控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

CCS計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)CCS的基礎(chǔ)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(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，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(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)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(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)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(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

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(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。

參考鏈接：https://www.cnblogs.com/yaoyaojcy/p/9304239.html

現(xiàn)場總線

CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)

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(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國際上應(yīng)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

參考鏈接：https://baike.baidu.com/item/CAN%E6%80%BB%E7%BA%BF/297754

DeviceNet

DeviceNet是一種用在自動化技術(shù)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，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(luò)（CAN）為其底層的通訊協(xié)定，其應(yīng)用層有針對不同設(shè)備所定義的行規(guī)（profile）。主要的應(yīng)用包括資訊交換、安全設(shè)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(luò)（CAN）為其通訊協(xié)定的基礎(chǔ)。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(luò)的使用，因此其成本較傳統(tǒng)以RS-485為基礎(chǔ)的通訊協(xié)定要低，但又可以有較好的強(qiáng)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(dú)立組織開放DeviceNet廠商協(xié)會（ODVA）管理。ODVA維護(hù)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(jī)為主導(dǎo)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(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)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(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。

參考鏈接：http://www.360doc.com/content/18/0422/19/33221031_747861674.shtml

Profibus

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。

PROFIBUS是一個用在自動化技術(shù)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，在1987年由德國西門子公司等十四家公司及五個研究機(jī)構(gòu)所推動，PROFIBUS是程序總線網(wǎng)絡(luò)（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(yīng)用領(lǐng)域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)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?yàn)榕c應(yīng)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(shè)備（i/0，驅(qū)動器、閥門等）進(jìn)行通訊。

PROFIBUS DP（分布式周邊，Decentralized Peripherals）用在工廠自動化的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)或選用的診斷機(jī)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(shè)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(yīng)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(shè)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(xiǎn)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(shè)備，即使在有故障時也可限制電流量，避免制造可能導(dǎo)致爆炸的情形。因?yàn)槭褂镁W(wǎng)絡(luò)供電，一個PROFIBUS PA網(wǎng)絡(luò)所能連接的設(shè)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(shè)備就可以和PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)連接，由速率較快的PROFIBUS DP作為網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用中就可以同時使用PROFIBUS DP及PROFIBUS PA。

Profibus-FMS

Profibus-FMS的設(shè)計(jì)旨在解決車間監(jiān)控級通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)?？?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程序控制器

（如如PLC，PC機(jī)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(jìn)行的循環(huán)與非循環(huán)的通信服務(wù)，但通信的實(shí)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(qiáng)大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息協(xié)議 （CIP） 為應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)與工業(yè)協(xié)議相結(jié)合。該標(biāo)準(zhǔn)是由國際控制網(wǎng)絡(luò)（CI， ControlNet International）和開放設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，提供“隱式”和“顯示”方式對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(wù)類型而賦予一個報(bào)文頭。這個報(bào)文頭指示了發(fā)送數(shù)據(jù)到響應(yīng)服務(wù)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(bào)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(diǎn)是協(xié)議的效率比較低。以太網(wǎng)的報(bào)文頭可能比數(shù)據(jù)本身還要長，從而造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)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(chǔ)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(yùn)用在自動化應(yīng)用中。

一般工業(yè)通訊的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(luò)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(luò)中，當(dāng)資料幀通過EtherCAT節(jié)點(diǎn)時，節(jié)點(diǎn)會復(fù)制資料，再傳送到下一個節(jié)點(diǎn)，同時識別對應(yīng)此節(jié)點(diǎn)的資料，則會進(jìn)行對應(yīng)的處理，若節(jié)點(diǎn)需要送出資料，也會在傳送到下一個節(jié)點(diǎn)的資料中插入要送出的資料。每個節(jié)點(diǎn)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(luò)上的節(jié)點(diǎn)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(jī)、I/O子系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場設(shè)備，運(yùn)行速度為100 Mbps。基金會現(xiàn)場總線協(xié)議Fieldbus已經(jīng)作為IEC 61804中的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)準(zhǔn)。

PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時以太網(wǎng)、運(yùn)動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，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)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)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(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域的主流技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備間的通信，并在此基礎(chǔ)上，建立的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的開放網(wǎng)絡(luò)通信平臺。

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

PowerLink

開源實(shí)時通信技術(shù)Ethernet POWERLINK 是一項(xiàng)在標(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域數(shù)據(jù)傳輸實(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)、安全性設(shè)計(jì)，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(lǐng)域里的廣闊應(yīng)用基礎(chǔ)，EthernetPOWERLINK 融合了這兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，即擁有了Ethernet的高速、開放性接口，以及CANopen在工業(yè)領(lǐng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)；

-保護(hù)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(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一個控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。

Modbus是采用請求/應(yīng)答方式的應(yīng)用層消息協(xié)議，非常方便實(shí)現(xiàn)在低級設(shè)備和高級設(shè)備間通信，它包含三個獨(dú)特的協(xié)議數(shù)據(jù)單元：modbus請求、modbus應(yīng)答以及modbus異常應(yīng)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(luò)協(xié)議3，這個協(xié)議在各種工業(yè)系統(tǒng)中都應(yīng)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(yīng)用層（但比modbus的應(yīng)用層要復(fù)雜得多），在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了對傳輸數(shù)據(jù)的分片、校驗(yàn)、控制等諸多功能。

DNP借助TCP在以太網(wǎng)上運(yùn)行，使用的端口是20000端口，是一種應(yīng)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(yīng)用的信息交換的互操作標(biāo)準(zhǔn)，它具有安全性、可靠性以及平臺獨(dú)立性。

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

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(bǔ)充（54Mbit/s工作在5GHz） 。

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

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

802.11n，更高傳輸速率的改善。

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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)、支持多種網(wǎng)上拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。

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

原文標(biāo)題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)常用通信協(xié)議

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