4G通信及應(yīng)用一、4G時代-增強(qiáng)LTE(LTE-A)二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用(4G)一、4G時代-增強(qiáng)LTE(LTE-A)4G通信技術(shù)從2013年開始進(jìn)入我們的視野，包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，LTE(LongTermEvolution，長期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交頻分復(fù)用多址）、MIMO（Multiple-in

Multipleout，多進(jìn)多出）和智能天線等關(guān)鍵技術(shù)作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。是以3G為基礎(chǔ)，將WLAN技術(shù)和3G通信技術(shù)進(jìn)行了很好的結(jié)合，使圖像的傳輸速度更快，讓傳輸圖像的質(zhì)量和圖像看起來更加清晰。根據(jù)4G牌照發(fā)布的規(guī)定，國內(nèi)三家運(yùn)營商中國移動、中國電信和中國聯(lián)通，都拿到了TD-LTE制式的4G牌照，另外FDD-LTE是國際通用的4G模式，這個模式國內(nèi)三家運(yùn)營商也都支持。一、4G時代-增強(qiáng)LTE(LTE-A)LTE的速度沒有達(dá)到4G的標(biāo)準(zhǔn)，算是3G到4G的一個過渡，習(xí)慣被稱為假4G或3.9G，后來加入載波聚合、中繼、多點(diǎn)傳輸?shù)燃夹g(shù)，出現(xiàn)了LTE的增強(qiáng)版的LTE-A（LTE-Advanced），直到2010年12月6日，國際電信聯(lián)盟把LTEAdvanced正式定義為4G。進(jìn)入4G時代后，全球移動通信標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)出進(jìn)一步融合的趨勢。從影響力上來看，4G可以說是專門為移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的通信技術(shù)，不論是從網(wǎng)速、容量和穩(wěn)定性上來看，4G相較于上一代3G技術(shù)都有了明顯的提升。也正是在4G技術(shù)的支持之下，移動互聯(lián)網(wǎng)開啟了一股新的浪潮，移動支付、滴滴、美團(tuán)、抖音等新興產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用得到了非常快速的發(fā)展，同時也開啟了網(wǎng)絡(luò)視頻的新時代，網(wǎng)上看抖音、快手、騰訊等短視頻或電影更流暢，清晰度也更高。二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）4GDTU具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信和傳輸?shù)墓δ堋．?dāng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)較為分散、設(shè)備位置偏遠(yuǎn)且無人值守、無法安裝有線通信時，使用4GDTU實(shí)現(xiàn)通信，不僅可以大大提高數(shù)據(jù)通信的效率，還能有效節(jié)省人力、物力，因此被廣泛應(yīng)用于城市管網(wǎng)監(jiān)控、氣象、水利、電力等各種場景，真正做到了數(shù)據(jù)通信的快速發(fā)展。二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）企業(yè)在城市的某靜音區(qū)中需要定期了解現(xiàn)場的噪聲情況，計(jì)劃采用4G的方式進(jìn)行通信，記下來進(jìn)行相關(guān)設(shè)置及數(shù)據(jù)采集。圖1二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）香蕉頭疊插連接線PC4gDTU噪聲傳感器串口調(diào)試4g串口設(shè)置軟件圖2二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）1.電氣線纜的連接（1）將噪聲利用快插連接到DR154圖3二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）2.有人云平臺操作（2）登陸有人云，有人云控制臺()。注意：先注冊有人通行證，用自己手機(jī)號即可圖4二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（3）設(shè)備管理-變量模板種添加變量然后配置從機(jī)和變量圖5二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（4）設(shè)備管理-聯(lián)網(wǎng)設(shè)備添加設(shè)備及設(shè)備參數(shù)：設(shè)備型號DTU154生成的SN碼和設(shè)置的通訊密碼要設(shè)置到設(shè)備圖6二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）1.藍(lán)牙配置4GDTU（1）確認(rèn)4G模塊的設(shè)備狀態(tài)，掃描二維碼圖7二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（2）點(diǎn)擊刷新的設(shè)備，藍(lán)牙連接密碼：usr_cn，對該設(shè)備進(jìn)行通信設(shè)置。連接成功后WORK燈快速閃爍。圖8二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（3）選擇網(wǎng)絡(luò)透傳模式，開啟注冊包選擇連接有人云填寫SN碼和通訊密碼，保存設(shè)置后設(shè)備會重啟。圖9二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（4）重啟完成后重新進(jìn)入電機(jī)串口設(shè)置，串口參數(shù)波特率默認(rèn)115200，這里使用9600，8，N，1，點(diǎn)擊設(shè)置后重啟圖10二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（5）重啟完成后點(diǎn)擊退出連接，可以看到WORK燈快速閃爍變?yōu)槌Ａ翀D11二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）串口配置：連接RS485調(diào)試線，使用USR-CAT1V1.0.7.exe調(diào)試軟件藍(lán)牙配置串口參數(shù)波特率默認(rèn)115200，這里使用9600，8，N，1需要重啟設(shè)備圖12二、典型工業(yè)無線通信應(yīng)用（4G）（6）設(shè)備重啟后LINK燈常亮然后有人云平臺設(shè)備管理-聯(lián)網(wǎng)設(shè)備啟用設(shè)備后可以看到設(shè)備在線圖13右側(cè)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)查看圖14ISO-on-TCP通信及應(yīng)用一、ISO-on-TCP原理二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控一、ISO-on-TCP原理工業(yè)通信中有各種各樣的協(xié)議，比如，當(dāng)我們?yōu)槲鏖T子CP模塊新建傳輸協(xié)議的時候，很多種類可以選擇，如下圖1所示。圖1工業(yè)通信協(xié)議選擇對話框一、ISO-on-TCP原理西門子工業(yè)通信中常見的有ISO傳輸（ISOtransport）協(xié)議、ISO-ON-TCP協(xié)議和TCP協(xié)議。ISO傳輸（ISOtransport）協(xié)議是西門子早期的以太網(wǎng)協(xié)議，基于ISO8073TP0（TransportProtocolClass0），位于ISO-OSI參考模型的第四層，屬于傳輸層的協(xié)議。ISO傳輸協(xié)議是基于消息的數(shù)據(jù)傳輸，允許動態(tài)修改數(shù)據(jù)長度；傳輸速度快，適合中等或較大量的數(shù)據(jù)；站點(diǎn)之間的ISO傳輸不使用IP地址，而是基于MAC地址，因此數(shù)據(jù)包不能通過路由器進(jìn)行傳遞（不支持路由）；另外ISO傳輸協(xié)議是西門子內(nèi)部的以太網(wǎng)協(xié)議，僅適用于SIMATIC系統(tǒng)。兩個SIMATIC站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收使用Send/Recive，服務(wù)器的讀寫使用Fetch/Write服務(wù)。ISO傳輸（ISOTransport）協(xié)議最大的優(yōu)勢是通過數(shù)據(jù)包來發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，但由于它不支持路由功能，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加，ISO傳輸協(xié)議的劣勢逐漸顯現(xiàn)。一、ISO-on-TCP原理為了應(yīng)對日益增加的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，西門子在ISO傳輸協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了TCP/IP協(xié)議的功能，新的協(xié)議對擴(kuò)展的RFC1006“ISOontopofTCP”進(jìn)行了注釋（RFC為RequestForComments的縮寫），因此被稱為“ISO-ON-TCP”協(xié)議。ISO-ON-TCP在TCP/IP協(xié)議中定義了ISO傳輸?shù)膶傩裕挥贗SO-OSI參考模型的第四層，默認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸端口為102。如下圖2所示圖2ISO-ON-TCP傳輸屬性示意圖一、ISO-on-TCP原理與ISO傳輸協(xié)議相同，ISO-ON-TCP協(xié)議的兩個SIMATIC站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收也使用Send/Recive，服務(wù)器的讀寫使用Fetch/Write。在ISO傳輸協(xié)議和ISO-ON-TCP協(xié)議的使用過程中，還涉及到TSAP的設(shè)置。TSAP是英文“TransportServiceAccessPoint”的縮寫，中文翻譯為“傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)”。在一個傳輸?shù)逆溄又校赡艽嬖诙鄠€進(jìn)程。為了區(qū)分不同進(jìn)程的數(shù)據(jù)傳輸，需要提供一個進(jìn)程獨(dú)用的訪問點(diǎn)，這個訪問點(diǎn)，被稱為TSAP。在兩個站點(diǎn)的同一個傳輸鏈接中，如果只存在一個傳輸進(jìn)程，則本地和遠(yuǎn)程的TSAP可以相同；如果存在多個傳輸進(jìn)程，則TSAP必須唯一；TSAP相當(dāng)于TCP或UDP協(xié)議中的端口（port）。一、ISO-on-TCP原理S7-300/400支持的TSAP長度為1-16位，用戶使用的TSAP長度應(yīng)在3位以上，2位以內(nèi)的留作系統(tǒng)內(nèi)部使用。TSAP可以是ASCII碼或者十六進(jìn)制的形式，如下圖3是ISO-ON-TCP的TSAP設(shè)置示意圖。圖3ISO-ON-TCP的TSAP設(shè)置示意圖一、ISO-on-TCP原理ISO-ON-TCP協(xié)議的優(yōu)勢是能傳輸大量的數(shù)據(jù)并且支持路由功能，但是它僅適用于SIMATIC系統(tǒng)，只能在西門子內(nèi)部使用，在一定程度上限制了其應(yīng)用。西門子認(rèn)識到這一問題，最終提供了對TCP/IP協(xié)議的全面支持。TCP/IP是全球范圍內(nèi)廣泛使用的以太網(wǎng)協(xié)議，TCP全稱“TransmissionControlProtocol（傳輸控制協(xié)議）”，屬于ISO-OSI參考模型的第四層（UDP也位于該層）；IP協(xié)議位于第三層；TCP/IP提供站點(diǎn)之間的可靠傳輸，具有回傳機(jī)制，支持路由功能，可用于西門子SIMATIC系統(tǒng)內(nèi)部及SIMATIC與PC或其它支持TCP/IP的系統(tǒng)通信。兩個站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收也使用Send/Recive，服務(wù)器的讀寫使用Fetch/Write。一、ISO-on-TCP原理TCP/IP的通信需要設(shè)置本地和遠(yuǎn)程IP地址，以及與進(jìn)程相關(guān)的端口號（portnumber），端口號的范圍從1025-65535。如下圖4所示。圖4TCP/IP的通信設(shè)置示意圖二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控5G通信技術(shù)是具有高速率、低延時和大連接等特點(diǎn)的新一代寬帶移動通信技術(shù)。隨著5G建設(shè)的日漸加快，5G與云網(wǎng)融合共生互促，推動承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展演進(jìn)，云網(wǎng)融合必將成為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前5G技術(shù)已經(jīng)在遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動駕駛、工業(yè)控制、智慧城市、智能家居等方面已經(jīng)發(fā)揮出巨大優(yōu)勢。如圖5所示，為了以較低的成本實(shí)現(xiàn)海量機(jī)器設(shè)備之間的通信，某企業(yè)在新產(chǎn)品的研發(fā)階段，利用數(shù)字孿生技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制器對多個數(shù)字設(shè)備的控制。控制利用智能網(wǎng)關(guān)來打通各信號點(diǎn)位的通信鏈路。針對設(shè)備運(yùn)行情況以及報(bào)警等重要的信息，需要快速傳輸至云端以供數(shù)據(jù)平臺及時獲取這些數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)云端的數(shù)據(jù)實(shí)時處理及控制，為此企業(yè)選擇5G的方式來滿足該項(xiàng)目的需求。二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控圖5虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控方案二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控硬件/軟件系統(tǒng)：PLC、旋思網(wǎng)關(guān)、PQFactory（版本：PQFactory_Sim_x64_Setup_5756）工具/輔件準(zhǔn)備：網(wǎng)線、4G/5G物聯(lián)網(wǎng)卡準(zhǔn)備操作：PLC、PQFactory、旋思網(wǎng)關(guān)對應(yīng)工程文件導(dǎo)入至對應(yīng)軟件中，準(zhǔn)備IO表為編制旋思網(wǎng)關(guān)工程文件做準(zhǔn)備二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控1.旋思網(wǎng)關(guān)工程文件制作（1）打開旋思工程設(shè)置軟件Symlink開發(fā)系統(tǒng)，左側(cè)空白處右鍵新建項(xiàng)目圖6二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（2）項(xiàng)目右鍵點(diǎn)擊項(xiàng)目，新建工程，設(shè)置工程名稱，其他暫時不需要設(shè)置圖7二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（3）對著采集服務(wù)右鍵新建通道，設(shè)置名稱，選擇PLC通信協(xié)議S7系列通用協(xié)議，選擇主端口參數(shù)為虛擬通道注意：此處的PLC名稱，需要與PQFactory地址匹配時的PLC名稱一致圖8二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（4）對著通道右鍵新建設(shè)備，設(shè)置名稱描述，其他不需要修改圖9二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（5）新建設(shè)備后電機(jī)設(shè)備-基本信息-規(guī)約參數(shù)修改plc的IP地址，其他默認(rèn)圖10二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（6）采集點(diǎn)表，右側(cè)灰色區(qū)域右鍵新建IO點(diǎn)，設(shè)置IO點(diǎn)的區(qū)域、地址、編碼、位偏移、DB.Numb參數(shù)添加完成后點(diǎn)擊OK修改采集點(diǎn)的類型、權(quán)限（可以參考操作手冊13頁）圖11二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（7）根據(jù)IO對應(yīng)表添加所有的采集信息圖12二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（8）制作完成需要先應(yīng)用后保存項(xiàng)目圖13二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控2.旋思網(wǎng)關(guān)文件上傳到設(shè)備（1）確認(rèn)旋思網(wǎng)關(guān)LAN口連接交換機(jī)，連接PC與設(shè)備網(wǎng)口，修改PC機(jī)IP地址為10，網(wǎng)段二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（2）打開Symlink開發(fā)系統(tǒng)軟件左下角選擇到設(shè)備維護(hù)圖14二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（3）左側(cè)設(shè)備列表右鍵“區(qū)域”新建添加可連接的旋思網(wǎng)關(guān)IP，這里使用旋思網(wǎng)關(guān)LAN口IP地址45（網(wǎng)關(guān)機(jī)身有備注）添加旋思網(wǎng)關(guān)，端口號默認(rèn)9200圖15二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（4）添加完成雙擊打開新添加的旋思網(wǎng)關(guān)設(shè)備，或右鍵點(diǎn)擊“維護(hù)”。點(diǎn)擊登錄（用戶名、密碼無需填寫）圖16二、數(shù)字生產(chǎn)線的虛擬調(diào)試與遠(yuǎn)程監(jiān)控（5）登錄完成后點(diǎn)擊更新工程，更新之前先確認(rèn)要上傳的工程文件已保存圖17二、數(shù)字生產(chǎn)