工業(yè)控制網(wǎng)絡常用通信協(xié)議

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傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡

CCS計算機集中控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計算機集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）。

DCS分散控制系統(tǒng)/分布式控制系統(tǒng)

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)CCS的基礎上發(fā)展、演變而來的。

DCS它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線（Field bus）是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟實用等一系列突出的優(yōu)點，因而受到了許多標準團體和計算機廠商的高度重視。

它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。

簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。

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現(xiàn)場總線

CAN控制器局域網(wǎng)絡

CAN（Controller Area Network）是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等方面?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。

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DeviceNet

DeviceNet是一種用在自動化技術(shù)的現(xiàn)場總線標準，由美國的Allen-Bradley公司在1994年開發(fā)。DeviceNet使用控制器局域網(wǎng)絡（CAN）為其底層的通訊協(xié)定，其應用層有針對不同設備所定義的行規(guī)（profile）。主要的應用包括資訊交換、安全設備及大型控制系統(tǒng)。在美國的市場占有率較高。

DeviceNet通訊協(xié)定是由美國的Allen-Bradley公司（后來被洛克威爾自動化公司合并）所開發(fā)，以Bosch公司開發(fā)的控制器局域網(wǎng)絡（CAN）為其通訊協(xié)定的基礎。DeviceNet移植了來自ControlNet（另一個由Allen-Bradley公司開發(fā)的通訊協(xié)定）的技術(shù)，再配合控制器局域網(wǎng)絡的使用，因此其成本較傳統(tǒng)以RS-485為基礎的通訊協(xié)定要低，但又可以有較好的強健性。

為了要推展DeviceNet在世界各地的使用，洛克威爾公司決定將此技術(shù)分享給其他廠商。后來DeviceNet通訊協(xié)定是由位在美國的獨立組織開放DeviceNet廠商協(xié)會（ODVA）管理。ODVA維護DeviceNet的規(guī)格、也提供一致化測試），確保廠商的產(chǎn)品符合DeviceNet通訊協(xié)定的規(guī)格。

后來ODVA將DeviceNet通訊和其他相關(guān)的通訊協(xié)定整合成通用工業(yè)協(xié)定（CIP），其中包括以下的通訊協(xié)定

EtherNet/IP（其N為大寫，此處的IP不是網(wǎng)際協(xié)議，為“Industrial Protocol”的簡稱）

ControlNet、DeviceNet、CompoNet

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CCL-Link

CC-Link是Control&Communication Link(控制與通信鏈路系統(tǒng))的縮寫,在1996年11月,由三菱電機為主導的多家公司推出。在其系統(tǒng)中,可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡,具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復雜的問題,同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。

CC-Link是一個以設備層為主的網(wǎng)絡,同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。

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Profibus

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。它與PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了PROFIBUS標準。

PROFIBUS是一個用在自動化技術(shù)的現(xiàn)場總線標準，在1987年由德國西門子公司等十四家公司及五個研究機構(gòu)所推動，PROFIBUS是程序總線網(wǎng)絡（PROcess FIeld BUS）的簡稱。PROFIBUS和用在工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET是二種不同的通信協(xié)議。

Profibus-DP

PROFIBUS–DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS－DP如何用于應用領域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設備互換使用，而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異。因為與應用有關(guān)的含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。

Profibus-DP用于現(xiàn)bai場層的高速數(shù)據(jù)傳送。du在這一級，中央處理器（如PLC，PC）通過高zhi速串行線同分散dao的現(xiàn)場設備（i/0，驅(qū)動器、閥門等）進行通訊。

PROFIBUS DP（分布式周邊，Decentralized Peripherals）用在工廠自動化的應用中，可以由中央控制器控制許多的傳感器及執(zhí)行器，也可以利用標準或選用的診斷機能得知各模塊的狀態(tài)。

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/PROFIBUS-DP/310845

Profibus-PA

Profibus-PA 適用于Profibus過程自動化。PA 將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場設備連接起來，并可用來替代4-20mA的模擬技術(shù)。

PROFIBUS PA（過程自動化，Process Automation）應用在過程自動化系統(tǒng)中，由過程控制系統(tǒng)監(jiān)控量測設備控制，是本質(zhì)安全的通信協(xié)議，可適用于防爆區(qū)域（工業(yè)防爆危險區(qū)分類中的Ex-zone 0及Ex-zone 1）。其物理層（纜線）匹配IEC 61158-2，允許由通信纜線提供電源給現(xiàn)場設備，即使在有故障時也可限制電流量，避免制造可能導致爆炸的情形。因為使用網(wǎng)絡供電，一個PROFIBUS PA網(wǎng)絡所能連接的設備數(shù)量也就受到限制。PROFIBUS PA的通信速率為31.25 kbit/s。PROFIBUS PA使用的通信協(xié)議和PROFIBUS DP相同，只要有轉(zhuǎn)換設備就可以和PROFIBUS DP網(wǎng)絡連接，由速率較快的PROFIBUS DP作為網(wǎng)絡主干，將信號傳遞給控制器。在一些需要同時處理自動化及過程控制的應用中就可以同時使用PROFIBUS DP及PROFIBUS PA。

Profibus-FMS

Profibus-FMS的設計旨在解決車間監(jiān)控級通信任務，提供大量的通信服務?？?a target="_blank">編程序控制器

（如如PLC，PC機等）之間需要比現(xiàn)場層更大量的數(shù)據(jù)傳送，用以完成中等傳輸速度進行的循環(huán)與非循環(huán)的通信服務，但通信的實時性要求低于現(xiàn)場層。

工業(yè)以太網(wǎng)

EtherNet/IP

工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 (Ethernet/IP) 是由ODVA所開發(fā)并得到了羅克韋爾自動化的強大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息協(xié)議 (CIP) 為應用層協(xié)議。

EtherNet/IP指的是"以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議"(Ethernet Industrial Protocol)。它定義了一個開放的工業(yè)標準，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)與工業(yè)協(xié)議相結(jié)合。該標準是由國際控制網(wǎng)絡(CI, ControlNet International)和開放設備網(wǎng)絡供應商協(xié)會 (ODVA)在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會 (IEA, Industrial Ethernet Association)的協(xié)助下聯(lián)合開發(fā)的，并于2000年3月推出。EtherNet/IP是基于TCP/IP系列協(xié)議，因此采用以原有的形式OSI層模型中較低的4層。所有標準的以太網(wǎng)通信模塊，如PC接口卡、電纜、連接器、集線器和開關(guān)都能與 EtherNet/IP 一起使用。

CIP提供了一系列標準的服務，提供“隱式”和“顯示”方式對網(wǎng)絡設備中的數(shù)據(jù)進行訪問和控制。CIP數(shù)據(jù)包必須在通過以太網(wǎng)發(fā)送前經(jīng)過封裝，并根據(jù)請求服務類型而賦予一個報文頭。這個報文頭指示了發(fā)送數(shù)據(jù)到響應服務的重要性。通過以太網(wǎng)傳輸?shù)腃IP數(shù)據(jù)包具有特殊的以太網(wǎng)報文頭，一個IP頭、一個TCP頭和封裝頭。封裝頭包括了控制命令、格式和狀態(tài)信息、同步信息等。這允許CIP數(shù)據(jù)包通過TCP或UDP傳輸并能夠由接收方解包。相對于DeviceNet或ControlNet，這種封裝的缺點是協(xié)議的效率比較低。以太網(wǎng)的報文頭可能比數(shù)據(jù)本身還要長，從而造成網(wǎng)絡負擔過重。因此，EtherNet/IP更適用于發(fā)送大塊的數(shù)據(jù) ( 如程序 ) ，而不是DeviceNet和ControlNet更擅長的模擬或數(shù)字的I/O數(shù)據(jù)。

參考鏈接：http://www.sibotech.net/sibofaq/relatedtech/ethernet-ip.php

EtherCAT

EtherCAT（以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)）是一個開放架構(gòu)，以以太網(wǎng)為基礎的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其名稱的CAT為控制自動化技術(shù)（Control Automation Technology）字首的縮寫。EtherCAT是確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，最早是由德國的Beckhoff公司研發(fā)。

自動化對通訊一般會要求較短的資料更新時間（或稱為周期時間）、資料同步時的通訊抖動量低，而且硬件的成本要低，EtherCAT開發(fā)的目的就是讓以太網(wǎng)可以運用在自動化應用中。

一般工業(yè)通訊的網(wǎng)絡各節(jié)點傳送的資料長度不長，多半都比以太網(wǎng)幀的最小長度要小。而每個節(jié)點每次更新資料都要送出一個幀，造成帶寬的低利用率，網(wǎng)絡的整體性能也隨之下降。EtherCAT利用一種稱為“飛速傳輸”（processing on the fly）的技術(shù)改善以上的問題。

在EtherCAT網(wǎng)絡中，當資料幀通過EtherCAT節(jié)點時，節(jié)點會復制資料，再傳送到下一個節(jié)點，同時識別對應此節(jié)點的資料，則會進行對應的處理，若節(jié)點需要送出資料，也會在傳送到下一個節(jié)點的資料中插入要送出的資料。每個節(jié)點接收及傳送資料的時間少于1微秒，一般而言只用一個幀的資料就可以供所有的網(wǎng)絡上的節(jié)點傳送及接收資料。

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/EtherCAT/10779904

HSE

HSE（高速以太網(wǎng)）連接主機、I/O子系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場設備，運行速度為100 Mbps?；饡F(xiàn)場總線協(xié)議Fieldbus已經(jīng)作為IEC 61804中的現(xiàn)場總線標準。

Profinet

PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標準。

PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網(wǎng)絡解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。

參考鏈接：

https://baike.baidu.com/item/Profinet/2310540

https://blog.csdn.net/wise18146705004/article/details/82344827

EPA

EPA是Ethernet for Plant Automation的縮寫，它是Ethernet、TCP/IP等商用計算機通信領域的主流技術(shù)直接應用于工業(yè)控制現(xiàn)場設備間的通信，并在此基礎上，建立的應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的開放網(wǎng)絡通信平臺。

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/EPA/1153036

PowerLink

開源實時通信技術(shù)Ethernet POWERLINK 是一項在標準以太網(wǎng)介質(zhì)上，用于解決工業(yè)控制及數(shù)據(jù)采集領域數(shù)據(jù)傳輸實時性的最新技術(shù)。本文介紹它的基本原理、相關(guān)特性如冗余、直接交叉通信、拓撲結(jié)構(gòu)、安全性設計，并定義其物理層與介質(zhì)等內(nèi)容。

POWERLINK=CANopen+Ethernet

鑒于以太網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和CANopen在自動化領域里的廣闊應用基礎，EthernetPOWERLINK 融合了這兩項技術(shù)的優(yōu)點和缺點，即擁有了Ethernet的高速、開放性接口，以及CANopen在工業(yè)領域良好的SDO 和PDO 數(shù)據(jù)定義，在某種意義上說POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層使用了Ethernet介質(zhì)，而應用層則保留了原有的SDO 和PDO對象字典的結(jié)構(gòu)，這樣的好處在于：

- POWERLINK 無需做較多的改動即可實現(xiàn)；

-保護原有投資的利益；

-開放性的接口；

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/Ethernet%20POWERLINK/8262369

Modbus

modbus協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了一個控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其他設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。

Modbus是采用請求/應答方式的應用層消息協(xié)議，非常方便實現(xiàn)在低級設備和高級設備間通信，它包含三個獨特的協(xié)議數(shù)據(jù)單元：modbus請求、modbus應答以及modbus異常應答。modbus請求中包含功能碼和請求。modbus功能碼有公共功能碼、用戶定義功能碼和保留功能碼三種類型。

modbus可以采用多種通信方式，如modbus RTU與Modbus ASCII、Modbus TCP、Modbus Plus。

NDP3

DNP3全稱是Distributed Network Protocol 3，分布式網(wǎng)絡協(xié)議3，這個協(xié)議在各種工業(yè)系統(tǒng)中都應用很多。它比起s7comm大刀闊斧做的協(xié)議棧要簡單的多，是完全基于TCP/IP的，只是修改了應用層（但比modbus的應用層要復雜得多），在應用層實現(xiàn)了對傳輸數(shù)據(jù)的分片、校驗、控制等諸多功能。

DNP借助TCP在以太網(wǎng)上運行，使用的端口是20000端口，是一種應用于自動化組件之間的通信協(xié)議。

OPC

OPC（OLE for Process Control，用于過程控制的OLE）是世界上最廣為應用的信息交換的互操作標準，它具有安全性、可靠性以及平臺獨立性。

工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議總體上可以歸類為內(nèi)部私有網(wǎng)絡協(xié)議，其協(xié)議規(guī)約是由廠商根據(jù)自己的設備自行規(guī)定的，沒有統(tǒng)一的協(xié)議標準。

Tcnet

TCnet is a network technology certified as an international standard by the International Electrotechnical Commission (IEC) and approved for publication as the Public Available Specification (PAS). It features both real-time capability and high reliability based on Ethernet.

參考鏈接：https://www.toshiba.co.jp/sis/en/seigyo/tcnet/tcnet.htm

Wnet

WNET (a.k.a. NetBEUI) protocol no longer performs client impersonation.

In all previous Firebird versions, remote requests via WNET are performed in the context of the client security token. Since the server serves every connection according to its client security credentials, this means that, if the client machine is running some OS user from an NT domain, that user should have appropriate permissions to access the physical database file, UDF libraries, etc., on the server filesystem. This situation is contrary to what is generally regarded as proper for a client-server setup with a protected database.

參考鏈接：

http://blog.chinaunix.net/uid-13438841-id-2891672.html

https://firebirdsql.org/rlsnotesh/new-win-protocol.html

工業(yè)無線網(wǎng)

IEEE 802.11(a/b/g/n)

802.11a，1999年，物理層補充(54Mbit/s工作在5GHz) 。

802.11b，1999年，物理層補充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11g，2003年，物理層補充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11n，更高傳輸速率的改善。

參考鏈接：https://blog.csdn.net/wo41521/article/details/89490801

Rfieldbus

Wireless Fieldbus-RFieldbus

參考鏈接：

http://wiki.cnki.com.cn/HotWord/3134574.htm

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JSJH200303005.htm

ZigBee

ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)上協(xié)議，底層是采用IEEE 802.15.4標準規(guī)范的媒體訪問層與物理層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點、支持多種網(wǎng)上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/zigbee/2114780