通信RT通信（5~10ms）与等时同步实时通信IRT通信（<1ms）三种实时模式，并能与PROFIBUS等现场总线兼容。TCP/IPRTIRT标准通信响应约100ms，参数化等非实时RT响应5~10ms，优化二层通道IRT响应<1ms，等时同步高精度73/13《工业互联网实施与运维》四、Modbus-TCP与Ethernet/IP工业以太网项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2Modbus-TCP在TCP/IP上保留Modbus简单性，实现高速远距离通信；Ethernet/IP以CIP协议实现显性/隐性报文。Modbus-TCPOSI七层应用报文，客户机/服务器Ethernet/IP罗克韦尔开发，CIP在以太网的实现《工业互联网实施与运维》74/13课堂情境·新能源汽车智能制造项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2总装车间的实时控制，靠什么网络保障？问题背景新能源汽车总装线需多机器人协同与实时控制，对网络确定性、带宽与可靠性要求极高。技术方案部署工业以太网，借助TSN与环网冗余保障实时与连续传输。应用价值确定性网络支撑柔性总装与设备协同，提升节拍与良率，降低停机风险。《工业互联网实施与运维》75/13课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2想一想为什么工业现场不用普通商用以太网直接做实时控制？传统以太网非确定延时工业需实时与冗余TSN如何解决这一问题？《工业互联网实施与运维》76/13本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2本任务学了什么01工业以太网标准以太网+实时/可靠/安全增强02五大优势高速、实时、可靠、兼容、安全03PROFINETTCP/IP/RT/IRT三档实时模式04Modbus-TCP继承简单性，实现工业互联主线：工业以太网在标准以太网上叠加实时与可靠机制；掌握PROFINET与Modbus-TCP/EnIP三大协议。《工业互联网实施与运维》77/13思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.2运用工业有线通信技术·3.2.2下节预告·NEXT3.3.1运用无线短距离通信技术下一任务看工业无线通信之短距离技术。思考与练习·2QUESTIONS1工业以太网相比商用以太网做了哪些增强？为何能用于工业现场？2PROFINET的RT与IRT通信模式在响应时间上有何区别？分别适用什么场景？《工业互联网实施与运维》78/13《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.3运用工业无线通信技术3.3.1运用无线短距离通信技术课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1问题驱动产线设备会"说话"吗？带着这些问题，看车间里的“无线秘密”……01移动装备灵活入网02海量设备并发连接03人员物资实时定位04产线数据低时延上传《工业互联网实施与运维》02/14灵活入网难：移动的AGV和手持终端，如何摆脱网线“束缚”？数据怎么传：设备运行状态、人员位置如何低延时、高可靠地“汇报”？价值如何现：如何让这些数据支撑调度决策，实现“透明化”生产？本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1一、知识目标▪了解物联网通信技术按距离的划分▪掌握Wi-Fi与蓝牙等短距离技术的原理与应用二、技能目标▪能根据工业场景合理选择短距离无线通信技术▪理解Wi-Fi频段与蓝牙低功耗特性三、素质目标▪培养无线部署的规划意识，理解短距离无线在移动设备与人员定位中的价值《工业互联网实施与运维》03/14本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1项目3学习思维导图①距离分类②Wi-Fi技术③Wi-Fi6特点④蓝牙技术《工业互联网实施与运维》04/14一、物联网通信技术距离对比项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1按传输距离，物联网通信分为短距离（ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、Z-Wave）与长距离（蜂窝、LPWAN）两大类。短距离长距离按场景选型《工业互联网实施与运维》05/14二、Wi-Fi技术-WLAN项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1WLAN是无线网络系统，Wi-Fi是其中一种技术；通过AP将有线转无线，AC集中管控AP与用户接入。WLAN包含Wi-FiAPACWLAN无线局域网系统，含Wi-FiAP接入点，Fat自管/Fit需控制器AC接入控制器，认证与管控《工业互联网实施与运维》06/14二、Wi-Fi技术--Wi-Fi6的四大特点项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1Wi-Fi6具备大带宽（近9.6Gb/s）、低时延（OFDMA降至20ms）、多设备并发（MU-MIMO）、低耗电（TWT）四大特点。大带宽低时延多并发低耗电Wi-Fi6面向高密度高容量无线接入。《工业互联网实施与运维》07/14项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.12.4G覆盖广穿墙好但拥塞；5G带宽大速率高但衰减快；合理信道规划（如1/6/11）可减少同频干扰。2.4GHz5GHz信道规划2.4GHz覆盖广、穿墙好、易拥塞5GHz带宽大、速率高、衰减快规划独立信道绑定提升速率《工业互联网实施与运维》08/14二、Wi-Fi技术--工作频率三、蓝牙技术--从“替代线缆”到“无线互联”项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1蓝牙（Bluetooth）是一种短距离无线通信技术，基于IEEE802.15标准，工作在2.4GHz频带，早期带宽为1Mbps。IEEE802.15设计初衷技术根基设计初衷解决计算机与外设之间的有线束缚。如今已广泛应用于耳机、手机数据传输等场景。技术根基采用高速跳频与时分多址技术，使便携设备无需电缆即可联网，甚至无线接入互联网。《工业互联网实施与运维》09/14项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.12024年9月，蓝牙技术联盟（BluetoothSIG）正式推出蓝牙6.0核心规范。蓝牙6.0信道探测核心规范蓝牙信道探测显著提升复杂工业环境（多金属、多干扰）下的通信可靠性同步适配层增强优化数据传输效率，降低丢包率链路层（LL）功能深度拓展强化设备间协同能力，支持更密集的节点互联《工业互联网实施与运维》10/14三、蓝牙技术--蓝牙6.0与工业可靠性增强工业意义：蓝牙6.0的升级使得蓝牙在恶劣工业环境（高温、振动、电磁干扰）中的连接稳定性大幅提升，为工厂大规模部署传感网络提供了物理层保障。课堂情境·新能源汽车智能制造项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1移动AGV与手持终端，怎样灵活入网？问题背景新能源汽车工厂大量AGV、手持终端与可穿戴设备需要移动接入，硬布线难以满足。技术方案在车间部署Wi-Fi

6与蓝牙信标，为移动设备与人员提供灵活无线接入与定位。应用价值无线短距技术支撑AGV调度、人员安全管理与资产追踪，提升产线柔性与可视化。《工业互联网实施与运维》11/14课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1想一想车间里该用2.4G还是5G的Wi-Fi？两者如何协同？2.4G覆盖广穿墙好5G速率高但衰减快如何做信道规划避干扰？分组讨论1分钟，给出一句结论。《工业互联网实施与运维》12/14本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1本任务学了什么01距离分类短距（Wi-Fi/蓝牙）与长距（蜂窝等）02Wi-FiWLAN含Wi-Fi，AP/AC集中管控03Wi-Fi6大带宽、低时延、多并发、低耗电04蓝牙近距BLE，工业定位与监测主线：先按距离分类，再深入Wi-Fi（含Wi-Fi6）与蓝牙——短距离无线是移动设备的灵活接入方式。《工业互联网实施与运维》13/14思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.1下节预告·NEXT3.3.2运用无线长距离通信技术下一节看LoRa、NB-IoT等长距离无线技术。思考与练习·2QUESTIONS1简述Wi-Fi与WLAN的关系，并说明AP与AC各自的作用。2Wi-Fi6相比前代在带宽、时延、并发上有哪些提升？蓝牙BLE适合哪些工业场景？《工业互联网实施与运维》14/14《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.3运用工业无线通信技术3.3.2运用无线长距离通信技术课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2问题驱动分散在外的设备，如何被“千里”感知？“远、散、偏”的设备如何联网？如何在保证通信的前提下把功耗做到极致？如何支撑资产追踪、能耗管理、预测性维护，推动服务化转型？当设备走出车间，数据如何远距离回传？进入本节01设备分散·联网难02供电受限·功耗高03环境复杂·覆盖差04数据孤岛·难运维《工业互联网实施与运维》02/13本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2一、知识目标▪理解低功耗广域网的两类技术路线▪掌握NB-IoT与LoRa的特点及适用场景二、技能目标▪能根据覆盖距离、功耗与成本需求选择长距离无线通信技术▪理解其在工厂外设备监控中的价值三、素质目标▪树立广域物联的统筹观念，理解低功耗广覆盖对服务化转型的支撑《工业互联网实施与运维》03/13本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2项目3学习思维导图①LPWAN分类②NB-IoT特点③LoRa特点④应用选型《工业互联网实施与运维》04/13一、低功耗广域网络概念项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2低功耗广域网络是使用LPWA（低功耗广域）技术搭建的无线通信网络。用于广覆盖、低功耗、低速率的海量物联；分非授权频段与授权频段。低功耗广覆盖两类频段非授权频段LoRa、SigFox，ISM免费频段授权频段NB-IoT、eMTC，运营商频谱价值工厂外设备全生命周期监控《工业互联网实施与运维》05/13二、NB-IoT技术项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2NB-IoT具大连接（单站可达数十万）、广覆盖深穿透（地下可用）、低功耗（PSM/eDRX达10年）、低成本四大特点。大连接广覆盖低功耗低成本NB-IoT面向海量、广覆盖、低速率物联网业务。《工业互联网实施与运维》06/13二、NB-IoT技术项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2NB-IoT已在智慧市政、智慧物流、工业物联、智能穿戴、智能家居与广域物联等领域率先应用。《工业互联网实施与运维》07/13三、LoRa技术项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2LoRa基于线性扩频（CSS）实现低功耗与远距离统一，特点为传输远、速率低、免授权、低成本、低功耗、大容量。传输距离市区2~5km，郊区15km+低功耗大容量电池10年，网关连上万节点低成本企业可自组网运营《工业互联网实施与运维》08/13四、5G技术项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2第五代移动通信技术（5G）是一种具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。感知泛在连接泛在智能泛在《工业互联网实施与运维》09/135G技术主要面向工业互联、自动驾驶、智慧城市与医疗等领域。课堂情境·新能源汽车智能制造项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2分散在外的充电桩与运输车，如何被广域感知？问题背景新能源汽车企业的充电桩、外协运输车与仓储分布广域，传统有线难以覆盖，需低功耗广域回传。技术方案采用NB-IoT或LoRa等技术，将分散设备的运行、位置与环境数据低功耗回传至平台。应用价值广域低功耗连接支撑资产追踪、能耗管理与预测性维护，推动服务化转型升级。《工业互联网实施与运维》10/13课堂互动项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2想一想NB-IoT与LoRa该如何取舍？关键看什么因素？频段授权与否覆盖与速率需求网络建设成本与运维《工业互联网实施与运维》11/13本节小结项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2本任务学了什么01低功耗广域网络低功耗广域网，分授权/非授权两类02NB-IoT大连接、广覆盖、低功耗、低成本03LoRaCSS扩频，远距免授权大容量05应用选型按频段、距离、成本统筹选择主线：LPWAN以低功耗广覆盖连接工厂外海量对象；掌握NB-IoT、LoRa和5G技术路线与选型。《工业互联网实施与运维》12/13045G感知泛在、连接泛在、智能泛在思考与练习·下节预告项目三工业互联网网络与通信·任务3.3运用工业无线通信技术·3.3.2下节预告·NEXT3.4.1OPCUA通信的产生下一任务看数据互通技术之OPCUA。思考与练习·2QUESTIONS1低功耗广域网络技术主要分为哪两类？各举一种典型技术并说明其频段特点。2NB-IoT相比传统蜂窝技术有哪些突出特点？适合哪些物联网场景？《工业互联网实施与运维》13/13《工业互联网实施与运维》《工业互联网实施与运维》项目三工业互联网网络与通信任务3.4运用数据互通技术课程情境导入项目三工业互联网网络与通信·任务3.4运用数据互通技术问题驱动不同品牌的设备，如何让它们“说同一种语言”？如何建立一套统一的通信规范，让异构设备“普通话”交流？如何让数据互通不再绑定操作系统，实现真正的跨平台互联？数据如何层层贯通，让设备层的数据语义被管理层“听懂”，支撑全局决策？破局之道：让异构系统真正实现“互联互通、语义一致”01品牌林立·驱动冗余02软硬绑定·制约重重03协议壁垒·语义难通04层间割裂·信息孤岛《工业互联网实施与运维》02/16本节学习目标项目三工业互联网网络与通信·任务3.4运用数据互通技术一、知识目标▪理解OPC产生的背景▪理解OPCUA多层架构与客户端/服务器模型二、技能目标▪理解OPCUA跨平台、跨协议的互通价值▪具备OPC客户端正确连接OPC服务器的能力三、素质目标▪树立标准化与开放集成的工程思维，理解数据互通对异构系统协同的意义《工业互联网实施与运维》03/16本节知识结构项目三工业互联网网络与通信·任务3.4运用数据互通技术项目3学习思维导图①互操作障碍②OPCUA③多层架构④功能/平台/安全《工业互联网实施与运维》04/16一、OPC-UA通信的产生项目三工业互联网网络与通信·任务3.4运用数据互通技术OPC-UA网络协议就是为了应对标准化和跨平台的趋势而推出；旨在建立