Was sind die 5 industriellen Kommunikationsprotokolle?

5 Arten von industriellen Kommunikationsprotokollen: 1. Modbus-Protokoll, eine universelle Sprache, die in elektronischen Steuerungen verwendet wird; 2. RS-232-Protokoll, ein serieller physikalischer Schnittstellenstandard; 3. RS-485-Protokoll, das entwickelt wurde; die Basis von RS232; 4. Das HART-Protokoll ist ein Kommunikationsprotokoll, das zwischen intelligenten Instrumenten vor Ort und der Kontrollraumausrüstung verwendet wird. 5. Das MPI-Protokoll ist ein sprachübergreifendes Kommunikationsprotokoll, das zum Schreiben paralleler Computer verwendet wird.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Industrielle Kommunikationsprotokolle beziehen sich auf die Regeln und Vereinbarungen, die beide Unternehmen im Bereich der industriellen Steuerung befolgen müssen, um Kommunikationen oder Dienste abzuschließen.

5 industrielle Kommunikationsprotokolle: Modbus-Kommunikationsprotokoll, RS-232-Kommunikationsprotokoll, RS-485-Kommunikationsprotokoll, HART-Kommunikationsprotokoll, MPI-Kommunikation

Modbus-Kommunikationsprotokoll

Das Modbus-Protokoll wurde ursprünglich von der Modicon Company entwickelt Ende 1979 wurde das Unternehmen Teil des Geschäftsbereichs Schneider Automation und mittlerweile ist Modbus weltweit das beliebteste Protokoll im Industriebereich. Dieses Protokoll unterstützt herkömmliche RS-232-, RS-422-, RS-485- und Ethernet-Geräte.

Da das Modbus-Protokoll völlig offen und transparent ist und die erforderliche Soft- und Hardware sehr einfach ist, hat es sich zu einem universellen Industriestandard entwickelt. Viele Industrieanlagen, darunter SPS, DCS, Smart Meter usw., verwenden das Modbus-Protokoll als Kommunikationsstandard zwischen ihnen. Damit können Steuergeräte unterschiedlicher Hersteller zur zentralen Überwachung in ein industrielles Netzwerk eingebunden werden.

Funktionen

　Das Modbus-Protokoll ist eine universelle Sprache für elektronische Steuerungen. Über dieses Protokoll können Controller untereinander, mit Controllern und anderen Geräten über ein Netzwerk (z. B. Ethernet) kommunizieren. Es hat sich zu einem gängigen Industriestandard entwickelt. Dieses Protokoll definiert eine Nachrichtenstruktur, die Controller zu verwenden verstehen, unabhängig vom Netzwerk, über das sie kommunizieren.

　 Das Modbus-Kommunikationsprotokoll ist ein asynchrones Master-Slave-Halbduplex-Kommunikationsprotokoll. Es verwendet eine Master-Slave-Kommunikationsstruktur, die es einer Master-Station ermöglicht, mit mehreren Slave-Stationen in beide Richtungen zu kommunizieren. Es beschreibt den Prozess, mit dem ein Controller Zugriff auf andere Geräte anfordert, wie auf Anfragen von anderen Geräten reagiert wird und wie Fehler erkannt und protokolliert werden. Es legt ein gemeinsames Format für das Layout und den Inhalt der Nachrichtendomäne fest.

　Das Modbus-Protokoll umfasst ASCII, RTU und andere Kommunikationsmethoden und legt die physikalische Schicht nicht fest. Dieses Protokoll definiert die Nachrichtenstruktur, die Controller unabhängig vom Netzwerk, über das sie kommunizieren, verstehen und verwenden können. Der Standard-Modicon-Controller verwendet RS232C zur Implementierung von seriellem Modbus. Die ASCII- und RTU-Protokolle von Modbus legen die Struktur von Nachrichten, Daten, Befehlen und Antwortmethoden fest. Die Datenkommunikation erfolgt im Master-Slave-Modus. Die Master-Station sendet eine Datenanforderungsnachricht, und die Slave-Station kann anschließend Daten an die Master-Station senden Um auf die Anfrage zu antworten, kann die Master-Station auch direkt Nachrichten senden, um die Daten der Slave-Station zu ändern, um bidirektionales Lesen und Schreiben zu erreichen.

Bei der Kommunikation in einem Modbus-Netzwerk legt dieses Protokoll fest, dass jeder Controller seine Geräteadresse kennen, gesendete Nachrichten anhand der Adresse identifizieren und entscheiden muss, welche Maßnahmen ergriffen werden sollen. Wenn eine Antwort erforderlich ist, generiert der Controller Feedback-Informationen und sendet diese über das Modbus-Protokoll. In anderen Netzwerken werden Nachrichten, die das Modbus-Protokoll enthalten, in die in diesem Netzwerk verwendete Rahmen- oder Paketstruktur umgewandelt. Diese Transformation erweitert auch die Methode zum Auflösen von Zeilengruppenadressen, Routing-Pfaden und Fehlererkennung auf einer bestimmten Netzwerkbasis.

Bei der Kommunikation im Netzwerk legt das Modbus-Protokoll fest, dass jeder Controller seine Geräteadresse kennen, gesendete Nachrichten anhand der Adresse identifizieren und entscheiden muss, welche Maßnahmen ergriffen werden sollen. Wenn eine Antwort erforderlich ist, generiert der Controller eine Antwort und sendet diese über das Modbus-Protokoll an die abfragende Partei.

　Das Modbus-Protokoll erfordert zusätzlich zur Paritätsprüfung die LRC-Verifizierung im ASCII-Modus und die 16-Bit-CRC-Verifizierung im RTU-Modus. Darüber hinaus verwendet Modbus einen Master-Slave-Modus, um regelmäßig Daten zu senden und zu empfangen. Wenn die Verbindung zu einer Slave-Station unterbrochen wird (z. B. aufgrund eines Ausfalls oder einer Abschaltung), kann der Master diese diagnostizieren und das Netzwerk reparieren, wenn der Fehler behoben ist kann automatisch wieder verbunden werden. Daher weist das Modbus-Protokoll eine höhere Zuverlässigkeit auf.

Modbus- und OSI-Referenzmodell

ASCII-Kommunikationsmethode von Modbus

RS-232-Kommunikationsprotokoll

RS-232 ist ein serieller physikalischer Schnittstellenstandard, der von der American Electronic Industry Association EIA (Electronic Industry Association) entwickelt wurde. RS ist die Abkürzung für „Recommended Standard“ im Englischen und 232 ist normalerweise die Identifikationsnummer. Die RS-232-Schnittstelle ist als 9-polige (DB-9) oder 25-polige (DB-25) Schnittstelle erhältlich. Im Allgemeinen gibt es bei Personalcomputern zwei Sätze von RS-232-Schnittstellen, die als COM1 bzw. COM2 bezeichnet werden.

RS-232-Schnittstelle

　Der RS-232-Standard verfügt über 25 Signalleitungen und 9 Signalleitungen, einschließlich eines Hauptkanals und eines Hilfskanals. In den meisten Fällen wird hauptsächlich der Hauptkanal verwendet. Für die allgemeine Duplexkommunikation können nur wenige Signalleitungen implementiert werden, beispielsweise eine Sendeleitung, eine Empfangsleitung und eine Erdungsleitung.

Übertragungsrate

　Die im RS-232-Standard festgelegte Datenübertragungsrate beträgt 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 Baudrate.

Fernkommunikationsverbindungs-Datenterminal

　Der RS-232-Standard wurde ursprünglich für Fernkommunikationsverbindungs-Datenterminalgeräte (DTE) und Datenkommunikationsgeräte (DCE) entwickelt. Daher wurden bei der Formulierung dieser Norm die Anwendungsanforderungen von Computersystemen nicht berücksichtigt. Heutzutage wird es jedoch häufig als Nahverbindungsstandard zwischen Computern (genauer gesagt Computerschnittstellen) und Terminals oder Peripheriegeräten verwendet. Offensichtlich sind einige Bestimmungen dieser Norm nicht mit Computersystemen vereinbar oder widersprechen ihnen sogar. Mit diesem Hintergrundwissen ist es nicht schwer zu verstehen, warum der RS-232C-Standard mit Computern nicht kompatibel ist.

RS-232-Nachteile:

　 (1) Der Signalpegel der Schnittstelle ist relativ hoch, wodurch der Chip der Schnittstellenschaltung leicht beschädigt werden kann, da er nicht mit TTL-Pegeln kompatibel ist zur Kommunikation mit TTL-Schaltkreisen erforderlich.

　 (2) Die Übertragungsrate ist niedrig, während der asynchronen Übertragung beträgt die Baudrate ≤ 20 Kbit/s.

　 (3) Die Schnittstelle verwendet eine Signalleitung und eine Signalrückleitung, um eine gemeinsame Masseübertragungsform zu bilden. Diese Art der gemeinsamen Masseübertragung ist anfällig für Gleichtaktstörungen, sodass ihre Immunität gegenüber Rauschstörungen schwach ist.

　 (4) Die Übertragungsentfernung ist begrenzt und die standardmäßige maximale Übertragungsentfernung beträgt 50 Fuß (tatsächlich ≤ 15 Meter).

RS-485-Kommunikationsprotokoll

Der RS-485-Standard wurde auf Basis von RS232 entwickelt und bietet Mehrpunkt- und Zweiwege-Kommunikationsfunktionen, die es ermöglichen, mehrere Sender gleichzeitig an denselben Bus anzuschließen Gleichzeitig wurden die Antriebsfähigkeit und die Kollisionsschutzfunktionen des Senders erhöht und der Gleichtaktbereich des Busses erweitert. Später wurde er als TIA/EIA-485-A-Standard bezeichnet.

Elektrische Eigenschaften von RS-485:

　 Logisch „1“ wird durch die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitungen dargestellt, während + (2-6) V durch die Spannungsdifferenz zwischen den beiden dargestellt wird Linien wie - (2 —6) V zeigt an. Der Schnittstellensignalpegel ist niedriger als bei RS-232, wodurch der Chip der Schnittstellenschaltung weniger beschädigt wird. Darüber hinaus ist der Pegel mit dem TTL-Pegel kompatibel und kann problemlos an die TTL-Schaltung angeschlossen werden.

Übertragungsrate:

　Die maximale Datenübertragungsrate von RS-485 beträgt 10 Mbit/s.

RS-485-Schnittstelle:

Es wird eine Kombination aus symmetrischem Treiber und Differenzempfänger mit verbessertem Anti-Common-Modus verwendet Das heißt, es weist eine gute Störfestigkeit auf.

Baudrate:

　 1200bps, 2400bps, 4800bps, 9600bps, 19200bps, 38400bps, 125K

Kommunikationsschnittstellenmodus:

RS485-Schnittstelle: Asynchron, Halbduplex, seriell

Nachteile:

　In vielen Fällen verwenden Sie beim Anschluss der RS-485-Kommunikationsverbindung einfach ein Paar verdrillter Paare, um die „A“- und „B“-Enden jeder Schnittstelle zu verbinden. Die Verbindung zur Signalmasse wird in vielen Situationen ignoriert, birgt jedoch eine große versteckte Gefahr von Gleichtaktstörungen: Die RS-485-Schnittstelle verwendet eine differenzielle Signalübertragungsmethode und erfordert keine relative Erkennung Signal an einem bestimmten Referenzpunkt, das System muss nur die Potenzialdifferenz zwischen den beiden Leitungen erkennen. Oft wird jedoch übersehen, dass der Transceiver einen bestimmten Gleichtaktspannungsbereich hat. Der Gleichtaktspannungsbereich des RS-485-Transceivers beträgt -7 bis +12 V. Nur wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, kann das gesamte Netzwerk normal funktionieren. Wenn die Gleichtaktspannung in der Netzwerkleitung diesen Bereich überschreitet, beeinträchtigt dies die Stabilität und Zuverlässigkeit der Kommunikation und beschädigt sogar die Schnittstelle.

HART-Protokoll

HART (HighwayAddressable Remote Transducer), ein offenes Kommunikationsprotokoll für adressierbare Hochgeschwindigkeits-Fernsensoren, ist eines der amerikanischen ROSEMOUNT-Unternehmen, das 1985 für intelligente Instrumente und Kontrollraumausrüstung vor Ort gegründet wurde. Kommunikationsprotokoll zwischen. HART-Geräte bieten Kommunikation mit relativ geringer Bandbreite und moderater Reaktionszeit. Nach mehr als 10 Jahren Entwicklungszeit ist die HART-Technologie im Ausland sehr ausgereift und zum Industriestandard für globale intelligente Instrumente geworden.

Das HART-Protokoll verwendet das FSK-Frequenzumtastsignal basierend auf dem Bell202-Standard und überlagert dem niederfrequenten 4-20-mA-Analogsignal ein digitales Audiosignal mit einer Amplitude von 0,5 mA für eine bidirektionale digitale Kommunikation mit einer Datenübertragungsrate von 1,2 Mbit/s. Da der Durchschnittswert des FSK-Signals 0 beträgt, hat dies keinen Einfluss auf die Größe des an das Steuerungssystem übertragenen Analogsignals, wodurch die Kompatibilität mit vorhandenen Analogsystemen gewährleistet ist. Bei der HART-Protokollkommunikation werden die Hauptvariablen und Steuerinformationen über 4-20 mA übertragen. Bei Bedarf werden zusätzliche Messungen, Prozessparameter, Gerätekonfiguration, Kalibrierung und Diagnoseinformationen über das HART-Protokoll abgerufen.

Kommunikationsmodell:

MPI-Kommunikationsprotokoll

MPI ist ein sprachübergreifendes Kommunikationsprotokoll zum Schreiben paralleler Computer. Unterstützt Punkt-zu-Punkt und Broadcast. Die Ziele von MPI sind hohe Leistung, große Skalierbarkeit und Portabilität. MPI ist bis heute das Hauptmodell für Hochleistungsrechnen.

MPI-Protokoll, sein vollständiger englischer Name ist MulTI-point-Interface. Zwischen SPSen kann ein Master/Master-Protokoll oder ein Master/Slave-Protokoll konfiguriert werden. Die Bedienung hängt vom Gerätetyp ab: Wenn es sich bei den Leitstellen ausschließlich um SPSen der S7-300/400-Serie handelt, dann stellen Sie eine Master/Master-Verbindungsbeziehung her. Da das MPI-Protokoll die Multi-Master-Kommunikation unterstützt, können alle S7-300-CPUs konfiguriert werden Als Netzwerk-Master-Station kann der Datenaustausch zwischen SPS über das Master/Master-Protokoll realisiert werden. Wenn es sich bei einigen Steuerstationen um SPS der S7-200-Serie handelt, kann eine Master/Slave-Verbindungsbeziehung hergestellt werden. Da es sich bei der S7-200-CPU um eine Slave-Station handelt, kann der Benutzer die Datenlese- und Schreibvorgänge der S7-300-CPU ausführen S7200-CPU über Netzwerkanweisungen.

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