工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述案例引入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是一種用于連接工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，它與消費級網(wǎng)絡(luò)有很大的不同。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常需要更高的可靠性、更快的響應(yīng)速度和更強的安全性，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。常見的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括有線技術(shù)（如以太網(wǎng)、PROFINET、DeviceNet等）和無線技術(shù)（如Wi-Fi、藍牙、Zigbee等）。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景非常廣泛，包括制造業(yè)、物流、醫(yī)療、交通等行業(yè)。例如，在制造業(yè)中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以用于實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集和控制，實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化和智能化。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)生產(chǎn)提供高效、可靠和安全的通信網(wǎng)絡(luò)，通過了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和應(yīng)用場景，可以更好地利用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)更高效、更智能的工業(yè)應(yīng)用。職業(yè)能力目標(biāo)能夠掌握IP地址的配置要求。能夠進行簡單的PLC編程。學(xué)習(xí)目標(biāo)理解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的定義、基本術(shù)語、性能指標(biāo)等。熟悉各類主流通信協(xié)議及其應(yīng)用場景。熟悉各類工業(yè)無線通信技術(shù)的概念及應(yīng)用場景。4工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用Python開發(fā)基礎(chǔ)12工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概念工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概念01工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本概念工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本概念工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的一種綜合的集成網(wǎng)絡(luò)，涉及到計算機技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)等。完整的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般為跨地區(qū)、信息與控制集成的網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)在于實現(xiàn)全范圍內(nèi)的信息資源共享以及與外部世界的信息溝通，因此工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可能同時存在LAN、WAN、現(xiàn)場總線，并涉及不同網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題。1.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語隨著工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和新理念、新技術(shù)的引入，圍繞工業(yè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了大量術(shù)語和定義。本段主要對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語進行介紹，可用于統(tǒng)一業(yè)界對關(guān)鍵術(shù)語和定義的認識和理解，規(guī)范術(shù)語和定義的使用。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本概念SCADA：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，實時收集下方HMI的數(shù)據(jù)同時進行監(jiān)控。HMI：人機交互接口，最通俗易懂的定義便是“看得懂的顯示+直觀簡易的操作控制系統(tǒng)”，其實最簡單的HMI便是ATM機。PLC：可編程邏輯控制器，專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用控制器，依賴邏輯代碼塊在開銷非常小的情況下操控工控設(shè)備。RTU：遠程終端裝置，工控設(shè)備與工控網(wǎng)絡(luò)物理距離較遠時維持通訊，可以理解為遠程的PLC。IED：智能電子設(shè)備，包括傳感器、電動機、變壓器、斷路器、泵等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本概念2.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)如果需要我們?nèi)ピu估一個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能，我們就可以從這幾方面去進行評估。速率（speed）：指連接在計算機網(wǎng)絡(luò)上的主機在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，即比特率（bitrate），單位b/s（bps）。速率往往指額定速率。帶寬（bandwidth）：表示網(wǎng)絡(luò)通信線路傳送數(shù)據(jù)的能力，即單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)量,單位b/s。吞吐量（throughput）：單位時間內(nèi)通過內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，單位b/s。時延：時延是指一個報文或分組從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間。發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延構(gòu)成總時延。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本概念吞吐量（throughput）：單位時間內(nèi)通過內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，單位b/s。時延：時延是指一個報文或分組從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間。發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延構(gòu)成總時延。往返時間/往返時延（Round-TripTime,RTT）：是指從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始到收到接收方確認為止共經(jīng)歷的時間，包括傳播時延、排隊時延和處理時延。利用率：分為信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率。信道利用率指某信道有百分之幾的時間是被利用的。網(wǎng)絡(luò)利用率指全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級IT網(wǎng)絡(luò)是處理工業(yè)控制系統(tǒng)管理與決策信息的信息網(wǎng)絡(luò)，位于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中上層；OT網(wǎng)絡(luò)是處理控制現(xiàn)場實時測控信息的控制網(wǎng)絡(luò)，位于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中下層。IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之前是分屬不同的管理者管理，IT通常報告給CIO（ChiefInformationOfficer首席信息官），而OT通常報告給COO（ChiefOperatingOfficer首席運營官）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)按我國的說法“兩化融合”，就是要將IT（信息化）和OT（工業(yè)化）這兩化融合，并且國家早在2008年就將工業(yè)部和信息產(chǎn)業(yè)部合二為一，成立了工業(yè)和信息化部。融合之后，工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“兩層三級”。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級“兩層”就是指以上所述的“IT網(wǎng)絡(luò)”和“OT網(wǎng)絡(luò)”兩層技術(shù)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。“三級”則是指根據(jù)目前工廠管理層級的劃分，網(wǎng)絡(luò)也被分為“現(xiàn)場級”、“車間級”、“工廠級/企業(yè)級”三個層次，每層之間的網(wǎng)絡(luò)配置和管理策略相互獨立。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)三個層級的網(wǎng)絡(luò)連接。（1）現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)連接工業(yè)現(xiàn)場總線被大量用于連接現(xiàn)場檢測傳感器、執(zhí)行器與工業(yè)控制器。近年來，雖然已有部分支持工業(yè)以太網(wǎng)通信接口的現(xiàn)場設(shè)備，但仍有大量的現(xiàn)場設(shè)備依舊采用電氣硬接線直連控制器的方式連接。在現(xiàn)場級，無線通信只是部分特殊場合被使用，存量很低。這種現(xiàn)狀造成工業(yè)系統(tǒng)在設(shè)計、集成和運維的各個階段的效率，都受到極大制約，進而阻礙著精細化控制和高等級工藝流程管理的實現(xiàn)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級（2）車間級網(wǎng)絡(luò)連接車間級網(wǎng)絡(luò)通信主要是完成控制器之間、控制器與本地或遠程監(jiān)控系統(tǒng)之間，以及控制器與運營級之間通信連接。這部分主流是采用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，也有部分廠家采用自有通信協(xié)議進行本廠控制器和系統(tǒng)間的通信。當(dāng)前已有的工業(yè)以太網(wǎng)，但不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議間的互聯(lián)性和兼容性限制大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的層級（3）工廠級網(wǎng)絡(luò)連接工廠級的網(wǎng)絡(luò)IT網(wǎng)絡(luò)通常采用高速以太網(wǎng)以及TCP/IP進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)主要用于設(shè)備的自動控制，對生產(chǎn)過程狀態(tài)進行檢測和監(jiān)控，它同信息網(wǎng)絡(luò)的主要差異在于：控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)處理對實時性的要求遠高于信息網(wǎng)絡(luò)；其次控制網(wǎng)絡(luò)能在惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定完整的數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成是構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。通過控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以建立統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫，保證所有數(shù)據(jù)完整性和互操作性。現(xiàn)場設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)實時通信，使用戶通過信息網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面可以隨時隨地地了解任意生產(chǎn)情況。此外，也便于實現(xiàn)遠程監(jiān)控、診斷和維護功能。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)02現(xiàn)場總線工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)隨著傳統(tǒng)制造企業(yè)正在加快智能制造轉(zhuǎn)型的進程，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)迅速在全世界范圍內(nèi)興起。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)架中，通過各類通訊方式接入不同設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品，來采集海量數(shù)據(jù)是其重要的一環(huán)。本節(jié)將介紹工業(yè)底層設(shè)備的三種通訊方式：現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線回顧現(xiàn)場總線的發(fā)展史可知，現(xiàn)場總線大致出現(xiàn)在上個世紀(jì)80年代末到90年代初期，這個時期隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，工廠的設(shè)備有了互聯(lián)的需求（此階段的互聯(lián)需求主要定位于遠程的I／O數(shù)據(jù)傳輸，以及產(chǎn)線內(nèi)部不同設(shè)備的數(shù)據(jù)交換），人們希望通過綜合掌握多點的運行參數(shù)與信息，進而實現(xiàn)多點信息的操作控制。但是這個時候的計算機系統(tǒng)存在系統(tǒng)封閉的缺陷，各個廠家的產(chǎn)品都是自成體系，不同廠商之間的設(shè)備不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，想實現(xiàn)更大范圍信息共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于當(dāng)時技術(shù)的局限性，存在很多困難。現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟實用等一系列突出的優(yōu)點，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團體和計算機廠商的高度重視。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。它是將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實時控制通信網(wǎng)絡(luò)，遵循了ISO／OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的全部或部分通信協(xié)議?，F(xiàn)場總線初學(xué)者可以從兩方面來認識現(xiàn)場總線：第一，根據(jù)工廠自動化信息網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)（工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級），可知現(xiàn)場總線位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)底層，是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。工廠底層應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的好處，在于可以實現(xiàn)工廠信息縱向集成的透明通信，即從管理層到自動化底層的數(shù)據(jù)存取?，F(xiàn)場總線第二，現(xiàn)場總線是基于ISO／OSI的七層模型，并且可以少于七層。需要指出的是，實際應(yīng)用中，ISO模型只是一個參考，不同種類的現(xiàn)場總線協(xié)議棧有較大區(qū)別，通常會將ISO／OSI的七層模型簡化，以實現(xiàn)更低的通信延遲、更快的速度、更有利于實現(xiàn)現(xiàn)場總線的實時特性?，F(xiàn)場總線1.總線的基本術(shù)語總線：位于上位機和現(xiàn)場設(shè)備之間的連接多個網(wǎng)段的現(xiàn)場總線電纜，也可通過中繼器連接，是傳輸信號或者信息的公共路徑?？偩€段：一組設(shè)備通過總線連接在一起被稱為總線段，多個總線段連接在一起構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線：在智能測量和控制設(shè)備之間的數(shù)字、雙向、多站式的通訊鏈路。它以局域網(wǎng)的形式，為先進過程控制、遠程輸入/輸出和高速工廠自動化應(yīng)用提供服務(wù)?，F(xiàn)場總線報文規(guī)范：FMS包括在基金會現(xiàn)場總線上應(yīng)用層服務(wù)的定義。FMS規(guī)范訪問模塊FB參數(shù)的服務(wù)和報文格式，及在VFD中的定義參數(shù)的對象字典OD描述。現(xiàn)場總線總線主設(shè)備：指具備總線控制權(quán)的設(shè)備，用于發(fā)起總線事務(wù)，例如CPU、Debug模塊、DMA控制器等?？偩€從設(shè)備：總線網(wǎng)段上不具備控制通信能力的任意設(shè)備，無法申請總線的使用權(quán)，只能查詢接收總線信息，也稱基本設(shè)備，例如存儲器模塊等等。總線構(gòu)成：總線通常由控制線、數(shù)據(jù)線、地址線構(gòu)成，有的總線也有電源線。有的總線沒有單獨的地址線，數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用。數(shù)據(jù)線用于傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線的寬度反映一次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)；地址線用于給出原數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在的主存單元或IO端口的地址，地址線的寬度反映最大的尋址空間；控制線用于控制對數(shù)據(jù)線和地址線的訪問和使用，用來傳輸定時信號和命令信息。現(xiàn)場總線2.總線傳輸?shù)幕驹硪罁?jù)前面對總線的定義可知總線的基本作用就是用來傳輸信號，為了各子系統(tǒng)的信息能有效及時的被傳送，為了不至于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復(fù)用技術(shù)，也就是說總線傳輸?shù)幕驹砭褪嵌嗦窂?fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用就是指多個用戶共享公用信道的一種機制，目前最常見的主要有時分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等。時分多路復(fù)用（TDMA）時分復(fù)用是將信道按時間加以分割成多個時間段，不同來源的信號會要求在不同的時間段內(nèi)得到響應(yīng)，彼此信號的傳輸時間在時間坐標(biāo)軸上是不會重疊?，F(xiàn)場總線頻分多路復(fù)用（FDMA）頻分復(fù)用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號經(jīng)過頻率調(diào)制后的頻譜占用其中的一個頻段，以此來實現(xiàn)多路不同頻率的信號在同一信道中傳輸。而當(dāng)接收端接收到信號后將采用適當(dāng)?shù)膸V波器和頻率解調(diào)器等來恢復(fù)原來的信號。碼分多路復(fù)用（CDMA）碼分多路復(fù)用是所被傳輸?shù)男盘柖紩懈髯蕴囟ǖ臉?biāo)識碼或地址碼，接收端將會根據(jù)不同的標(biāo)識碼或地址碼來區(qū)分公共信道上的傳輸信息，只有標(biāo)識碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會被接收。現(xiàn)場總線3.總線的數(shù)據(jù)傳輸流程下圖為總線的數(shù)據(jù)傳輸流程。步驟一：申請占用總線，需要使用總線的總線主設(shè)備（如CPU、DMA控制器等）向總線仲裁機構(gòu)提出占用總線的請求，經(jīng)總線仲裁機構(gòu)判定，若滿足響應(yīng)條件，則發(fā)出響應(yīng)信號，并把下一個總線傳送周期的總線控制權(quán)授予申請者。步驟二：總線主設(shè)備通過尋址獲得總線控制權(quán)，通過地址總線發(fā)出本次要訪問的存儲器和I/O端口的地址，經(jīng)地址譯碼選中被訪問的模塊并開始啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。現(xiàn)場總線步驟三：傳送數(shù)據(jù)總線主設(shè)備也叫主模塊，被訪問的設(shè)備叫從模塊。主模塊和從模塊之間的操作是由主模塊控制在兩個從模塊之間通過數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)傳送。步驟四：結(jié)束主、從模塊的信息，使之從總線上撤除，讓出總線，以便其它主模塊使用。4.典型的現(xiàn)場總線介紹（1）基金會現(xiàn)場總線這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。（2）CAN最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。現(xiàn)場總線CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)實際可達110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。（3）DeviceNetDeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s，每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式?，F(xiàn)場總線位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)是OpenDeviceNetVendorAssociation（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱“ODVA”）。（4）PROFIBUSPROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式?，F(xiàn)場總線（5）INTERBUS現(xiàn)場總線INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場總線，2000年2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點，并嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?；該總線的實時性、抗干擾性和可維護性也非常出色。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現(xiàn)場總線的領(lǐng)先者。此外較有影響的現(xiàn)場總線還有丹麥公司Process-DataA/S提出的P-Net，該總線主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè)；SwiftNet現(xiàn)場總線主要使用在航空航天等領(lǐng)域。工業(yè)以太網(wǎng)由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，通信已經(jīng)成為實時控制鄰域的關(guān)鍵，建立一個統(tǒng)一、開放的通信標(biāo)準(zhǔn)的需求已經(jīng)迫在眉睫，但是已有的現(xiàn)場總線并不能滿足這一需求。不同現(xiàn)場總線之間的兼容性較差，通信比較困難，中間還需要網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換。這樣下來，成本較高，設(shè)備復(fù)雜，帶來很大的不便。工業(yè)以太網(wǎng)由此應(yīng)運而生。工業(yè)以太網(wǎng)是建立在IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)和TCP/IP上的分布式實時控制通訊網(wǎng)絡(luò)，適用于數(shù)據(jù)量傳輸量大，傳輸速度要求較高的場合。它采用CSMA/CD協(xié)議，同時兼容TCP/IP協(xié)議。工業(yè)以太網(wǎng)解決了開放性、實時性、同步性、可靠性、抗干擾性及安全性等諸多方面的問題。目前領(lǐng)域內(nèi)有幾種主流工業(yè)以太網(wǎng)，如PROFINET、POWERLINK、EtherNET/IP、EtherCAT、SERCOSIII等。工業(yè)以太網(wǎng)1.EtherCATEtherCAT的關(guān)鍵要素是所有聯(lián)網(wǎng)從機都能夠從數(shù)據(jù)包中僅提取所需的相關(guān)信息，并在向下游傳輸時將數(shù)據(jù)插入幀中。EtherCAT協(xié)議本身決定了它無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個設(shè)備。它具有主從數(shù)據(jù)交換原理，需要主站和從站配合完成工作，因而，EtherCAT非常適合主從控制器之間的通訊。它提高了系統(tǒng)的實時性能和拓撲的靈活性的同時，成本不高于現(xiàn)場總線的使用成本。工業(yè)以太網(wǎng)2.EtherNET/IPEtherNET/IP采用以太網(wǎng)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及TCP/IP協(xié)議。是一種主要由羅克韋爾自動化公司提供的廣泛應(yīng)用的應(yīng)用層工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。允許工業(yè)設(shè)備交換時間緊要的應(yīng)用信息，如傳感器，執(zhí)行器，機器人等。由于其采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換，可支持無限數(shù)量的節(jié)點。其主要功能有3個，一是實時控制：基于控制器或智能設(shè)備內(nèi)所存儲的組態(tài)信息，通過網(wǎng)絡(luò)通信中的狀態(tài)變化來實現(xiàn)實時控制；二是網(wǎng)絡(luò)組態(tài)：通過總線即可實現(xiàn)對同層網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)，也可以實現(xiàn)對下層網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)；三是數(shù)據(jù)采集：可基于既定節(jié)拍或應(yīng)用需要來方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。工業(yè)以太網(wǎng)3.PROFINETPROFINET是用于PROFIBUS縱向集成的、開放的、統(tǒng)一的完整系統(tǒng)解決方案，它能將現(xiàn)有的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通過代理服務(wù)器連接到以太網(wǎng)上，從而將工廠自動化和企業(yè)信息服務(wù)管理自動化有機地融為一體。能夠滿足用戶機器和工廠更苛刻、更靈活、不斷變化的新需求。PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點話題。此外，它可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的無線通信技術(shù)主要分為兩類：一類是ZigBee、WiFi、藍牙等短距離通信技術(shù)；另一類是LoRa、SigFox、NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。不同的無線技術(shù)在組網(wǎng)、功耗、通訊距離、安全性等方面各有差別，因此擁有不同的適用場景。下面主要介紹了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中最常見的幾種無線技術(shù)：LoRa、NB-IoT、5G，以及WiFi-6技術(shù)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)1.LoRa技術(shù)LoRa是美國Semtech公司開發(fā)和推廣的一種基于擴頻技術(shù)的超遠距離、低功耗無線傳輸方案，為用戶提供了一種能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命、大容量的簡單系統(tǒng)，進而擴展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前LoRa主要在全球免費頻段運行，工作頻率在美國是915MHz，在歐洲是868MHz，在亞洲是433MHz。其典型范圍是2km至5km，最長距離可達15km，具體取決于所處的位置和天線特性。LoRa技術(shù)具有如下特點。低功耗：通信距離可達15公里，接受電流僅10mA，睡眠電流200nA，延長了電池的使用壽命。大容量：在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區(qū)覆蓋范圍可達10公里。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)支持測距和定位：LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時間，定位則基于多點（網(wǎng)關(guān)）對一點（節(jié)點）空間傳輸時間差的測量，定位精度可達5m（假設(shè)10km的范圍）。因此，LoRa技術(shù)非常適于要求低功耗、遠距離、大量連接以及定位跟蹤等應(yīng)用，如智能停車、車輛追蹤、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等。但同時LoRa的缺點是傳輸速率慢，通信頻段易受干擾，芯片供應(yīng)被Semtech壟斷，從底層開發(fā)周期較長，以及自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)機制較為復(fù)雜，因此一般公司不愿研究LoRa技術(shù)，更愿意買模塊直接用。2.NB-IoT技術(shù)NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)起源于一家英國新創(chuàng)公司Neul（2014年被華為收購），聚焦于低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)與使用標(biāo)準(zhǔn)LTE的全部10MHz或20MHz帶寬不同，NB-IoT使用包含12個15kHzLTE子載波的180kHz寬的資源塊，數(shù)據(jù)速率在100kb/s到1Mb/s范圍之內(nèi)。NB-IoT使用授權(quán)頻段，可采取帶內(nèi)、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。作為一項應(yīng)用于低速率業(yè)務(wù)的技術(shù)，NB-IoT的優(yōu)勢主要有：低功耗：NB-IoT犧牲了速率，卻換回了更低的功耗。采用簡化的協(xié)議，更合適的設(shè)計，大幅提升了終端的待機時間，部分NB終端的待機時間號稱可以達到10年!低成本：與LoRa相比，NB-IoT無需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都可以復(fù)用。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來低成本優(yōu)勢，模塊價格不超過5美元。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)海量連接：在同一基站的情況下，NB-IoT可比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。廣覆蓋：NB-IoT室內(nèi)覆蓋能力強，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力。雖然NB-IoT具有很多優(yōu)點，但其低速數(shù)據(jù)傳輸、隱私和安全、IT系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時間等問題，都將限制其發(fā)展。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)3.5G技術(shù)隨著數(shù)字經(jīng)濟逐漸成為中國經(jīng)濟發(fā)展的新引擎,包括5G、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等在內(nèi)的新型基礎(chǔ)設(shè)施愈發(fā)重要。在新基建之中，5G憑借著大帶寬、覆蓋廣、低功耗、低時延等特點，扮演著數(shù)字經(jīng)濟數(shù)據(jù)傳輸高速公路的角色。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)5G是“第五代”蜂窩通信的縮寫?！癎”用于描述已經(jīng)或?qū)⒁瞥龅姆涓C設(shè)備通信技術(shù)的代數(shù)。5G可以在毫米波（24至100GHz的超高頻頻譜）中運行，5G可用的頻譜數(shù)量意味著數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣缺饶壳翱赡艿乃俣纫斓枚唷H電信聯(lián)盟ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標(biāo)，其中高速率、低時延、大連接成為5G最突出的特征，用戶體驗速率達1Gbps，時延低至1ms，用戶連接能力達100萬連接/平方公里。高速度：由于5G的基站大幅提高了帶寬，因此使得5G能夠?qū)崿F(xiàn)更快的傳輸速率。同時5G使用的頻率遠高于以往的通訊技術(shù)，能夠在相同時間內(nèi)傳送更多的信息。5G的下載速率峰值可達1Gbps。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)低延時：相對于4G，5G技術(shù)可以將通訊延時降低到1ms左右，因此許多需要低延遲的行業(yè)將會從5G技術(shù)中獲益，如自動駕駛等相關(guān)行業(yè)采用5G網(wǎng)絡(luò)后能有效提高自動駕駛的反應(yīng)速度。泛在網(wǎng)：5G能夠達到泛在網(wǎng)的概念，實現(xiàn)無死角的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，在任何時間、任何地點都能暢通無阻的通信。低功耗：5G網(wǎng)絡(luò)采用高通的eMTC和華為的NB-IoT技術(shù)，實現(xiàn)了低功耗的需求，能夠降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的功耗，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠長時間不換電池，有利于大規(guī)模的部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。重構(gòu)安全：5G通訊在各種新技術(shù)的加持下，有更高的安全性，在未來的無人駕駛、智能健康等領(lǐng)域，能夠有效的抵擋黑客的攻擊，保障各方面的安全。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)就像5G的固有優(yōu)勢一樣，許多明顯的缺陷也源于向更高頻率的轉(zhuǎn)移和毫米波中的無線電信號的特性。覆蓋范圍較短和更加容易受到障礙物的影響是此類技術(shù)的最明顯缺點。除了建筑物和樹木等障礙物外，高頻還更容易受到濕度和降雨的影響，因此原本有限的范圍將進一步受到次優(yōu)天氣條件的挑戰(zhàn)。如果更多的天線可以顯著改善覆蓋范圍有限的問題，那么與這種傳播相關(guān)的美學(xué)和環(huán)境問題將成為另一個潛在的問題。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)4.WiFi6技術(shù)WiFi已成為當(dāng)今世界無處不在的技術(shù)，為數(shù)十億設(shè)備提供無線連接，也是越來越多的用戶上網(wǎng)接入的首選方式，并且有逐步取代有線接入的趨勢。而WiFi6則是WiFi技術(shù)的最新標(biāo)準(zhǔn)，它是在上一代WiFi5標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進行改進的，主要是為了在擁有大量設(shè)備的環(huán)境中提高網(wǎng)速、提高傳輸效率并減少網(wǎng)絡(luò)擁堵，以此來改進用戶的上網(wǎng)體驗而構(gòu)建的。WiFi6的優(yōu)勢主要有：支持2.4GHz頻段：WiFi6不僅支持5GHz頻段，同時還可以支持2.4GHz頻段。相比于5GHz頻段，2.4GHz頻段穿透能力更強、信號損失更少、傳播距離更遠，在空間較大、障礙物較多的環(huán)境中，如果對網(wǎng)速沒有特別高的要求，使用2.4GHz頻段或許會比5GHz擁有更好的體驗。同時，許多家用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需流量不大，大部分時間處于待機狀態(tài)，使用2.4GHz頻段會使成本更低。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)低延遲：WiFi6將WiFi頻段從80MHz擴展到160MHz，使信道寬度加倍，減少了擁堵，從而能夠以低延遲提供更高的性能。速率：在OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交頻分多址）之前的OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)中，設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)時使用固定的20、40、80MHz帶寬，當(dāng)多個用戶都要傳輸數(shù)據(jù)時，每個用戶所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不論多大，都要單獨占用一個信道，而其他用戶則要等待上一個用戶傳輸結(jié)束后依次排隊傳輸數(shù)據(jù)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)下圖把卡車比作信道，帶顏色方塊表示數(shù)據(jù)。不管卡車有多空，或者是裝滿了，卡車一次都只能為一個客戶傳輸數(shù)據(jù)，卡車的空間無法被充分利用，留下許多空白，也就是信道被浪費掉了。后面的客戶由于等待，在傳輸數(shù)據(jù)時就會出現(xiàn)延遲。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)而OFDMA可以根據(jù)客戶端的需求，按每個數(shù)據(jù)的大小劃分信道，一個客戶只占據(jù)了信道的部分資源，使多個客戶要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)同時在卡車上以更快的速度獲得相同的用戶體驗，空間得到了充分的利用，也減少了等待時間，提高了效率，降低了延遲。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)03工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成云邊端協(xié)同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的緊密集成是構(gòu)建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。通過控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以建立統(tǒng)一的分布式數(shù)據(jù)庫，保證所有數(shù)據(jù)完整性和互操作性。現(xiàn)場設(shè)備與信息網(wǎng)絡(luò)實時通信，使用戶通過信息網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面可以隨時隨地地了解任意生產(chǎn)情況。此外，也便于實現(xiàn)遠程監(jiān)控、診斷和維護功能。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成伴隨世界范圍內(nèi)“工業(yè)4.0”革命及“再工業(yè)化”戰(zhàn)略的興起，結(jié)合“中國制造2025”及“兩化融合”戰(zhàn)略，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長點。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、云、機器學(xué)習(xí)及人工智能等技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將愈加廣泛，但目前大多數(shù)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)仍處于“信息孤島”的狀態(tài)，工業(yè)系統(tǒng)仍運行于封閉的空間，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)難以共享。另外，由于現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的封閉性，維護人員無法遠程獲取設(shè)備、產(chǎn)線的實時運行狀態(tài)，因此造成了設(shè)備維護難、成本高的難題?；谶@一情況，需要引入MQTT通信協(xié)議，通過搭建基于MQTT的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)，實現(xiàn)云端與工業(yè)現(xiàn)場之間數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，以及不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成1.MQTT概述MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸）是IBM開發(fā)的一個即時通訊協(xié)議，有可能成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。該協(xié)議支持所有平臺，幾乎可以把所有聯(lián)網(wǎng)物品和外部連接起來，被用來當(dāng)做傳感器和致動器（比如通過Twitter讓房屋聯(lián)網(wǎng)）的通信協(xié)議。它的最大優(yōu)點在于，用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成2.MQTT特征MQTT屬于應(yīng)用層協(xié)議，它有以下特點。使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供了一對多的消息分發(fā)和應(yīng)用之間的解耦。消息傳輸不需要知道負載內(nèi)容。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成MQTT提供三種等級的服務(wù)質(zhì)量。QS0：“最多一次”，盡操作環(huán)境所能提供的最大努力分發(fā)消息。消息可能會丟失。例如，這個等級可用于環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，單次的數(shù)據(jù)丟失沒關(guān)系，因為不久之后會再次發(fā)送。QS1：“至少一次”，保證消息可以到達，但是可能會重復(fù)。QS2：“僅一次”，保證消息只到達一次。例如，這個等級可用在一個計費系統(tǒng)中，這里如果消息重復(fù)或丟失會導(dǎo)致不正確的收費。很小的傳輸消耗和協(xié)議數(shù)據(jù)交換，最大限度減少網(wǎng)絡(luò)流量。云邊端協(xié)同隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，云計算從最初的新興概念逐漸成為成熟應(yīng)用，以銳不可當(dāng)之勢飛速成長。在21世紀(jì)20年代的今天，越來越多的企業(yè)都將“云”作為轉(zhuǎn)型的抓手。云計算堪稱是基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)設(shè)施，不只是計算的中心化，也是技術(shù)資源的中心化，AI、大數(shù)據(jù)、IoT等技術(shù)落地到各行各業(yè)都需要通過云計算。然而，當(dāng)面對海量數(shù)據(jù)計算、新興計算場景、小數(shù)據(jù)實時處理等方面的挑戰(zhàn)，云計算存在一些發(fā)展瓶頸，需要新技術(shù)來突破，于是邊緣計算應(yīng)運而生。云邊端協(xié)同1.邊緣計算的誕生隨著計算需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)云計算架構(gòu)無法滿足這種爆發(fā)式的海量數(shù)據(jù)計算需求，因此研究人員開始著力于研究將云計算的能力下沉到邊緣側(cè)、設(shè)備側(cè)，通過中心進行統(tǒng)一交付、運維、管控。經(jīng)過調(diào)查研究，預(yù)計超過40%的數(shù)據(jù)將在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進行分析、處理與存儲，這為邊緣計算的發(fā)展帶來了充分的場景和想象空間。邊緣計算，是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)，核心理念是將數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、計算和安全交給邊緣節(jié)點來處理，其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，可以產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足各行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的需求。云邊端協(xié)同按功能角色來看，邊緣計算主要分為“云、邊、端”三個部分：“云”是傳統(tǒng)云計算的中心節(jié)點，是邊緣計算的管控端；“邊”是云計算的邊緣側(cè)，分為基礎(chǔ)設(shè)施邊緣（InfrastructureEdge）和設(shè)備邊緣（DeviceEdge）；“端”是終端設(shè)備，如手機、智能家電、各類傳感器、攝像頭等。隨著云計算能力從中心下沉到邊緣，邊緣計算將推動形成“云、邊、端”一體化的協(xié)同計算體系。可以說，邊緣計算是云計算的延伸，兩者各有其特點：云計算能夠把握全局，處理大量數(shù)據(jù)并進行深入分析，在商業(yè)決策等非實時數(shù)據(jù)處理場景發(fā)揮著重要作用；邊緣計算側(cè)重于局部，能夠更好地在小規(guī)模、實時的智能分析中發(fā)揮作用，如滿足局部企業(yè)的實時需求。因此，在智能應(yīng)用中，云計算更適合大規(guī)模數(shù)據(jù)的集中處理，而邊緣計算可以用于小規(guī)模的智能分析和本地服務(wù)。云邊端協(xié)同2.云邊端協(xié)同的應(yīng)用場景能源開采不同于傳統(tǒng)的人工錄入等方法，在云邊協(xié)同的環(huán)境下，針對石油開采，可以將傳感器、各種開采設(shè)備等收集到的信息進行整合并且發(fā)送到具有簡單數(shù)據(jù)處理能力的邊緣端進行數(shù)據(jù)的自動化錄入、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)實時分析等操作，然后將處理之后的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行更完全的數(shù)據(jù)分析以及決策，最后將決策結(jié)果發(fā)送回邊緣端指導(dǎo)石油的開采等操作。云邊端協(xié)同智慧交通過去幾年研發(fā)人員始終將智慧交通的重點集中在車端，著重去提升車的智能化，例如車的自動駕駛功能，而這意味著車必須要有一個高水平的感知能力和計算能力，從而導(dǎo)致了智能汽車的成本十分高昂。但盡管如此，自動駕駛車輛在傳統(tǒng)道路環(huán)境中的表現(xiàn)仍然不盡人意。于是研發(fā)人員們逐漸意識到，路側(cè)智能對于實現(xiàn)智慧交通同樣是不可或缺的，因此最近幾年紛紛投入路側(cè)的智能化，從而實現(xiàn)人、車、路之間高效的互聯(lián)互通和信息共享。在實際應(yīng)用中，邊緣計算可以與云計算配合，將大部分的計算負載整合到道路邊緣層，并且利用5G、LTE-V等通信手段與車輛進行實時的信息交互。云邊端協(xié)同未來的道路邊緣節(jié)點還將集成局部地圖系統(tǒng)、交通信號信息、附近移動目標(biāo)信息和多種傳感器接口，為車輛提供協(xié)同決策、事故預(yù)警、輔助駕駛等多種服務(wù)。與此同時，汽車本身也將成為邊緣計算節(jié)點，與云邊協(xié)同相配合為車輛提供控制和其他增值服務(wù)。汽車將集成激光雷達、攝像頭等感應(yīng)裝置，并將采集到的數(shù)據(jù)與道路邊緣節(jié)點和周邊車輛進行交互，從而擴展感知能力，實現(xiàn)車與車、車與路的協(xié)同。云計算中心則負責(zé)收集來自分布廣泛的邊緣節(jié)點的數(shù)據(jù)，感知交通系統(tǒng)的運行狀況，并通過大數(shù)據(jù)和人工智能算法，為邊緣節(jié)點、交通信號系統(tǒng)和車輛下發(fā)合理的調(diào)度指令，從而提高交通系統(tǒng)的運行效率，最大限度的減少道路擁堵。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全工控系統(tǒng)是國家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，同時也是關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)攻擊的重點目標(biāo)。隨著互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，針對工業(yè)控制系統(tǒng)的各式網(wǎng)絡(luò)攻擊事件日益增多，尤其在電力、石油、鐵路運輸、燃氣、化工、制造業(yè)、能源、核應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)一直都是全球攻擊者的首選目標(biāo)。目前的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)由IT（信息技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)與OT（運營技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)共同組成。盡管IT網(wǎng)絡(luò)的引入帶來了效率的突飛，但與此同時引入了更多的安全風(fēng)險。如果IT網(wǎng)絡(luò)被攻破，便可直接或間接的下發(fā)錯誤指令、篡改應(yīng)用配置、傳遞錯誤信息等。因此我們應(yīng)該盡量避免工控網(wǎng)絡(luò)直接或間接接入互聯(lián)網(wǎng)，最好做到物理隔離。如若在特殊需求下，迫不得已直接或間接的接入互聯(lián)網(wǎng)，必須使用單向隔離（二極管、光閘等）設(shè)備，僅允許工控網(wǎng)絡(luò)側(cè)將數(shù)據(jù)傳輸至互聯(lián)網(wǎng)側(cè)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全工業(yè)信息安全已成為國家安全的重要組成，是制造強國與網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略實施的基礎(chǔ)支撐，其重要性日益凸顯。當(dāng)前，制造強國的大勢刮來了兩化融合的風(fēng)潮，在工業(yè)制造業(yè)奔騰發(fā)展的道路上，工業(yè)信息安全形勢日趨嚴(yán)峻，安全風(fēng)險持續(xù)攀升，安全事件層出不窮，亟需引起高度重視。我國工業(yè)信息安全現(xiàn)階段主要存在管理機制不健全、安全防護不到位、安全技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支撐能力不足、安全主體意識薄弱等諸多問題，加快提升工業(yè)信息安全保障能力迫在眉睫。加強工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)、加快構(gòu)建全方位工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全保障體系，是推進我國由制造大國向制造強國、網(wǎng)絡(luò)大國向網(wǎng)絡(luò)強國歷史性轉(zhuǎn)變的重要前提和基礎(chǔ)支撐。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用04工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及確保生產(chǎn)安全等工業(yè)制造領(lǐng)域發(fā)揮著越來越顯著的作用。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從最初的計算機集成控制系統(tǒng)CCS到集散控制系統(tǒng)DCS，發(fā)展到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可以總結(jié)為四大類型：傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已經(jīng)很少使用，目前廣泛應(yīng)用的是現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從最初的集成控制系統(tǒng)（CCS）到到分散控制系統(tǒng)（DCS），再到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的發(fā)展過程。DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)CCS的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。DCS它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下三個階段。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從最初的集成控制系統(tǒng)（CCS）到到分散控制系統(tǒng)（DCS），再到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的發(fā)展過程。DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)CCS的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。DCS它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下三個階段。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1.DCS的發(fā)展歷程及特點第一階段1975-1980年，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)如下。采用微處理器為基礎(chǔ)的控制單元，實現(xiàn)分散控制，有各種各樣的算法，通過組態(tài)獨立完成回路控制，具有自診斷功能。采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離，實現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作。采用較先進的冗余通信系統(tǒng)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程第二階段1980—1985，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)如下。微處理器的位數(shù)提高，CRT顯示器的分辨率提高。強化的模塊化系統(tǒng)。強化了系統(tǒng)信息管理，加強通信功能。第三階段1985年以后，集散系統(tǒng)進入第三代，其技術(shù)特點表現(xiàn)如下。采用開放系統(tǒng)管理。操作站采用32位微處理器。采用實時多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程2.FCS的發(fā)展歷程及特征進入九十年代以后，計算機技術(shù)突飛猛進，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯。它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本特征如下。全數(shù)字化通信：用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程互可操作性與互用性：據(jù)實際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。現(xiàn)場設(shè)備的智能化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性：FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站,把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表,從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。通信線供電：通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量,這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表,與其配套的還有安全柵。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1.工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用鋼鐵行業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)一般采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為實時控制網(wǎng)，負責(zé)控制器、操作員站及工程師站之間過程控制數(shù)據(jù)實時通信，網(wǎng)絡(luò)上所有操作員站、數(shù)采機及PLC都使用以太網(wǎng)接口并設(shè)置為同一網(wǎng)段IP地址，網(wǎng)絡(luò)中遠距離傳輸介質(zhì)為光纜，本地傳輸介質(zhì)為網(wǎng)線（如PLC與操作員站之間）。生產(chǎn)監(jiān)控主機利用雙網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)與管理網(wǎng)相連。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用垂直劃分為互聯(lián)網(wǎng)層、辦公網(wǎng)層、監(jiān)控層、控制層及現(xiàn)場層（儀表）。水平劃分為不同功能區(qū)域（燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等）。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2.現(xiàn)場總線的應(yīng)用大型石油化工產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)龐大，安全要求高，現(xiàn)場由多個控制系統(tǒng)完成控制功能。大型石油化工工程全廠DCS采用大型局域網(wǎng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為復(fù)雜。現(xiàn)場的主要控制功能都是由DCS來完成的，其他系統(tǒng)的集中控制在某種程度上可以完全由DCS監(jiān)控。DCS含有大量的數(shù)據(jù)接口，是構(gòu)建企業(yè)信息化的數(shù)據(jù)來源與執(zhí)行機構(gòu)。除DCS外的其他系統(tǒng)一般對外并沒有數(shù)據(jù)接口（無生產(chǎn)數(shù)據(jù)），且相對獨立，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（1）分布式控制系統(tǒng)（DCS）DCS完成生產(chǎn)裝置的基本過程控制、操作、監(jiān)視、管理、順序控制、工藝聯(lián)鎖，部分先進過程控制也在DCS中完成。大型石油化工工程全廠DCS采用大型局域網(wǎng)架構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)需求、系統(tǒng)規(guī)模和總圖布置劃分為若干獨立的局域網(wǎng)，確保每套生產(chǎn)裝置獨立開停和正常運行。（2）安全儀表系統(tǒng)（SIS）SIS設(shè)置在現(xiàn)場機柜室（FAR），與DCS獨立設(shè)置，以確保人員及生產(chǎn)裝置、重要機組和關(guān)鍵設(shè)備的安全。SIS按照故障安全型設(shè)計，與DCS實時數(shù)據(jù)通信，在DCS操作員站上顯示。大型石油化工工程全廠SIS采用局域網(wǎng)架構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)需求、系統(tǒng)規(guī)模和總圖布置劃分為若干獨立的局域網(wǎng)，確保采用SIS的生產(chǎn)裝置獨立開停車和安全運行。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（3）可燃/有毒氣體檢測系統(tǒng)（GDS）生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助設(shè)施內(nèi)可能泄漏或聚集可燃、有毒氣體的地方分別設(shè)有可燃、有毒氣體檢測器，并將信號接至GDS。（4）壓縮機控制系統(tǒng)（CCS）壓縮機控制系統(tǒng)完成壓縮機組的調(diào)速控制、防喘振控制、負荷控制及安全聯(lián)鎖保護等功能，并與裝置的DCS進行通信，操作人員能夠在DCS操作員站上對機組進行監(jiān)視和操作。（5）轉(zhuǎn)動設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)（MMS）MMS用于主要透平機、壓縮機和泵等轉(zhuǎn)動設(shè)備參數(shù)的在線監(jiān)視，同時對轉(zhuǎn)動設(shè)備的性能進行分析和診斷，對轉(zhuǎn)動設(shè)備的故障預(yù)測維護進行有力的支持。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（6）可編程邏輯控制系統(tǒng)（PLC）操作控制相對比較獨立或特殊的設(shè)備的控制監(jiān)視和安全保護功能原則上采用獨立的PLC控制系統(tǒng)。與DCS進行數(shù)據(jù)通信，操作人員能夠在DCS操作員站上對設(shè)備的運行進行監(jiān)視與操作。（7）在線分析儀系統(tǒng)（PAS）在線分析儀（工業(yè)色譜儀、紅外線分析儀等）應(yīng)包括采樣單元、采樣預(yù)處理單元、分析器單元、回收或放空單元、微處理器單元、通信接口（網(wǎng)絡(luò)與串行）、顯示器（LCD）單元和打印機等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用3.工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用目前，無線技術(shù)憑借著部署容易、建設(shè)成本低、適用環(huán)境廣泛等優(yōu)勢，逐漸成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及應(yīng)用的重要方向。無線網(wǎng)絡(luò)，顧名思義是利用無線電波而非線纜來實現(xiàn)與計算機設(shè)備位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的相互滲透、結(jié)合，產(chǎn)生了基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無線通訊技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能，無線傳輸與有線傳輸?shù)牟町惾绫硭?。以無線路燈為例，通過ZigBee或LoRa的形式，無需對燈具進行改造、無需架設(shè)通信線路、無需改造配電柜、基于云平臺進行分析控制也無需建設(shè)龐大的機房。不管是改造還是新建，從施工，成本，后期擴展性，維護等方面無線都優(yōu)于有線。在未來，工業(yè)通訊必將有越來越多的應(yīng)用場景無線化。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷經(jīng)了從傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場總線，再到目前廣泛研究的工業(yè)以太網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡(luò)的過程。以太網(wǎng)的廣泛使用為工業(yè)控制的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但如何保證工業(yè)通信的實時性是研究的關(guān)鍵。有關(guān)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的一些技術(shù)難題及相關(guān)解決方法總結(jié)如下:（1）提高通信的實時性提高操作系統(tǒng)和交換技術(shù)以支持實時通信。操作系統(tǒng)基于優(yōu)先級策略對非實時和實時傳輸提供多隊列排隊方式。交換技術(shù)支持高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包接人到高優(yōu)先級的端口，以便高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包能夠快速進人到傳輸隊列。此外，可改善拓撲結(jié)構(gòu)以提高實時性。其他研究方向還包括怎樣提高在MAC層上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度方法等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢（2）提高通信的安全性安全性意味著能預(yù)防危險，如系統(tǒng)故障、電磁干擾、高溫輻射以及惡意攻擊等因素所帶來的威脅。IEC61508針對安全通信提出了黑通道機制并制定了安全完整性等級SIL,提高工業(yè)通信的安全性，以滿足SIL高級別的要求，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全性發(fā)展的趨勢。目前一些總線研究機構(gòu)基于黑通道原理針對數(shù)據(jù)破壞、丟失、時延以及非法訪問等錯誤采用了數(shù)據(jù)編號、密碼授權(quán)以及CRC安全校驗等安全保護措施，如InterbusSafety,Profisafe以及EtherCATSafety等，這可作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全性研究的參考。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢（3）提高通信可靠性工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)基于不同的網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，需進行不同類型網(wǎng)絡(luò)站點之間的通信，因此通信的可靠性顯得尤為重要。研究方向之一在于設(shè)計虛擬自動化網(wǎng)絡(luò)，以構(gòu)筑深層防御系統(tǒng)。虛擬自動化網(wǎng)絡(luò)中包含有不同的抽象層和可靠區(qū)域，可靠區(qū)域包括遠程接人區(qū)域、局部生產(chǎn)操作區(qū)域以及自動設(shè)備區(qū)域等，重點在于可靠區(qū)域的設(shè)計。（4）多總線集成多總線并存且相互競爭的局面由來已久，在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)這種局面還將繼續(xù)。多總線集成協(xié)同完成工業(yè)控制任務(wù)，是未來發(fā)展的趨勢。研究方向之一是通過使用代理機制，將單一總線系統(tǒng)中的設(shè)備映射到基于工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢（5）實時異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線通信進人工業(yè)控制領(lǐng)域的趨勢無可置疑。通過有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)融合、廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)集成來構(gòu)建實時異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，是未來發(fā)展的趨勢。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)既是一個開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一個全分布控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶,掛接在總線上,作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并通過組態(tài)進一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化以及測、控、管一體化的綜合自動化功能。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是一個以智能傳感器、自動控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為主要內(nèi)容的多學(xué)科交叉的新興技術(shù)，在過程自動化、制造自動化、樓宇自動化、交通、電力等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，被譽為21世紀(jì)最有希望的自動化技術(shù)。項目實施在3C面板行業(yè)中，上游的檢測設(shè)備往往需要和下游的下料機進行聯(lián)動，此時需要上下游設(shè)備的兩臺PLC建立通信連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，才可相互配合完成動作要求。此次任務(wù)設(shè)定上下游設(shè)備都使用信捷XL5N，并以如圖方式進行連接。1.查閱資料，寫出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主流的通信協(xié)議有哪些。此實驗任務(wù)可使用的通信協(xié)議有哪些？2.網(wǎng)絡(luò)拓撲是什么？工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中常用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)有哪幾種？此實驗任務(wù)采用的拓撲結(jié)構(gòu)是？3.假設(shè)其中一臺PLC的IP地址設(shè)置為“0”，則另一臺PLC的IP地址應(yīng)設(shè)置為____.____.____.20，才可使兩臺PLC能夠進行數(shù)據(jù)通信。項目實施4.上游設(shè)備在按下啟動按鈕X0后，輸出M100由初始位置運動到檢測位，在檢測位停留2秒后檢測完成，輸出M101使其運動至下料位并輸出可下料信號M0，等待下游設(shè)備下料完成信號置位后輸出M102返回初始位置。下游設(shè)備通過Modbus通信協(xié)議讀取上游設(shè)備的M0狀態(tài)，當(dāng)可下料信號M0置位后，下游設(shè)備輸出M100執(zhí)行下料動作，設(shè)定下料動作執(zhí)行3秒后下料完成并輸出下料完成信號M1，下游設(shè)備輸出M101返回待料位，輸出3秒后返回至待料位，等待下一個可下料信號M0到來再次執(zhí)行下料動作。請按該動作要求完成PLC編程。項目小結(jié)本章主要講述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概念，項目小結(jié)如圖所示。思考與練習(xí)1.簡述現(xiàn)場總線的優(yōu)點。2.影響工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的實時性和有效性的因素有哪些？3.工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵問題？Thanks.

北京新大陸時代科技有限公司服務(wù)熱線：400-860-0591網(wǎng)

址：址：地址：福建省福州市馬尾區(qū)儒江西路1號新大陸科技園新大陸教育公眾號新大陸校企合作公眾號Python開發(fā)基礎(chǔ)案例引入串口通信是基于串行傳輸協(xié)議的一種通信方式，它通過串口設(shè)備與目標(biāo)設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。串口通信的優(yōu)點是簡單易用、成本低廉、通用性強、可擴展性好。串口通信的應(yīng)用非常廣泛，包括工業(yè)控制、儀器儀表、傳感器等領(lǐng)域。在工業(yè)控制中，可以用于實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集和控制，實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)線。在儀器儀表中，可以用于實現(xiàn)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)智能化的儀器儀表。在傳感器中，可以用于實現(xiàn)傳感器之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)智能化的傳感器系統(tǒng)。職業(yè)能力目標(biāo)能夠應(yīng)用Python開發(fā)串口調(diào)試助手，實現(xiàn)兩個串口間的數(shù)據(jù)交互。能夠應(yīng)用Python開發(fā)點對點通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)在呼叫雙方的信息匹配時建立通信連接，完成數(shù)據(jù)交互，并可在數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示數(shù)據(jù)交互狀態(tài)。學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉Python基礎(chǔ)語法及應(yīng)用理解串口通信的接口方式、通訊方式及數(shù)據(jù)格式理解通信交互的前提條件及實現(xiàn)流程Python開發(fā)基礎(chǔ)12Python介紹Python基礎(chǔ)語法3Python庫應(yīng)用Python介紹Python是一種強大的解釋型高級程序設(shè)計語言，它既擁有傳統(tǒng)編譯器的功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的腳本編寫，使得開發(fā)者可以輕松實現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)。由于其易于學(xué)習(xí)、功能強大且開發(fā)成本低廉的特點，這種編程語言已經(jīng)成為當(dāng)今程序開發(fā)人員最喜愛的編程語言之一。同時，Python被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)，可用來做簡單的文字處理，也可用作圖像分析，在Web網(wǎng)頁和游戲開發(fā)中同樣占據(jù)一席之地，甚至是在航天飛機的控制場合上也能看到Python的身影。Python基礎(chǔ)語法python使用相同的縮進來表示同一個代碼塊，而不是使用大括號{}，若程序代碼縮進不一致，將會導(dǎo)致運行結(jié)果偏差。當(dāng)兩個if語句縮進不同時，代碼1如下。01

行與縮進Python基礎(chǔ)語法此時if(c>b)不是if(a>b)內(nèi)的代碼塊，即當(dāng)a<b時，if(c>b)語句依然執(zhí)行，示例定義c=4大于b=3,故輸出c>b，運行結(jié)果如下所示。當(dāng)兩個if語句縮進相同時，代碼2如下。Python基礎(chǔ)語法此時if(c>b)是if(a>b)內(nèi)的代碼塊，即當(dāng)a<b時，if(c>b)語句不執(zhí)行，示例定義a=2小于b=3,不滿足a>b的前提條件，故即使c>b條件滿足，if(c>b)語句無法執(zhí)行，運行結(jié)果如下所示。此處示例將兩段除if語句縮進不同，其余都相同的程序進行對比，能夠看出縮進不同會導(dǎo)致運算規(guī)則不同，從而使運行結(jié)果存在差異。Python基礎(chǔ)語法函數(shù)是定義好的，能夠重復(fù)調(diào)用的，用于實現(xiàn)單一或關(guān)聯(lián)的代碼段。函數(shù)使得應(yīng)用模塊化，并能夠提高代碼的重復(fù)利用率，從而提升整體的編程效率。Python自帶了許多內(nèi)建函數(shù)，例如print()。但也可以自己創(chuàng)建函數(shù)，稱為用戶自定義函數(shù)。此處自定義了一個兩者之間取最小值的函數(shù)為例，代碼如下02

def定義函數(shù)Python基礎(chǔ)語法其他python文件（稱為模塊module）的導(dǎo)入離不開import語句，可將模塊中定義的類、方法及變量進行復(fù)用，從而實現(xiàn)高效編程。package：包，定義了一個由子包和模塊組成的python應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境，簡單來說就是一個有層次的文件目錄結(jié)構(gòu)。module：模塊，簡單來說就是.py文件。03

import導(dǎo)入Python基礎(chǔ)語法（1）importmodule_name（導(dǎo)入一個模塊）在module2.py中定義一個函數(shù)用于判斷此模塊是否被執(zhí)行，當(dāng)module2.py被成功執(zhí)行時輸出“module2”，代碼如下。在module1.py中導(dǎo)入module2模塊并執(zhí)行函數(shù)printself()，代碼如下。Python基礎(chǔ)語法當(dāng)使用了importmodule2語句后，module1.py能夠調(diào)用module2.py模塊中的函數(shù)，但不能直接調(diào)用printself(),而是需要模塊名稱“module2”作為一個對象，從而調(diào)用模塊對象下的方法printself。運行結(jié)果如下所示。Python基礎(chǔ)語法（2）frompackage_nameimportmodulename（導(dǎo)入指定包中的指定模塊）將原先module1.py中import代碼改為fromimport，代碼如下。當(dāng)使用了frommodule2import*語句后，module1.py能夠調(diào)用module2.py模塊中的函數(shù)，并可直接調(diào)用module2模塊中的printself()，無需將模塊作為對象。運行結(jié)果如下所示。Python基礎(chǔ)語法for循環(huán)為有限循環(huán)，始終需要指定一個有限的循環(huán)次數(shù)，常用于遍歷字符串、列表、元組、字典、集合等序列類型，逐個獲取序列中的各個元素。此處采用for迭代變量in對象，代碼如下。04for循環(huán)采用for…in…可直接將數(shù)組寫入變量中，運行結(jié)果如下所示。Python庫應(yīng)用Python是一個依賴強大的組件庫完成對應(yīng)功能的語言，技術(shù)人員為了實現(xiàn)便捷高效的編程，打造了各式各樣的工具庫并向大眾公開使用，隨著庫的廣泛使用以及其功能的強大，越來越多的庫已經(jīng)成為Python的標(biāo)準(zhǔn)庫。本章主要介紹newfa庫的應(yīng)用，newfa庫是將其它第三方庫重新進行整合，以更加簡單易懂的方式呈現(xiàn)，其中包含net、system和ui三部分，分別用于串口、定時器和界面開發(fā)。Python庫應(yīng)用

1、net包net包中包含了基于serial的串口函數(shù)，如校驗列表函數(shù)、串口列表函數(shù)及串口類。其中，串口類涵蓋了構(gòu)造函數(shù)、打開函數(shù)、關(guān)閉函數(shù)、發(fā)送函數(shù)及接收函數(shù)，主要用于串口開關(guān)及參數(shù)的配置。Python庫應(yīng)用（1）校驗列表函數(shù)調(diào)用后返回校驗類型。（2）串口列表函數(shù)首先用list_ports()函數(shù)將目前電腦所連接的端口號賦值給變量ports，然后新建一個數(shù)組變量plist用于存放連接端口號。接著使用for…in…語句，將變量ports中的端口號依次加入到數(shù)組plist中，最后返回數(shù)組plist。Python庫應(yīng)用（3）串口類串口類主要包含五個函數(shù)，分別為打開、關(guān)閉、發(fā)送、接收和默認的構(gòu)造函數(shù)。①構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)中定義了對象的參數(shù)，用于將串口配置參數(shù)初始化。其中串口號為傳入?yún)?shù)，其余參數(shù)在構(gòu)造函數(shù)中賦默認值。該函數(shù)中的參數(shù)在打開函數(shù)中會得到調(diào)用，即在串口打開前將該函數(shù)中配置的默認參數(shù)賦值給串口。Python庫應(yīng)用②打開函數(shù)打開函數(shù)賦予了串口能夠被識別并與其他串口進行通信的功能。如果要實現(xiàn)串口間的傳輸，優(yōu)先調(diào)用打開函數(shù)，該函數(shù)在導(dǎo)入模塊后直接調(diào)用即可生效，例如以下代碼，其中com串口.打開即調(diào)用了打開函數(shù)。③關(guān)閉函數(shù)關(guān)閉函數(shù)可使串口不再與其他串口進行通信。如果想要終止串口間的數(shù)據(jù)傳輸，執(zhí)行關(guān)閉函數(shù)。關(guān)閉函數(shù)與打開函數(shù)的調(diào)用方式一致，只需導(dǎo)入模塊即可直接調(diào)用。Python庫應(yīng)用④發(fā)送函數(shù)發(fā)送函數(shù)用于串口間的數(shù)據(jù)傳輸，并將要發(fā)送的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換為bytes類型。在調(diào)用發(fā)送函數(shù)時，需要附上要發(fā)送的內(nèi)容，例如要發(fā)送文本框內(nèi)的數(shù)據(jù)，則需要讀取文本框的內(nèi)容再填入發(fā)送函數(shù)進行發(fā)送，代碼如下，其中com串口.發(fā)送（txt_send.讀?。┘凑{(diào)用了發(fā)送函數(shù)將讀取的文本框數(shù)據(jù)傳輸給對應(yīng)的串口。Python庫應(yīng)用⑤接收函數(shù)接收函數(shù)用于串口間的數(shù)據(jù)傳輸。常將串口接收的數(shù)據(jù)顯示出來，代碼如下，其中com串口.接收即為調(diào)用接收函數(shù)后接收到的數(shù)據(jù)，通過txt數(shù)據(jù)記錄.寫入（）函數(shù)將接收的數(shù)據(jù)顯示在文本框內(nèi)。Python庫應(yīng)用2.System包System包中包含基于threadingTimer的定時器函數(shù)和基于crcmod包開發(fā)用于modbus的crc-16校驗計算函數(shù)。Python庫應(yīng)用①定時器函數(shù)定時器類中定義了啟動、停止及構(gòu)造函數(shù)，其中構(gòu)造函數(shù)初始化默認類所需的定時間隔和回調(diào)函數(shù)。在啟動函數(shù)中定義了子函數(shù)運行，當(dāng)啟動運行時打開定時器并按照設(shè)定的時間運行。在停止函數(shù)中將當(dāng)前對象定時器的允許運行設(shè)為False。Python庫應(yīng)用②crc-16校驗計算函數(shù)crc-16校驗碼計算函數(shù)就是對modbus協(xié)議數(shù)據(jù)進行計算輸出一個校驗值，是一個16位數(shù)據(jù)，低8位在前，高8位在后。Python庫應(yīng)用

3、ui包ui包中包含基于tkinter的下拉列表、單選框、按鈕、文本框、標(biāo)簽、框架、窗口和輸入框函數(shù)。Python庫應(yīng)用（1）窗口窗口函數(shù)中定義窗口類，在窗口類中可通過標(biāo)題、寬高、位置、背景色、允許縮放和運行方法對窗口進行定義及修改。首先使用fromimport導(dǎo)入窗口函數(shù)，然后實例化對象main_win，在實例化時設(shè)置窗口的標(biāo)題和寬高，也可通過調(diào)用窗口方法對窗口main_win進行縮放配置及運行。代碼及結(jié)果如下。Python庫應(yīng)用（2）標(biāo)簽標(biāo)簽函數(shù)中定義了標(biāo)簽類，可使用標(biāo)簽類設(shè)置文本。在窗口代碼的基礎(chǔ)上，將窗口寬增加到400。首先實例化一個在窗口main_win中的標(biāo)簽label1，標(biāo)簽文本為“標(biāo)簽1”并使用表格定位將其定位在（0，0）的位置，同理實例化標(biāo)簽label2并設(shè)置表格定位位置為（1，1）。代碼及運行結(jié)果如下。Python庫應(yīng)用（3）框架框架函數(shù)中定義了框架類，可使用框架劃分的區(qū)域，用于組織功能相似的組件。在標(biāo)簽代碼的基礎(chǔ)上進行編輯，首先導(dǎo)入框架函數(shù)，并在實例化標(biāo)簽前實例化一個標(biāo)題為“框架”的框架，并使其定位在（0,0）位置。更改標(biāo)簽label1、label2的父容器為框架frame1，使得標(biāo)簽label1、label2被置于父容器框架frame1內(nèi)。Python庫應(yīng)用框架函數(shù)代碼及其運行結(jié)果如下。Python庫應(yīng)用（4）按鈕按鈕函數(shù)定義了按鈕類，可創(chuàng)建一個自定義大小、用鼠標(biāo)單擊可以觸發(fā)綁定事件的部件。在標(biāo)簽的代碼上進行編輯，首先導(dǎo)入按鈕函數(shù)，然后定義一個顯示標(biāo)簽方法，在顯示標(biāo)簽方法內(nèi)定義在（1，1）的位置顯示內(nèi)容為“按鈕按下”的標(biāo)簽，接著實例化顯示文本為“按鈕”的按鈕，寬5高2，觸發(fā)事件為顯示標(biāo)簽方法的btn按鈕對象，最后設(shè)置按鈕btn在（0，0）的位置。Python庫應(yīng)用按鈕函數(shù)代碼及其運行結(jié)果如下。Python庫應(yīng)用（5）文本框文本框函數(shù)定義了文本框類。文本框類中主要提供了寫入和讀取方法。文本框案例使用到窗口、標(biāo)簽、按鈕及文本框的函數(shù)，首先導(dǎo)入所需的函數(shù)，實例化窗口并配置，然后創(chuàng)建一個值為‘ABC’的中間變量w_data。然后實例化文本框并設(shè)置文本框text位置及尺寸。接著定義讀取和寫入函數(shù)，分別用于文本框內(nèi)容的讀取和寫入并在執(zhí)行函數(shù)后在設(shè)定位置顯示標(biāo)簽，最后通過寫入和讀取按鈕實現(xiàn)文本框相關(guān)功能。Python庫應(yīng)用文本框函數(shù)代碼如下。Python庫應(yīng)用文本框函數(shù)運行結(jié)果如下，啟動時窗口狀態(tài)如圖所示，包含1個文本框，1個“寫入”按鈕，一個“讀取”按鈕。Python庫應(yīng)用按下“寫入”按鈕后在文本框內(nèi)寫入中間變量w_data，即“ABC”，并在按鈕下方顯示寫入數(shù)據(jù)標(biāo)簽。結(jié)果如圖所示。Python庫應(yīng)用在文本框ABC后輸入“1111”并單擊“讀取”按鈕，顯示標(biāo)簽并將讀取到的文本框內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示在規(guī)定的位置。結(jié)果如圖所示。Python庫應(yīng)用（6）單選框單選框定義了單選框類，可創(chuàng)建一個帶標(biāo)題的多個選項框架。單選框案例使用到窗口、單選框的函數(shù)，首先導(dǎo)入所需的函數(shù)，實例化窗口并配置，再將單選框?qū)嵗⒃O(shè)置單選框位置，即可得到一個帶標(biāo)題的多選項框架，實現(xiàn)單選功能。Python庫應(yīng)用單選框函數(shù)代碼如下。Python庫應(yīng)用運行結(jié)果如圖所示。窗口內(nèi)顯示有標(biāo)題為“1、單選框”的框架，并包含了“A”、“B”、“C”、“D”四個選項可選擇。Python庫應(yīng)用（7）下拉列表下拉列表函數(shù)定義了下拉列表類，并提供了讀值和默認項的設(shè)置方法。下拉列表案例應(yīng)用了窗口、標(biāo)簽、按鈕及下拉列表函數(shù)。導(dǎo)入函數(shù)后實例化窗口，實例化下拉列表并定義下拉選項及列表位置，之后定義讀取按鈕，調(diào)用顯示命令將當(dāng)前選中的選項顯示在設(shè)定位置。Python庫應(yīng)用下拉列表函數(shù)代碼如下。Python庫應(yīng)用運行結(jié)果：窗口內(nèi)包含下拉列表選項及“讀值”按鈕，單擊下拉列表選項，出現(xiàn)“A”、“B”、“C”、“D”四個選項，單擊選項“C”，如圖所示。Python庫應(yīng)用單擊“讀值”按鈕，顯示標(biāo)簽將當(dāng)前選擇的選項顯示在設(shè)定的位置。如圖所示。Thanks.

北京新大陸時代科技有限公司服務(wù)熱線：400-860-0591網(wǎng)

址：址：地址：福建省福州市馬尾區(qū)儒江西路1號新大陸科技園新大陸教育公眾號新大陸校企合作公眾號串口通信應(yīng)用開發(fā)串口通信應(yīng)用開發(fā)串口通信應(yīng)用開發(fā)串口通信基本概念串口通信基本概念串口通信的概念比較簡單，它是一種異步串行通信，通信雙方以字符幀作為數(shù)據(jù)傳輸單位，字符幀按位依次傳輸，每個位占用的時間長度是固定的。兩個字符幀之間的傳輸時間間隔可以是任意的，也就是說在一個字符幀傳輸完成之后，一個字符幀可以在任意時間間隔后再進行傳輸。串口通信中，波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗這些參數(shù)尤為重要，兩個串口之間成功通信的前提就是這些參數(shù)必須匹配，即兩個串口的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗的配置必須相同。串口通信基本概念010203接口標(biāo)準(zhǔn)通信方式數(shù)據(jù)格式接口標(biāo)準(zhǔn)目前常見的串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)包括RS-232、RS-422、RS-485等，各接口之間的區(qū)別如表所示。RS-232是美國電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）制定的串行數(shù)據(jù)通信接口標(biāo)準(zhǔn)，其中RS是英文“RecomendStandard”的縮寫，中文翻譯為“推薦標(biāo)準(zhǔn)”，232是標(biāo)識號。該標(biāo)準(zhǔn)對串行通信的物理接口及邏輯電平都做了規(guī)定。（1）RS-232引腳接口的種類目前主流的接口形態(tài)是9pin-DB9連接器，根據(jù)接口類型可分為公頭和母頭兩種，如圖所示。01RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)公

頭母

頭（2）RS-232引腳定義及功能說明9針的RS-232引腳接口定義和功能說明如表所示。在工業(yè)控制中，RS-232接口一般只使用RXD（接收數(shù)據(jù)）、TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）、GND（接地）三條線。RS-232是計算機與通信工業(yè)應(yīng)用中最廣泛一種串行接口，它以全雙工方式工作，只能實現(xiàn)點對點的通信方式。但因其傳輸速率較低、傳輸距離有限、抗噪聲干擾性弱并且只允許點對點通信，使得RS-232標(biāo)準(zhǔn)無法適用于工業(yè)控制現(xiàn)場總線。接口標(biāo)準(zhǔn)RS-422標(biāo)準(zhǔn)是在RS-232的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它是為改進RS-232通信距離短、速率低的不足而提出的。RS-422標(biāo)準(zhǔn)定義了一種平衡通信接口，以差動的方式進行信號的發(fā)送和接收，這也成為RS-422傳輸距離遠的根本原因，也是RS-422與RS-232的根本區(qū)別。這種連接方式也使其最大傳輸速率達到10Mbit/s，同時最大傳輸距離達到4000英尺，而且允許在一條平衡總線上最多連接10個接收器。02RS-422接口標(biāo)準(zhǔn)RS-422和RS-485接口，沒有“標(biāo)準(zhǔn)”引腳定義的說法。因為RS-422和RS-485不具備標(biāo)準(zhǔn)接口，設(shè)備制造商根據(jù)自己的定義決定需要采用怎樣的接口，接口中使用哪些引腳。不過，作為RS-422和RS-485標(biāo)準(zhǔn)本身，定義了根據(jù)這兩個標(biāo)準(zhǔn)進行通信時所必須提供的信號線。RS-422采用的是4線模式，信號線定義如表所示：接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485標(biāo)準(zhǔn)同樣是為了彌補RS-232接口的不足而推出的新的接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用半雙工通信方式，同一時刻是能有一方處于發(fā)送狀態(tài)。其平衡發(fā)送和差分接收的特性也使得其具備了抑制共模干擾的能力。RS-485的傳輸距離最遠可達到1200米左右，并且可以在總線上進行聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)多機通信，允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。RS-485的信號分為兩種，分別是4線模式和2線模式。4線模式中各信號線定義如表所示。03RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)目前，在工業(yè)控制現(xiàn)場中，很少采用4線模式，因其只能實現(xiàn)點對點的通信方式，從而改用2線模式，這種接線方式為總線式拓撲結(jié)構(gòu)。2線模式中各信號線定義如表所示。接口標(biāo)準(zhǔn)通信方式在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個終端（如電腦和外設(shè)）之間進行傳送，根據(jù)數(shù)據(jù)流的傳輸方向可分為3種基本傳送方式：單工、半雙工和全雙工。單工通信：數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚴菃蜗虻?，一方固定為發(fā)送方，一方固定為接收方，在同一時間內(nèi)用一個傳輸線，只有一方能夠發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，不能實現(xiàn)雙向通信，常用于電視、打印機等。通信方式半雙工通信：數(shù)據(jù)傳輸方向是可雙向的，通信雙方即可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)，但是在同一時間內(nèi)只能由其中一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)雙向通信，它實際上是一種切換方向的單工通信。半雙工通信中每端需有一個收發(fā)切換開關(guān)，通過切換來決定數(shù)據(jù)向哪個方向傳輸，因為有切換，所以會產(chǎn)生時間延遲，信息傳輸效率就低些。半雙工通信既可以使用一條傳輸線，也可以使用兩條傳輸線，常用于對講機等。全雙工通信：數(shù)據(jù)傳輸方向是可雙向的，并且通信雙方能夠在同一時刻內(nèi)進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，它是兩個單工通信方式的結(jié)合，通信雙方都有發(fā)送器和接收器，發(fā)送和接收可同時進行，沒有時間延遲，信息傳輸效率高。全雙工模式使用兩條傳輸線，常用于電話通信等。數(shù)據(jù)格式串口通信的數(shù)據(jù)幀包含起始位、有效數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時（空閑狀態(tài)），此時通信線上為邏輯“1”。當(dāng)發(fā)送端要發(fā)送一個數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送一個邏輯“0”，這個低電平就是幀格式的起始位。作用是告訴接收端要開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。接收端檢測到這個低電平之后，就準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)信號。

數(shù)據(jù)格式有效數(shù)據(jù)位：傳輸開始后傳遞的需要接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)值，可以表示指令或數(shù)據(jù),低位（LSB）在前，高位（MSB）在后。奇偶校驗位：檢驗數(shù)據(jù)是否正確，校驗位是收發(fā)雙方預(yù)先約定好的有限制差錯檢驗的方式之一，分為NONE（無校驗位）/ODD（奇校驗）/EVEN（偶校驗）。

停止位：一個字符傳送結(jié)束的信號，也作為發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)信息