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每個儀表都有自己獨特的通訊協(xié)議，常見的有modbus通訊協(xié)議 、RS-232通訊協(xié)議、RS-485通訊協(xié)議 、HART通訊協(xié)議等等，那么這些通訊協(xié)議究竟是怎么工作的，有哪些

優(yōu)缺點呢？本文將重點介紹目前常見的幾種通訊協(xié)議！幫助儀表人學(xué)習(xí)。

通訊協(xié)議：又稱通信規(guī)程，是指通訊雙方對數(shù)據(jù)傳送控制的一種約定。約定中包括對數(shù)據(jù)格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)

一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，它也叫做鏈路控制規(guī)程。

常用的儀表通訊協(xié)議有：

·modbus通訊協(xié)議

·RS-232通訊協(xié)議

·RS-485通訊協(xié)議

·HART通訊協(xié)議。

·MPI通信

·串口通信

·PROFIBUS通信

·工業(yè)以太網(wǎng)

·ASI通信

·PPI通信

·遠(yuǎn)程無線通信

·TCP

·UDP

·S7

·profibus

·pofinet

·MPI

·PPI

·Profibus-DP

·Devicenet

·Ethernet

Modbus通訊協(xié)議1

Modbus協(xié)議最初由Modicon公司開發(fā)出來，在1979年末該公司成為施耐德自動化部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、

RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。

由于modbus協(xié)議是完全公開透明的，所需的軟硬件又非常簡單，這就使它成為了一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作

為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

特點

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

此協(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。

modbus通訊協(xié)議是一種主從式異步半雙工通信協(xié)議，采用主從式通訊結(jié)構(gòu)，可以使一個主站對應(yīng)多個從站進(jìn)行雙向通信。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,如何回

應(yīng)來自其它設(shè)備的請求,以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。

Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU等通訊方式，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制

器使用RS232C實現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用主-從方式，主站發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，從站接收到

正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主站以響應(yīng)請求；主站也可以直接發(fā)消息修改從站的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。

主/從原理

當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時,此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址,識別按地址發(fā)來的消息,決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng),控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上,包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時，Modbus協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用Modbus協(xié)議發(fā)送給詢問方。

Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，串行協(xié)議中除有奇偶校驗外，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗。另外，Modbus采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù)，在實際使用中如果某從站點斷開后（如故障或關(guān)機(jī)），主端可以診斷出來，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。 

Modbus與OSI參考模型

Modbus之ASCII通訊方式Modbus之ASCII通訊方式

數(shù)據(jù)幀

廣播模式（只用于寫操作）

非廣播模式

Modbus之RTU通訊方式

RS-232通訊協(xié)議2

RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（ElectronicIndustry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號通常。RS-232 接口以9個引腳 

(DB-9) 或是25個引腳(DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機(jī)上會有兩組RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2 。

RS-232接口

RS-232標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線和9條信號線兩種，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送

線、一條接收線及一條地線。

傳輸速率

RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特率。

遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端

RS-232標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）而制定的。因此這個標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用

于計算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了

解，我們對RS-232C標(biāo)準(zhǔn)與計算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。

“發(fā)送”和“接收”

       RS-232標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由于在計算機(jī)系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是

DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。

電氣特性

EIA-RS-232 對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。

在TxD和RxD上：

     　邏輯1(MARK)=-3V～-15V

     　邏輯0(SPACE)=+3～+15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：

信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V

信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V

RS-232接口定義（9芯）

RS-232接口定義(25芯)

1頻蔽地線                 

2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD         

3接收數(shù)據(jù) RXD         

4 請求發(fā)送RTS

5允許發(fā)送 CTS        

6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR

7信號地 SG          

8 載波檢測 DCD

9 發(fā)送返回(+)          

10 未定義

11 數(shù)據(jù)發(fā)送(-)       

12~17 未定義

18 數(shù)據(jù)接收(+)       

19 未定義

20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR  

21 未定義

22 振鈴 RI            

23~24 未定義

25 接收返回(-) 

RS-232串口通信接線方法（三線制）

串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn)：同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)

送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應(yīng)相接。

9針D型串口：2“RXD”，3“TXD”，5“邏輯地”。

25針串口通信接線方法

RS-232缺點 ：

（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率≤20Kbps。

（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺（實際≤15米）。

RS-485通訊協(xié)議3

RS-485標(biāo)準(zhǔn)是在RS232的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線

共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。

RS-485的電氣特性：

邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL

電平兼容，可方便與TTL電路連接。 

傳播速率：

RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 

RS-485接口：

是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

波特率：

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

通信接口方式：

RS485接口：異步，半雙工,串行

數(shù)據(jù)格式：

1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗

1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、奇校驗

1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗

當(dāng)與現(xiàn)場總線適配器PROFIBUS連接時采用默認(rèn)數(shù)據(jù)格式。

RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實際上可達(dá) 3000米(理論上的數(shù)據(jù)，在實際操作中，極限距離僅達(dá)1200米左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1

個收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

9針型接口：

  RS485接口         信號含義

     3           RXD- 接收數(shù)據(jù) 

     4           RXD+ 接收數(shù)據(jù)  

     5           TXD+ 發(fā)送數(shù)據(jù)

     7           TXD- 發(fā)送數(shù)據(jù)

缺點：

很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻

埋下了很大的隱患共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往

忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響

通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。

HART協(xié)議4

HART(HighwayAddressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國ROSEMOUNT公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)

備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應(yīng)時間的通信，經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信

號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另

外的測量、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。

協(xié)議基本情況

·4~20mA模擬信號+數(shù)字控制信號（FSK技術(shù)）

·支持雙絞線全數(shù)字通信，可構(gòu)成15個站網(wǎng)絡(luò)

·支持OSI開放體系結(jié)構(gòu)，1、2、7、層

通信模型：

物理層：

基于Bell 202 通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK 技術(shù)，基本內(nèi)容：

波特率           1200bps      （速度較慢）

邏輯1             1200HZ

邏輯0             2400HZ

數(shù)據(jù)鏈路層

通信方式：

1）主從式通信

由主設(shè)備來控制數(shù)據(jù)幀的傳送

最多允許15個從設(shè)備連接到一條多點通訊線上

2）突發(fā)模式

 從設(shè)備定時重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀

3）半雙工通訊方式

尋址范圍：0 ~ 15

當(dāng)?shù)刂窞?時，處于4~20mADC與數(shù)字通信兼容狀態(tài)。

當(dāng)?shù)刂窞?~15時，則處于全數(shù)字通信狀態(tài)。

規(guī)定通信數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，每個字符由11位組成：

1bit起始位  +  8bit數(shù)據(jù)  +  1bit奇偶校驗位  +  1bit停止位

應(yīng)用層：

 通用命令：

·對所有符合HART協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備都適用的命令。包括以下內(nèi)容：

·讀變送器的量程、單位以及阻尼時間常數(shù)；

·讀出傳感器串聯(lián)數(shù)目及其線制；

·讀出制造廠及產(chǎn)品型號；

·讀出主變量及單位；

·讀出電流的輸出及百分比輸出；

·讀寫8個字符的標(biāo)牌號，16個字符的描述內(nèi)容以及日期等；

通用命令適用于大部分符合HART協(xié)議的產(chǎn)品，但不同公司的HART產(chǎn)品可能會有少量區(qū)別，如寫主變量單位，微調(diào)DA的零點和增益等：

·寫入阻尼時間常數(shù)；

·寫入變送器量程；

·標(biāo)定（設(shè)置零點和量程）；

·微調(diào)主變量零點；

·微調(diào)DAC的零點和增益；

·完成自檢及主機(jī)復(fù)位；

特殊命令：

僅適用于某種具體的現(xiàn)場設(shè)備。這是各家公司的產(chǎn)品自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微調(diào)傳感頭校正等。：

·讀出或?qū)懭腴_方小流量截斷值；

·啟動、停止或清除累積器；

·選擇主變量（質(zhì)量流量或密度）；

·讀出或?qū)懭虢M態(tài)信息資料；

·微調(diào)傳感器的標(biāo)定；

HART通訊模式：

第一種“問答式”：2次/秒，適用于點對點，多站連接

第二種“成組模式”：3.7次/秒，只適用于點對點連接

HART協(xié)議的優(yōu)點：

·模擬信號帶有過程控制信息，數(shù)字信號允許雙向通信；

·(智能化現(xiàn)場儀表+模擬儀表、記錄儀及控制器)混合系統(tǒng)；

·支持多主站數(shù)字通信，節(jié)省導(dǎo)線，減少安裝費；

·通過租用電話線連接儀表，使遠(yuǎn)方的現(xiàn)場儀表使用相對便宜的接口設(shè)備；

·允許“問答式”及“成組模式”通信方式；

·報文結(jié)構(gòu)靈活、規(guī)范、一次通信可攜帶4個過程變量。

HART通信的應(yīng)用通常有三種方式：

·最普通的是用手持通信終端(HHT)與現(xiàn)場智能儀表通信。

·帶HART通信功能的控制室儀表，可與多臺HART儀表進(jìn)行通信并組態(tài)。

·第三種方式是與PＣ機(jī)或DＣS操作站進(jìn)行通信。

在智能變送器與HART協(xié)議通訊器之間互聯(lián)需要遵循負(fù)載電阻之和在250～600 Ω之間，太小了不能通訊，太大了變送器無法工作。實踐中，一般在校驗室內(nèi)都至少要串接一個

250 Ω以上的標(biāo)準(zhǔn)電阻，但在現(xiàn)場中如果系統(tǒng)基本滿足負(fù)載電阻要求，可以直接在控制室內(nèi)接線端子上跨接HART通訊器。如圖1所示

由于HART儀表與原4-20mA標(biāo)準(zhǔn)的儀表具有兼容性，HART儀表的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展迅速，特別是在設(shè)備改造中受到歡迎。HART協(xié)議與FF等協(xié)議相比，較為簡單，而且由于速度

慢及低功耗的要求，數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層一般均由軟件實現(xiàn)。物理層應(yīng)用原有的Bell－202調(diào)制解調(diào)器。為解決不同廠家設(shè)備的互換性及互操作性問題，HART采用了設(shè)備描述

語言（DDL)。

MPI通訊協(xié)議5

MPI協(xié)議，其英文全名為Multi-point-Interface。在PLC之間可組態(tài)為主／主協(xié)議或主／從協(xié)議．如何操作依賴于設(shè)備類型：如果控制站都是s7—300／400系列PLC，那么就建

立主／主連接關(guān)系，因為MPI協(xié)議支持多主站通訊，所有的s7—300 CPU都可配置為網(wǎng)絡(luò)主站，通過主／主協(xié)議可以實現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)交換。如果某些控制站是s7—200系列

PLC，則可以建立主／從連接關(guān)系，因為s7—200 CPU是從站，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)指令實現(xiàn)s7—300 CPU對s7200 CPU的數(shù)據(jù)讀寫操作。

PROFIBUS通訊協(xié)議6

PROFIBUS，是一種國際化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上

的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)

據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層。 （1）PROFIBUS－DP：定

義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS－DP設(shè)備的設(shè)備行為。 

（2）PROFIBUS－FMS：定義了第一．二．七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface － LLI)。

FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。 （3） PROFIBUS－PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸

采用擴(kuò)展的PROFIBUS－DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。

使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。 注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三－六層末使用，第七層為應(yīng)用層。

TCP/UDP協(xié)議7 

TCP (Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、

有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。通過面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)包發(fā)送。通俗說，它是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開辟出連接好的通道，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；而UDP則不

為IP提供可靠性、流控或差錯恢復(fù)功能。一般來說，TCP對應(yīng)的是可靠性要求高的應(yīng)用，而UDP對應(yīng)的則是可靠性要求低、傳輸經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。TCP支持的應(yīng)用協(xié)議主要有：

Telnet、FTP、SMTP等；UDP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有：NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）、SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）、DNS（主域名稱系統(tǒng)）、TFTP（通用文件傳輸協(xié)議）等。

TCP：

TCP是面向連接的通信協(xié)議，通過三次握手建立連接，通訊完成時要拆除連接，由于TCP是面向連接的所以只能用于端到端的通訊。

TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，采用“帶重傳的肯定確認(rèn)”技術(shù)來實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP還采用一種稱為“滑動窗口”的方式進(jìn)行流量控制，所謂窗口實際表示接收能力，

用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。

如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包，那么IP將把它們向‘上’傳送到TCP層。TCP將包排序并進(jìn)行錯誤檢查，同時實現(xiàn)虛電路間的連接。TCP數(shù)據(jù)包中包括序號和確認(rèn)，所以

未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。

TCP將它的信息送到更高層的應(yīng)用程序，例如Telnet的服務(wù)程序和客戶程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回TCP層，TCP層便將它們向下傳送到IP層，設(shè)備驅(qū)動程序和物理介質(zhì)，最后

到接收方。

面向連接的服務(wù)（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP（發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫），但使

用UDP傳送有關(guān)單個主機(jī)的信息。

UDP：

UDP是面向無連接的通訊協(xié)議，UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號和源端口號信息，由于通訊不需要連接，所以可以實現(xiàn)廣播發(fā)送。

UDP通訊時不需要接收方確認(rèn)，屬于不可靠的傳輸，可能會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，實際應(yīng)用中要求程序員編程驗證。

UDP與TCP位于同一層，但它不管數(shù)據(jù)包的順序、錯誤或重發(fā)。因此，UDP不被應(yīng)用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)，UDP主要用于那些面向查詢---應(yīng)答的服務(wù)，例如

NFS。相對于FTP或Telnet，這些服務(wù)需要交換的信息量較小。使用UDP的服務(wù)包括NTP（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）和DNS（DNS也使用TCP）。

欺騙UDP包比欺騙TCP包更容易，因為UDP沒有建立初始化連接（也可以稱為握手）（因為在兩個系統(tǒng)間沒有虛電路），也就是說，與UDP相關(guān)的服務(wù)面臨著更大的危險。

數(shù)據(jù)格式：

數(shù)據(jù)幀：幀頭+IP數(shù)據(jù)包+幀尾 （幀頭包括源和目標(biāo)主機(jī)MAC初步地址及類型，幀尾是校驗字）

IP數(shù)據(jù)包：IP頭部+TCP數(shù)據(jù)信息（IP頭包括源和目標(biāo)主機(jī)IP地址、類型、生存期等）

TCP數(shù)據(jù)信息：TCP頭部+實際數(shù)據(jù) (TCP頭包括源和目標(biāo)主機(jī)端口號、順序號、確認(rèn)號、校驗字等）

UDP（User Data Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是與TCP相對應(yīng)的協(xié)議。它是面向非連接的協(xié)議，它不與對方建立連接，而是直接就把數(shù)據(jù)包發(fā)送過去！

PPI通訊協(xié)議8 

是西門子公司專為S7-200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。內(nèi)置于S7-200CPU中。PPI協(xié)議物理上基于RS-485口，通過屏蔽雙絞線就可以實現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主-從協(xié)議。主

站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不能主動發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接來與從站通訊。PPI協(xié)議并不限制與任意一個從站的通訊的主站的數(shù)量，但

在一個網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過32個。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門子STEP7-Micro/WIN編程軟件上傳和下載程序和西門子人機(jī)界面與PC通信。

pofinet通訊協(xié)議9  

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)。作為一項戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，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，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、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。

PROFINET是適用于不同需求的完整解決方案，其功能包括8個主要的模塊，依次為實時通信、分布式現(xiàn)場設(shè)備、運動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故

障安全和過程自動化。

分布式現(xiàn)場設(shè)備：

通過集成PROFINET接口，分布式現(xiàn)場設(shè)備可以直接連接到PROFINET上。

對于現(xiàn)有的現(xiàn)場總線通訊系統(tǒng)，可以通過代理服務(wù)器實現(xiàn)與PROFINET的透明連接。例如，通過IE/PB Link（PROFINET和PROFIBUS之間的代理服務(wù)器）可以將一個PROFIBUS

網(wǎng)絡(luò)透明的集成到PROFINET當(dāng)中，PROFIBUS各種豐富的設(shè)備診斷功能同樣也適用于PROFINET。對于其他類型的現(xiàn)場總線，可以通過同樣的方式，使用一個代理服務(wù)器將現(xiàn)場

總線網(wǎng)絡(luò)接入到PROFINET當(dāng)中。

運動控制：

通過PROFINET的同步實時（IRT）功能，可以輕松實現(xiàn)對伺服運動控制系統(tǒng)的控制。

在PROFINET同步實時通訊中，每個通訊周期被分成兩個不同的部分，一個是循環(huán)的、確定的部分，稱之為實時通道；另外一個是標(biāo)準(zhǔn)通道，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)通過這個通道傳

輸。

在實時通道中，為實時數(shù)據(jù)預(yù)留了固定循環(huán)間隔的時間窗，而實時數(shù)據(jù)總是按固定的次序插入，因此，實時數(shù)據(jù)就在固定的間隔被傳送，循環(huán)周期中剩余的時間用來傳遞標(biāo)準(zhǔn)

的TCP/IP數(shù)據(jù)。兩種不同類型的數(shù)據(jù)就可以同時在PROFINET上傳遞，而且不會互相干擾。通過獨立的實時數(shù)據(jù)通道，保證對伺服運動系統(tǒng)的可靠控制。

網(wǎng)絡(luò)安裝：

PROFINET支持除星形、總線形和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了減少布線費用，并保證高度的可用性和靈活性，PROFINET提供了大量的工具幫助用戶方便的實現(xiàn)PROFINET的安裝。

特別設(shè)計的工業(yè)電纜和耐用連接器滿足EMC和溫度要求，并且在PROFINET框架內(nèi)形成標(biāo)準(zhǔn)化，保證了不同制造商設(shè)備之間的兼容性。

根據(jù)響應(yīng)時間的不同，PROFINET支持下列三種通訊方式。

TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊

PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP 是IT 領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管其響應(yīng)時間大概在100 ms的量級，不過，對于工廠控制級的應(yīng)

用來說，這個響應(yīng)時間就足夠了。

實時（RT）通訊

對于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求更為嚴(yán)格，大概需要5－10ms的響應(yīng)時間。目前，可以使用現(xiàn)場總線技術(shù)達(dá)到這個響應(yīng)時間，如PROFIBUS 

DP。

對于基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來說，使用標(biāo)準(zhǔn)通信棧來處理過程數(shù)據(jù)包，需要很可觀的時間，因此，PROFINET提供了一個優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層（Layer 2）的實時

通訊通道，通過該實時通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時間，因此，PROFINET獲得了等同、甚至超過傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實時性能。

同步實時（IRT）通訊

在現(xiàn)場級通訊中，對通訊實時性要求最高的是運動控制（Motion Control），PROFINET的同步實時（Isochronous Real-Time, IRT）技術(shù)可以滿足運動控制的高速通訊需求，

在100個節(jié)點下，其響應(yīng)時間要小于1ms，抖動誤差要小于1μs，以此來保證及時的、確定的響應(yīng)。

DEVICENET通訊協(xié)議10

Devicenet是90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN（Controller Area Network）技術(shù)的開放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，最初由美國Rockwell公司開

發(fā)應(yīng)用。

Devicenet是一種低成本的通訊總線。它將工業(yè)設(shè)備（如：限位開關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動器，面板顯示器和操作員接口）

連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設(shè)備間的通訊，并同時提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實現(xiàn)的。

Devicenet的優(yōu)點：

1、提高設(shè)計的彈性

·通過提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的能力來提供無限制的IO端口

·提供互操作性和即插即用能力

2、改善的過程數(shù)據(jù)管理

·提供對等(Peer-to-Peer)或主/從(Master/Slave)管理

·作為一個快速響應(yīng)處理元的結(jié)果，提高了吞吐量和可重復(fù)性

·包含在位置刻度和預(yù)先事件及報警通知中的隱含診斷信息

·在診斷中可延長定期檢修的間隔周期

3、降低安裝成本

·簡化配線，避免了潛在的錯誤點，減少了所需的文件，減少勞動力資源并節(jié)省了安裝空間

Devicenet協(xié)議是一個簡單、廉價而且高效的協(xié)議，適用于最低層的現(xiàn)場總線，例如：過程傳感器、執(zhí)行器、閥組、電動機(jī)起動器、條形碼讀取器、變頻驅(qū)動器、面板顯示器、

操作員接口和其他控制單元的網(wǎng)絡(luò)?？赏ㄟ^DeviceNet連接的設(shè)備包括從簡單的擋光板到復(fù)雜的真空泵各種半導(dǎo)體產(chǎn)品。DeviceNet也是一種串行通信鏈接，可以減少昂貴的硬

接線。DeviceNet所提供的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實現(xiàn)的。除了提供OSI模型的第7層

（應(yīng)用層）定義之外，DeviceNet規(guī)范還定義了部分第1層（物理收發(fā)器）和第0層（傳輸介質(zhì)）。圖為DeviceNet在ISO模型中的相關(guān)層。對DeviceNet節(jié)點的物理連接也作了

清楚的規(guī)定。連接器、電纜類型和電纜長度，以及與通信相關(guān)的指示器、開關(guān)、相關(guān)的室內(nèi)銘牌都作了詳細(xì)規(guī)定。

Ethernet通訊協(xié)議11

以太網(wǎng)(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。

Ethernet的工作原理：

以太網(wǎng)(Ethernet)采用帶沖突檢測的載波幀聽多路訪問（CSMA/CD）機(jī)制。以太網(wǎng)中節(jié)點都可以看到在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的所有信息，因此，我們說以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。

以太網(wǎng)的工作過程如下：

當(dāng)以太網(wǎng)中的一臺主機(jī)要傳輸數(shù)據(jù)時，它將按如下步驟進(jìn)行：

1、監(jiān)聽信道上是否有信號在傳輸。如果有的話，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑為止。

2、若沒有監(jiān)聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)

3、傳輸?shù)臅r候繼續(xù)監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機(jī)等待一段時間后，重新執(zhí)行步驟1（當(dāng)沖突發(fā)生時，涉及沖突的計算機(jī)會發(fā)送會返回到監(jiān)聽信道狀態(tài)。

注意：每臺計算機(jī)一次只允許發(fā)送一個包，一個擁塞序列，以警告所有的節(jié)點）

4、若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，所有計算機(jī)在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須在最近一次發(fā)送后等待9.6微秒（以10Mbps運行）。