探究工控网络中多样化的通信协议与技术

一、引言

随着工业自动化的快速发展，工业控制网络（工控网络）已成为现代工业领域不可或缺的重要组成部分。
工控网络涉及多种通信协议与技术，用于实现工业设备之间的数据传输、监控和控制。
本文将深入探讨工控网络中的多样化通信协议与技术，以及它们在工业过程中的应用。

二、工控网络概述

工控网络主要负责工业设备之间的通信，实现生产过程的自动化、智能化。
这些设备包括传感器、执行器、控制器、人机界面等。
为了保障生产效率、降低成本并提升产品质量，工控网络需要稳定、可靠、高效地进行数据传输。

三、多样化的通信协议与技术

1. 现场总线协议

现场总线是工业控制网络中常见的通信协议之一。
它主要用于现场设备之间的数据通信，如传感器与执行器。
常见的现场总线协议包括RS-232、RS-485、CAN、PROFIBUS等。
这些协议具有实时性高、可靠性强的特点，适用于工业自动化领域。

2. 工业以太网

工业以太网是基于以太网技术的工业网络通信技术。
它采用TCP/IP协议，可实现工业设备间的快速数据传输和实时通信。
与传统的现场总线相比，工业以太网具有传输速率高、易于集成和维护等优势。
工业以太网还具备网络安全功能，如防火墙和入侵检测等。

3. 工业物联网（IIoT）技术

随着物联网技术的发展，工业物联网（IIoT）在工控网络中扮演着越来越重要的角色。
IIoT技术允许设备与云端或其他设备之间的通信，实现数据的收集、分析和远程控制。
常见的IIoT技术包括MQTT、CoAP等轻量级协议，以及LoRa、NB-IoT等低功耗广域网络技术。
这些技术有助于提高生产效率、降低运营成本并提升产品质量。

4. 工业无线通信技术

工业无线通信技术为工控网络提供了灵活的通信解决方案。
它主要包括WiFi、蓝牙、ZigBee等技术。
这些技术具有部署方便、成本低廉的优势，特别适用于移动设备和分布式系统的通信需求。
由于无线通信的干扰问题，需要在实际应用中考虑信号的稳定性和可靠性。

5. 工业自动化协议与软件平台

除了上述通信协议外，工业自动化还包括多种控制协议和软件平台。
例如OPC UA（OLE for Process Control Unified Architecture）、Modbus等协议，以及工业自动化软件平台如MES（制造执行系统）、SCM（供应链管理）等。
这些协议和软件平台可实现设备的监控、控制和管理，提高生产效率和产品质量。

四、应用案例分析

以某化工厂为例，该化工厂采用工业以太网和现场总线相结合的方式构建工控网络。
其中，工业以太网负责生产数据和管理信息的传输，实现各部门之间的信息共享；现场总线则负责现场设备的实时数据采集和控制。
通过整合多种通信协议和技术，该化工厂实现了生产过程的自动化和智能化，提高了生产效率和质量。

五、结论

随着工业自动化水平的不断提高，工控网络中多样化的通信协议与技术将发挥越来越重要的作用。
企业在选择和应用这些技术时，需要根据自身需求和实际情况进行综合考虑，以实现生产过程的自动化、智能化和高效化。
同时，还需要关注网络安全问题，确保工控网络的安全稳定运行。

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本文目录导航：

• 什么是FCS总线系统？
• 什么是Moubus RTU 通讯协议

• QQ通讯录VTalk网络通话为什么没有声音？
• 什么是DOIP通讯协议？

什么是FCS总线系统？

FCS DCS就是现场总线控制技术是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。 FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。 而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。 新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。 DCS系统的关键是通信。 也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。 由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。 数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。 通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。 （1）系统能处理多少I/O信息。 （2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。 （3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。 （4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。 （5）数据公路的最大允许长度是多少。 （6）数据公路能支持多少支路。 （7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。 为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。 为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。 所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。 目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。 ·FCSFCS的关键要点有三点（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准前面的章节已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。 就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。 但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。 为了使现场总线满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，在IEC国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。 为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。 DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。 由于DD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 实际情况是否如上述一致，回答是否定的。 目前通过的现场总线国际标准含8种类型，而原IEO国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。 其它7种总线，不论其市场占有率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。 它们能够形成系统，形成产品，而原IEC现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。 所以，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。 通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。 换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。 (2)FCS系统的基础是数字智能现场装置数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。 如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制系统。 再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。 如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控制系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。 (3) FCS系统的本质是信息处理现场化对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的。 实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。 现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。 这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。 可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。 减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。 减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。 因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支路里。 减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。 这时仍应以节省投资为原则来做选择。 如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。 如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。 现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。 选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。 考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。 一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。

什么是Moubus RTU 通讯协议

Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(SchneiderAutomation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。 此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。 许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。 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。 当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。 如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。 Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。 此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。 标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。 Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。 Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。 另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。 因此，Modbus协议的可靠性较好。

QQ通讯录VTalk网络通话为什么没有声音？

此问题可能是由您的手机不支持默认VTalk语音模式导致，您可以在“个人中心”=》“Q信”=》“VTalk语音模式设置”中修改适合您手机的语音模式。

什么是DOIP通讯协议？

根据ISO-的要求，2113DoIP通信在物理层支持100BASE-TX (100 Mbit/s Ethernet) 和10BASE-T (10 Mbit/s Ethernet) 两种制式DoIP设备5261的MAC地址也符合IEEE 802.3 的要求。 ISO-规定4102，DoIP通信在1653传输层上必须同时支持UDP和TCP，并将UDP和TCP的使用场合进行了定义，对所使用的端口号也进行了定义。 ISO-规定，DoIP通信在网络层上使用IPv6协议，但是为了后向兼容的原因，也支持IPv4。 此外，对于IPv4来说，还要支持地址解析协议（ARP ），对于IPv6来说，还要支持邻居发现协议(NDP) ，这两个协议是用于在只知道IP地址的情况下获取MAC地址的。

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