工业网络技术 课件16 4G通信及应用;17 ISO-on-TCP通信及应用

4G通信及应用一、4G时代-增强LTE(LTE-A)二、典型工业无线通信应用(4G)一、4G时代-增强LTE(LTE-A)4G通信技术从2013年开始进入我们的视野，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，LTE(LongTermEvolution，长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交频分复用多址）、MIMO（Multiple-in

Multipleout，多进多出）和智能天线等关键技术作为其无线网络演进的标准。是以3G为基础，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。根据4G牌照发布的规定，国内三家运营商中国移动、中国电信和中国联通，都拿到了TD-LTE制式的4G牌照，另外FDD-LTE是国际通用的4G模式，这个模式国内三家运营商也都支持。一、4G时代-增强LTE(LTE-A)LTE的速度没有达到4G的标准，算是3G到4G的一个过渡，习惯被称为假4G或3.9G，后来加入载波聚合、中继、多点传输等技术，出现了LTE的增强版的LTE-A（LTE-Advanced），直到2010年12月6日，国际电信联盟把LTEAdvanced正式定义为4G。进入4G时代后，全球移动通信标准呈现出进一步融合的趋势。从影响力上来看，4G可以说是专门为移动互联网设计的通信技术，不论是从网速、容量和稳定性上来看，4G相较于上一代3G技术都有了明显的提升。也正是在4G技术的支持之下，移动互联网开启了一股新的浪潮，移动支付、滴滴、美团、抖音等新兴产业和应用得到了非常快速的发展，同时也开启了网络视频的新时代，网上看抖音、快手、腾讯等短视频或电影更流畅，清晰度也更高。二、典型工业无线通信应用（4G）4GDTU具备数据远程通信和传输的功能。当数据采集点较为分散、设备位置偏远且无人值守、无法安装有线通信时，使用4GDTU实现通信，不仅可以大大提高数据通信的效率，还能有效节省人力、物力，因此被广泛应用于城市管网监控、气象、水利、电力等各种场景，真正做到了数据通信的快速发展。二、典型工业无线通信应用（4G）企业在城市的某静音区中需要定期了解现场的噪声情况，计划采用4G的方式进行通信，记下来进行相关设置及数据采集。图1二、典型工业无线通信应用（4G）香蕉头叠插连接线PC4gDTU噪声传感器串口调试4g串口设置软件图2二、典型工业无线通信应用（4G）1.电气线缆的连接（1）将噪声利用快插连接到DR154图3二、典型工业无线通信应用（4G）2.有人云平台操作（2）登陆有人云，有人云控制台()。注意：先注册有人通行证，用自己手机号即可图4二、典型工业无线通信应用（4G）（3）设备管理-变量模板种添加变量然后配置从机和变量图5二、典型工业无线通信应用（4G）（4）设备管理-联网设备添加设备及设备参数：设备型号DTU154生成的SN码和设置的通讯密码要设置到设备图6二、典型工业无线通信应用（4G）1.蓝牙配置4GDTU（1）确认4G模块的设备状态，扫描二维码图7二、典型工业无线通信应用（4G）（2）点击刷新的设备，蓝牙连接密码：usr_cn，对该设备进行通信设置。连接成功后WORK灯快速闪烁。图8二、典型工业无线通信应用（4G）（3）选择网络透传模式，开启注册包选择连接有人云填写SN码和通讯密码，保存设置后设备会重启。图9二、典型工业无线通信应用（4G）（4）重启完成后重新进入电机串口设置，串口参数波特率默认115200，这里使用9600，8，N，1，点击设置后重启图10二、典型工业无线通信应用（4G）（5）重启完成后点击退出连接，可以看到WORK灯快速闪烁变为常亮图11二、典型工业无线通信应用（4G）串口配置：连接RS485调试线，使用USR-CAT1V1.0.7.exe调试软件蓝牙配置串口参数波特率默认115200，这里使用9600，8，N，1需要重启设备图12二、典型工业无线通信应用（4G）（6）设备重启后LINK灯常亮然后有人云平台设备管理-联网设备启用设备后可以看到设备在线图13右侧点击数据查看图14ISO-on-TCP通信及应用一、ISO-on-TCP原理二、数字生产线的虚拟调试与远程监控一、ISO-on-TCP原理工业通信中有各种各样的协议，比如，当我们为西门子CP模块新建传输协议的时候，很多种类可以选择，如下图1所示。图1工业通信协议选择对话框一、ISO-on-TCP原理西门子工业通信中常见的有ISO传输（ISOtransport）协议、ISO-ON-TCP协议和TCP协议。ISO传输（ISOtransport）协议是西门子早期的以太网协议，基于ISO8073TP0（TransportProtocolClass0），位于ISO-OSI参考模型的第四层，属于传输层的协议。ISO传输协议是基于消息的数据传输，允许动态修改数据长度；传输速度快，适合中等或较大量的数据；站点之间的ISO传输不使用IP地址，而是基于MAC地址，因此数据包不能通过路由器进行传递（不支持路由）；另外ISO传输协议是西门子内部的以太网协议，仅适用于SIMATIC系统。两个SIMATIC站点之间的数据发送和接收使用Send/Recive，服务器的读写使用Fetch/Write服务。ISO传输（ISOTransport）协议最大的优势是通过数据包来发送/接收数据，但由于它不支持路由功能，随着网络节点的增加，ISO传输协议的劣势逐渐显现。一、ISO-on-TCP原理为了应对日益增加的网络节点，西门子在ISO传输协议的基础上增加了TCP/IP协议的功能，新的协议对扩展的RFC1006“ISOontopofTCP”进行了注释（RFC为RequestForComments的缩写），因此被称为“ISO-ON-TCP”协议。ISO-ON-TCP在TCP/IP协议中定义了ISO传输的属性，位于ISO-OSI参考模型的第四层，默认的数据传输端口为102。如下图2所示图2ISO-ON-TCP传输属性示意图一、ISO-on-TCP原理与ISO传输协议相同，ISO-ON-TCP协议的两个SIMATIC站点之间的数据发送和接收也使用Send/Recive，服务器的读写使用Fetch/Write。在ISO传输协议和ISO-ON-TCP协议的使用过程中，还涉及到TSAP的设置。TSAP是英文“TransportServiceAccessPoint”的缩写，中文翻译为“传输服务访问点”。在一个传输的链接中，可能存在多个进程。为了区分不同进程的数据传输，需要提供一个进程独用的访问点，这个访问点，被称为TSAP。在两个站点的同一个传输链接中，如果只存在一个传输进程，则本地和远程的TSAP可以相同；如果存在多个传输进程，则TSAP必须唯一；TSAP相当于TCP或UDP协议中的端口（port）。一、ISO-on-TCP原理S7-300/400支持的TSAP长度为1-16位，用户使用的TSAP长度应在3位以上，2位以内的留作系统内部使用。TSAP可以是ASCII码或者十六进制的形式，如下图3是ISO-ON-TCP的TSAP设置示意图。图3ISO-ON-TCP的TSAP设置示意图一、ISO-on-TCP原理ISO-ON-TCP协议的优势是能传输大量的数据并且支持路由功能，但是它仅适用于SIMATIC系统，只能在西门子内部使用，在一定程度上限制了其应用。西门子认识到这一问题，最终提供了对TCP/IP协议的全面支持。TCP/IP是全球范围内广泛使用的以太网协议，TCP全称“TransmissionControlProtocol（传输控制协议）”，属于ISO-OSI参考模型的第四层（UDP也位于该层）；IP协议位于第三层；TCP/IP提供站点之间的可靠传输，具有回传机制，支持路由功能，可用于西门子SIMATIC系统内部及SIMATIC与PC或其它支持TCP/IP的系统通信。两个站点之间的数据发送和接收也使用Send/Recive，服务器的读写使用Fetch/Write。一、ISO-on-TCP原理TCP/IP的通信需要设置本地和远程IP地址，以及与进程相关的端口号（portnumber），端口号的范围从1025-65535。如下图4所示。图4TCP/IP的通信设置示意图二、数字生产线的虚拟调试与远程监控5G通信技术是具有高速率、低延时和大连接等特点的新一代宽带移动通信技术。随着5G建设的日渐加快，5G与云网融合共生互促，推动承载网络技术不断发展演进，云网融合必将成为行业高质量发展的必然趋势。当前5G技术已经在远程医疗、自动驾驶、工业控制、智慧城市、智能家居等方面已经发挥出巨大优势。如图5所示，为了以较低的成本实现海量机器设备之间的通信，某企业在新产品的研发阶段，利用数字孪生技术来实现控制器对多个数字设备的控制。控制利用智能网关来打通各信号点位的通信链路。针对设备运行情况以及报警等重要的信息，需要快速传输至云端以供数据平台及时获取这些数据，从而实现云端的数据实时处理及控制，为此企业选择5G的方式来满足该项目的需求。二、数字生产线的虚拟调试与远程监控图5虚拟调试与远程监控方案二、数字生产线的虚拟调试与远程监控硬件/软件系统：PLC、旋思网关、PQFactory（版本：PQFactory_Sim_x64_Setup_5756）工具/辅件准备：网线、4G/5G物联网卡准备操作：PLC、PQFactory、旋思网关对应工程文件导入至对应软件中，准备IO表为编制旋思网关工程文件做准备二、数字生产线的虚拟调试与远程监控1.旋思网关工程文件制作（1）打开旋思工程设置软件Symlink开发系统，左侧空白处右键新建项目图6二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（2）项目右键点击项目，新建工程，设置工程名称，其他暂时不需要设置图7二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（3）对着采集服务右键新建通道，设置名称，选择PLC通信协议S7系列通用协议，选择主端口参数为虚拟通道注意：此处的PLC名称，需要与PQFactory地址匹配时的PLC名称一致图8二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（4）对着通道右键新建设备，设置名称描述，其他不需要修改图9二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（5）新建设备后电机设备-基本信息-规约参数修改plc的IP地址，其他默认图10二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（6）采集点表，右侧灰色区域右键新建IO点，设置IO点的区域、地址、编码、位偏移、DB.Numb参数添加完成后点击OK修改采集点的类型、权限（可以参考操作手册13页）图11二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（7）根据IO对应表添加所有的采集信息图12二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（8）制作完成需要先应用后保存项目图13二、数字生产线的虚拟调试与远程监控2.旋思网关文件上传到设备（1）确认旋思网关LAN口连接交换机，连接PC与设备网口，修改PC机IP地址为10，网段二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（2）打开Symlink开发系统软件左下角选择到设备维护图14二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（3）左侧设备列表右键“区域”新建添加可连接的旋思网关IP，这里使用旋思网关LAN口IP地址45（网关机身有备注）添加旋思网关，端口号默认9200图15二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（4）添加完成双击打开新添加的旋思网关设备，或右键点击“维护”。点击登录（用户名、密码无需填写）图16二、数字生产线的虚拟调试与远程监控（5）登录完成后点击更新工程，更新之前先确认要上传的工程文件已保存图17二、数字生产