工业通讯领域各种总线协议介绍

2023-6-15

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作为一个工业总线模块控制技术领域的参与者，我们在面对PLC、HMI、DCS、SCADA、MES这些传统知识更新的同时，IIoT、ICT、OPC UA、TSN等各种新的技术也不断向我们发起挑战，这是一个万物互联的时代，工业通讯成为我们必备知识之一，就像前面我们小伙伴说过：

自动化早已不是原来的自动化，为何你却还是原来的你

当中提到的一样，当时代抛弃你的时候，或许连招呼都不会打~

01 工业通讯的多样性

一说到总线、协议、工业以太网、接口这些词汇，浮现在你们脑海里的是不是下图所示的画面，我想做过现场控制的朋友，应该或多或少都用过其中的一些~

如果你想到的不是上面的各种协议，那估计也会是各种各样的厂商名称

确实，工业领域具有自身的特殊性，因此造就了众多的总线，工业以太网，接口，协议，标准。

就现场总线而言，目前世界上依然存在着大概40余种，大家比较熟悉的有西门子的ProfiBus，PhenixContact公司的InterBus，罗克韦尔的的DeviceNet与ControlNet等等。

由于行业特性的不同，在不同的行业，也存在着不同的总线协议，各种各样的现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80%左右的市场。

02 主流工业协议/总线/接口

或许对于大家来说，耳熟能详应该就是Profinet,Profibus，Ethernet/ip,Ethercat，Sercos III,CANOpen这些了吧，毕竟各种招聘里面全是这些~

为了让大家清晰的了解，分了品牌进行逐一描述：

西门子

协议/总线/接口名称	牵头厂商	说明
PROFINET	西门子	PROFIBUS & PROFINET国际组织（PI）提出，是基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET 为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的内容。
PROFIBUS	西门子	PROFIBUS & PROFINET国际组织（PI）提出基于现场总线的自动化标准。通过一根总线电缆，PROFIBUS可将控制器或控制系统与现场级的分布式现场设备（传感器和执行器）连接，并且允许与更高级别的通信系统进行一致性数据交换。PROFIBUS的一致性是基于统一的、标准的、独立于应用的通信协（所谓的PROFIBUS DP），它是支持工厂自动化、过程自动化、运动控制及安全相关领域的现场总线解决方案。
AS-I	西门子	AS-i是直接连接现场传感器，执行器的总线系统。生产过程的自动化是绝对离不开传感器和执行器的。全球领先的执行器和传感 器厂商均为AS-i 提供支持。可从 AS-i 协会获得相关的电气和 机械技术规范。
IO-Link	西门子	2008年由西门子研发并开始使用，IO-Link（IEC61131-9）是一种开放式标准串行通信协议，允许从支持IO-Link的传感器和设备进行双向交换数据，并连接到主站。IO-Link主站可以通过各种网络，现场总线或背板总线传输此数据，使数据可通过工业信息系统（PLC，HMI等）进行即时操作或用于长期分析。每个IO-Link传感器都有一个描述设备及其IO-Link功能的IODD（IO设备描述）文件。

 

罗克韦尔

 

协议/总线/接口名称	牵头厂商	说明
CIP	ODVA	CIP是EtherNet/IP、DeviceNet、CompoNet和ControlNet的等协议的统一应用层协议。CIP包含一整套消息和服务，用于收集制造自动化应用程序的控制、安全、同步、运动、配置等信息。该协议由Open DeviceNet Vendors Association (ODVA)管理。
DeviceNet	罗克韦尔	DeviceNet是一个开放式网络标准。规范和协议都是开放的— 厂商将设备连接到系统时，无需购买硬件、软件或许可权。任何人都能以少量的复制成本从开放式DeciceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范。任何制造（或有打算制造）DeviceNet产品的公司都可以加入ODVA，并参加对DeviceNet规范进行增补的技术工作组。
EtherNet/IP	罗克韦尔	Ethernet/IP是由ODVA所开发并得到了罗克韦尔自动化的强大支持。EtherNet/IP指的是”以太网工业协议”(Ethernet Industrial Protocol)。它定义了一个开放的工业标准，将传统的以太网与工业协议相结合。EtherNet/IP是基于TCP/IP系列协议，因此采用以原有的形式OSI层模型中较低的4层。所有标准的以太网通信模块，如PC接口卡、电缆、连接器、集线器和开关都能与 EtherNet/IP 一起使用。
ControlNet	罗克韦尔	ControlNet是面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理层介质链路上提供时间关键性I/O数据和报文数据，包括程序的上载/下载，组态数据和端到端的报文传递等通讯支持。罗克韦尔自动化公司的设计之初就提出了三层网络的概念,分别是以太网，Controlnet网，Deveicenet网，上层信息用于全厂的数据采集和程序维护;中层自动化和控制层实现实时I/O的控制,控制器的互锁和报文的传送;底层设备网用于底层设备的低成本,高效率的信息集成.

 

博世、倍福、三菱、欧姆龙、施耐德

 

协议/总线/接口名称	牵头厂商	说明
EtherCat	倍福	EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，其名称的CAT为控制自动化技术（Control Automation Technology）字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff公司研发。
Modbus	施耐德	现已发展为包括Modbus RTU、ModbusASCII、Modbus TCP:Modbus RTU是一种开放标准、允许通过串行连接进行通信的二进制编码协议。Modbus ASCII也是一种开放标准、支持串行连接的ASCII编码协议.Modbus/TCP是一种开放标准、它将Modbus RTU有效负载封装在TCP数据包中，并对功能码进行了一些限制。
CC-Link	三菱	CC-Link是由日本三菱电机开发，并被其他日本供应商广泛采用的一种现场总线协议。目前有四种CC-Link格式：CC-LinkCC-Link LT（用于低通信需求设备的轻量化版本）CC-Link Safety（高可靠性版本，符合IEC 61508 SIL3和ISO13849-1 Cat 4标准）CC-Link IE（工业以太网版）典型的CC-Link通信介质包括双绞线和光纤
CANOpen	博世	由Bosch公司领导的一个欧洲机构研究出一个协议原型，由此发展成为CANopen规范。CANopen不仅定义了应用层和通信子协议，而且为可编程系统、不同器件、接口、应用子协议定义了大量的行规，遵循这些行规开发出的CANopen设备将能够实现不同公司产品间的互操作。另外，CANopen协议是免许可证的，任何组织和个人都可以开发支持CANopen协议的设备而不用支付版税，这也是CANopen得到迅猛发展的重要原因之一。CANopen目前已在汽车工业控制系统，公共交通运输系统，医疗设备，海运电子设备和建筑自动化系统中取得了广泛的应用，是将CAN应用推向深化的理想选择。
SERCOS	博世	SERCOS网络通讯协议接口，是世界上唯一一个标准化的（IEC61491和通讯的协议标准EN61491）用于控制器与驱动器之间的通讯协议接口，有现场总线协议SERCOS I 和SERCOS II,还有实时以太网协议SERCOS III
Host Link	欧姆龙	ost Link是欧姆龙为其旧PLC系列开发的协议，但是，许多新的欧姆龙PLC仍然可以使用HostLink协议进行通信。它是基于ASCII码的RS-232总线协议。

 

 

其它

 

协议/总线/接口名称	牵头厂商	说明
OPC	OPC基金会	这个不用介绍
HSE	现场总线基金会	HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结构框架内无缝地进
HSE	现场总线基金会	HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结构框架内无缝地进
RS232/RS485	EIA	RS232由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。 RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。
BACnet	美国供热、制冷与空调工程师协会	楼宇自动控制网络数据通信协议BACnet由美国供热、制冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会135P于1995年6月正式通过制定。一般楼宇自控设备从功能上讲分为两部分：一部分专门处理设备的控制功能；另一部分专门处理设备的数据通信功能。 而BACnet就是要建立一种统一的数据通信标准，使得设备可以互操作。BACnet协议只是规定了设备之间通信的规则，并不涉及实现细节。
PowerLink	标准化组织EPSG	POWERLINK=CANopen+Ethernet鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础，EthernetPOWERLINK 融合了这两项技术的优点和缺点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO 和PDO对象字典的结构。
DNP3	IEEE	DNP(Distributed Network Protocol,分布式网络规约)是一种应用于自动化组件之间的通讯协议，常见于电力、水处理等行业。SCADA可以使用DNP协议与主站、RTU、及IED进行通讯。DNP协议标准由IEEE提出，参考了IEC 870-5、以及其他一些IEC协议。主要为了解决SCADA行业中，协议混杂、没有公认标准的问题。
LonWorks	施朗	美国埃施朗公司基于LonWorks协议的一个网络平台，也叫做LonWorks平台。该平台广泛应用于许多行业，包括半导体制造、照明控制系统、能源管理系统、HVAC系统、安防系统、家庭自动化、消费电器控制、公共街道照明/监控/控制和加油站控制。

在工业控制系统中使用的通信协议在不同的行业、不同的区域和不同的供应商之间差别很大

目前YSA意萨总线模块、远程模块主要针对西门子PROFINET总线模块，欧姆龙、基恩士等主流EtherCat总线，目前专注于远程IO模块，远程总线模块，数字量模块，以及模拟量模块，温控模块等相关产品，欢迎关注YSA意萨总线技术网站！