工业网络通信技术和协议的最详细摘要和解释（现场总线，工业以太网，工业无线）

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在前面写

大家好，我是智能制造业的所有者

工业网络协议构成了工业网络设备之间通信的基础，并且在过去的几十年中，已经开发了许多特定于工业的网络协议，每个网络协议都是为特定目的和环境而设计的。

我们总结了工业领域中一些常用的公共汽车和协议：

对于许多非专业人士或行业新手来说，这可能还不够。因此，今天，我们将解释， 和 的三个方面的工业网络和共同协议。我们希望它以及专业人士和新手可以更清楚地了解〜

01工业网络和协议概述

02 ，工业以太网和工业无线摘要

03 IT/OT网络和工业网络的计划和选择

01工业网络和协议概述

工业网络对于工厂的运营至关重要。工业网络将数千个末端节点汇集在一起​​，以进行控制和监视，并且通常在恶劣的环境中运行，因此对连接性能和通信有严格的要求。

下面弄清楚它主要使用的方式以及当今这些区域中可用的各种协议。工业互联网（IIT）的出现以及无线和以太网的新连接功能正在改变此类协议的环境。

但是对于非行业的内部人士和新手来说，面对各种凌乱的工业协议总是充满无助。因此，在今天的简介中，我们将探讨工业环境中使用的一些关键协议，并评估推动此类协议发展以支持下一代工业环境的新兴趋势。

首先，工业网络最典型的体系结构是下图所示的制造金字塔。美国标准研究所建议使用常用的参考模型（ISA-95），用于开发自动化企业和控制系统之间的接口。它提供了信息交换的标准，降低了MES-ERP集成的成本，并与产品生命周期管理合作。因为它可以提供生产能力和状态，所以它可以提高生产和制造的灵活性，并提供一组信息集成体系结构和标准模型。这定义了ERP和ME之间的边界和信息流。

关于工业网络级别，我们以前介绍了它，因此您首先可以具有相对宏观的概念，这对于理解自动化，信息化和数字化也非常有帮助〜

通常，它可以分为以下级别：

1。场层 - 此级别由大量传感器和执行器节点组成。传感器节点通常收集环境或过程控制信息，并将其传输回控制器或进行监视。执行器将从控制器接收到的指令转换为现场设备电动机的实际操作。

2。控制层 - 即逻辑控制器可以分布或集中。他们总结了传感器/执行器数据，然后将其传达到大规模的工厂控制系统中。通常也可以使用可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS）为工厂的特定域组提供本地控制。他们执行各种机器或过程指令，例如逻辑，排序，计时，计算和计算，并通过数字或模拟模块进行控制。

3。SCADA层 - 此级别包括配备人机界面的各种工厂控制系统来管理工厂运营。监视和数据采集（SCADA）系统向操作员报告了各种信息，提供了对警报的连续远程监视，并对整个托管系统的全面视图提供了全面的视图。此级别的主要功能还包括数据处理，记录和历史趋势分析。

4。执行和计划级别 - 负责工程和生产的执行。生产执行系统（MES）负责执行资源和设备调度，并开发一对一的产品（WIP）操作规格和一般工作计划。此级别是业务优先级与操作系统之间的接口。采购，库存，需求计划和预测与管理相关功能是负责此级别企业资源计划（ERP）系统的关键功能。

02 ，工业以太网和工业无线摘要

工业网络的严格要求从历史上促进了各种私人和特定应用程序的出现。有线和无线网络都有独家协议集。尽管有许多协议可用，但大多数有线协议都遵循两个标准：或工业以太网。

在当代时期，无线连接降低网络成本的潜力越来越突出，Wi-Fi，蜂窝网络，蓝牙和其他协议已在不同程度上应用。此外，串行接口点对点协议IO-Link在诸如智能传感器之类的应用中逐渐流行。但是，随着工业互联网和工业4.0等概念的深刻出现，复杂而复杂的工业巴士，协议等。限制整个设备网络和数据收集过程〜

以下是工业领域中非常需要的一些工业通信协议。总体而言，工业通信分为有线通信和无线通信。其中，有线通信技术包括，工业无线，工业以太网和其他工业无线无线包括Wi-Fi，Lora和其他通用协议。让我们探索，工业以太网和工业无线的三个方面。

是一系列工业网络协议的一般术语，主要用于实时分布式控制。当前的工业总线网络可以归类为485网络和网络。让我们首先谈论与之密切相关的485卢比和422卢比和2325卢比之间的特征：

与传统I/O通信相比，的最大优势是，它可以大大降低工厂的电源线。下表列出了各种常见的协议及其相应的功能。还提到了它们各自的优势，缺点和适用性。简单可靠的是的最重要特征。在工业以太网兴起之前，它成为工业网络的首选。

工业以太网：

经过多年的发展，工业以太网已成为主流，根据HMS的报告，其市场份额超过了现场总线：

它不断侵蚀现场巴士的市场份额。通常，在常见的工业以太网之后，例如 /IP，TCP等是传统的工业巨头，例如西门子，罗克韦尔，施耐德，贝克霍夫，三菱，凤凰等。

但是，无论上述哪个工业以太网是什么，我们都可以将它们分为三类：

1。它完全基于TCP \ udp \ ip，硬件层没有更改，并且使用了传统的以太网控制器，典型的是标准的， /ip和TCP

2。部分基于TCP \ udp \ ip，硬件层没有更改，它具有数据协议，并且由以太网帧直接传输。 TCP/UDP仍然存在，但由图层（通常为RT）控制

3。使用实时以太网控制器的硬件层更改，典型的硬件包括IRT，CC-Link IE，

有关更详细的解释，我们上一篇文章：

我已经详细解释了它，不会再重复一次。当然，无论如何，您都必须首先对以太网有一定的基本了解〜

无线协议：

无线技术为节省网络运营成本并简化安装带来了新的机会。尽管此类协议仍处于发展的早期阶段，但越来越多的人认为这将是工业网络的未来。它的主要优点是它不需要电源线的布置，并且可以连接更多的监视和控制点。如今，传感器和测量设备是无线协议的主要对象。

最常见的工业自动化无线技术包括802.11.x Wi-Fi，蓝牙，蜂窝网络，无许可证的私人ISM带收音机以及.11A，WIA-PA和其他基于802.15.4的协议。 Wi-Fi的使用通常伴随着工业以太网的部署，并且经常与以太网共存为第二个通信支柱。蓝牙用于替换点对点接线，例如HMI解决方案和现场设备之间。蜂窝网络通常用于工厂之间的远程通信，与远程SCADA应用程序中远程设备的连接以及对机械设备和机器人的第三方访问。下表列出了各种协议及其相应的功能。随着数据分析和物联网带来新的可能性，无线协议将在工业环境中继续增长。

我们还系统地分析了工业互联网时代的一些无线协议：

03 IT/OT网络和工业网络的计划和选择

IT，OT和CT的持续整合是这个时代不变的主题。作为IT和OT的所有级别的基础，该网络需要建立一个强大的网络，无论是企业网络，工厂网络，控制网络还是现场网络（如下所示），无论是ERP，PLM，SRM，MES/MES，MES/MOS，WMS，SCADA，SCADA/DCS等，网络计划和选择都特别重要〜

我们之前已经分享了工业网络的计划和设计：

总体而言，协议和网络连接要求将随着应用程序要求，可靠性要求和带宽等因素而变化。在计划和设计网络时，需要考虑以下因素：

•实时/确定性：某些工业应用不允许延迟通信过程。没有未实时或无法立即将数据包发送出来的协议不符合此类要求。工业网络和传统IT网络对网络延迟的敏感性非常不同，尤其是在某些运动控制方案（如下所示）〜

•可伸缩性，可伸缩性和拓扑：可伸缩性和可伸缩性也是要考虑的重要因素。当有必要经常添加新节点或更改网络配置时，某些实施过程可能会花费很多钱。此外，某些网络（例如）可以设计为失败后立即进行自组织和修复，从而使添加或删除新的节点快速且便宜的过程。此外，在不同的环境和应用程序中需要不同的网络体系结构和拓扑（如下图），因此这也是必须考虑的因素〜

•操作环境：工业基础设施和设备通常暴露于阳光和雨水或暴露于腐蚀性环境中。此外，随着工业互联网时代的出现，需要特别考虑安全和风险。必须选择不影响通信可靠性并可以承受此类环境要求的网络和总线。适当的工作温度范围，振动和噪声的影响，抗干扰能力以及湿度的负面影响是选择相应的总线，网络和协议时需要考虑的重要因素。

•端子节点功率：传感器和执行器的端子节点是工厂控制系统的关键输入，需要连续的电源。因此，电池和电源的电源将同时使用。由于某些网络，总线或协议比其他网络消耗更多的功率，因此使用功率的能力会影响这些协议的使用。

•电源线：现代工厂的面积可以达到几平方公里，如果您使用超长的电线连接端子节点，通常的成本通常很高。由于通常不常见控制层和传感器层的网络，总线和协议，因此它们的选择可能会受到工厂之间的控制程度的影响。

•数据包损耗率：某些协议比其他方案更适合适应，这可以大大减轻由数据拥塞，代码错误或连接不良等传输问题引起的数据丢失。尽管某些数据的丢失不会对非关键应用程序或节点产生负面影响，但对于某些关键应用程序，传输过程中不会发生数据丢失。

•吞吐量：数据传输的类型和大小对协议的选择有很大的影响。如果这是一个简单的二进制数据，可以打开/关闭状态，则可以使用低成本的低通量协议。但是，在相机中传输图像数据需要一个可以容纳更多数据的协议。

•网络范围，负载和体系结构：网络中数据传输的距离，网络中的节点数量以及网络体系结构本身将对协议的选择产生重大影响。在某些网络体系结构中，网络拥塞，吞吐量和数据丢失等问题变得突出。网络和协议的选择通常决定工厂是否可以有效运行。

•安全：工业网络需要防止无意和恶意威胁。与网站和其他IT停机时间不同，安全漏洞不仅是金钱和声誉。如果网络没有得到充分保护（例如未加密）并且网络受到攻击，则可能会威胁到人类安全和国家安全。

好吧，今天就这样。欢迎拍摄砖块，但拒绝巨魔和黑帮，保持空虚的杯子心态，并对新事物保持敏感〜

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