工業物聯網常見的工業協議簡介

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前言

在目前軟件事業部有很大一部分是傳統IT從業人員，對於工業控制協議比較陌生，所以再作工業大數據採集時，對於各種工業協議有時容易搞不清楚，我簡單把在作工業大數據採集時常見的幾種工業協議整理了一下，以便搞清這些工業協議的概念和區別。

OSI（Open System Interconnect）參考模型

常見的工業協議按照OSI（Open System Interconnect）參考模型分到了不一樣層次

這只是爲了容易理解和區分各種協議，實際上，隨着各類協議的發展，不少自身都跨越了不少層次，可以實現多層協議的功能，咱們作的劃分只是它最重要的功能所處的協議層。

物理層

RS232

在串行通信時，要求通信雙方都採用一個標準接口，使不一樣的設備能夠方便地鏈接起來進行通信。

RS-232-C接口是目前最經常使用的 一種串行通信接口。

RS-232-C是美國電子工業協會EIA（Electronic IndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標準。

RS是英文「推薦標準」的縮寫，232爲標識號，C表示修改次數（「RS-232-C」中的「-C」只不過表示RS-232的版本，因此與「RS-232」簡稱是同樣的）
。

RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。

工業控制的RS-232口通常只使用RXD、TXD、GND三條線。一般 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態出現，通常我的計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱爲 COM1 和 COM2。

RS485

隨着企業信息化法發着的須要，企業在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具備聯網通訊接口。

最初是數據模擬信號輸出簡單過程量，後來儀表接口是RS232接口，這種接口能夠實現點對點的通訊方式，但這種方式不能實現聯網功能。隨後出現的RS485解決了這個問題。

485通信接口一個對通信接口的硬件描述，它只須要兩根通信線，便可以在兩個或兩個以上的設備之間進行數據傳輸。

這種數據傳輸的鏈接，是半雙工的通信方式。

在某一個時刻，一個設備只能進行發送數據或接收數據。而RS232是全雙工，最少3條通訊線（RX,TX,GND），由於使用絕對電壓表示邏輯，因爲干擾，導線電阻等緣由，通信距離不遠，低速時幾十米也是能夠的。

在RS232或RS485設備聯成的設備網中，若是設備數量超過2臺，就必須使用RS485作通信介質，RS485網的設備間要想相互通訊息只有經過「主（Master）」設備中轉才能實現，這個主設備一般是PC，而這種設備網中只容許存在一個主設備，其他所有是"從（Slave）"設備。

而現場總線技術是以ISO/OSI模型爲基礎的，具備完整的軟件支持系統，可以解決總線控制、衝突檢測、鏈路維護等問題 。

數據鏈路層

CAN

控制器局域網CAN（ Controller Area Network）屬於現場總線的範疇，是一種有效支持分佈式控制系統的串行通訊網絡。

是由德國博世公司在20世紀80年代專門 爲汽車行業開發的一種串行通訊總線。

因爲其高性能、高可靠性以及獨特的設計而愈來愈受到人們的重視，被普遍應用於諸多領域。

CAN協議分爲二層：物理層和數據鏈路層。

CAN的信號傳輸採用短幀結構，傳輸時間短，具備自動關閉功能，具備較強的抗干擾能力。

CAN支持多主工做方式，並採用了非破壞性總線仲裁技術，經過設置優先級來避免衝突，通信距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通信速率最高可達40M /1Mbp/s，網絡節點數實際可達110個。

因爲CAN總線自己的特色,其應用範圍目前已再也不侷限於汽車行業,而向自動控制、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機牀、醫療器械及傳感器等領域發展；

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ProfiBus

ProfiBus是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現場總線標準。

由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。

• DP用於分散外設間高速數據傳輸，適用於加工自動化領域。
• FMS適用於紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。
• PA用於過程自動化的總線類型，服從IEC1158－2標準。

PROFIBUS是一種用於工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通訊與控制的現場總線技術。

可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通訊網絡，從而爲實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

該標準普遍適用於製造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其餘領域自動化。

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應用層

ModBus

Modbus是由Modicon（現爲施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發明的，是全球第一個真正用於工業現場的總線協議。

ModBus網絡是一個工業通訊系統，由帶智能終端的可編程序控制器和計算機經過公用線路或局部專用線路鏈接而成。

其系統結構既包括硬件、亦包括軟件。

它可應用於各類數據採集和過程監控。

ModBus網絡只有一個主機，全部通訊都由他發出。網絡可支持247個之多的遠程從屬控制器，但實際所支持的從機數要由所用通訊設備決定。採用這個系統，各PC能夠和中心主機交換信息而不影響各PC執行自己的控制任務。

Modbus協議是應用於電子控制器上的一種通用語言。==經過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間能夠通訊==。它已經成爲一通用工業標準。

有了它，不一樣廠商生產的控制設備能夠連成工業網絡，進行集中監控。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而無論它們是通過何種網絡進行通訊的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，如何迴應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤並記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。

==Modbus是通信協議，而RS23二、RS485只能表明通信的物理介質層和鏈路層。==

Modbus協議支持傳統的RS-23二、RS-42二、RS-485和以太網設備。

許多工業設備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協議做爲他們之間的通信標準。

軟件接口

OPC

OPC全稱是Object Linking and Embedding（OLE） for Process Control，它的出現爲基於Windows的應用程序和現場過程控制應用創建了橋樑。

在過去，爲了存取現場設備的數據信息，每個應用軟件開發商都須要編寫專用的接口函數。因爲現場設備的種類繁多，且產品的不斷升級，每每給用戶和軟件開發商帶來了巨大的工做負擔。

一般這樣也不能知足工做的實際須要，系統集成商和開發商急切須要一種具備高效性、可靠性、開放性、可互操做性的即插即用的設備驅動程序。

在這種狀況下，OPC標準應運而生。OPC標準以微軟公司的OLE技術爲基礎，它的制定是經過提供一套標準的OLE/COM接口完成的，在OPC技術中使用的是OLE 2技術，OLE標準容許多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。

總結

大體上能夠這樣理解，

• RS23二、RS485是硬件接口技術，
• CAN、ProBus等是現場總線技術，
• ModBus是工業控制協議，
• OPC是網絡數據接口