項目四

智能冶煉工廠網絡規劃《物聯網工程導論》課程引導案例鋼鐵冶煉是世界上最復雜的工藝流程之一，也是世界上最高危的工作環境之一。我國自主研發5G+AI鋼鐵冶煉智慧管控平臺，實現“鐵、運、鋼”扁平化管控及鐵水調度智能化。首創5G+AI鐵鋼界面智慧管控平臺助力鐵鋼生產數智升級2020年7月，中冶賽迪自主研發的全球首套智慧鐵水運輸系統在寶武湛江鋼鐵正式投用，全廠8臺機車、28臺魚雷罐車實現全系統無人化運行。引導案例工作人員在辦公室遠程操作運用5G、Wi-Fi6等網絡通信技術，工作人員在遠離冶煉現場的辦公室內工作，實現遠程控制機械手臂“開鐵口”，遠程調配鐵水運輸機車、實時跟蹤機車位置、道口安全管控、設備狀態在線監控等。國家國民經濟和社會發展“十四五”規劃綱要提出，堅持把發展經濟著力點放在實體經濟上，加快推進制造強國、質量強國建設。推動制造業優化升級，深入實施智能制造和綠色制造工程。機械手臂代替人“開鐵口”引導案例你還知道哪些網絡技術應用在智能工廠呢?智能工廠的哪些設備或數據需要接入網絡？Wi-Fi6無線接入生產設備

5G基站為工廠提供無線接入支持1學習目標計劃行動34任務實施5任務展示與評價目錄6任務拓展2任務分析1學時3學時+課外1學時+課外1學時課外PART.1學習目標任務目標知識目標技能目標素質目標了解智能工廠的基本概念理解計算機網絡的組成與結構掌握工業互聯網的基本概念掌握新一代移動通信技術的特點能概述智能工廠系統結構及關鍵技術能根據需求，進行系統網絡技術選型能根據需求，繪制系統網絡結構圖樹立科技報國的責任感樹立創新創造意識具有科學探究方法與探究精神的解決問題能力PART.2任務分析任務描述智能冶煉工廠的網絡規劃受建設單位委托，我設計院根據“智能冶煉工廠”建設需求，完成工廠網絡總體規劃。經調研，網絡連接需求如圖所示。智能冶煉工廠主要有煉鐵車間、煉鋼車間和控制中心，其中各自距離約1千米。車間現場新增機械手臂等自動化設備，代替人在高危環境中操作；鐵水運輸罐車在煉鐵車間和煉鋼車間往返，實現智能化運輸，無人駕駛和遠程調配；車間內生產線覆蓋高清攝像機，生產數據實時分析記錄；廠區安全監控覆蓋視頻安防設備；控制中心覆蓋辦公信息網絡，實時監控關鍵設備、儀器儀表、鐵水運輸機車、關鍵道路、工作人員安全規范等數據上傳下發。請分析網絡建設需求，結合需求進行網絡技術選型，繪制網絡拓撲結構圖，完成工廠的網絡規劃設計，形成《智能冶煉工廠網絡規劃設計》報告。智能冶煉工廠網絡連接需求示意圖任務目標已知的（事實或想法）需要知道的內容需要學習的知識或技能

任務分析

請根據任務描述，各小組討論分析任務的具體目標（即需要完成哪些事情），并清晰、簡短的填寫到【任務準備單】“任務目標”列。智能冶煉工廠的網絡規劃任務目標任務分析請觀看視頻“創新進行時20210315探秘智慧鋼廠（一）”，回答以下問題：（1）智能冶煉工廠的有哪些設備或數據需要互聯互通？（2）智能冶煉工廠運用了哪些網絡技術來實現工廠設備和數據的互聯？（3）這些網絡技術有什么不同適用場景和特點？（4）如何用網絡拓撲結構圖描述智能冶煉工廠的網絡規劃設計？已知事實智能冶煉工廠的網絡規劃任務分析任務目標已知的（事實或想法）需要知道的內容需要學習的知識或技能

請將小組內討論的答案，清晰、簡短的填寫到【任務準備單】“已知的（事實和想法）”列。已知事實智能冶煉工廠的網絡規劃為完成“智能冶煉工廠的網絡規劃”任務目標，你還有什么疑問？任務分析還需要學習的知識智能冶煉工廠的網絡規劃任務目標已知的（事實或想法）需要知道的內容需要學習的知識或技能

請將小組內討論的問題，清晰、簡短的填寫到在【任務準備】單“需要知道的內容”列，并提煉出這些內容對應的知識和技能，填到“需要學習的知識和技能”列任務分析智能冶煉工廠的網絡規劃根據任務要求，以小組為單位，輪流分享任務準備情況任務準備分享智能冶煉工廠的網絡規劃

鋼鐵人類使用最多的金屬材料，被稱為“工業的糧食”，大到飛機坦克，小到家庭日用。鋼鐵冶煉也成為一個國家發展重要的基礎工業。中國世界上鋼鐵生產出口第一大國，鋼鐵究竟是怎樣練成的？又有哪些創新科技，在助力鋼鐵冶煉變得更加安全、更加智能呢？我國企業自主研發的5G+AI鐵鋼界面智慧管控平臺綜合運用大數據分析、智能算法、機器視覺等，實現“鐵、運、鋼”扁平化管控及鐵水調度智能調度。創新性融入5G通訊技術，實現鐵水罐罐號跟蹤、機車位置實時跟蹤、道口安全管控、設備狀態在線監控。鐵鋼界面智慧管控平臺由全流程智能跟蹤系統、全流程智能狀態管理系統、綜合信息集中管理系統、智慧鐵水調度系統等組成。鋼鐵界面

智慧管控任務解析全流程智能跟蹤系統全流程智能狀態管理系統綜合信息集中管理系統智慧鐵水調度系統鐵前集控煉鋼車間鋼后一體化智慧冶煉工廠的網絡規劃

全流程智能跟蹤系統，覆蓋從高爐到煉鋼車間運輸作業全過程，鐵水罐罐號、機車號自動識別、位置自動跟蹤、到位自動確認、實現任務自動閉環、位置信息動態展示。全流程智能狀態管理系統，對出鐵口狀態、罐車受鐵狀態、煉鋼車間倒罐/折鐵狀態、罐車空/重狀態的自動識別、采集，對罐車、機車異常狀態、檢修及狀態在線管理，實現數據集中透明管理。實現從原料場、煉鐵、煉鋼、軋鋼、中間庫、到成品庫等各生產運輸環節的自動化和信息化。煉鋼車間一體化操作煉鐵全流程管理

噴碼貼標一體化機器人任務解析智慧冶煉工廠的網絡規劃智能冶煉工廠控制中心

綜合信息集中管理系統對鐵水生產及運輸信息集中管理、可視化展示，生產實績信息自動生成；對關鍵指標由統一界面整合，多元、多維度綜合分析；手機APP實時查看鋼鐵界面關鍵生產數據，實現精細化管理；實現任務自動閉環、位置信息動態展示。任務解析主控室通過5G網絡技術遠程操控智能行車調運板卷產品發貨智慧冶煉工廠的網絡規劃

智慧鐵水調度系統實現鐵水運輸的管理數據化、調度智能化、運輸無人化。實現智能鐵鋼平衡、鐵水智能分配、機車任務自動編制及下發執行。車頂上天線就像是機車“耳朵”，能夠接收任務指令，車頭前方的攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、激光測距儀，起到了監控識別運輸途中各種障礙物、測算距離的作用。機車上的設備之間可通過工業現場總線或工業以太網通信，通過5G移動通信技術實時傳輸狀態數據到控制中心，并接收控制指令。其網絡技術主要包括工業以太網、現場總線和新一代移動通信技術等。任務解析任務解析課后任務項目四智能冶煉工廠的網絡規劃4.1認識智能工廠4.2探秘有線傳輸技術4.3探秘無線傳輸技術（1）觀看微課等資源；（2）參與相關討論話題；（3）完成小節測驗。在線課程上，預習下節課內容：

期待下次見面PART.3計劃行動（3學時）在線預習點評測驗完成情況參與討論話題情況認識智能工廠4.14.1.1智能工廠的發展

工業發展的四個階段

工業4.0時代特點：網絡化（信息物理融合系統）、智能化（數字化設計與制造協同）、柔性化（精益生產與柔性制造）傳統模式，信息技術（IT）網絡與生產控制（OT）網絡分離，工業4.0中IT與OT融合，形成新型網狀數據交互架構。認識智能工廠4.14.1.1智能工廠的發展智能工廠（SF，smartfactory）：幫助人和機器執行任務的情景感知工廠，在這種情景感知的制造環境下，利用分布信息和通信技術來處理生產的實時擾動，實現生產過程的優化管理。智能工廠是實現智能制造的重要載體，由其制造的產品集成了動態數字存儲器，具有感知和通信能力，承載著整個供應鏈和生命周期中所需的各種信息；整個生產價值鏈中所集成的生產設施能夠實現自組織，根據當前的狀況靈活地決定生產過程；其目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。認識智能工廠4.14.1.2智能工廠系統的組成智能工廠基于感知技術、設備監控技術，通過工業網絡，完成生產中“人、機、料、法、環”全要素的全連接。智能工廠實施架構，主要包括感知層、網絡層、平臺層和應用層。

智能工廠實施架構圖感知層包含工廠現場的人及各類設施設備網絡層包含各種網絡，有工業控制網絡、監控網絡、管理網絡、服務網絡等，實現數據和信息的流通和交換。平臺層匯聚了各類數據與云應用層涉及實際應用場景的使用與展示創新應用實現產品的全生命周期管理和全產業鏈上下游的協同互動認識智能工廠4.14.1.2智能工廠系統的組成智能工廠系統主要組成有：智能生產、智慧物流、智慧管理、智慧服務、產業鏈協同、產研協同、網絡部署。

智能工廠網絡互聯示意圖智能生產：智能監控、自動化生產、遠程操作、智能檢測智慧物流：自動化、可視化、可控智能化智慧管理：智能安防、能耗管理智慧服務：預測性維護和維修服務產業鏈協同：依托工業互聯網平臺，建立產業鏈信息模型網絡部署：主要由工業生產網、企業信息網、公共服務網以及云基礎設施組成數字孿生數字孿生場景編輯器

數字孿生，有時候用來指代一個工廠的廠房及產線，在沒有建造之前，就完成數字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數傳給實際的工廠建設。北京航空航天大學基于數字孿生提出數字孿生車間的概念。同濟大學提出數字孿生是整合企業的制造流程，實現產品從設計到維護全過程的數字化，通過信息集成實現生產過程可視化，形成從分析到控制再到分析的閉合回路，優化整個生產系統。

數字孿生（DigitalTwins）又稱為信息鏡像模型、數字鏡像、數字化映射，實現了現實物理系統向賽博空間（Cyberspace，計算機以及計算機網絡里的虛擬現實）數字化模型的反饋。數字孿生是個普遍適應的理論技術體系，可以在眾多領域應用，在產品設計、產品制造、醫學分析、工程建設等領域應用較多。研究最熱的是智能制造領域。小知識認識智能工廠4.14.1.3智能工廠安全體系

智能工廠的安全體系包含五個部分：設備安全、控制安全、網絡安全、應用安全、數據安全。每一部分都需要參照《信息安全等級保護》GB/T22239的要求具備對應的安全能力。設備安全控制安全網絡安全智能傳感器工業機器人智能儀表智能產品......SCADADCF/FCSPLCHMI......工廠外網安全工廠內網安全控制安全數據安全軟件安全平臺安全生產管理數據安全生產操作數據安全工廠外部數據安全應用安全小組計劃行動1智能冶煉工廠網絡規劃準備【任務實施】1.理解智能冶煉工廠網絡規劃任務

為順利完成任務，小組合作，開始在網上或教材資源中研究智慧工廠網絡規劃設計的相關知識。你可能會對一些問題很好奇，比如無人駕駛的鐵水運輸機車如何實現無人駕駛的、它們的數據是如何傳遞到控制平臺的大屏顯示，控制中心如何實時查看工廠車間現場和廠區的實時監控。一定要寫下自己的問題，然后對答案進行總結，并注明來源。認識計算機網絡4.24.2.1計算機網絡的概念

計算機網絡就是計算機之間通過通信工具進行信息共享和能力共享的網絡載體。人們通常把計算機網絡稱為信息高速公路。計算機網絡的功能包括網絡通信、資源管理、網絡服務、網絡管理和交互式操作的能力。計算機網絡分類：按照計算機網絡信息傳輸介質的不同，可將計算機網絡分為有線計算機網絡、無線計算網絡和混合計算機網絡（既使用有線傳輸介質又使用無線傳輸介質）。

請閱讀教材并思考，說一說：（1）計算機網絡網速和帶寬的關系（2）通常網速不能達到理論帶寬的原因認識計算機網絡4.24.2.2計算機網絡的組成與結構

計算機網絡由網絡硬件系統和網絡軟件系統組成。（1）硬件系統組成：計算機間的通信系統是數據通信系統，結構模型如下圖所示，分為四部分。（2）軟件系統組成：分為底層和上層兩個層次，底層軟件包括網卡驅動程序和子網協議。底層軟件提供了允許網絡使用的基礎和功能，使用戶能夠使用網絡，而真正完成網絡服務功能的是上層的應用協議軟件。互聯網絡中應用廣泛的應用層協議有虛擬終端訪問協議Telnet、文件傳輸協議FTP、簡單郵件傳輸協議SMTP、簡單網絡管理協議SNMP等。數據通信系統結構模型認識計算機網絡4.24.2.2計算機網絡的組成與結構（1）通信子網：由實現網絡通信功能的設備及相應軟件構成。通信子網的硬件設備包括網卡、網線、中繼器、路由器、交換機及廣域網中使用的專用通信處理機等，軟件主要是底層軟件。（2）資源子網：由實現資源共享的設備及相應軟件構成。軟件主要是上層軟件。通信子網和資源子網計算機網絡的硬、軟各部件主要完成兩種功能，即網絡通信和資源共享。從邏輯上看，一個計算機網絡可分為通信和資源子網。認識計算機網絡4.24.2.2計算機網絡的組成與結構（1）物理拓撲結構是網絡中信號實際的傳輸路徑。主要有五種，分別為總線型拓撲結構、環型拓撲結構、星型拓撲結構、星狀總線型拓撲結構和網狀型拓撲結構，實際應用中可能是五種的結合。

計算機網絡的拓撲結構是指網絡的連接方式，它包括物理拓撲結構和邏輯拓撲結構。①總線型拓撲結構②環型拓撲結構③星型拓撲結構④星狀總線型拓撲結構⑤網狀型拓撲結構認識計算機網絡4.24.2.2計算機網絡的組成與結構（2）邏輯拓撲結構網絡中信號并不是完全按照物理介質路徑傳輸的，而是按照邏輯拓撲結構。邏輯拓撲結構使用“爭用”和“令牌傳遞”等特定的規則來控制何時允許網絡中的設備傳送數據。

請閱讀教材并思考，說一說：（1）計算機網絡物理拓撲結構與邏輯拓撲結構的區別（2）老王試車的物理路線與邏輯路線老王試車的路線老王試車的路線的抽象認識計算機網絡4.24.2.3計算機網絡的互聯1.網絡互聯的起源與發展互聯網始于1969年美國的阿帕網，通常internet泛指互聯網，而Internet則特指因特網，因特網是互聯網的一種，因特網使用TCP/IP協議讓不同的設備彼此通信。下一代互聯網技術（IPV6）的發展，打破了IPV4時代只能設立13個根服務器的限制，全球部署25個IPv6根服務器，中國部署了其中的4臺。

請閱讀教材并思考，舉例說一說：（1）我國互聯網的快速發展（2）互聯網快速發展對我國工業制造帶來的影響認識計算機網絡4.24.2.3計算機網絡的互聯2.網絡互聯的參考模型：國際標準化組織（ISO，InternationalStandardsOrganization）推出的國際標準化組織開放式系統互連參考模型（ISO/OSIRM）。按照ISO/OSI參考模型，網絡中每個節點都有相同的層次結構，不同節點的同等層具有相同的功能，同一節點內相鄰層之間可以進行通信；每一層只可以使用下層提供的服務，并只向其上層提供服務。

ISO/OSI模型認識計算機網絡4.24.2.3計算機網絡的互聯3.網絡互聯的結構公用電信網絡可以簡單地劃分為骨干網和接入網。骨干網又可以叫核心網，它是由國家批準的，可以直接和國外連接的城市級高速互聯網。骨干網一般采用光纖，傳輸速度快。我國現在共擁有九大骨干網。接入網指的是骨干網到用戶終端設備之間的所有設備，長度一般為幾百米到幾公里，是整個網絡的瓶頸。核心網和接入網核心網和接入網關系類比計算機網絡的接入技術解決的就是如何將用戶可靠的接入核心網的問題，換句話說就是接入網的實現方式。認識新一代移動通信技術4.34.3.15G通信技術1.5G的內涵特征簡稱第五代通信技術，又稱IMT-2020，面向2020年大規模商用的新一代移動通信系統。國際電信聯盟（ITU）對5G的設定，主要應用在增強移動帶寬業務（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超高可靠與低時延通信（uRLLC）三大場景。主要應用范圍：增強型移動帶寬、工業控制與通信、大規模物聯網、增強型車聯網等。實現高速度、低時延、廣覆蓋、移動性，在流量密度、能效、數量等方面發揮其優勢。認識新一代移動通信技術4.34.3.15G通信技術2.5G的發展現狀5G技術對工業互聯網賦能作用顯著，其主要體現在兩個方面。5G低延時、高通量特點保證海量工業數據的實時回傳。5G的網絡切片技術能夠有效滿足不同工業場景連接需求。基于5G蜂窩技術的工業傳輸解決方案提供了工業領域的無線通信技術，適用于制造業的以下場景，如下表所示。認識新一代移動通信技術4.34.3.2LPWAN技術1.LPWAN概述LPWAN技術正是為滿足物聯網需求應運而生的遠距離無線通信技術。LPWAN是專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計的。LPWAN可分為兩類：工作于未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術；工作于授權頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如LTE-M、EC-GSM、NB-IoT等。認識新一代移動通信技術4.34.3.2LPWAN技術2.典型的LPWAN技術（1）LoRaLoRa是目前應用最為廣泛的LPWAN網絡技術之一，它由SemTech公司推出。LoRa無線技術的主要特點有：通信距離長（約1~20km）、節點數眾多（萬級，甚至百萬級）、電池壽命長（3~10年）、數據速率適中（0.3~50kbps）。我國LoRa率先在園區、建筑樓宇、住宅小區等場景組網應用，主要應用于監測類、抄表類物聯網業務。認識新一代移動通信技術4.34.3.2LPWAN技術2.典型的LPWAN技術（2）NB-IoTNB-IoT（NarrowBandInternetofThings）是基于蜂窩網絡的窄帶物聯網技術之一，它在蜂窩網絡的基礎上進行構建。NB-IoT具有以下幾個優點：①支持深度覆蓋②支持海量連接③超低功耗④低成本⑤穩定可靠認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡1.無線傳感器網絡概述無線傳感器網絡是由大量的靜止或者移動的傳感器節點以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，能夠協作實現網絡覆蓋范圍內的被感知對象的感知、采集、傳輸、處理。傳感器節點是無線傳感網絡里面基本的組成部分。無線傳感器網絡中的節點最主要包括的是數據采集模塊、數據處理模塊、控制模塊、無線通信模塊以及供電模塊等，因此無線傳感網絡中的節點集傳感與驅動控制、計算存儲及通信于一體。認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡無線傳感器網絡自身具備的諸多優點，使得其能在軍事應用、工農業生產、環境監測、安全監控、智能交通建設、家居生活等多元化的應用領域中能夠有效完成信息采集和傳輸的作用。無線傳感器網絡的特點①傳感器節點數量多、體積小、分布廣②無線傳感器網絡具有自組織能力③無線傳感器網絡具備適應復雜環境的能力④無線傳感器網絡部署容易并且成本低⑤無線傳感器網絡信息傳輸具備高可靠性⑥無線傳感器網絡是以數據為中心的網絡認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡2.Wi-Fi技術Wi-Fi實際上是制定IEEE802.11無線網絡的組織，并非無線網絡技術，人們逐漸習慣用Wi-Fi來稱呼IEEE802.11協議。Wi-Fi網絡由終端站、接入點、接入控制器、服務器以及網元管理單元組成，事實上就是一個無線局域網。根據IEEE802.11演進，Wi-Fi的工作頻段在ISM頻段：2.4GHz和5GHz，及在Wi-Fi6拓展到6GHz。Wi-Fi技術特點：①更高的用戶帶寬和更多的用戶并發②功耗較低，健康安全③覆蓋范圍廣④無需布線⑤低成本認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡2.Wi-Fi技術Wi-Fi技術的典型應用Wi-Fi能夠無處不在，其高性能和設備的經濟實惠性發揮了重要作用。Wi-Fi6將滿足更加廣泛的下一代物聯網連接場景的需求。主要應用場景及帶寬要求見右表。討論隨著萬物互聯萬物上云時代的到來，人們對“高帶寬、低時延、泛聯接”的移動網絡要求越來越高。Wi-Fi6與5G憑借各自的技術優勢，成為新時代的關鍵聯接技術。查閱相關資料，討論并舉例說一說，Wi-Fi會被5G替代嗎？Wi-Fi與5G的各自應用領域。Wi-Fi會被5G替代嗎？認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡3.藍牙技術（1）藍牙技術的發展藍牙技術聯盟（BluetoothSIG）在2021年7月正式發布了最新的藍牙核心規范5.3版本，在低功耗模式下具備更快更遠的傳輸能力，最大傳輸速率48Mbit/s，傳輸距離可達300米。認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡3.藍牙技術（2）藍牙技術的特點藍牙技術提供低成本、近距離無線通信，構成固定與移動設備通信環境中的“個域網”（PersonalAreaNetwork），使得近距離內各種設備實現無縫資源資源共享。藍牙技術具備以下的六大技術特性：①低成本；②低功耗；③語音數據同傳；④抗干擾能力強；⑤藍牙模塊體積小，易集成；⑥傳輸安全可靠，采用調頻技術和加密與認證技術，數據傳輸具有高安全性。（3）藍牙技術的典型應用說一說，你知道的藍牙技術應用？認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡4.ZigBee技術（1）ZigBee技術的發展ZigBee是一種成本和功耗都很低的低速率短距離無線接入技術。ZigBee由于形態像蜂窩，在國內被譯為“紫蜂”。它是一種與藍牙相類似的新興的短距離無線技術，該技術主要針對低速率無線傳感器網絡而提出，它能夠滿足小型化、低成本設備（如溫度調節裝置、照明控制器、環境檢測傳感器等）的無線聯網要求。認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡4.ZigBee技術（2）ZigBee技術的特點ZigBee技術提供一種廉價的固定、便攜或移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線傳輸技術，無線傳感器網絡的重要支撐技術。特點：①數據傳輸速率低②功耗低③數據傳輸可靠④網絡容量大⑤自動動態組網、自主路由⑥兼容性⑦安全性⑧實現成本低認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡4.ZigBee技術（3）ZigBee技術的典型應用①帶負載管理功能的自動抄表系統；②智能交通、油氣生產遙測遙控通信系統；③監控照明、HVAC和寫字樓安全；④農田耕作、環境監測、水利水文監測無線通信；工業制造、過程控制遙測遙控；⑤對病患、設備及設施進行醫療和健康監控；⑥家庭監控、安防報警系統運用；⑦軍事應用，包括戰場監視和機器人控制；⑧汽車應用，配合傳感器網絡報告汽車所有系統的狀態。認識新一代移動通信技術4.34.3.3無線傳感器網絡5.典型短距離無線傳輸技術對比請查閱教材等資料，對比藍牙、ZigBee和Wi-Fi三種短距離無線通信技術的優缺點和主要應用領域。小組計劃行動2智能冶煉工廠網絡技術選型為順利完成“智能冶煉工廠網絡技術選型”任務，請各小組討論完成系統技術選型清單：

智能冶煉工廠網絡技術選型清單序號業務需求需采用的技術技術名稱技術特點技術類別【任務實施】1.智能冶煉工廠網絡技術選型編制《智能冶煉工廠的網絡技術選型清單》，對比工廠辦公、生產現場與廠區等聯網場景，對比不同聯網需求，推薦使用的網絡技術。小結課后任務項目四智能冶煉工廠的網絡規劃

4.4探秘工業互聯網4.5探究物聯網工程網絡總體規劃（1）觀看微課等資源；（2）參與相關討論話題；（3）完成小節測驗。在線課程上，預習下節課內容：

期待下次見面在線預習點評測驗完成情況參與討論話題情況認識工業互聯網4.44.4.1工業互聯網概述1.工業互聯網發展現狀第一階段

網絡的發明及機器與機器的互聯20世紀60-80年代1968年PLC誕生1983年

以太網標準化1986年PLC連接到PC1989年

萬維網發明01第二階段工業網絡協議及操作系統發布，物聯網提出及工業設備逐漸聯網20世紀90年代021992年

引入工業以太網和TCP/IP連接1995年MSWindows成為工業主流操作系統

1997年

無線M2M技術在工業普遍發展1999年

物聯網概念提出第三階段云計算及通信獨立架構協議形成，工業互聯網支撐體系逐步形成2000-2010032002年云計算初步形成2006年OPC獨立架構協議發布第四階段工業互聯網雛形形成和發展2010-2020042010年傳感器價格普遍下降2016年工業互聯網雛形形成2019年

工業和信息化部國家標準化管理委員會印發《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》2020至今052020年全球5G商用2022年工業互聯網形成工業安全、工業軟件、云計算等多個體系2022年我國工業互聯網標識解析體系“5+2”國家頂級節點全面建成工業互聯網標識工業互聯網標識解析體系——國家頂級節點全面建成發布儀式現場

我國工業互聯網標識解析體系采用“根節點、國家頂級節點、二級節點、企業節點、遞歸節點”的分層分級架構，兼容國際主流標識體系。中國工業互聯網標識解析體系實踐是全球工業互聯網重要的產業實踐。“5+2”國家頂級節點全面建成，實現了從0到1的突破。一方面，加快構建工業互聯網標識解析體系能夠為產業發展注入動力，促進工業互聯網產業蓬勃發展。另一方面，為擺脫對國外同類標準的依賴，必須盡快建立屬于中國自己的工業互聯網標識解析體系。

工業互聯網標識是識別和管理機器、產品等物理對象和算法、工藝等數字對象的唯一“身份證”。其作用類似于互聯網領域的域名解析系統（DNS）。域名系統將域名翻譯為IP地址以建立通信連接，標識解析體系承載了更加豐富的內容，標識對象在全生命周期內的所有信息都可以通過標識獲得，這為數據驅動下的數字化轉型提供了智能化感知能力。小知識認識工業互聯網4.44.4.1工業互聯網概述2.總體架構工業互聯網實施框架總體視圖工業互聯網當前階段的實施以傳統制造體系的層級劃分為基礎，適度考慮未來基于產業的協同組織，按“設備、邊緣、企業、產業”四個層級開展系統建設，指導企業整體部署。認識工業互聯網4.44.4.2工業互聯網的網絡框架1.網絡實施框架工業互聯網網絡實施框架工業互聯網網絡建設目標是構建全要素、全系統、全產業鏈互聯互通的新型基礎設施。按照網絡覆蓋范圍，從實施架構來看，分別有生產控制網絡，建設在設備層和邊緣層；企業與園區網絡建設在企業層，國家骨干網絡在產業層，全網構建新型互操作體系。認識工業互聯網4.44.4.2工業互聯網的網絡框架2.生產控制網絡生產控制網絡又稱為工業生產網絡，主要連接工廠內各生產要素，包括：人員、機器、環境等。實施核心目標是在設備層和邊緣層建設高可靠、高安全、高融合的網絡，支撐生產域的人機料法環全面的數據采集、控制、監測、管理、分析等。生產控制網絡所連接的資源設備多樣化，邊緣網絡呈現為類型多樣化。按承載網絡業務不同，分為現場控制網絡、數據采集網、能環網、制造IT網、OA網絡。典型工業互聯網工廠內網架構邊緣網關邊緣網關參考架構

邊緣協議網關通常具備數據轉換能力和設備端的數據采集斷線緩存能力。在設備不方便連接有線網時，設備數據可以通過邊緣網關進行接口轉換、數據格式解析，然后通過5G、Wi-Fi或者有線網絡上傳數據。網關在將非IP網絡轉換為基于IP的協議中扮演著重要角色。工業邊緣智能網關通常具有快速接入高速互聯網、安全可靠的數據傳輸、支持邊緣計算等特點。

邊緣網關，又稱邊緣協議網關，部署在網絡邊緣側的網關，通過網絡聯接、協議轉換等功能聯接物理和數字世界，提供輕量化的聯接管理、實時數據分析及應用管理功能。主要是針對設備采集的數據需要經過轉換后才能被服務器接受的場景。小知識認識工業互聯網4.44.4.2工業互聯網的網絡框架3.企業與園區網絡企業與園區網絡實施核心目標在企業層建設高可靠、全覆蓋、大帶寬的企業與園區網絡。在部署方式上，主要是通過工業企業自主建設與第三方網絡服務提供商建設結合的模式。4.國家骨干網絡國家骨干網絡實施核心目標在產業層建設低時延、高可靠、大帶寬的全國性骨干網絡。工業企業使用國家骨干網絡主要是普通互聯網連接和高質量專線連接兩類。認識工業互聯網4.44.4.3工業控制網絡常用協議目前工業控制領域常用的通信協議分為：1.現場總線協議主要提供現場傳感器件到控制器、控制器到執行器或控制器與各輸入輸出控制分站間進行數據通信的支持。主要有PROFIBUS、Modbus、HART、CANopen、LonWorks等。2.工業以太網技術以太網按IEEE802.3標準，采用帶沖突監測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）對共享媒體進行訪問的一種局域網。主流包括Ethernet/IP、PROFINET、ModbusTCP、Powerlink、EtherCAT等。3.工業無線網絡技術適用于工廠內移動的設備間通信，或線纜連接實現困難或無法實現的場合。主要包含：5G、LoRa、NB-IoT、Wi-Fi6、Bluetooth、ZigBee、RFID等。4.時間敏感網絡（TSN，TimeSensitiveNetwork）技術基于IEEE802.1協議實現，遵循標準的以太網協議體系。符合標準的以太網架構，具有精準的流量調度能力，可以保證多種業務流量的共網高質量傳輸，兼具技術及成本優勢，認識工業互聯網4.44.4.4工業PON技術無源光纖網絡技術（PON，PassiveOpticalNetwork）是指不含有任何電子器件及電子電源的光纖網絡。一個無源光網絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端，以及一批配套的安裝于用戶場所的光網絡單元。光接入網拓撲結構示意圖認識工業互聯網4.44.4.4工業PON技術工業PON技術，通過光網絡單元（ONU，OpticalNetworkUnit）設備實現現場級設備與上層網絡的連接，實現數據采集、生產指令下達、傳感數據采集、廠區視頻監控等關鍵功能；通過光分配網絡（ODN，OpticalDistributionNetwork）的匯聚以及光路終端設備（OLT，OpticalLineTerminal），實現與企業生產網絡和辦公網絡的融合連接，從而實現生產線數據到工廠/企業IT系統的可靠有效傳輸。工業PON設備在工廠內網絡中的位置物聯網工程的網絡總體規劃方法4.54.5.1網絡系統規劃的原則與設計流程網絡系統設計的基本原則是實用性、開放性、可靠性、安全性、先進性和可擴展性。網絡的部署與規劃，需要匹配物聯網相關業務系統的部署與規劃，需遵循以下原則：①網絡作為基礎設施，需要與業務系統統一規劃，同時需要考慮未來的演進。②網絡部署需要整體規劃，避免傳統的網絡物理隔離及碎片化。③工業網絡中工廠內、外網絡需要統一協調，技術可以解耦，分開演進。物聯網工程的網絡總體規劃方法4.54.5.2網絡結構設計與選型1.網絡結構與拓撲結構設計大型和中型網絡系統建議采用分層設計思想，能有效解決網絡系統規模、結構和技術復雜性。請結合計算機網絡的知識，思考并說一說：（1）接入層、匯聚層、核心層分別主要功能和網絡設備？（2）在智能冶煉工廠中是否適用三層的網絡結構，并說明理由？網絡系統分層結構示例物聯網工程的網絡總體規劃方法4.54.5.2網絡結構設計與選型2.核心層網絡結構設計核心層網絡是整個網絡系統的主干部分，應用是網絡系統設計與建設的重點。核心層網絡通常承擔整個網絡流量的40%~60%，應用于核心層網絡的核心設備是高性能的交換路由器，連接核心路由器的是具有冗余鏈路（提供一條備用路徑）的光纖。(a)直接接入核心路由器

(b)通過專用交換機接入核心路由器物聯網工程的網絡總體規劃方法4.54.5.2網絡結構設計與選型3.匯聚層與接入層網絡結構設計匯聚層網絡將分布在不同位置的子網絡連接到核心網絡，實現路由匯