工业系统中常用通讯协议

工业系统中常用通讯协议汇报人：AA2024-01-21BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目录CONTENTS通讯协议概述串行通讯协议并行通讯协议现场总线通讯协议工业以太网通讯协议通讯协议的选择与应用BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01通讯协议概述通讯协议是指为实现计算机系统之间、计算机与外设之间以及计算机内部各部分之间进行数据交换而制定的一组规则、标准和约定的集合。根据通讯方式和应用场景的不同，通讯协议可分为串行通讯协议、并行通讯协议、现场总线协议、工业以太网协议等。定义与分类分类定义123通过通讯协议，不同设备之间可以实现数据的交换和共享，提高数据传输的效率和准确性。实现数据交换合理的通讯协议设计可以确保数据传输的稳定性和可靠性，减少数据传输错误和故障。保证系统稳定性通讯协议作为计算机通讯领域的标准，促进了不同厂商和设备之间的兼容性和互操作性，推动了工业自动化领域的发展。促进标准化发展通讯协议的重要性在工业自动化系统中，各种自动化设备之间需要进行数据交换和协同工作，通讯协议是实现这一目标的关键。自动化设备之间的通讯上位机（如PLC、工业计算机等）与下位机（如传感器、执行器等）之间需要通过通讯协议实现数据的采集和控制。上位机与下位机的通讯随着工业4.0和智能制造的发展，工业系统与互联网的连接越来越紧密，通讯协议是实现工业网络与互联网互联互通的基础。工业网络与互联网的连接工业系统中通讯协议的应用场景BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02串行通讯协议采用不平衡传输方式，即单端通讯。传输方式信号电平传输距离传输速率逻辑“1”的电平为-3V～-15V，逻辑“0”的电平为+3～+15V。标准值最大传输距离为15米，实际可达50米。在10米距离内，传输速率可达115.2kbit/s。RS-232协议采用差分信号负逻辑，即A、B两线间的电平差为+(2～6)V表示“0”；-(2～6)V表示“1”。传输方式接口信号电平比RS-232降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。信号电平最大传输距离标准值为4000英尺（约1219米），实际上可达3000米。传输距离最大传输速率为10Mb/s，在100Kb/S下可以传输1200米。传输速率RS-485协议采用多主从结构，即每个节点都可以向网络上的其他节点发送信息，不分主从。传输方式速率可高达1Mbps，此时通信距离最长为40米。传输速率显性电平对应逻辑“0”，CAN_H和CAN_L之差为2.5V左右；隐性电平对应逻辑“1”，CAN_H和CAN_L之差近似为0V。信号电平最大传输距离取决于网络的总线驱动器和接收器的性能，实际可达10千米（速率低于5Kbps）或40米（速率1Mbps）。传输距离CAN总线协议BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03并行通讯协议123基于TCP/IP和以太网技术的工业自动化应用层协议支持实时控制和信息集成，可实现跨平台通讯广泛应用于工业自动化领域，支持多种设备类型和厂商Ethernet/IP协议基于工业以太网技术的自动化通讯协议实现了实时通讯和分布式自动化系统的无缝集成提供了丰富的诊断和维护功能，降低了系统停机时间PROFINET协议CC-Link协议01基于现场总线的开放式工业自动化通讯协议02实现了高速、高效、稳定的通讯性能，支持多种传输介质广泛应用于各种工业自动化设备之间的通讯，如PLC、传感器、执行器等03BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04现场总线通讯协议PROFIBUSDP用于现场设备层的高速数据通信，实现分散式I/O通信。PROFIBUSPA用于过程自动化，满足本质安全要求，适用于防爆场合。PROFIBUSFMS用于车间级监控和网络控制，提供中等传输速度的通信服务。PROFIBUS协议03SE用于低速串行通信，支持多种物理介质和拓扑结构。01H1用于现场设备层，采用两线制传输方式，支持总线供电和本质安全。02HSE用于高速以太网通信，实现与上层管理系统的无缝集成。FOUNDATIONFieldbus协议设备描述采用CANopen协议栈，支持设备描述语言（EDDL），实现设备的自我描述和配置。实时性采用生产者/消费者模型，支持实时数据传输和事件触发。互操作性遵循国际标准和规范，确保不同厂商设备之间的互操作性。可靠性采用错误检测和恢复机制，确保通信的可靠性和稳定性。DeviceNet协议BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05工业以太网通讯协议实时性EtherCAT是一种实时以太网协议，具有极高的数据传输速率和确定性，适用于需要高精度同步和实时控制的工业应用。拓扑结构EtherCAT支持线型、树型、星型等多种拓扑结构，方便灵活的系统设计和扩展。高效性EtherCAT采用主从通信模式，通过优化数据链路层和网络层协议，降低了通信延迟和数据传输的开销。EtherCAT协议确定性SERCOSIII协议具有确定性的数据传输特性，可确保在固定时间内完成数据传输和处理，满足实时控制的需求。可靠性SERCOSIII协议采用冗余通信机制，提高了系统的可靠性和稳定性。同步性SERCOSIII是一种同步实时通信协议，能够实现精确的时钟同步和位置控制，适用于高性能的运动控制应用。SERCOSIII协议灵活性Powerlink协议支持多种传输模式和拓扑结构，可根据实际需求进行灵活配置和优化。互操作性Powerlink协议具有良好的互操作性，可与多种工业自动化设备和控制系统进行无缝集成。实时性Powerlink是一种基于以太网的实时通信协议，具有低延迟、高吞吐量的特点，适用于对实时性要求较高的工业应用。Powerlink协议BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06通讯协议的选择与应用实时性对于需要实时监控和控制的应用场景，应选择具有低延迟和高可靠性的通讯协议。可扩展性考虑到未来工业系统的发展，选择具有良好可扩展性的通讯协议，以便轻松适应新的设备和功能。安全性确保所选通讯协议具有足够的安全性，以防止未经授权的访问和数据泄露。兼容性选择的通讯协议应与现有的工业系统和设备兼容，以确保无缝集成和数据交换。通讯协议选择的原则不同通讯协议的优缺点比较Modbus优点是简单、开放且易于实现，缺点是数据传输速率较慢，不适合大型网络。Profinet优点是高速、高效且支持实时通信，缺点是成本较高，需要专用硬件支持。EtherNet/IP优点是兼容性好、传输速率快且支持实时通信，缺点是安全性相对较低，需要额外配置安全措施。OPCUA优点是跨平台、安全性高且支持多种传输协议，缺点是实现复杂度高，需要专业的开发支持。案例一某石油化工厂采用Modbus协议进行设备监控和数据采集，实现了对生产过程的实时监控和故障预警。案例三某电力公司采用EtherNet/IP协议实现了智能电