工业数采的常用通讯协议

工业数采(数据采集)中常用的通讯协议涵盖了多种类型,包括串行通信协议、网络通信协议以及专用的工业通信协议。以下是工业数采中常用的几种通讯协议及其特点:

1.串行通信协议

1.1.RS-232

特点:
点对点通信
最大通信距离约15米
常用于PC与设备之间的简单通信
应用场景:
简单的数据采集
设备调试

1.2.RS-485

特点:
多点通信
最大通信距离可达1200米
支持半双工通信
应用场景:
工业现场设备的数据采集
远程监控系统

2. 网络通信协议

2.1.TCP/IP

特点:
基于以太网的协议
支持可靠的端到端通信
可以跨越多个网络
应用场景:
局域网内的数据传输
远程监控和管理

2.2.UDP

特点:
基于以太网的协议
无连接、不可靠传输
适用于实时数据传输
应用场景:
实时数据采集
视频流传输

3. 专用工业通信协议

3.1.Modbus

特点:
简单的主从式通信
支持串行通信(RTU)和以太网通信(TCP)
常用于工业设备的数据交换
应用场景:
工业设备的数据采集
PLC与传感器之间的通信

3.2.EtherCAT

特点:
高速实时通信
基于以太网
支持分布式时钟同步
应用场景:
高速运动控制
实时数据采集

3.3.Profinet

特点:
基于以太网的工业通信协议
支持实时通信和非实时通信
高度灵活的网络拓扑结构
应用场景:
工业自动化系统
分布式控制系统

3.4.CAN (Controller Area Network)

特点:
多点通信
高可靠性
支持优先级调度
应用场景:
汽车电子系统
工业自动化设备

3.5.DeviceNet

特点:
基于CAN总线
简单的主从式通信
支持多种设备类型
应用场景:
工业现场设备的数据采集
简单控制系统

3.6.PROFIBUS

特点:
基于串行通信
支持多种通信模式
高可靠性
应用场景:
工业自动化系统
分布式控制系统

3.7.OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)

特点:
高级应用层协议
支持加密和认证
跨平台和多语言支持
应用场景:
工业自动化系统
物联网 (IoT) 应用
总结
串行通信协议:适用于简单和近距离的数据采集。
网络通信协议:适用于大规模网络内的数据传输和远程监控。
专用工业通信协议:适用于特定工业场景下的数据采集和控制系统。

⼯业⼤据漫谈19:⼯业⼤集常见的⼯业协议简介 (下) 4、ProfiBus ProfiBus是德国标准(DIN19245)和欧洲标准(EN50170)的现场总线标准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS -PA系列组成。DP⽤于分散外设间⾼速据传输,适⽤于加⼯⾃动化领域。FMS适⽤于纺织、楼宇⾃动化、可编程控制器、低压开关等。 PA⽤于过程⾃动化的总线类型,服从IEC1158-2标准。PROFIBUS是⼀种⽤于⼯⼚⾃动化车间级监控和现场设备层据通信与控制的现 场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式字控制和现场通信⽹络,从⽽为实现⼯⼚综合⾃动化和现场设备智能化提供了可⾏ 的解决⽅案。该标准⼴泛适⽤于制造业⾃动化、流程⼯业⾃动化和楼宇、交通电⼒等其他领域⾃动化。 5、ModBus Modbus是由Modicon(现为施耐德电⽓公司的⼀个品牌)在1979年发明的,是全球第⼀个真正⽤于⼯业现场的总线协议。 ModBus⽹络是⼀个⼯业通信系统,由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公⽤线路或局部专⽤线路连接⽽成。其系统结构既包括硬 件、亦包括软件。它可应⽤于各种集和过程监控。 ModBus⽹络只有⼀个主机,所有通信都由他发出。⽹络可⽀持247个之多的远程从属控制器,但实际所⽀持的从机要由所⽤通信设备决 定。⽤这个系统,各PC可以和中⼼主机交换信息⽽不影响各PC执⾏本⾝的控制任务。 Modbus协议是应⽤于电⼦控制器上的⼀种通⽤语⾔。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由⽹络(例如以太⽹)和其它设备之间可以 通信。它已经成为⼀通⽤⼯业标准。有了它,不同⼚商⽣产的控制设备可以连成⼯业⽹络,进⾏集中监控。此协议定义了⼀个控制器能认识 使⽤的消息结构,⽽不管它们是经过何种⽹络进⾏通信的。它描述了⼀控制器请求访问其它设备的过程,如何回应来⾃其它设备的请求,以 及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 Modbus是通讯协议,⽽RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层。Modbus协议⽀持传统的RS-232、RS-422、RS-485 和以太⽹设备。许多⼯业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使⽤Modbus协议作为他们之间的通讯标准。 6、OPC OPC全称是Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control,它的出现为基于Windows的应⽤程序和现场过程控制应⽤ 建⽴了桥梁。在过去,为了存取现场设备的据信息,每⼀个应⽤软件开发商都需要编写专⽤的接⼝函。由于现场设备的种类繁多,且产 品的不断升级,往往给⽤户和软件开发商带来了巨⼤的⼯作负担。通常这样也不能满⾜⼯作的实际需要,系统集成商和开发商急切需要⼀种 具有⾼效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即⽤的设备驱动程序。在这种情况下,OPC标准应运⽽⽣。OPC标准以微软公司的OLE 技术为基础,它的制定是通过提供⼀套标准的OLE/COM接⼝完成的,在OPC技术中使⽤的是OLE 2技术,OLE标准允许多台微机之间交 换⽂档、图形等对象。 ⼤致上可以这样理解,RS232、RS485是硬件接⼝技术,CAN、ProBus等是现场总线技术,ModBus是⼯业控制协议,OPC是⽹络据 接⼝。 当然,⼯业协议⾮常多,光是常见的现场总线就有⼆⼗多种,这些只能在⼯作中遇到之后再慢慢学习了。
### 工业常用通信协议及其流程 #### OPC UA 协议概述 OPC UA 是一种开放标准的工业通信协议,旨在提供安全可靠的据访问机制。它支持跨平台操作,并能够处理复杂的工业环境下的多种需求[^2]。该协议不仅限于简单的据读写功能,还提供了丰富的服务模型来满足不同应用场景的需求。 #### Modbus TCP 协议详解 Modbus TCP 是基于以太网的一种简单高效的工业通信协议,广泛应用于各种现场设备之间的互联。其核心特点在于继承了经典Modbus的功能码结构,同时借助TCP/IP网络实现了更远距离和更大规模系统的连接能力[^3]。具体来说: - **请求/响应模式**:主站发送查询命令给从站后等待返回结果; - **寄存器地址映射**:每台设备内部都有若干存储单元供外部访问,这些位置通常被划分为离散输入、线圈状态、保持寄存器以及输入寄存器四类; - **帧格式定义清晰明了**:由目标IP地址、端口号(默认502)、事务ID、协议标识符等多个部分组成完整的报文内容[^4]。 #### 工业以太网技术分析 随着制造业信息化水平不断提高,“两化融合”成为发展趋势之一,在此背景下诞生了许多针对特定行业定制化的解决方案——即所谓的“工业以太网”。这类方案往往集成了传统Ethernet的优势特性并加以改进优化以便更好地适应恶劣工况条件的要求。例如Profinet IRT可以达到微秒级同步精度;EtherCAT则凭借极高的带宽利用率而备受青睐等等不胜枚举的例子均体现了这一点[^1]。 #### 集典型场景描述 当涉及到实际工程项目实施过程中时,则可能遇到如下情况: 假设某工厂车间里部署了一套包含多个传感器节点组成的监测体系,为了将获取到的信息上传至云端做进一步大据挖掘分析之用,就需要经过以下几个主要环节完成整个链路搭建工作流图展示如下所示: 1. **底层硬件驱动层**:负责直接操控各类物理传感元件完成原始信号捕捉动作。 2. **中间件适配层**:用诸如上述提到过的几种主流标准化接口形式作为桥梁纽带衔接上下两级组件之间相互作用关系。 3. **高层应用逻辑层**:最终呈现出可视化的图形界面或者API调用方式让用户便捷地操纵整体架构运作状况。 ```csharp using System; using Opc.UaFx.Client; class Program { static void Main(string[] args){ using(var client=new OpcClient("opc.tcp://localhost:4840")){ client.Connect(); var value=client.ReadNode("ns=2;i=2"); Console.WriteLine($"Value:{value}"); } } } ``` 以上代码片段展示了如何利用 C# 编写的上位机软件通过 OPC UA 客户端库函去远程监控某个指定路径下节点当前值变化的情况实例演示效果。 ---
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