工業(yè)系統(tǒng)中常用通訊協(xié)議

工業(yè)系統(tǒng)中常用通訊協(xié)議匯報人：AA2024-01-21BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS通訊協(xié)議概述串行通訊協(xié)議并行通訊協(xié)議現(xiàn)場總線通訊協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議通訊協(xié)議的選擇與應用BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01通訊協(xié)議概述通訊協(xié)議是指為實現(xiàn)計算機系統(tǒng)之間、計算機與外設之間以及計算機內(nèi)部各部分之間進行數(shù)據(jù)交換而制定的一組規(guī)則、標準和約定的集合。根據(jù)通訊方式和應用場景的不同，通訊協(xié)議可分為串行通訊協(xié)議、并行通訊協(xié)議、現(xiàn)場總線協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議等。定義與分類分類定義123通過通訊協(xié)議，不同設備之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蜏蚀_性。實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換合理的通訊協(xié)議設計可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，減少數(shù)據(jù)傳輸錯誤和故障。保證系統(tǒng)穩(wěn)定性通訊協(xié)議作為計算機通訊領域的標準，促進了不同廠商和設備之間的兼容性和互操作性，推動了工業(yè)自動化領域的發(fā)展。促進標準化發(fā)展通訊協(xié)議的重要性在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，各種自動化設備之間需要進行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作，通訊協(xié)議是實現(xiàn)這一目標的關鍵。自動化設備之間的通訊上位機（如PLC、工業(yè)計算機等）與下位機（如傳感器、執(zhí)行器等）之間需要通過通訊協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。上位機與下位機的通訊隨著工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接越來越緊密，通訊協(xié)議是實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的基礎。工業(yè)網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的連接工業(yè)系統(tǒng)中通訊協(xié)議的應用場景BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02串行通訊協(xié)議采用不平衡傳輸方式，即單端通訊。傳輸方式信號電平傳輸距離傳輸速率邏輯“1”的電平為-3V～-15V，邏輯“0”的電平為+3～+15V。標準值最大傳輸距離為15米，實際可達50米。在10米距離內(nèi)，傳輸速率可達115.2kbit/s。RS-232協(xié)議采用差分信號負邏輯，即A、B兩線間的電平差為+(2～6)V表示“0”；-(2～6)V表示“1”。傳輸方式接口信號電平比RS-232降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。信號電平最大傳輸距離標準值為4000英尺（約1219米），實際上可達3000米。傳輸距離最大傳輸速率為10Mb/s，在100Kb/S下可以傳輸1200米。傳輸速率RS-485協(xié)議采用多主從結(jié)構，即每個節(jié)點都可以向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從。傳輸方式速率可高達1Mbps，此時通信距離最長為40米。傳輸速率顯性電平對應邏輯“0”，CAN_H和CAN_L之差為2.5V左右；隱性電平對應邏輯“1”，CAN_H和CAN_L之差近似為0V。信號電平最大傳輸距離取決于網(wǎng)絡的總線驅(qū)動器和接收器的性能，實際可達10千米（速率低于5Kbps）或40米（速率1Mbps）。傳輸距離CAN總線協(xié)議BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03并行通訊協(xié)議123基于TCP/IP和以太網(wǎng)技術的工業(yè)自動化應用層協(xié)議支持實時控制和信息集成，可實現(xiàn)跨平臺通訊廣泛應用于工業(yè)自動化領域，支持多種設備類型和廠商Ethernet/IP協(xié)議基于工業(yè)以太網(wǎng)技術的自動化通訊協(xié)議實現(xiàn)了實時通訊和分布式自動化系統(tǒng)的無縫集成提供了豐富的診斷和維護功能，降低了系統(tǒng)停機時間PROFINET協(xié)議CC-Link協(xié)議01基于現(xiàn)場總線的開放式工業(yè)自動化通訊協(xié)議02實現(xiàn)了高速、高效、穩(wěn)定的通訊性能，支持多種傳輸介質(zhì)廣泛應用于各種工業(yè)自動化設備之間的通訊，如PLC、傳感器、執(zhí)行器等03BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04現(xiàn)場總線通訊協(xié)議PROFIBUSDP用于現(xiàn)場設備層的高速數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)分散式I/O通信。PROFIBUSPA用于過程自動化，滿足本質(zhì)安全要求，適用于防爆場合。PROFIBUSFMS用于車間級監(jiān)控和網(wǎng)絡控制，提供中等傳輸速度的通信服務。PROFIBUS協(xié)議03SE用于低速串行通信，支持多種物理介質(zhì)和拓撲結(jié)構。01H1用于現(xiàn)場設備層，采用兩線制傳輸方式，支持總線供電和本質(zhì)安全。02HSE用于高速以太網(wǎng)通信，實現(xiàn)與上層管理系統(tǒng)的無縫集成。FOUNDATIONFieldbus協(xié)議設備描述采用CANopen協(xié)議棧，支持設備描述語言（EDDL），實現(xiàn)設備的自我描述和配置。實時性采用生產(chǎn)者/消費者模型，支持實時數(shù)據(jù)傳輸和事件觸發(fā)。互操作性遵循國際標準和規(guī)范，確保不同廠商設備之間的互操作性?？煽啃圆捎缅e誤檢測和恢復機制，確保通信的可靠性和穩(wěn)定性。DeviceNet協(xié)議BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議實時性EtherCAT是一種實時以太網(wǎng)協(xié)議，具有極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和確定性，適用于需要高精度同步和實時控制的工業(yè)應用。拓撲結(jié)構EtherCAT支持線型、樹型、星型等多種拓撲結(jié)構，方便靈活的系統(tǒng)設計和擴展。高效性EtherCAT采用主從通信模式，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層協(xié)議，降低了通信延遲和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷。EtherCAT協(xié)議確定性SERCOSIII協(xié)議具有確定性的數(shù)據(jù)傳輸特性，可確保在固定時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸和處理，滿足實時控制的需求?？煽啃許ERCOSIII協(xié)議采用冗余通信機制，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同步性SERCOSIII是一種同步實時通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的時鐘同步和位置控制，適用于高性能的運動控制應用。SERCOSIII協(xié)議靈活性Powerlink協(xié)議支持多種傳輸模式和拓撲結(jié)構，可根據(jù)實際需求進行靈活配置和優(yōu)化?；ゲ僮餍訮owerlink協(xié)議具有良好的互操作性，可與多種工業(yè)自動化設備和控制系統(tǒng)進行無縫集成。實時性Powerlink是一種基于以太網(wǎng)的實時通信協(xié)議，具有低延遲、高吞吐量的特點，適用于對實時性要求較高的工業(yè)應用。Powerlink協(xié)議BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06通訊協(xié)議的選擇與應用實時性對于需要實時監(jiān)控和控制的應用場景，應選擇具有低延遲和高可靠性的通訊協(xié)議。可擴展性考慮到未來工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展，選擇具有良好可擴展性的通訊協(xié)議，以便輕松適應新的設備和功能。安全性確保所選通訊協(xié)議具有足夠的安全性，以防止未經(jīng)授權的訪問和數(shù)據(jù)泄露。兼容性選擇的通訊協(xié)議應與現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)和設備兼容，以確保無縫集成和數(shù)據(jù)交換。通訊協(xié)議選擇的原則不同通訊協(xié)議的優(yōu)缺點比較Modbus優(yōu)點是簡單、開放且易于實現(xiàn)，缺點是數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，不適合大型網(wǎng)絡。Profinet優(yōu)點是高速、高效且支持實時通信，缺點是成本較高，需要專用硬件支持。EtherNet/IP優(yōu)點是兼容性好、傳輸速率快且支持實時通信，缺點是安全性相對較低，需要額外配置安全措施。OPCUA優(yōu)點是跨平臺、安全性高且支持多種傳輸協(xié)議，缺點是實現(xiàn)復雜度高，需要專業(yè)的開發(fā)支持。案例一某石油化工廠采用Modbus協(xié)議進行設備監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和故障預警。案例三某電力公司采用EtherNet/IP協(xié)議實現(xiàn)了智能電