工业通讯协议有哪些(常用的工业通讯协议)

网页链接 两种协议使用的场景不同。Modbus支持串口和网络，主要是工业设备间通信。OPC-DA和OPC-UA都是网络协议。Modbus协议更简单透明，数据量小时，使用起来简单方便高效（自己就可以开发），数据量大时，要分片读写，就不太方便了。 OPC一般用的是标准套件，自己再开发很难，需要了解连接字符串，当数据量较大时，OPC批量建点方便。

在局域网中，通信协议也是比较多的，但常见的主要有三种，分别是TCPIP、NETBEUI和IPXISPX三种协议，而且需要了解的是，每种协议的应用环境也是不同的。 对于工业通信协议来说，种类也是比较多的，常见的主要有四种，分别是modbus ,RS-232、RS-4685、HART四种协议，除此之外还有MPI、串口通信、PROFIBUS,工业以太网等协议。
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。 在计算机通信中，通信协议用于实现计算机与网络连接之间的标准，网络如果没有统一的通信协议，电脑之间的信息传递就无法识别。 通信协议是指通信各方事前约定的通信规则，可以简单地理解为各计算机之间进行相互会话所使用的共同语言。两台计算机在进行通信时，必须使用的通信协议。通信协议三要素通信协议主要由以下三个要素组成：语法：即如何通信，包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等。语义：即通信内容，包括数据内容、含义以及控制信息等。定时规则（时序）：即何时通信，明确通信的顺序、速率匹配和排序。 [2]特点通信协议具有层次性、可靠性和有效性。[2]体系结构分层通信体系结构的基本概念如下：将通信功能分为若干个层次，每一个层次完成一部分功能，各个层次相互配合共同完成通信的功能。每一层只和直接相邻的两层打交道，它利用下一层提供的功能，向高一层提供本层所能完成的服务。每一层是独立的，隔层都可以采用最适合的技术来实现，每一个层次可以单独进行开发和测试。当某层技术进步发生变化时，只要接口关系保持不变，则其它层不受影响。 分层结构示意图如图所示。每一层实现相对独立的功能，下层向上层提供服务，上层是下层的用户，各个层次相互配合共同完成通信的功能。

OPC最初是作为一种标准协议开发的，可以与诸如可编程控制器（PLC），SCADA系统（监控和数据采集）以及许多其他工业控制系统和设备之类的设备进行通信。使用OPC，有一台服务器以其本机语言/协议与设备通信，然后以标准OPC格式公开该数据。然后，OPC客户端可以使用该数据。OPC DA最初设计为传输相当简单的数据类型，例如模拟量（温度，压力，流速等）和离散量（机器/设备状态，例如泵开/关，阀门打开/关闭，电动机运行/停止等）。传感器数据，而OPC UA允许传感器数据以及其他数据（如警报和事件）以及其他数据类型。OPC UA是OPC DA的后继产品。因此，Predix OPC UA组件是OPC UA服务器的客户端应用程序，OPC UA服务器将是与控制系统实际通信的软件。 Modbus是另一种已多年成为行业标准的协议。它最初由Modicon开发，用于与Modicon PLC通信，但已被其他供应商采用作为与这些其他设备进行通信的协议。像OPC一样，Modbus只是提供了一种相对简单的机制来与支持Modbus协议的设备（例如PLC，远程终端设备或RTU等）进行通信，然后将该数据提供给需要该数据的应用程序。例如，GE iFIX软件是一个HMI应用程序，它允许您构建实时显示，以可视化来自OPC，Modbus和其他使用这些协议进行通讯的类似工业控制器系统的传感器数据。 最重要的是，OPC UA和Modbus是用于与工业控制器/系统进行通信的协议。我们与这些系统进行通信，以便检索传感器数据（温度，压力，流速，振动数据，状态信息，例如泵是否运行等），然后将该数据转发到GE的Proficy Historian和/或进入云中的Predix时间序列数据库。
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Modbus RTU 自由口 以太网通讯

本文主要是给大家梳理一下目前市面上常用的一些无线通讯协议标准，帮助大家了解一下不同的无线网络技术由来和各自特点。 首先说一下IEEE 802.15.4，IEEE 802.15.4是一种技术标准，目前常用的无线通讯协议大多数是在802.15.4标准规定的底层协议基础上，开发的上层协议而演变出来的，它规定了低速率无线个域网 （LR-WPAN）的 物理层 和 媒体访问控制 ，并由 IEEE 802.15 工作组维护，该工作组在2003年定义了该标准。它是 Zigbee 的基础，另外像诸如 ISA100.11a ， WirelessHART ，WIA-PA ，6LoWPAN 和 SNAP 规范，每个标准规范都是通过开发IEEE 802.15.4中未定义的上层进一步扩展了标准。类似于以上几种协议标准，Lora是基于IEEE802.15.4g标准进行了上层标准的扩展定义，而IEEE802.15.4g是在IEEE802.15.4基础上对物理层和MAC层做了调整。除此之外wifi是基于IEEE802.11b标准创建的一种无线局域网技术，通常使用2.4G UHF或者5G SHF ISM射频频段。IEEE 802.15.1是由 IEEE 制定的一种蓝牙无线通信规范标准，应用于无线个人区域网（WPAN）。可以说原版IEEE802.15.1来源于蓝牙规范并与蓝牙1.1完全兼容使用。接下来我们详细说一下目前在工业物联网和消费电子领域应用比较广泛的几种无线技术，有ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、蓝牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。在工业领域的典型应用是中国油气田生产物联网自动化采集控制设备规范中明确物理层、链路层、网络层采用ZigBee通讯协议，应用层通讯采用A11-GRM通讯协议。WirelessHART是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准，满足了工业工厂对于可靠、强劲、安全的无线通讯方式的迫切需求。作为HART7技术规范的一部分，除了保持现有HART设备、命令和工具的能力，它增加了HART协议的无线能力。国际电工委员会于2010年4月批准发布了完全国际化的WirelessHART标准IEC 62591（Ed.1.0），是第一个过程自动化领域的无线 传感器 网络国际标准。该网络同样使用运行在2.4GHz频段上的无线电IEEE802.15.4标准，采用直接序列扩频（DSSS）、通信安全与可靠的信道跳频、时分多址同步、网络上设备间延控通信等技术，WirelessHART标准协议主要应用于工厂自动化领域和过程自动化领域，弥补了高可靠、低功耗及低成本的工业无线通信市场的空缺。典型应用以Emerson为例，从2010年就已经开始供应WirelessHART兼容产品，从压力、流量、液位、温度、振动、pH测量等各类仪表变送器到网关节点等，逐渐有了品类齐全的无线类工业仪表产品系列。WIA-PA标准是具有我国自主知识产权、符合我国工业应用国情的一种无线标准体系，2008年10月，该规范获得了国际电工委员会（IEC）全体成员国96%的投票，成为与Wireless HART被同时承认的两个国际标准化文件之一。WIA-PA同样基于IEEE802.15.4标准，通讯速率250kbps，频段2.4GHz，工业室内通讯距离200m，室外环境可达800m，数据可靠性大于99%，自适应跳频技术，避免干扰，冗余路由技术，自组织修复网络。同时支持HART命令，兼容WirelessHART标准。典型应用是中科院沈阳自动化研究所提供技术支持参与合作的在国内辽河油田、吉林油田、大庆油田、新疆油田等现场的远程油井监测控制系统。LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线协议，基于IEEE 802.15.4g标准，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。Lora的工作频率在ISM 频段，包括433、868、915 MHz。WiFi俗称无线宽带，又叫802.11b标准，工作在2.4GHz或者5GHz频段，最高传输速率能达到11Mbps，网络覆盖范围最高可达300m，适合办公室和楼内区域使用。由于WiFi技术在结构上与以太网完全一致，所以能够将WLAN集成到已有的宽带网络中，也能够将已有的宽带业务集成到WLAN中，这样，就可以利用已有的宽带有线接入资源，迅速地部署WLAN网络，形成无缝覆盖。蓝牙是一种短距离无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线线缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（ISM）频段。从目前的应用看，蓝牙体积小、功率低，其应用早已不局限于计算机外设，可以集成到任何数字设备中，尤其是对数据传输速率要求不高的移动设备。蓝牙有几大特点，一是全球范围适用，无需申请许可证，二是同时可传输语音和数据，三是可以建立临时性对等连接，四是具有很好的抗干扰能力。窄带物联网（NB-IOT）是国际移动通信标准化组织为了应对日渐强烈的物联网需求，制订的一个新的蜂窝物联网的标准（CIOT），这个新标准要实现超强覆盖、超低功耗、超低成本、超大连接。NB-IOT是一个空中接口标准，主要是用在终端与基站之间的约定，包括物理层和数据链路层的一些设计规定。NB-IoT构建于 蜂窝网络 ，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。BeeLPW-T是必创科技聚焦工业场景应用，基于IEEE802.15.4标准自主开发的一种无线通信协议，具有同步精度高、功耗低、网络自恢复等优点。大容量的同步网络节点数量和多跳能力，可为工业现场的网络覆盖及节点架设提供强大的网络协议支撑。该协议具有的天然物联网基因，能以更优的功耗将传感器的感知层数据传输至云端，较往代产品效率提高近四倍。1、更高速灵敏的反馈基于高精度的网络同步性能，所有设备可以工作在最优的功耗状态下，保持全网秒级的响应速度，可以满足绝大多数尤其是具有边缘计算能力低功耗设备的需求。2、更丰富的应用方式同步网络下的节点，真正实现协同工作，赋予数据在无线应用中时间的属性，无论星型，树状等网络模式，均可满足各种设备密度、覆盖距离的应用要求。3、更低的维护成本协议可以随意切换周期采样及大数据采集状态 ，针对不同工况及应用需要，兼容有线状态分析系统的采集需求；时间同步及低功耗设计，在确保网络运行精准的同时，降低了设备的无效工作时间，使得设备整体更加简练、高效。更低的功耗，可改善设备的维护周期，降低维护难度和平均维护成本，为客户提供一个安心可靠并几近无感的防护体验。最后附表总结一下几种典型无线技术标准的特点区别：NB-IOTLoRaZigbeeWIFIbluetoothBeeLPW-TWIAPA组网方式基于现有蜂窝组网基于LoRa网关基于Zigbee网关基于无线路由器基于蓝牙Mesh网关基于BeeLPW-T网关基于WIA-PA网关网络部署方式节点节点+网关受现场遮挡影响节点+网关节点+路由器节点-节点节点+中继+网关节点+中继+网关传输距离远距离，基站覆盖10公里以上远距离，可达十几公里短距离10-100m短距离50米10米不含中继200m不含中继200m单网接入节点容量约20万理论约6万，实际500-5000理论6万，一般200-500个约50个理论6万理论5000通道理论6万，一般200-500个电池续航理论10年/AA电池理论10年/AA电池理论约2年/AA电池数小时数天理论约2年/AA电池理论约2年/AA电池成本30-70元30-40元5-15元模块约7-8s小于10元频段License频段运营商频段unLicense频段Sub-GHZ（433/868/915MHz）unLicense频段2.4GHz2.4G和5G2.4GunLicense频段2.4GHzunLicense频段2.4GHz传输速度理论160kbps-250kbps实际小于100kbps0.3-50kbps理论250kbps，实际小于100kbps2.4G：1-11Mbps5G：1-500Mbps1M理论250kbps理论250kbps网络时延6-10sTBD＜1s＜1s＜1s＜1s＜1s适合领域户外户外，工厂工厂，室内办公室，工厂移动设备工厂，车间工厂，车间 联网所需时间3 30ms3s10s3s3s