工业协议，带你了解工业以太网协议的历史及作用

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本文导读目录：

1、工业协议，工业控制常用接口协议大全，长见识了

2、工业协议，带你了解工业以太网协议的历史及作用

工业协议，工业控制常用接口协议大全，长见识了 ♂

工业控制常用接口协议大全，长见识了

/接口概念

/接口是一电子电路(以芯片或接口板形式出现 ),其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成。它是和/设备之间交换信息的媒介和桥梁。与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为/接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在的同步控制下工作，接口电路比较简单；而/设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指/接口。

/接口基本功能

（）进行端口地址译码设备选择。

（）向提供/设备的状态信息和进行命令译码。

（）进行定时和相应时序控制。

（）对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时”或数据处理速度上的差异。

（）提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。提供有关电气的适配

（）还可以中断方式实现与外设之间信息的交换。

控制方式

（）程序查询方式

这种方式下，通过/指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则等待，循环查询。

这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低

（）中断处理方式

在这种方式下，不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向提出服务请求，如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。

中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个/设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（/接口芯片）管理/设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。

此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。

（）（直接存储器存取）传送方式

最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须介入，大大提高的工作效率。

在进行数据传送之前，控制器会向申请总线控制 权，如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由控制器掌握，在传输结束后，控制器将总线控制权交还给。

（）无条件传送方式

（）/通道方式

（）/处理机方式

工业控制网络

工业控制网络一般为局域网，作用范围一般在几之内。将分布在生产装置周围的测控设备连接为功能各异的自动化系统。控制网络遍布在工厂的生产车间、装配流水线、温室、粮库、堤坝、隧道、各种交通管系统、建筑、军工、消防、环境检测、楼宇家居等处。

工业控制网络的节点

工业控制网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量设备。它们可能具有嵌入式，但功能比较单一，其计算能力也许远不及普通，也没有键盘、显示等人机交互接口。有的甚至不带、单片机，只带有简单的通信接口，例如限位开关、感应开关等各类开关，光电、温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器，各种数据采集装置等等。

控制网络的任务与工作环境

工业控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械振动，面临严寒酷暑的野外工作环境，要去控制网络能适应这种恶劣的工作环境。另外，自控设备千差万别，实现控制网络的互联与互操作往往十分困难。

控制网络的实时性要求

控制网络必须满足对控制的实时性要求。实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事项规定的先后顺序完成[]。

现场接口分类

基于控制网络的这些特点，其中的各种接口必须保证满足控制网络的要求。目前工业现场的接口种类有以下四类[]：

（）平台相关性通用协议：/

是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使其间的数据交换更加简单化的目的而提出的。作为结果，从而可以向用户提供不依靠于特定开发语言和开发环境的可以自由组合使用的过程控制软件组件产品。

（）平台无关性通讯协议：、

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。，是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。 传送速度可在 ．～ 范围内选择且当总线系统启动时， 所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。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。是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

（）平台无关专有协议：大部分协议、工业以太网协议

（）特殊协议：编程口、打印口等特殊方式取得的协议

工业传输通讯的协议种类较多主要有历史遗留和人为垄断两方面的原因。虽然目前还有大量的现场总线标准，但没有任何一种标准比工业以太网更具生命力[]。

各种现场总线/协议/接口总结[]

比如：

的通过总线耦合器可以接出去多种总线：

可以集成很多现场总线：

类似的扩展其他总线的实物图是：

可以看到上面扩展出来的几个总线是：

参考文献：

[] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用[]. 清华大学出版社, .

[] 张云. 工业控制实时数据库的接口协议研究[]. 工业控制计算机, ():-.

[] 工业自动化领域各种总线+协议+规范+接口；（

[] 百度百科, /接口.

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工业协议，带你了解工业以太网协议的历史及作用 ♂

带你了解工业以太网协议的历史及作用

每种工业以太网协议都有其独特的历史和不同的工业应用效益。本文将简述以下三种主要协议及其优势：、和 多协议方案。

工业以太网

工业以太网用于工厂自动化、楼宇自动化和许多其他工业应用。与标准以太网相比，工业以太网的主要优势在于确定性的实时数据交换和小于 的同步循环时间。

用户不能使用标准以太网介质访问控制（）来实现大多数工业以太网标准；相反，需要专用的应用特定型集成电路（）或现场可编程门阵列（），因为以太网帧作为“直通”接收，指在首个以太网端口正在接收帧的同时，一个专用的工业以太网硬件模块已在处理该帧并将其传输到第二个以太网端口。快速转发的方式可实现以太网帧小于 μ的端口至端口延迟。

以太网控制自动化技术

发明的以太网控制自动化技术（），自年以来一直在技术集团旗下公司发展壮大。在技术方面，是一种控制器和器件网络体系结构，如图所示。器件具有两个以太网连接器来支持简单的线路拓扑。一个网络可支持多达,个器件。

图：具有帧流的控制器和器件示例

只有控制器会生成帧；所有器件都接收并处理该帧，最后一个器件回送帧，而帧则会通过所有节点（无需进一步处理）返至控制器。帧具有预留空间来处理每个节点的数据，并保持原帧长度。

器件需要特定的以太网硬件（ ）支持处理传入的帧。典型的实现方式是使用或，如图所示。这意味着在执行帧接收时， 将处理帧。典型的节点在接收和发送的帧之间具有 μ的端口到端口延迟。

图：带有/和外部处理器的器件

器件的关键特性和功能包括：

分布式时钟——跨器件和控制器的精确时间同步方法。

快速链路断开检测（需要以太网物理层[]收发器支持）具有回执功能——当诸如或之类的以太网检测到链路断开时，以太网会通知 ，在不到 μ的时间内， 将回送帧。

当支持以及其他协议时，使用或会增加成本和电路板空间。另一种解决方案是使用?处理器中的可编程实时单元工业通信子系统（-）外设，工程师可使用同一种芯片方案支持多种工业以太网协议。

如何选择正确的工业以太网标准：

过程现场网络

过程现场网络（）是用于工厂自动化的领先工业以太网标准之一。有不同版本，但本文重点介绍输入/输出（/）。

在全双工 以太网上运行，采用器件和控制器网络体系结构，如图所示。它由一个接管网络中的控制器组成，输入/输出器件接管器件。在网络拓扑方面极其灵活，使用集线器和交换机器件，包括线路拓扑、环形拓扑、星形拓扑或这些拓扑的组合。

图：自动化系统中的过程现场网络（来源： )

多年来，标准已基于市场需求不断发展为、和等各种性能等级。每个性能等级都比下述等级增加了更多功能，这种方法使与先前的器件代级向后兼容。

让我们回顾一下每个性能等级的主要功能。

符合等级（）（-）：

实时以太网通信。

循环输入/输出。

参数配置。

警报。

大多数情况下，此性能等级在标准以太网上可以实现，甚至无需两个以太网端口，一个就已足够。

-与-的功能相同，此外：

网络诊断。

拓扑检测。

系统冗余。

此版本的输入/输出还可在范围内执行循环时间。

-与-和-的功能相同，此外：

为特定帧保留的带宽，也称为等时同步实时（）。

控制器和器件的时间同步。

尽管大多数应用的循环时间为 μ或以下，但此版本的输入/输出支持的循环时间低至. μ，版本需要专用的两端口工业以太网。

如何选择正确的工业以太网标准：

多协议

由于提供的工业协议数量众多，产品制造商尚未定义通用的工业以太网标准，呈碎片化。许多领先的制造商已定义一种特定的工业以太网标准来满足他们的需求，这些标准通常是从他们现有的基于串行的现场总线之一衍生出来的。

为产品添加工业以太网标准，并认证通信接口具有挑战性。大多数制造商需要支持多种工业以太网协议，以使用不同的标准将其设备出售给客户。为产品添加多种以太网标准的一种方法是为每个工业以太网标准创建单独的印刷电路板（）模块，将其中一个模块插入主板。但是交换协议需要更改硬件，会使产品材料清单（）更为复杂且需要生成多个模块和多芯片源解决方案。

为解决这一问题，设计人员可使用诸如? ?处理器之类的产品，这些应用处理器具有集成的-，可运行多协议工业以太网。回顾本解决方案的主要区别和优势，可通过演示视频了解更多有关多协议支持的信息并获取软件。

在器件运行时加载工业以太网协议固件。有-协议固件版本可用于、、以太网/、高可用性无缝冗余-并行冗余协议（-）；处理器在处理器中内设工业以太的网（- ） 的控制和通信链路，无需任何或。

协议固件执行诸如快速转发处理等实时关键任务。

-以及可扩展且功能强大的内核（?-，，或，取决于处理器）可为工厂自动化产品构建单芯片解决方案，然后通过灵活交换-固件在多个工业以太网标准中运行。除这些优势以及处理实时关键工业以太网处理任务的能力之外，-还具有：

消除了对外部和的需求。

减少和空间，并因此降低成本。

通过内部高速存储器总线接口实现处理器之间的快速输入/输出数据交换。