《工业互联网网络互联技术》 课件 任务2.1 识别工业网络设备物理接口

Project2工业互联网网络设备IndustrialInternetNetworkEquipment【项目情境】在工业互联网架构体系中，通过配置先进、可靠、安全的工业互联网网络设备，来组建工厂内网和工厂外网。工业互联网络设备主要实现智能设备的网络互联功能，以及实现工业设备之间的数据互通功能。任务1识别工业网络物理接口任务描述：工业互联网网络设备接口繁多，需要识别不同物理接口，以利于对接不同类型工业网络设备间的数据流动，进而管理各类工业生产设备。本任务主要围绕RS-232接口、RS-485接口、RJ-45接口、USB接口、光纤接口、接口转换等进行介绍，为读者具备后续配置工业网络设备提供接口识别与对接能力。任务1识别工业网络物理接口1.识别RS-232接口RS-232接口被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，其采取不平衡传输方式，即单端通信。RS-232接口一般采用25引脚的DB-25连接器，但在工业控制中接口一般简化为DB-9连接器，其接口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。任务1识别工业网络物理接口RS-232接口的信号传送距离最长约为15米，最高速率为20Kbps，只限于计算机串口和设备之间点对点通信。任务1识别工业网络物理接口2.识别RS-485接口 RS-485被定义为平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性标准，也是串行通信方式。RS-485接口有两线制、四线制两种接线方式，其接口采用差分方式传输信号。两线制为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点，还可通过增加网络中继器连接更多站点；四线制只能实现点对点通信，一般采用较少。任务1识别工业网络物理接口RS-485接口的信号传送距离最长约为1200米，最高速率为10Mbps。其在工业场景中的应用主要包括可编程逻辑控制器（PLC）系统、工业仪器仪表、高精度传感器和自动化控制设备。任务1识别工业网络物理接口3.识别RJ-45接口 RJ-45是标准8位模块化接口，是布线系统中信息插座连接器的一种，由插头（水晶头）和插座（模块）组成，用导线进行连接以实现电气连续性。RJ-45接口是常见的双绞线以太网端口，有数据终端设备（DTE）类型、数字通信设备（DCE）类型共两类，前者用于以太网网卡、路由器接口等，后者用于交换机接口等。任务1识别工业网络物理接口RJ-45接口的信号传送距离约为100米，其端口速率一般为10/100Mbps带宽自适应。RJ-45接口主要应用于网络通信领域，常用于局域网（LAN）和广域网（WAN）中，广泛用于交换机、路由器、计算机等设备的网络连接。任务1识别工业网络物理接口4.识别USB接口 通用串行总线（USB）是一种计算机外部接口总线标准，用于规范计算机机与外部设备的连接和通信。USB接口有不同版本，其中包括USB1.0、USB2.0、USB3.0和USB4.0。每个版本都有不同的传输速度和带宽。任务1识别工业网络物理接口USB接口可以提供5V电压，适用于传输数据和供电。USB接口在工业场景中的应用使得工业自动化控制、工业检测仪器、工业摄像头和工业数据采集等方面的设备更加智能和高效。任务1识别工业网络物理接口5.识别光纤接口 光纤接口是一种通过光传输信息的接口，用来连接光纤线缆的物理接口,一般用于长距离和高速传输。光纤接口的基本构成是由光信号发射器和接收器组成的两个设备，信号发射器将电信号转换为光信号发送到光纤上，信号接收器则将光信号转换为电信号进行解码。任务1识别工业网络物理接口在光纤连接中，常用的光纤接口有SC型（直插式连接器）、LC型（锁扣式连接器）、FC型（圆形金属插头）和ST型（直径2.5毫米的插头）等标准化连接器。SC型和LC型光纤连接器，常用于路由器、交换机；ST型和FC型光纤连接器，接头为圆型带螺纹，常用于配线架。任务1识别工业网络物理接口6.识别串口服务器串口服务器是用来实现TCP/UDP数据包与RS232/RS485/RS422接口之间数据透明传输的设备。串口转以太网服务器通常包括一个串口接口和一个以太网接口，通过该转换模块将串口连接到设备，然后将数据通过以太网传输给其他设备。任务1识别工业网络物理接口使用串口转以太网模块一般需要先通过串口发送指令配置模块，以便实现正确的通信，实现串口发送数据的基本功能，再通过以太网将数据传输给其他设备。此外，还有一种方法是使用单片机实现串口转以太网。任务1识别工业网络物理接口7.串口转以太网规则 串口转以太网并非是简单的传输媒介变化，串口协议本身不具有网络层和传输层，因此串口转以太网实际是将串口数据作为TCP/IP的应用层数据，采用TCP/IP封装传输的方式。任务1识别工业网络物理接口例如：USR-N520在串口侧数据是透明传输，两个串口相互独立；在以太网口侧则是TCP/IP数据包，可通过服务器内部网页或软件进行简单设置，即可完成对接转换。任务1识别工业网络物理接口8.串口转USB规则串口转USB转换器的基本工作原理是将串口信号转换为USB信号。串口信号包括发送和接收线路、数据位和停止位等，这些信号被转换为USB数据流，然后传输到计算机的USB端口上。课程结束Endofcourse工业互联网技术专业教学资源库IndustrialInternetTechnologySpecialtyTeachingResourceLibrary①实践目的掌握RS-485物理接口接线制作的方法，以及串口转接以太网的方法，具备RS-485物理接口接线制作和串口转接以太网调试的操作技能。任务实践:物理接口接线和串口转接调试②实践环境实践环境搭建包括RS-485接线公头1个、RS-485接线母头1个、网线1根、RS-485信号线缆、USR-N520双串口服务器1个、串口线(公转母)1根、网线1根、DC12V(或5V)电源线1根、PC1台、剥削钳子、一字螺丝刀等。任务实践:物理接口接线和串口转接调试③实践内容

RS-485物理接口接线制作:

第一步，准备工作准备好接线材料及相关工具。第二步，拧松接线端子将RS-485接线公头和母头外壳的侧面线扣打开，使用螺丝刀拧松（2、3、5引脚）接线柱。任务实践:物理接口接线和串口转接调试第三步，线缆去芯选取适合长度的RS485通信信号线缆，使用剥线钳将线缆两端剥外皮40mm，线芯剥皮3mm。第四步，接线柱接线将剥好的线芯分别插入（2、3、5引脚）接线公头和母头的接线柱，使用螺丝刀拧紧。任务实践:物理接口接线和串口转接调试第五步，压紧接线扣装入接线公头和母头的外壳压紧线扣。第六步，检查电气性使用万用表测试接线公头和母头的电气连接性，完成接线安装工作。任务实践:物理接口接线和串口转接调试

串口转接以太网调试第一步，连接设备将USR-N520的串口通过串口线与PC相连接，再将USR-N520网口与PC相连接，最后接入电源适配器为USR-N520供电。任务实践:物理接口接线和串口转接调试第二步，本地连接关闭PC防火墙和杀毒软件，再关闭与本次测试无关的网卡，只保留一个本地连接。任务实践:物理接口接线和串口转接调试第三步，设置静态IPUSR-N520直连PC情况下，设置一个静态IP，确保与USR-N520的IP在同一个网段，例如：192.168.0.201。任务实践:物理接口接线和串口转接调试第四步，使用调试助手打开调试助手软件“USR-TCP232-Test.exe”，在网络设置区选择“TCPClient”模式，设置IP地址“192.168.0.7”，设置端口号“23”（硬件连接串口1），再点击“建立TCP连接”，设置串口波特率“115200”，设置串口参数“None/8/1”，点击“打开串口”。任务实践:物理接口接线和串口转接调试完成前述操作后，即可测试串口和网络之间的数据收发。串口至网络的数据流向：计算机串口→USR-N520串口→USR-N