工业通信与网络技术11
工业控制网络与通信技术考核试卷
D. SCADA系统
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.工业控制网络的通信协议主要包括以下哪些？（）
A. Modbus
B. Profinet
C. HTTP
D. OPC
2.工业控制网络的物理层介质主要包括以下哪些？（）
A.交换机
B.路由器
C.集线器
D.网桥
10.以下哪种技术可实现工业控制网络的远程监控？（）
A. VPN
B. DNS
C. DHCP
D. FTP
11.在工业控制网络中，以下哪种通信方式适用于传输距离较近的场景？（）
A.光纤通信
B.无线通信
C.有线通信
D.同轴电缆通信
12.关于工业控制网络的可靠性，以下哪项描述是正确的？（）
8.工业控制网络的冗余设计是为了提高网络的传输速率。（）
9.工业控制网络的远程监控可以通过公共互联网实现。（）
10.在工业控制网络中，所有的智能设备都可以直接与上级系统进行通信。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简述工业控制网络与普通数据网络的主要区别，并说明工业控制网络在实时性、可靠性和安全性方面的要求。
B. CAN
C. DeviceNet
D. TCP/IP
9.以下哪些技术可以用于工业控制网络的远程访问？（）
A. VPN
B. SSH
C. Telnet
D. VNC
10.工业控制网络中的时间同步技术主要包括以下哪些？（）
A. NTP
B. IEEE 1588
C. SNTP
D. GPS
工业自动化系统专业课程设置
工业自动化系统专业课程设置介绍工业自动化系统专业课程设置旨在培养学生在工业自动化系统领域的专业知识和技能。
本专业课程设置涵盖了工业自动化系统的基础理论、实践技术和应用场景等方面的内容，旨在为学生提供全面的工业自动化系统知识体系，以满足工业自动化行业的需求。
课程目标- 了解工业自动化系统的基本概念和原理；- 研究工业自动化系统的基础理论和主要技术；- 掌握工业自动化系统的设计、安装和调试方法；- 熟悉工业自动化系统的运行维护和故障诊断技术。
课程设置1. 工业自动化系统导论- 介绍工业自动化系统的基本概念和发展历程。
2. 传感器技术与信号处理- 研究传感器技术的原理和应用，以及信号处理的基本方法。
3. 控制系统理论与设计- 掌握控制系统的基本原理和设计方法，在课程实践中进行控制系统的设计和仿真。
4. 电气与电子技术基础- 研究电气与电子技术的基本知识，包括电路原理、电子元器件和电气设备等方面。
5. 工业通信与网络技术- 研究工业通信和网络技术的应用，包括现场总线、工业以太网和无线通信等方面。
6. 运动控制技术- 研究运动控制系统的原理和应用，包括伺服控制和步进控制等方面。
7. 工业自动化系统设计与实践- 结合实际案例，进行工业自动化系统的设计和实践，包括系统框架设计和软件开发等方面。
实践环节除了理论课程，还将设置实践环节，让学生能够在实际项目中应用所学的理论知识和技术。
实践环节包括实验室实践、工程项目实践和企业实等形式，以提高学生的实际操作能力和问题解决能力。
结束语工业自动化系统专业课程设置旨在培养学生具备工业自动化系统领域的专业知识和技能，以满足工业自动化行业的需求。
本文档介绍了课程目标和设置，以及实践环节的安排。
希望这份课程设置能够为学生提供全面和实用的培训，使他们能够胜任相关工作并为工业自动化领域的发展做出贡献。
2016年工业网络与通信技术复习题11.25
网络控制系统复习题一，填空题1.现场总线PROFIBUS决定数据通信的是(主站)PROFIBUS-PA总线两端各有一个（无源的总线终端器）MBP数据传输技术可以用于（PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA）S7-300CPU最多可以扩展到（8）个模板。
2.主站发送同步命令后,将所编址的(从站的输出数据)锁定在当前状态下. 在一条总线上的设备比经过网桥或路由的设备具有( 更好的)实时性。
3.主站发送锁定命令后,将(从站的输入数据)锁定在当前状态下。
4 PROFIBUS协议主要由3部分组成 DP, PA, FMS。
5 MPI网络的通信速率为：19.2 kbit/s-12Mbit/s。
6.利用OLM模块（只支持总线型、冗余环型、星型）网络拓朴结构.发送同步命令后,将所编址的(从站的输出数据)锁定在当前在的状态下。
7.一个S7-300在最多可以有一个主机架和(3)扩展机架FC和FB的临时变量存储在系统的( 本地数据堆栈)中PROFIBUS总线每个段上最多可接多少个站（ 32）。
8.PROFIBUS-DP用了OSI模型中的( 第一、二层和用户接口)。
9. FB有静态变量存储在（背景数据块）中。
一个多主系统中,下面哪个说法正确(主站之间采用令牌方式 )。
RS485 的数据传输采用（NRZ(不归零）编码。
10. PROFINET是基于(工业以太网技术)的自动化总线标准。
局部符号可以在(对其进行定义的块)使用。
PROFIBUS－DP总线两端有（有源的总线终端电阻）每个数字量模块的地址寄存器自动按(4)个字节分配。
背景数据块可以被(所有块)使用。
11. PROFIBUS-DP总线站地址最大可为（126）。
一类主站典型的是（中央控制器）。
主站和从站之间循环通信采用（点对点）通信。
12 点对点连接，严格地来说，点对点连接并不是网络技术。
13 10Base-5使用粗同轴电缆，最大网段长度为500 米，基带传输方法。
工业通讯与网络习题
习题（一）一、判断题（每空2分，共20分）1.工业控制网络是计算机网络技术、通信技术与控制技术相结合的产物。
（）2.模拟信号传输的优点是精度高，但易受干扰。
（）3.实时性表现在对外部事件能及时地响应并做出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。
（）4.现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。
（）5.在涉及系统实际数据传送能力时，使用比特率。
（）6.曼彻斯特码属于不归零码。
（）7.基带网的线路工作方式一般只能为双工方式。
（）8.网络层负责将逻辑地址和名字转化为物理地址，交给数据链路层处理。
（）9.在异步TDM中，时间片是预先分配好的。
（）10.共享式局域网是各站点共享传输媒介的带宽。
（）二、选择题（每题2分，共20分）1、通信是两点或多点之间借助某种传输介质以（）形式进行信息交换的过程。
A、十进制B、二进制C、八进制D、十六进制2、香农公式的正确表达方式是（）。
A、B、C、D、3、下述选项中不属于模拟数据编码方式的是（）。
A、时间键控（TSK）B、幅移键控（ASK）C、频移键控（FSK）D、相移键控（PSK）4、下述选项中不属于HART通信协议层次的是（）。
A、物理层B、数据链路层C、传输层D、应用层5、为了保持发送设备和接收设备的同步，HART采用的通信模式是（）。
A、异步模式B、同步模式C、并行模式D、串行模式6、HART通信协议支持的设备类型有（）。
A、主设备B、从设备C、成组模式从设备D、主设备、从设备、成组模式从设备7、下述选项中，不属于HART协议的三种帧的是（）。
A、主设备到从设备或成组模式从设备的帧B、从设备到成组模式从设备的帧C、从设备到主设备的帧D、成组模式从设备到主设备的帧8、实现数字数据的模拟传输的通信设备是（）A、路由器B、交换机C、网卡D、调制解调器9、通信系统按通信方式分为三种，它们是（）A、单工B、半双工C、双工D、以上都对10. 计算机网络通信中传输的是（）。
通信网络安全防护管理办法-工业和信息化部令第11号
通信网络安全防护管理办法正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 工业和信息化部令（第11号）《通信网络安全防护管理办法》已经2009年12月29日中华人民共和国工业和信息化部第8次部务会议审议通过，现予公布，自2010年3月1日起施行。
部长李毅中二〇一〇年一月二十一日通信网络安全防护管理办法第一条为了加强对通信网络安全的管理，提高通信网络安全防护能力，保障通信网络安全畅通，根据《中华人民共和国电信条例》，制定本办法。
第二条中华人民共和国境内的电信业务经营者和互联网域名服务提供者（以下统称“通信网络运行单位”）管理和运行的公用通信网和互联网（以下统称“通信网络”）的网络安全防护工作，适用本办法。
本办法所称互联网域名服务，是指设置域名数据库或者域名解析服务器，为域名持有者提供域名注册或者权威解析服务的行为。
本办法所称网络安全防护工作，是指为防止通信网络阻塞、中断、瘫痪或者被非法控制，以及为防止通信网络中传输、存储、处理的数据信息丢失、泄露或者被篡改而开展的工作。
第三条通信网络安全防护工作坚持积极防御、综合防范、分级保护的原则。
第四条中华人民共和国工业和信息化部（以下简称工业和信息化部）负责全国通信网络安全防护工作的统一指导、协调和检查，组织建立健全通信网络安全防护体系，制定通信行业相关标准。
各省、自治区、直辖市通信管理局（以下简称通信管理局）依据本办法的规定，对本行政区域内的通信网络安全防护工作进行指导、协调和检查。
工业和信息化部与通信管理局统称“电信管理机构”。
第五条通信网络运行单位应当按照电信管理机构的规定和通信行业标准开展通信网络安全防护工作，对本单位通信网络安全负责。
《工业网络与SCADA技术》课程标准
《工业网络与SCADA技术》课程标准一、课程定位《工业网络与SCADA技术》是智能制造专业的一门专业核心课程，以工业网络技术,计算机网络技术、工业控制编程技术，计算机编程技术为基础，以培养优秀的工业系统维护人员为目标。
课程主要讲授SCADA系统概述、工业网络基础、计算机网络基础、工业硬件及编程、SCADA系统集成和工业安全。
在讲述基础知识的同时，包含概念解析视频、交互式动画和现场技能实拍，用于培养学生的动手能力，使学生在学到理论知识的同时•，掌握相关技术的实际操作，真正做到学以致用。
前导课程：《工业网络基础》、《计算机网络基础》、《PLC编程》、《计算机编程基础》后续课程：《智能制造原理及实现》二、课程目标1.知识目标1）掌握SCADA系统的组成、架构及应用2）了解常见的数据传输模式、接口3）掌握常见的工业网络结构与工业通讯的协议及其应用4）掌握计算机网络组成和计算机网络体系结构5）掌握TCP、UDP、ICMP协议的应用6）了解计算机结构定义、组成及应用7）掌握工业设备组成、架构和控制逻辑8）掌握设备故障的基本类型以及应对方法9）了解操作员站编写组成、运行原理和应用10）掌握数据采集和修改方法11）掌握现场设备集成及系统设备信息化集成方法12）了解工业功能安全和工业系统安全13）掌握生产基本的生产事故预防和突发状态处理方法2.能力目标D能够正确选择数据传输方式及工业通讯协议；2）能够采用计算机网络协议进行通信；3）能够选择合适的工业设备并进行编程；4）能够利用数控加工技术正确加工工件；5）能够对工业设备故障进行简单的检修及协作处理；6）能够搭建设备信息化集成架构，7）能够对集成点进行定位和改造8）能够对工业系统运行有一定的维护能力。
3.素质目标D具有工业网络技术维护、集成的基本素质及安全意识，能遵守不同设备的相关安全条款。
2）具有严谨科学的做事态度和良好的行为规范。
3）具备独立思考与解决问题的能力。
工业通信网络PPT课件
（4）服务器和客户端：服务器提供智能设备的相关数据，客户端则作为 数据使用方从服务器请求服务。即服务器总是等待客户端发出数据访问。
（5）编程通信和数据通信
编程通信：使用编程软件，通过各种网络，最终多S7-200的CPU进行各 种编程操作。
数据通信：S7-200PLC之间或与其他通信对象之间，进行数据通信的，
.
13
8.3 S7-200PLC通信网络概述
8.3.1西门子公司网络结构
.
14
8.3.2S7-200PLC支持的通信协议 1.通信协议及几个基本概念
1）通讯协议
协议类型
端口位置 接口类型 传输介质 通信速率bit/s
PPI
MPI PROFIBUSDP
S7协议 AS-i USS
EM241
CPU口 0/1
（5）带编程口的连接器提供方便的诊断和编程工具连
接接口。
.
21
8.3 S7-200PLC通信网络概述
8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件
3. 通信距离和中继器
1）网端通信最大长度
波特率 9.6k~187.5k
非隔离的PLC通信接口 中继器或EM277模块
50m
1000m
500k
不支持
400m
.
20
8.3 S7-200PLC通信网络概述
8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件
2. 网络连接器
•网络连接器的类型：
•网络连接器的优点：
（1）连接器中集成有终端电阻，可以方便地接入或去 除；
（2）可以快速方便地连接数据线和屏蔽线；
（3）提供独立的输入和输出电缆接口；
（4）当接入终端电阻时，输出电缆端自动隔离；
工业和信息化部令第11号《通信网络安全防护管理办法》解读
中华人民共和国工业和信息化部令第 11 号《通信网络安全防护管理办法》已经2009年12月29日中华人民共和国工业和信息化部第8次部务会议审议通过，现予公布，自2010年3月1日起施行。
部长李毅中二〇一〇年一月二十一日通信网络安全防护管理办法第一条为了加强对通信网络安全的管理，提高通信网络安全防护能力，保障通信网络安全畅通，根据《中华人民共和国电信条例》，制定本办法。
第二条中华人民共和国境内的电信业务经营者和互联网域名服务提供者（以下统称“通信网络运行单位”）管理和运行的公用通信网和互联网（以下统称“通信网络”）的网络安全防护工作，适用本办法。
本办法所称互联网域名服务，是指设置域名数据库或者域名解析服务器，为域名持有者提供域名注册或者权威解析服务的行为。
本办法所称网络安全防护工作，是指为防止通信网络阻塞、中断、瘫痪或者被非法控制，以及为防止通信网络中传输、存储、处理的数据信息丢失、泄露或者被篡改而开展的工作。
第三条通信网络安全防护工作坚持积极防御、综合防范、分级保护的原则。
第四条中华人民共和国工业和信息化部（以下简称工业和信息化部）负责全国通信网络安全防护工作的统一指导、协调和检查，组织建立健全通信网络安全防护体系，制定通信行业相关标准。
各省、自治区、直辖市通信管理局（以下简称通信管理局）依据本办法的规定，对本行政区域内的通信网络安全防护工作进行指导、协调和检查。
工业和信息化部与通信管理局统称“电信管理机构”。
第五条通信网络运行单位应当按照电信管理机构的规定和通信行业标准开展通信网络安全防护工作，对本单位通信网络安全负责。
第六条通信网络运行单位新建、改建、扩建通信网络工程项目，应当同步建设通信网络安全保障设施，并与主体工程同时进行验收和投入运行。
通信网络安全保障设施的新建、改建、扩建费用，应当纳入本单位建设项目概算。
第七条通信网络运行单位应当对本单位已正式投入运行的通信网络进行单元划分，并按照各通信网络单元遭到破坏后可能对国家安全、经济运行、社会秩序、公众利益的危害程度，由低到高分别划分为一级、二级、三级、四级、五级。
现场总线工业通信基础(精)
2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang yanfen
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
循环冗余校验（CRC,Cyclic Redundancy Check）
一种通过多项式除法检测错误的方法。
检错思想 校验和计算方法
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
如何提高通信质量？
采用差错控制方法
一种软的控制技术。它容忍差错的存在，但能够发现，并设法加以 纠正。这是普遍采用的提高通信质量的方法。
原理 检测码 纠错码
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
3. 数据传输
数据传输方式
在数据通信系统中，各种处理工作都是在一定的时序脉冲控制下 进行的，收发端工作的协调一致性是实现信息传输的关键，这就 是数据通信系统中的传输同步问题。
并行通信 串行通信
异步传输和同步传输是解决串行通信同步传输的方法。
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2.1 工业网络通信基础
3. 数据传输 数据传输方式
异步传输
异步传输使用的是字符同步方式。
同步传输
●工业网络与通信
基础知识
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工业网络通信及组态技术--S7-1200与S7-300之间的以太网通信
图4-29 添加连接
图4-30 建立 S7 连接
“S7_Connection_1”为建立的连接，选中连接，在属性的“General”条目中定义连接对方 S7-1200PN 口的IP地 址，如下图4-31所示；
图4-31 定义连接对方的 IP 地址
定义通讯双方的 TSAP 号，如图4-32所示；连接 ID 号，如图4-33所示。 注意：S7-1200预留给S7连接两个TSAP地址：03.01和03.00
图4-22 建立 S7 连接
图4-23 定义连接对方的 IP 地址
定义通讯双方的 TSAP 号，如图4-24所示；连接 ID 号，如图4-25所示；注意：S7-300 预留给 S7 连接 TSAP 地址：03.02；如果通信伙伴是 S7-400 ，则要根据 CPU 槽位来决定 TSAP 地址,例如: CPU400 在 3 号槽，则 TSAP 地址为 03.03。
任务描述
（2）当S7-300作为客户端，S7-1200作为服务器，需在客户端单边 组态连接和编程，而作为服务器端的S7-1200只需准备好通信的数据 以及V4.0版本以上CPU需要激活连接机制。所完成的通信任务： ① S7-300 CPU 读取 S7-1200 CPU中 DB1 的数据到 S7-300 的 DB3 中。 ② S7-300 CPU 将本地 DB4 中的数据写到 S7-1200 CPU中 DB2 中。
图4-24 定义通讯双方的 TSAP 号 配置完网络连接，如图4-26所示，编译保存并下载。
图4-25 连接 ID 号 图4-26 通讯连接状态
（3）软件编程
在OB1中，从“Instruction” >“Communication” >“S7 Communication”下，调用 Get、Put 通信指令，创建接收和 发送数据块 DB3 和 DB4，定义成 101个字节的数组，程序调用如下图4-27所示。
十一种工业实时以太网系统结构概论
种主要类型的现场总线、工业以太网和实时以太网，具体类
型详见表 １。 表１ ＩＥＣ６１１５８ Ｅｄ．４ 现场总线类型
表 １ 中的 Ｔｙｐｅ１ 是原 ＩＥＣ６１１５８ 第一版技术规范的内容， 由于该总线主要依据 ＦＦ 现场总线和部分吸收 ＷｏｒｌｄＦＩＰ 现场 总线技术制定的，所以经常被理解为ＦＦ现场总线。Ｔｙｐｅ２ ＣＩＰ （Ｃｏｍｍｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）包括 ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔ现场 总线和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ实时以太网。Ｔｙｐｅ６ ＳｗｉｆｔＮｅｔ现场总线由 于市场推广应用很不理想，在第四版标准中被撤消。Ｔｙｐｅ１４ 是我国的ＥＰＡ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｆｏｒ Ｐｌａｎｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）实时以太网。 ２００５ 年 １２ 月 ＥＰＡ 正式进入 ＩＥＣ６１１５８ 第四版标准，成为 ＩＥＣ
的网段是第一网段（一组从站），同时该网段可通过总线耦 合器扩展更多网段。在此基础上，开发了 ＩＮＴＥＲＢＵＳ ＴＣＰ／ ＩＰ 实时以太网，在 ＩＮＴＥＲＢＵＳ 通信协议中，予定义的 ６／２ 行 规中规定：通过 ＡＲ－Ｓｅｎｄ－Ｄａｔａ－Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ 可以透明访问 ＩＮＴＥＲＢＵＳ 设备，它适合于带有其他协议栈如 ＴＣＰ／ＩＰ 和基 于 ＴＣＰ／ＩＰ 应用程序的设备，该协议栈使用 ＡＲ－Ｓｅｎｄ－Ｄａｔａ－ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ 而不影响行规定义。
图３ Ｐ－ＮＥＴ ｏｎ ＩＰ实时以太网系统结构
４．４ ＩＮＴＥＲＢＵＳ ＴＣＰ／ＩＰ 实时以太网
ＩＮＴＥＲＢＵＳ 现场总线早在 １９８４ 年就由德国 Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎ－ ｔａｃｔ公司研发，并得到Ｉｎｔｅｒｂｕｓ ｃｌｕｂ国际组织的支持。ＩＮＴＥＲ－ ＢＵＳ 在全球有 １０００ 多家总线设备生产商，提供多达 ２５００ 种 产品，到目前为止，在世界各地的节点安装量突破１１００万个。
工业通信与网络技术
工业通信与网络技术
10
1.2 滑动窗口流量控制
➢允许多个帧传送 ➢接收器分配W个帧的缓存 ➢发送器可以在没有确认的情况下发送W个帧 ➢每个帧都有序号标识 ➢ACK 包括下个希望接收的帧序号 ➢序号大小是受限的
工业通信与网络技术
6
Src
Frame Ack
Destn
Src
Destn
传播时延 > 传输时延
传输时延 > 传播时延
工业通信与网络技术
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大数据块分割成小数据块
缓存空间限制 及早发现传输错误
✓差错发生，重传的数据量也少 阻止一个站点长时间占用传输媒体
工业通信与网络技术
8
停止等待方式的链路利用率
➢链路的比特长度：当比特流完全占满整个链路时，链 路上的比特数量
一个比特经过链路从源点到终点所花的时间
工业通信与网络技术
3
帧传输模型
传输时延
✓
传播时延
工业通信与网络技术
4
传输时间与传播时间
➢传输时间（传输时延）— tframe 将一帧所有比特发送到传输媒体所花的时间 与帧的长度成正比 传输时间 = L / R L=以比特为单位的帧长度
➢传播时间(传播时延) — tprop 一个比特通过链路的时间 传播时间 = d / V d=以米为单位的链路距离 V=以m/s 为单位的传播速度
➢比特填充用于避免和包含 011111（0）10的数据
混淆
出现5个1插入一个附加0 有5个1的模式出现，检查下个比特 如果是0，则删除 如果是1且第7个比特是0，组合被认为是标志字段 如果后面两个比特都是1, 发送方指明异常中止
工业网络与通信
工业网络与通信一工业网络通信基础工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统。
具体有以下三种类型：(1)专用、封闭型工业网络：该网络规范是由各公司自行研制，往往是针对某一特定应用领域而设，效率也是最高。
但在相互连接时就显得各项指标参差不齐，推广与维护都难以协调。
专用型工业网络有三个发展方向：①走向封闭系统，以保证市场占有率。
②走向开放型，使它成为标准。
③设计专用的Gateway与开放型网络连接。
(2)开放型工业网络：除了一些较简单的标准是无条件开放外，大部分是有条件开放，或仅对成员开放。
生产商必须成为该组织的成员，产品需经过该组织的测试、认证，方可在该工业网络系统中使用。
(3)标准工业网络：符合国际标准IEC61158、IEC62026、ISO11519或欧洲标准EN50170的工业网络，它们都会遵循ISO/OSI7层参考模型。
工业网络大都只使用物理层、数据链路层和应用层。
一般工业网络的制定是根据现有的通信界面，或是自己设计通信IC，然后再依据应用领域设定数据传输格式。
例如，DeviceNet的物理层与数据链路层是以CANbus为基础，再增加适用于一般I/O点应用的应用层规范。
目前IEC61158认可的八种工业现场总线标准分别是：Fieldbus Type1、Profibus、ControlNet、P-NET、Foundation Fieldbus、SwiftNet、WorldFIP和Interbus。
1 工业数据通信的技术组成和系统组成2 工业数据通信的传输过程二工业网络物理机构1 网络的传输媒介有线传输介质：双绞线、同轴电缆和光纤。
无线传输介质：无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。
2 工业通信网络的拓扑形式工业网络中的拓扑形式就是节点的互连形式。
常见的是：总线型、环形、星形和树形等。
(1)总线型：通过一条总线电缆作为传输介质，各节点通过接口接入总线。
是工业通信网络中最常用的一种拓扑形式。
工业通信网络应用方案——CAN-bus·以太网·MiniARM工控板
Ｍｉｉ Ｒ ｎＡ Ｍ工 控板
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工业系统的网络化控制通信与通信概述
PPT文档演模板
工业系统的网络化控制通信与通信概 述
同轴电缆
n 50Ώ的基带同轴电缆，75 Ώ的宽带同轴电缆
n 基带同轴电缆，一条基带同轴电缆只支持一个信道， 传输带宽1－20MHZ，能够以10Mb/s的速率把基带数 字信号传输1－1.2km。
PPT文档演模板
工业系统的网络化控制通信与通信概 述
几种常用的检错码
n 奇偶校验码； n 水平奇偶校验码； n 二维奇偶校验码 n 群计数码 n 恒比码
PPT文档演模板
工业系统的网络化控制通信与通信概 述
ITS中的通信技术
n 智能交通系统ITS-intelligent transport system n 最早在美国出现，60年代末 n 随后日本和欧盟跟随。 n 目前三大基地，美国、日本和欧盟 n 日本提出智能交通系统的名称
网络互连设备
PPT文档演模板
工业系统的网络化控制通信与通信概 述
差错检测与控制
n 纠错码方案,让每个传输的报文分组带上足够的冗 余信息,以便在接收端发现并自动纠正传输错误。 复杂、造价高、费时间，不易采用。
n 检错码方案,让报文分组仅包含足以使接收端发现 的冗余信息,但不能确定哪一位出错,而且自己本身 不能纠正传输差错。简单、易实现、编解码快， 广泛使用 n 奇偶校验码 n 循环冗余编码CRC
超高频 3-30G SHF
极高频 30G-300G EHF
紫外线， 红外线， 可见光
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10-5-
传输介质 有线，长波 有线，长波 同轴电缆，中波 同轴电缆，短波 同轴电缆，米波 波导，分米波 波导，厘米波
用途 音频，电话，导航，时标 导航，信标，电力通信 调幅广播，移动通信 手机通信，军用定点 电视，导航，车辆通信 电视，遥测，雷达 蓝牙技术，移动通信
《工业网络技术基础》综合练习题
答：主设备到从设备或成组模式从设备的帧、从设备到主设备的帧、成组模式从设备到主设备的帧。
21.普通以太网技术是怎样从办公自动化走向工业自动化的？
答：以太网技术和应用的发展，使其从办公自动化走向工业自动化。
1首先是通信速率的提高，速率提高意味着网络负荷减轻和传输延时减少，网络碰撞几率下降；
3.为什么增加带宽 并不能无限制地使信道容量增大？
答：由于噪声功率 （ 为噪声的单边功率谱密度），因而随着带宽形的增大，噪声功率 也会增大。所以，增加带宽 并不能无限制地使信道容量增大。
4.对于点对点通信，通信传输方式按消息传输的方向与时间关系可分为哪几种？
答：单工传输、全双工传输、半双工传输。
5.OSI参考模型从下到上分为哪几层？
17.划分子网可以解决IP地址面临枯竭的问题。（×）
18.地址转换协议ARP的作用是将物理地址转换为IP地址。（×）
19.拥塞控制与流量控制不是一回事。（√）
20.HART通信协议是一种由模拟信号到数字信号转变的过渡型通信协议。（√）
21.HART信号采集电路中，变送器增加了一个耦合交流电压源。（×）
15.什么是IP地址？
答：32bit的逻辑地址，用来标识主机或路由器的网络接口。IP地址的作用主要作用是为了区别不同的主机。
16.划分子网后会改变该网络的对外特性吗？
答：划分子网后，原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络，外面看不见其内部的子网结构。即：划分子网完全是该网络内部的事务，与外部无关。
17.HART现场设备可以同时传递HART数字信号和模拟信号吗？
30.如果从站检测到帧出错或不是对该从站寻址的帧，则不返回响应报文。（√）
31.功能码分为三类，即公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码。（√）
通信与网络技术
大数据技术广泛应用于商业智能、智慧城市、金融风控等领域，提 高了数据处理和分析的效率和精度。
技术特点
大数据技术具有数据量大、处理速度快、价值密度低等特点，能够 提供高效、准确的数据处理和分析服务。
人工智能技术
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人工智能技术
人工智能技术通过模拟人类的智能行为和思维过 程，实现机器的自主决策和智能控制。
易于扩展和维护。
节点之间形成闭环，数 据传输路径单一，可靠
性较高。
网状拓扑
节点之间有多条通信路 径，灵活度高，但管理
和控制复杂。
互联网协议（IP）
IP地址
用于标识网络中的设备，由32 位二进制数组成，分为IPv4和
IPv6。
路由协议
用于确定数据包的传输路径， 常用路由协议有OSPF、BGP等 。
TCP/IP协议簇
安全协议与标准
未来网络安全技术的发展将更加注重制定和完善安全协议与标准。通过建立统一的安全标 准，可以规范网络安全技术的实施和管理，提高整个网络的安全水平。
未来应用场景与趋势
物联网与边缘计算
随着物联网设备的普及，边缘计算技术将在数据处理和分析方面发挥重要作用。通过将数据存储和处理能力从中心向 边缘转移，可以降低延迟、提高效率并增强安全性。
物联网技术
物联网技术通过互联网将各种物 品与传感器、执行器等连接起来，
实现物品的远程监控、控制和数 据交换。
应用领域
物联网技术广泛应用于智能家居、 智能交通、智能工业等领域，提高 了生产效率和生活品质。
技术特点
物联网技术具有低功耗、低成本、 高可靠性等特点，能够实现大规模 的设备连接和数据传输。
云计算技术
通信与网络技术
职业技能：工业互联网工程技术人员
工业互联网工程技术人员国家职业技术技能标准（2021年版）1职业概况1.1职业名称工业互联网工程技术人员1.2职业编码2-02-10-131.3职业定义围绕工业互联网网络、平台、安全三大体系，在网络互联、标识解析、平台建设、数据服务、应用开发、安全防护等领域，从事规划设计、技术研发、测试验证、工程实施、运营管理和运维服务等工作的工程技术人员。
1.4专业技术等级本职业共设三个等级，分别为初级、中级、高级。
初级不分职业方向。
中级、高级均设两个职业方向：工程应用、设计开发。
1.5职业环境条件室内、工业现场，常温（部分高温、低温)。
1.6职业能力特征具有较强的学习能力、计算能力、表达能力、逻辑思维能力。
1.7普通受教育程度大学专科学历（或高等职业学校毕业）。
1.8职业培训要求1.8.1培训时间工业互联网工程技术人员需按照本《标准》的职业要求参加有关课程培训，完成规定学时，取得学时证明。
初级90标准学时；中级120标准学时；高级120标准学时。
1.8.2培训教师承担初级、中级理论知识或专业能力培训任务的人员，应具有相关职业中级及以上专业技术等级或相关专业中级及以上职称。
承担高级理论知识或专业能力培训任务的人员，应具有相关职业高级专业技术等级或相关专业高级职称。
1.8.3培训场所设备理论知识培训在标准教室或线上平台进行；专业能力培训在具有相应线下实训设备及线上实训平台条件的培训场所进行。
1.9专业技术考核要求1.9.1申报条件——取得初级培训学时证明，并具备以下条件之一者，可申报初级专业技术等级：（1）取得技术员职称。
（2）具备相关专业大学本科及以上学历（含在读的应届毕业生）。
（3）具备相关专业大学专科学历，从事本职业技术工作满1年。
（4）技工院校毕业生按国家有关规定申报。
——取得中级培训学时证明，并具备以下条件之一者，可申报中级专业技术等级：（1）取得助理工程师职称后，从事本职业技术工作满2年。
（2）具备大学本科学历，或学士学位，或大学专科学历，取得初级专业技术等级后，从事本职业技术工作满3年。
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工业通信与网络技术11
➢相位缓冲段1和相位缓冲段2——用于补偿沿 的相位误差，使总线上的各个节点同步。通过 重同步，这2个时间段可被延长或缩短。
➢采样点——是这样一个时刻，在此时刻上， 总线电平被读，并被理解为其自身位的数值。 它位于相位缓冲段1的终点。
同步规则 (Synchronization Rules)：
①在一个位时间内仅允许一种同步。
②只要在先前采样点上检测到的数值与一个沿 过后立即得到的总线数值不同，则该沿将被用于 同步。
③在总线空闲期间，无论何时当存在一个“隐 性”至“显性”的跳变沿，则执行一次硬同步。
④所有履行规则①和②的其它“隐性”至“显 性”的跳变沿都将被用于重同步。
对于接收器而言，如果直到最后（除“帧结束” 的那一位）一直未出错，则报文有效。
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帧类型
数据帧携带数据由发送器至接收器； 远程帧通过总线单元发送，以请求发送具
有相同标识符的数据帧；
错误帧由检测到总线错误的任何单元发送； 超载帧用于提供当前的和后续的数据帧或
远程帧之间的附加延迟。
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➢控制场 由6位组成，包括两个用于将来扩展的保留位 和4位数据长度码。
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•表 数据长度码中数据字节数目编码
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➢数据场 由数据帧中被发送的数据组成，它可包括 0至8个字节，每个字节包括8位，其中首先发 送最高有效位。
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数据帧由7个不同的位场(Bit Frame)组成：
帧起始(Start of Frame) 仲裁场(Arbitration Field) 控制场(Control Field) 数据场(Data Field) CRC场(CRC Field) 应答场(ACK Field) 帧结束(End of Field)
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➢(8)通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对 于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别的 优先级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发 送。
➢(9)采用非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲 突。通过采用这种机制，即使在网络负载很重时， 也不会出现网络瘫痪现象。
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➢(6)总线长度可达10km（速率为5kbps及其 以下）；网络速度可达1Mbps（总线长度为 40m及其以下）。
➢(7)网络上的节点数主要取决于总线驱动电 路，目前可达110个；标准格式的报文标识符 可达2032个，而扩展格式的报文标识符的个 数几乎不受限制。
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•4 报文传送及其帧类型
接收器/发送器
发出一个报文的单元称为该报文的发送器。 若一个单元不是某个报文的发送器，并且
总线不处于空闲状态，则称该单元为该报 文的接收器。
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报文的有效性
对于发送器而言，如果直到“帧结束”终结一 直未出错，则报文有效。
➢应答场 为两位长度，包括应答间隙和应答界定符。
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在应答场中发送站送出两个“隐性”位。一个正确地 接收到有效报文的接收器，在应答间隙期间，通过传送 一个“显性”位将此信息报告给发送器（接收器发送 “应答”）。所有接收到匹配CRC序列的站，在应答 间隙期间通过把“显性”位写入发送器的“隐性”位来 报告此信息。 应答界定符是应答场的第二位，并且必须是“隐性” 位。因此，应答间隙被两个“隐性”位（CRC界定符 和应答界定符）包围。
感器、数控机床、医疗器械、机器人、
楼宇自动化装置、火车、轮船等元件、 设备、设施中，CAN总线都得到了良好 的应用。
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•2 CAN 节点的分层结构
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•3 CAN物理层
3.1 CAN总线典型电平
➢显性电平（Dominant）：逻辑“0” ➢隐性电平（Recessive）：逻辑“1” ISO 11898中规定： ➢在隐性状态下：VCAN-H=VCAN-L=2.5V，Vdiff=0V ➢在 显 性 状 态 下 ： VCAN-H=3.5V ， VCAN-L=1.5V ， Vdiff=2V
重同步的目的是通过延长相位缓冲段1或缩 减相位缓冲段2来控制跳变沿和采样点之间的 距离，以补偿振荡器误差。CAN2.0规范规定： 只有隐性电平到显性电平的跳变沿才用于重同 步。
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沿相位误差e：由沿相对于当前同步段的位 置给定，计为时间份额的整数倍。如果沿出现 在当前同步段之前，e被计为负，如果沿出现 在当前同步段之后，e被计为正。
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2020/11/11
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•第五章 CAN总线
1 概述 CAN（Controller Area Network，控制器局域 网）是20世纪80年代（1983）德国Bosch（博世） 公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交 换问题而开发的一种串行数据通信总线。 CAN已成为国际标准ISO11898和ISO11519。
➢(10)发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能， 以使总线上其他节点的通信能够继续进行。
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CAN最初虽然是为汽车的监测、控制 系统而设计的，但由于它在性能、可靠
性等方面的突出优势，现已广泛应用于
航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、
仓储等行业。如在自动化仪表、智能传
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CAN在汽车电子系统中得到了广泛应用，已成为世界汽车 制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发 展趋势。
世界上一些著名的汽车制造厂商都已采用CAN总线来实 现汽车内部控制系统与各检测及执行机构间的数据通信。如 BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）、 ROLIS-ROYCE （ 劳 斯 莱 斯 ） 、 JAGUAR （ 美 洲 豹 ） 和 MAZDA（马自达）等都。
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3.2 CAN接插件管脚分配
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3.3 CAN总线终端电阻
120Ω ±10%，ISO 11898
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➢标识符 (Identifier)的长度为 11位。这些位以 ID-10至ID-0的顺序发送，最低位为ID-0，其中 最高7位（ID-10 ~ID-4）必须不是全“隐性”。
➢RTR位（Remote Transmission Request Bit） 在数据帧中，必须是“显性”的，而在远程帧 中，RTR位必须是“隐性”的。
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CAN总线位速率与总线长度的关系：
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主要影响因素：
（1）CAN总线要求发送器在发送每一 位的同时，都要监视总线电平，用以确定 是否发送器竞争发送权失败，是否总线发 生了位错误，是否获得了应答；
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•CAN的发展历程：
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以CiA推出的CAN Specification 2.0为底层 的高层协议有：
CAN Kingdom DeviceNet CANopen SAE J1939 SDS
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CAN与其他现场总线相比，具有突出的可靠 性、实时性和灵活性，其技术特点如下：
(1)CAN从本质上讲是一种多主或对等网络， 网络上任一节点均可主动发送报文 。
(2)废除了传统的站地址编码，而代之以对通 信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点 对点、多点播送（传送）、广播等几种数据 传送方式。
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➢(3)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。
➢(4)具有多种检错措施及相应的处理功能，检错效 果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。 位错误和位填充错误检测、CRC校验、报文格式 检查和应答错误检测及相应的错误处理。
➢(5)通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光 纤，选择灵活。
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➢信息处理时间——是由采样点开始、为计算 后续位电平而保留的时间段。 ➢时间份额——是由振荡器周期派生出的一个 固定时间单元。
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同步段：1个时间份额； 传播段：1~8个时间份额； 相位缓冲段1：1~8个时间份额； 相位缓冲段2：相位缓冲段1和信息处理 时间的最大值；
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•数据帧(Data Frame)
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➢帧起始 (SOF—Start Of Frame) 标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个 “显性”位构成。