工業(yè)上的幾種通訊協(xié)議

1、每個(gè)儀表都有自己獨(dú)特的通訊協(xié)議，常見(jiàn)的有modbus通訊協(xié)議 、RS-232通訊協(xié)議、RS-485通訊協(xié)議 、HART通訊協(xié)議等等，那么這些通訊協(xié)議究竟是怎么工作的，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？本文將重點(diǎn)介紹目前常見(jiàn)的幾種通訊協(xié)議！幫助儀表人學(xué)習(xí)。通訊協(xié)議：又稱(chēng)通信規(guī)程，是指通訊雙方對(duì)數(shù)據(jù)傳送控制的一種約定。約定中包括對(duì)數(shù)據(jù)格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，它也叫做鏈路控制規(guī)程。常用的儀表通訊協(xié)議有： modbus通訊協(xié)議 RS-232通訊協(xié)議 RS-485通訊協(xié)議 HART通訊協(xié)議。 MPI通信 串口通信 PROFIBUS通信 工業(yè)以

2、太網(wǎng) ASI通信 PPI通信 遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信 TCP UDP S7 profibus pofinet MPI PPI Profibus-DP Devicenet EthernetModbus通訊協(xié)議1Modbus協(xié)議最初由Modicon公司開(kāi)發(fā)出來(lái)，在1979年末該公司成為施耐德自動(dòng)化部門(mén)的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。由于modbus協(xié)議是完全公開(kāi)透明的，所需的軟硬件又非常簡(jiǎn)單，這就使它成為了一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)

3、準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。特點(diǎn)Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。modbus通訊協(xié)議是一種主從式異步半雙工通信協(xié)議，采用主從式通訊結(jié)構(gòu)，可以使一個(gè)主站對(duì)應(yīng)多個(gè)從站進(jìn)行雙向通信。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程,如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求,以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU等通訊方式，

4、并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實(shí)現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用主-從方式，主站發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，從站接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主站以響應(yīng)請(qǐng)求；主站也可以直接發(fā)消息修改從站的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫(xiě)。主/從原理當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí),此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址,識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息,決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng),控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上,包含了

5、Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Modbus協(xié)議發(fā)送給詢(xún)問(wèn)方。Modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)。另外，Modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某從站點(diǎn)斷開(kāi)后（如故障或關(guān)機(jī)），主端可以診斷出來(lái)，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。因此，Modbus協(xié)議的可

6、靠性較好。Modbus與OSI參考模型Modbus之ASCII通訊方式數(shù)據(jù)幀廣播模式（只用于寫(xiě)操作）非廣播模式Modbus之RTU通訊方式RS-232通訊協(xié)議2RS-232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)通常。RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳(DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232 接口，分別稱(chēng)為 COM1 和 COM2 。RS-232接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線(xiàn)和9條信號(hào)線(xiàn)兩種，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。

7、在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線(xiàn)就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。傳輸速率RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特率。遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端RS-232標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來(lái)用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說(shuō)，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解，我們對(duì)RS

8、-232C標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了?！鞍l(fā)送”和“接收”RS-232標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場(chǎng)上，而不是站在DCE的立場(chǎng)來(lái)定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。電氣特性EIA-RS-232 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線(xiàn)功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上： 邏輯1(MARK)=-3V-15V 邏輯0(SPACE)=+3+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線(xiàn)上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）+3V+15V信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V-15VRS-232接

9、口定義（9芯）RS-232接口定義(25芯)1頻蔽地線(xiàn) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD3接收數(shù)據(jù) RXD4 請(qǐng)求發(fā)送RTS5允許發(fā)送 CTS6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR7信號(hào)地 SG 8 載波檢測(cè) DCD9 發(fā)送返回(+)10 未定義11 數(shù)據(jù)發(fā)送(-) 1217 未定義18 數(shù)據(jù)接收(+) 19 未定義20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR21 未定義22 振鈴 RI2324 未定義25 接收返回(-)RS-232串口通信接線(xiàn)方法（三線(xiàn)制）串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線(xiàn)相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連。接收數(shù)據(jù)針腳（或線(xiàn)）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線(xiàn)）相連，彼此

10、交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接。9針D型串口：2“RXD”，3“TXD”，5“邏輯地”。25針串口通信接線(xiàn)方法RS-232缺點(diǎn) ：（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率20Kbps。（3）接口使用一根信號(hào)線(xiàn)和一根信號(hào)返回線(xiàn)而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺（實(shí)際15米）。RS-485通訊協(xié)議3RS-485標(biāo)準(zhǔn)是在RS232的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線(xiàn)上，同

11、時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線(xiàn)共模范圍，后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為+（26）V表示；邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為-（26）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232降低了，就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。傳播速率：RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10MbpsRS-485接口：是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、125K通信接口方式

12、：RS485接口：異步，半雙工,串行數(shù)據(jù)格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)校驗(yàn)1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、奇校驗(yàn)1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗(yàn)當(dāng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)適配器PROFIBUS連接時(shí)采用默認(rèn)數(shù)據(jù)格式。RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米(理論上的數(shù)據(jù)，在實(shí)際操作中，極限距離僅達(dá)1200米左右），另外RS-232-C接口在總線(xiàn)上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線(xiàn)上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶(hù)可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。9針型接口：RS485接口 信號(hào)含義3

13、 RXD- 接收數(shù)據(jù)4 RXD+ 接收數(shù)據(jù)5 TXD+ 發(fā)送數(shù)據(jù)7 TXD- 發(fā)送數(shù)據(jù)缺點(diǎn)：很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患共模干擾問(wèn)題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線(xiàn)之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12V，只有滿(mǎn)足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。

14、HART協(xié)議4HART(HighwayAddressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，是美國(guó)ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對(duì)低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信，經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4-20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)

15、的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過(guò)HART協(xié)議訪問(wèn)。協(xié)議基本情況 420mA模擬信號(hào)+數(shù)字控制信號(hào)（FSK技術(shù)） 支持雙絞線(xiàn)全數(shù)字通信，可構(gòu)成15個(gè)站網(wǎng)絡(luò) 支持OSI開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，1、2、7、層通信模型：物理層：基于Bell 202 通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK 技術(shù)，基本內(nèi)容：波特率 1200bps （速度較慢）邏輯1 1200HZ邏輯0 2400HZ數(shù)據(jù)鏈路層通信方式：1）主從式通信由主設(shè)備來(lái)控制數(shù)據(jù)幀的傳送最多允許15個(gè)從設(shè)備連接到一條多點(diǎn)通訊線(xiàn)上2）突發(fā)模式從設(shè)備定時(shí)重

16、復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀3）半雙工通訊方式尋址范圍：0 15當(dāng)?shù)刂窞?時(shí)，處于420mADC與數(shù)字通信兼容狀態(tài)。當(dāng)?shù)刂窞?15時(shí)，則處于全數(shù)字通信狀態(tài)。規(guī)定通信數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，每個(gè)字符由11位組成：1bit起始位 + 8bit數(shù)據(jù) + 1bit奇偶校驗(yàn)位 + 1bit停止位應(yīng)用層：通用命令： 對(duì)所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都適用的命令。包括以下內(nèi)容： 讀變送器的量程、單位以及阻尼時(shí)間常數(shù)； 讀出傳感器串聯(lián)數(shù)目及其線(xiàn)制； 讀出制造廠及產(chǎn)品型號(hào)； 讀出主變量及單位； 讀出電流的輸出及百分比輸出； 讀寫(xiě)8個(gè)字符的標(biāo)牌號(hào)，16個(gè)字符的描述內(nèi)容以及日期等；通用命令適用于大部分符合HART協(xié)議的產(chǎn)品，但不同公司的HAR

17、T產(chǎn)品可能會(huì)有少量區(qū)別，如寫(xiě)主變量單位，微調(diào)DA的零點(diǎn)和增益等： 寫(xiě)入阻尼時(shí)間常數(shù)； 寫(xiě)入變送器量程； 標(biāo)定（設(shè)置零點(diǎn)和量程）； 微調(diào)主變量零點(diǎn)； 微調(diào)DAC的零點(diǎn)和增益； 完成自檢及主機(jī)復(fù)位；特殊命令：僅適用于某種具體的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這是各家公司的產(chǎn)品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微調(diào)傳感頭校正等。： 讀出或?qū)懭腴_(kāi)方小流量截?cái)嘀担?啟動(dòng)、停止或清除累積器； 選擇主變量（質(zhì)量流量或密度）； 讀出或?qū)懭虢M態(tài)信息資料； 微調(diào)傳感器的標(biāo)定；HART通訊模式：第一種“問(wèn)答式”：2次/秒，適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，多站連接第二種“成組模式”：3.7次/秒，只適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接HART協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)： 模擬信號(hào)帶有過(guò)

18、程控制信息，數(shù)字信號(hào)允許雙向通信； (智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表+模擬儀表、記錄儀及控制器)混合系統(tǒng)； 支持多主站數(shù)字通信，節(jié)省導(dǎo)線(xiàn)，減少安裝費(fèi)； 通過(guò)租用電話(huà)線(xiàn)連接儀表，使遠(yuǎn)方的現(xiàn)場(chǎng)儀表使用相對(duì)便宜的接口設(shè)備； 允許“問(wèn)答式”及“成組模式”通信方式； 報(bào)文結(jié)構(gòu)靈活、規(guī)范、一次通信可攜帶4個(gè)過(guò)程變量。HART通信的應(yīng)用通常有三種方式： 最普通的是用手持通信終端(HHT)與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表通信。 帶HART通信功能的控制室儀表，可與多臺(tái)HART儀表進(jìn)行通信并組態(tài)。 第三種方式是與P機(jī)或DS操作站進(jìn)行通信。在智能變送器與HART協(xié)議通訊器之間互聯(lián)需要遵循負(fù)載電阻之和在250600 之間，太小了不能通訊，太大了變送

19、器無(wú)法工作。實(shí)踐中，一般在校驗(yàn)室內(nèi)都至少要串接一個(gè)250 以上的標(biāo)準(zhǔn)電阻，但在現(xiàn)場(chǎng)中如果系統(tǒng)基本滿(mǎn)足負(fù)載電阻要求，可以直接在控制室內(nèi)接線(xiàn)端子上跨接HART通訊器。如圖1所示由于HART儀表與原4-20mA標(biāo)準(zhǔn)的儀表具有兼容性，HART儀表的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用發(fā)展迅速，特別是在設(shè)備改造中受到歡迎。HART協(xié)議與FF等協(xié)議相比，較為簡(jiǎn)單，而且由于速度慢及低功耗的要求，數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層一般均由軟件實(shí)現(xiàn)。物理層應(yīng)用原有的Bell202調(diào)制解調(diào)器。為解決不同廠家設(shè)備的互換性及互操作性問(wèn)題，HART采用了設(shè)備描述語(yǔ)言（DDL)。MPI通訊協(xié)議5MPI協(xié)議，其英文全名為Multi-point-Interface。

20、在PLC之間可組態(tài)為主主協(xié)議或主從協(xié)議如何操作依賴(lài)于設(shè)備類(lèi)型：如果控制站都是s7300400系列PLC，那么就建立主主連接關(guān)系，因?yàn)镸PI協(xié)議支持多主站通訊，所有的s7300 CPU都可配置為網(wǎng)絡(luò)主站，通過(guò)主主協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)交換。如果某些控制站是s7200系列PLC，則可以建立主從連接關(guān)系，因?yàn)閟7200 CPU是從站，用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)指令實(shí)現(xiàn)s7300 CPU對(duì)s7200 CPU的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。PROFIBUS通訊協(xié)議6PROFIBUS，是一種國(guó)際化開(kāi)放式不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，

21、所有連接到總線(xiàn)上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層。 （1）PROFIBUSDP：定義了第一二層和用戶(hù)接口。第三到七層未加描述。用戶(hù)接口規(guī)定了用戶(hù)及系統(tǒng)以

22、及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUSDP設(shè)備的設(shè)備行為。 （2）PROFIBUSFMS：定義了第一二七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface LLI)。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶(hù)提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴(lài)設(shè)備的第二層訪問(wèn)接口。 （3） PROFIBUSPA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUSDP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC11582標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征

23、安全性，而且可通過(guò)總線(xiàn)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。 注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三六層末使用，第七層為應(yīng)用層。TCP/UDP協(xié)議7TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。通過(guò)面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)包發(fā)送。通俗說(shuō)，它是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開(kāi)辟出連接好的通道，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯(cuò)恢復(fù)功能。一般來(lái)說(shuō)，TCP對(duì)應(yīng)

24、的是可靠性要求高的應(yīng)用，而UDP對(duì)應(yīng)的則是可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。TCP支持的應(yīng)用協(xié)議主要有：Telnet、FTP、SMTP等；UDP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有：NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）、SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）、DNS（主域名稱(chēng)系統(tǒng)）、TFTP（通用文件傳輸協(xié)議）等。TCP：TCP是面向連接的通信協(xié)議，通過(guò)三次握手建立連接，通訊完成時(shí)要拆除連接，由于TCP是面向連接的所以只能用于端到端的通訊。TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，采用“帶重傳的肯定確認(rèn)”技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP還采用一種稱(chēng)為“滑動(dòng)窗口”的方式進(jìn)行流量控制，所謂窗口實(shí)際表示接收能力，用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。如果IP數(shù)

25、據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包，那么IP將把它們向上傳送到TCP層。TCP將包排序并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號(hào)和確認(rèn)，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。TCP將它的信息送到更高層的應(yīng)用程序，例如Telnet的服務(wù)程序和客戶(hù)程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回TCP層，TCP層便將它們向下傳送到IP層，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和物理介質(zhì)，最后到接收方。面向連接的服務(wù)（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP（發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫(kù)），但使用UDP傳送有關(guān)單個(gè)主機(jī)的信

26、息。UDP：UDP是面向無(wú)連接的通訊協(xié)議，UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號(hào)和源端口號(hào)信息，由于通訊不需要連接，所以可以實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送。UDP通訊時(shí)不需要接收方確認(rèn)，屬于不可靠的傳輸，可能會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中要求程序員編程驗(yàn)證。UDP與TCP位于同一層，但它不管數(shù)據(jù)包的順序、錯(cuò)誤或重發(fā)。因此，UDP不被應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)，UDP主要用于那些面向查詢(xún)-應(yīng)答的服務(wù)，例如NFS。相對(duì)于FTP或Telnet，這些服務(wù)需要交換的信息量較小。使用UDP的服務(wù)包括NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）和DNS（DNS也使用TCP）。欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易，因?yàn)閁DP沒(méi)有建立初始化連接（也可以稱(chēng)為握手）

27、（因?yàn)樵趦蓚€(gè)系統(tǒng)間沒(méi)有虛電路），也就是說(shuō)，與UDP相關(guān)的服務(wù)面臨著更大的危險(xiǎn)。數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)幀：幀頭+IP數(shù)據(jù)包+幀尾 （幀頭包括源和目標(biāo)主機(jī)MAC初步地址及類(lèi)型，幀尾是校驗(yàn)字）IP數(shù)據(jù)包：IP頭部+TCP數(shù)據(jù)信息（IP頭包括源和目標(biāo)主機(jī)IP地址、類(lèi)型、生存期等）TCP數(shù)據(jù)信息：TCP頭部+實(shí)際數(shù)據(jù) (TCP頭包括源和目標(biāo)主機(jī)端口號(hào)、順序號(hào)、確認(rèn)號(hào)、校驗(yàn)字等）UDP（User Data Protocol，用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是與TCP相對(duì)應(yīng)的協(xié)議。它是面向非連接的協(xié)議，它不與對(duì)方建立連接，而是直接就把數(shù)據(jù)包發(fā)送過(guò)去！PPI通訊協(xié)議8是西門(mén)子公司專(zhuān)為S7-200系列PLC開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議。內(nèi)置于S7-

28、200CPU中。PPI協(xié)議物理上基于RS-485口，通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主-從協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不能主動(dòng)發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接來(lái)與從站通訊。PPI協(xié)議并不限制與任意一個(gè)從站的通訊的主站的數(shù)量，但在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過(guò)32個(gè)。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門(mén)子STEP7-Micro/WIN編程軟件上傳和下載程序和西門(mén)子人機(jī)界面與PC通信。pofinet通訊協(xié)議9PROFINET由PROFIBUS國(guó)際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。PRO

29、FINET由PROFIBUS國(guó)際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話(huà)題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。PROFINET是適用于不同需求的完整解決方案，其功能包括8個(gè)主要的模塊，依次為實(shí)時(shí)通信、分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過(guò)

30、程自動(dòng)化。分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：通過(guò)集成PROFINET接口，分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以直接連接到PROFINET上。對(duì)于現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊系統(tǒng)，可以通過(guò)代理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與PROFINET的透明連接。例如，通過(guò)IE/PB Link（PROFINET和PROFIBUS之間的代理服務(wù)器）可以將一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)透明的集成到PROFINET當(dāng)中，PROFIBUS各種豐富的設(shè)備診斷功能同樣也適用于PROFINET。對(duì)于其他類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，可以通過(guò)同樣的方式，使用一個(gè)代理服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入到PROFINET當(dāng)中。運(yùn)動(dòng)控制：通過(guò)PROFINET的同步實(shí)時(shí)（IRT）功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制。在

31、PROFINET同步實(shí)時(shí)通訊中，每個(gè)通訊周期被分成兩個(gè)不同的部分，一個(gè)是循環(huán)的、確定的部分，稱(chēng)之為實(shí)時(shí)通道；另外一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)通道，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)通過(guò)這個(gè)通道傳輸。在實(shí)時(shí)通道中，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)留了固定循環(huán)間隔的時(shí)間窗，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總是按固定的次序插入，因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就在固定的間隔被傳送，循環(huán)周期中剩余的時(shí)間用來(lái)傳遞標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。兩種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)就可以同時(shí)在PROFINET上傳遞，而且不會(huì)互相干擾。通過(guò)獨(dú)立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道，保證對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的可靠控制。網(wǎng)絡(luò)安裝：PROFINET支持除星形、總線(xiàn)形和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了減少布線(xiàn)費(fèi)用，并保證高度的可用性和靈活性，PROFINET提供了大量的

32、工具幫助用戶(hù)方便的實(shí)現(xiàn)PROFINET的安裝。特別設(shè)計(jì)的工業(yè)電纜和耐用連接器滿(mǎn)足EMC和溫度要求，并且在PROFINET框架內(nèi)形成標(biāo)準(zhǔn)化，保證了不同制造商設(shè)備之間的兼容性。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，PROFINET支持下列三種通訊方式。TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP 是IT 領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管其響應(yīng)時(shí)間大概在100 ms的量級(jí)，不過(guò)，對(duì)于工廠控制級(jí)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間就足夠了。實(shí)時(shí)（RT）通訊對(duì)于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求更為嚴(yán)格，大概需要510ms的響應(yīng)時(shí)間。目前，可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

33、技術(shù)達(dá)到這個(gè)響應(yīng)時(shí)間，如PROFIBUS DP。對(duì)于基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，使用標(biāo)準(zhǔn)通信棧來(lái)處理過(guò)程數(shù)據(jù)包，需要很可觀的時(shí)間，因此，PROFINET提供了一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層（Layer 2）的實(shí)時(shí)通訊通道，通過(guò)該實(shí)時(shí)通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時(shí)間，因此，PROFINET獲得了等同、甚至超過(guò)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。同步實(shí)時(shí)（IRT）通訊在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊中，對(duì)通訊實(shí)時(shí)性要求最高的是運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control），PROFINET的同步實(shí)時(shí)（Isochronous Real-Time, IRT）技術(shù)可以滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)控制的高速通訊需求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)

34、時(shí)間要小于1ms，抖動(dòng)誤差要小于1s，以此來(lái)保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)。DEVICENET通訊協(xié)議10Devicenet是90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于CAN（Controller Area Network）技術(shù)的開(kāi)放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，最初由美國(guó)Rockwell公司開(kāi)發(fā)應(yīng)用。Devicenet是一種低成本的通訊總線(xiàn)。它將工業(yè)設(shè)備（如：限位開(kāi)關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動(dòng)器，過(guò)程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動(dòng)器，面板顯示器和操作員接口）連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的硬接線(xiàn)成本。直接互連性改善了設(shè)備間的通訊，并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線(xiàn)I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。Devicenet的優(yōu)點(diǎn)：1、提高設(shè)