工業控制網絡常用通信協議

工業控制網絡常用通信協議

工業控制網絡常用通信協議............................................................................................. 1

1.    傳統控制網絡.............................................................................................................. 6

1.1.     CCS........................................................................................................................ 6

1.1.1.     概述............................................................................................................... 6

1.2.     DCS........................................................................................................................ 6

1.2.1.     概述............................................................................................................... 6

1.3.     FCS......................................................................................................................... 6

1.3.1.     概述............................................................................................................... 7

1.4.     參考鏈接.............................................................................................................. 7

1.4.1.     1.https://www.cnblogs.com/yaoyaojcy/p/9304239.html............................ 7

1.5.     .............................................................................................................................. 7

2.     現場總線..................................................................................................................... 7

2.1.     CAN....................................................................................................................... 7

2.1.1.     概述............................................................................................................... 7

2.1.2.     參考鏈接....................................................................................................... 8

2.2.     DeviceNet.............................................................................................................. 8

2.2.1.     概述............................................................................................................... 8

2.2.2.     參考鏈接....................................................................................................... 9

2.3.     CCL-Link............................................................................................................... 10

2.3.1.     概述............................................................................................................. 10

2.3.2.     參考鏈接..................................................................................................... 10

2.4.     Profibus............................................................................................................... 10

2.4.1.     概述............................................................................................................. 10

2.4.2.     Profibus-DP.................................................................................................. 11

2.4.3.     Profibus-PA.................................................................................................. 12

2.4.4.     Profibus-FMS............................................................................................... 13

3.     工業以太網............................................................................................................... 13

3.1.     EtherNet/IP......................................................................................................... 13

3.1.1.     概述............................................................................................................. 13

3.1.2.     參考鏈接..................................................................................................... 14

3.2.     EtherCAT............................................................................................................. 14

3.2.1.     概述............................................................................................................. 14

3.2.2.     參考鏈接..................................................................................................... 15

3.3.     HSE...................................................................................................................... 15

3.3.1.     概述............................................................................................................. 15

3.3.2.     參考鏈接..................................................................................................... 16

3.4.     Profinet............................................................................................................... 16

3.4.1.     概述............................................................................................................. 16

3.4.2.     參考鏈接..................................................................................................... 16

3.5.     EPA...................................................................................................................... 16

3.5.1.     概述............................................................................................................. 17

3.5.2.     發展歷程..................................................................................................... 17

3.5.3.     參考鏈接..................................................................................................... 19

3.6.     PowerLink........................................................................................................... 19

3.6.1.     概述............................................................................................................. 19

3.6.2.     參考鏈接..................................................................................................... 20

3.7.     Modbus............................................................................................................... 20

3.7.1.     概述............................................................................................................. 20

3.8.     NDP3................................................................................................................... 20

3.8.1.     概述............................................................................................................. 20

3.9.     OPC..................................................................................................................... 21

3.9.1.     概述............................................................................................................. 21

3.10.      Tcnet................................................................................................................ 21

3.10.1.      概述......................................................................................................... 21

3.10.2.      參考鏈接................................................................................................. 21

3.11.      Wnet................................................................................................................ 22

3.11.1.      概述......................................................................................................... 22

3.11.2.      參考鏈接................................................................................................. 22

3.12.      ......................................................................................................................... 22

4.     工業無線網............................................................................................................... 22

4.1.     IEEE 802.11(a/b/g/n).......................................................................................... 23

4.1.1.     概述............................................................................................................. 23

4.1.2.     參考鏈接..................................................................................................... 23

4.2.     Rfieldbus............................................................................................................. 23

4.2.1.     概述............................................................................................................. 23

4.2.2.     參考鏈接..................................................................................................... 23

4.3.     ZigBee.................................................................................................................. 23

4.3.1.     概述............................................................................................................. 23

4.3.2.     參考鏈接..................................................................................................... 24

4.4.     ............................................................................................................................ 24

5.     各行業工業控制系統通信協議簡介....................................................................... 24

5.1.     概述.................................................................................................................... 24

5.1.1.     在工業控制系統ICS中使用的通信協議在不同的行業、不同的區域和不同的供應商之間差別很大。   24

5.2.     參考鏈接............................................................................................................ 24

5.2.1.     https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651135998281213858&wfr=spider&for=pc    24

5.3.     電力行業............................................................................................................ 24

5.3.1.     IEC 60870-5.................................................................................................. 24

5.3.2.     分佈式網絡協議3.0（DNP3）.................................................................. 25

5.3.3.     基金會現場總線（FOUNDATION Fieldbus）............................................ 26

5.3.4.     控制中心間通信協議（ICCP）.................................................................. 26

5.3.5.     Modbus協議............................................................................................... 27

5.4.     石油和天然氣行業............................................................................................ 28

5.4.1.     概述............................................................................................................. 28

5.4.2.     DNP3和IEC 60870-5.................................................................................. 28

5.4.3.     Modbus協議............................................................................................... 29

5.5.     水處理行業........................................................................................................ 29

5.5.1.     DNP3協議................................................................................................... 29

5.5.2.     Modbus協議............................................................................................... 29

5.6.     建築自動化領域................................................................................................ 29

5.6.1.     概述............................................................................................................. 29

5.6.2.     LonWorks (LonTalk, 或ANSI/CEA 709.1-B)................................................ 30

5.6.3.     DyNet........................................................................................................... 30

5.6.4.     其他協議..................................................................................................... 31

5.7.     過程自動化（製造業）領域............................................................................ 31

5.7.1.     概述............................................................................................................. 31

5.7.2.     DF1協議...................................................................................................... 31

5.7.3.     基金會現場總線協議Fieldbus.................................................................. 31

5.7.4.     過程現場總線協議Profibus....................................................................... 32

5.7.5.     Profinet IO協議.......................................................................................... 32

5.7.6.     CC-Link協議................................................................................................ 33

5.7.7.     通用工業協議（CIP）................................................................................ 34

5.7.8.     ControlNet協議.......................................................................................... 34

5.7.9.     DeviceNet協議........................................................................................... 34

5.7.10.      EtherNet/IP協議..................................................................................... 35

5.7.11.      EtherCAT協議......................................................................................... 35

5.7.12.      EGD協議（Ethernet Global Data）....................................................... 36

5.7.13.      FINS協議................................................................................................. 36

5.7.14.      Host Link協議......................................................................................... 36

5.7.15.      SERCOS協議（Serial Real-Time Communication System）.................. 36

5.7.16.      SRTP協議（Service Request Transfer Protocol）................................. 37

5.7.17.      Sinec H1協議.......................................................................................... 37

 

 

1. 傳統控制網絡
   1. CCS
      1. 概述

計算機集中控制系統

控制系統的結構從最初的CCS（計算機集中控制系統），到第二代的DCS（分散控制系統），發展到現在流行的FCS（現場總線控制系統）。

1. 1. DCS
      1. 概述

分散控制系統/分佈式控制系統

DCS是分佈式控制系統的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業又稱之爲集散控制系統。是相對於集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統CCS的基礎上發展、演變而來的。
DCS它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡爲紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。

1. 1. FCS
      1. 概述

現場總線控制系統

現場總線（Field bus）是近年來迅速發展起來的一種工業數據總線，它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。由於現場總線簡單、可靠、經濟實用等一系列突出的優點，因而受到了許多標準團體和計算機廠商的高度重視。
它是一種工業數據總線，是自動化領域中底層數據通信網絡。
簡單說，現場總線就是以數字通信替代了傳統4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸，是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。

1. 1. 參考鏈接
      1. 1.https://www.cnblogs.com/yaoyaojcy/p/9304239.html
   2. ...
2. 現場總線
   1. CAN
      1. 概述

控制器局域網絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，並最終成爲國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協議已經成爲汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，並且擁有以CAN爲底層協議專爲大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。
CAN 的高性能和可靠性已被認同，並被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽爲自動化領域的計算機局域網。它的出現爲分佈式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/CAN%E6%80%BB%E7%BA%BF/297754?fr=aladdin

1. 1. DeviceNet
      1. 概述

DeviceNet是一種用在自動化技術的現場總線標準，由美國的Allen-Bradley公司在1994年開發。DeviceNet使用控制器局域網絡（CAN）爲其底層的通訊協定，其應用層有針對不同設備所定義的行規（profile）。主要的應用包括資訊交換、安全設備及大型控制系統。在美國的市場佔有率較高。
DeviceNet通訊協定是由美國的Allen-Bradley公司（後來被洛克威爾自動化公司合併）所開發，以Bosch公司開發的控制器局域網絡（CAN）爲其通訊協定的基礎。DeviceNet移植了來自ControlNet（另一個由Allen-Bradley公司開發的通訊協定）的技術，再配合控制器局域網絡的使用，因此其成本較傳統以RS-485爲基礎的通訊協定要低，但又可以有較好的強健性。
爲了要推展DeviceNet在世界各地的使用，洛克威爾公司決定將此技術分享給其他廠商。後來DeviceNet通訊協定是由位在美國的獨立組織開放DeviceNet廠商協會（ODVA）管理。ODVA維護DeviceNet的規格、也提供一致化測試），確保廠商的產品符合DeviceNet通訊協定的規格。
後來ODVA將DeviceNet通訊和其他相關的通訊協定整合成通用工業協定（CIP），其中包括以下的通訊協定
EtherNet/IP（其N爲大寫，此處的IP不是網際協議，爲“Industrial Protocol”的簡稱）
ControlNet
DeviceNet
CompoNet

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/devicenet/2962110?fr=aladdin

1. 1. CCL-Link
      1. 概述

CC-Link是Control&Communication Link(控制與通信鏈路系統)的縮寫,在1996年11月,由三菱電機爲主導的多家公司推出。在其系統中,可以將控制和信息數據同時以10Mbit/s高速傳送至現場網絡,具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節省成本等優點。其不僅解決了工業現場配線複雜的問題,同時具有優異的抗噪性能和兼容性。

CC-Link是一個以設備層爲主的網絡,同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。

1. 1. 1. 參考鏈接

http://www.360doc.com/content/18/0422/19/33221031_747861674.shtml

1. 1. Profibus
      1. 概述

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用於設備級控制系統與分散式I/O的通信。它與PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了PROFIBUS標準。

PROFIBUS是一個用在自動化技術的現場總線標準，在1987年由德國西門子公司等十四家公司及五個研究機構所推動，PROFIBUS是程序總線網絡（PROcess FIeld BUS）的簡稱。PROFIBUS和用在工業以太網的PROFINET是二種不同的通信協議。

1. 1. 1. Profibus-DP

概述

PROFIBUS–DP協議明確規定了用戶數據怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數據的含義是在PROFIBUS行規中具體說明的。另外，行規還具體規定了PROFIBUS－DP如何用於應用領域。使用行規可使不同廠商所生產的不同設備互換使用，而工廠操作人員毋須關心兩者之間的差異。因爲與應用有關的含義在行規中均作了精確的規定說明。

Profibus-DP用於現bai場層的高速數據傳送。du在這一級，中央處理器（如PLC，PC）通過高zhi速串行線同分散dao的現場設備（i/0，驅動器、閥門等）進行通訊。

PROFIBUS DP（分佈式周邊，Decentralized Peripherals）用在工廠自動化的應用中，可以由中央控制器控制許多的傳感器及執行器，也可以利用標準或選用的診斷機能得知各模塊的狀態。

參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/PROFIBUS-DP/310845?fr=aladdin

1. 1. 1. Profibus-PA

概述

Profibus-PA 適用於Profibus過程自動化。PA 將自動化系統和過程控制系統與壓力、溫度和液位變送器等現場設備連接起來，並可用來替代4-20mA的模擬技術。

PROFIBUS PA（過程自動化，Process Automation）應用在過程自動化系統中，由過程控制系統監控量測設備控制，是本質安全的通信協議，可適用於防爆區域（工業防爆危險區分類中的Ex-zone 0及Ex-zone 1）。其物理層（纜線）匹配IEC 61158-2，允許由通信纜線提供電源給現場設備，即使在有故障時也可限制電流量，避免製造可能導致爆炸的情形。因爲使用網絡供電，一個PROFIBUS PA網絡所能連接的設備數量也就受到限制。PROFIBUS PA的通信速率爲31.25 kbit/s。PROFIBUS PA使用的通信協議和PROFIBUS DP相同，只要有轉換設備就可以和PROFIBUS DP網絡連接，由速率較快的PROFIBUS DP作爲網絡主幹，將信號傳遞給控制器。在一些需要同時處理自動化及過程控制的應用中就可以同時使用PROFIBUS DP及PROFIBUS PA。

1. 1. 1. Profibus-FMS

概述

Profibus-FMS的設計旨在解決車間監控級通信任務，提供大量的通信服務。可編程序控制器
（如如PLC，PC機等）之間需要比現場層更大量的數據傳送，用以完成中等傳輸速度進行的循環與非循環的通信服務，但通信的實時性要求低於現場層。

1. 工業以太網
   1. EtherNet/IP
      1. 概述

工業以太網協議 (Ethernet/IP) 是由ODVA所開發並得到了羅克韋爾自動化的強大支持。它使用已用於ControlNet和DeviceNet的控制和信息協議 (CIP) 爲應用層協議。

EtherNet/IP指的是"以太網工業協議"(Ethernet Industrial Protocol)。它定義了一個開放的工業標準，將傳統的以太網與工業協議相結合。該標準是由國際控制網絡(CI, ControlNet International)和開放設備網絡供應商協會 (ODVA)在工業以太網協會 (IEA, Industrial Ethernet Association)的協助下聯合開發的，並於2000年3月推出。EtherNet/IP是基於TCP/IP系列協議，因此採用以原有的形式OSI層模型中較低的4層。所有標準的以太網通信模塊，如PC接口卡、電纜、連接器、集線器和開關都能與 EtherNet/IP 一起使用。

CIP提供了一系列標準的服務，提供“隱式”和“顯示”方式對網絡設備中的數據進行訪問和控制。 CIP數據包必須在通過以太網發送前經過封裝，並根據請求服務類型而賦予一個報文頭。這個報文頭指示了發送數據到響應服務的重要性。通過以太網傳輸的CIP數據包具有特殊的以太網報文頭，一個IP頭、一個TCP頭和封裝頭。封裝頭包括了控制命令、格式和狀態信息、同步信息等。這允許CIP數據包通過TCP或UDP傳輸並能夠由接收方解包。相對於DeviceNet或ControlNet，這種封裝的缺點是協議的效率比較低。以太網的報文頭可能比數據本身還要長，從而造成網絡負擔過重。因此，EtherNet/IP更適用於發送大塊的數據 ( 如程序 ) ，而不是DeviceNet和ControlNet更擅長的模擬或數字的I/O數據。

1. 1. 1. 參考鏈接

http://www.sibotech.net/sibofaq/relatedtech/ethernet-ip.php

1. 1. EtherCAT
      1. 概述

EtherCAT（以太網控制自動化技術）是一個開放架構，以以太網爲基礎的現場總線系統，其名稱的CAT爲控制自動化技術（Control Automation Technology）字首的縮寫。EtherCAT是確定性的工業以太網，最早是由德國的Beckhoff公司研發。
自動化對通訊一般會要求較短的資料更新時間（或稱爲週期時間）、資料同步時的通訊抖動量低，而且硬件的成本要低，EtherCAT開發的目的就是讓以太網可以運用在自動化應用中。

一般工業通訊的網絡各節點傳送的資料長度不長，多半都比以太網幀的最小長度要小。而每個節點每次更新資料都要送出一個幀，造成帶寬的低利用率，網絡的整體性能也隨之下降。EtherCAT利用一種稱爲“飛速傳輸”（processing on the fly）的技術改善以上的問題。 [1]
在EtherCAT網絡中，當資料幀通過EtherCAT節點時，節點會複製資料，再傳送到下一個節點，同時識別對應此節點的資料，則會進行對應的處理，若節點需要送出資料，也會在傳送到下一個節點的資料中插入要送出的資料。每個節點接收及傳送資料的時間少於1微秒，一般而言只用一個幀的資料就可以供所有的網絡上的節點傳送及接收資料。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/EtherCAT/10779904?fr=aladdin

1. 1. HSE
      1. 概述

HSE（高速以太網）連接主機、I/O子系統、網關和現場設備，運行速度爲100 Mbps。基金會現場總線協議Fieldbus已經作爲IEC 61804中的現場總線標準。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651135998281213858&wfr=spider&for=pc

1. 1. Profinet
      1. 概述

PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基於工業以太網技術的自動化總線標準。
PROFINET爲自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分佈式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，並且，作爲跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線（如PROFIBUS）技術，保護現有投資。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/Profinet/2310540?fr=aladdin

https://blog.csdn.net/wise18146705004/article/details/82344827

1. 1. EPA
      1. 概述

EPA是Ethernet for Plant Automation的縮寫，它是Ethernet、TCP/IP等商用計算機通信領域的主流技術直接應用於工業控制現場設備間的通信，並在此基礎上，建立的應用於工業現場設備間通信的開放網絡通信平臺。

1. 1. 1. 發展歷程

2005年 12月EPA被正式列入現場總線國際標準IEC 61158（第四版）中的第十四類型，並列爲與IEC 61158相配套的實時以太網應用行規國際標準IEC 61784-2中的第十四應用行規簇（Common Profile Family 14，CPF14）。
2005年 02月我國自主研發的實時以太網EPA通信協議Real time Ethernet EPA (Ethernet for Plant Automation) 順利通過IEC各國家委員會的投票，正式成爲IEC/PAS 62409文件。
2005年 01月　“2004年度工控及自動化領域十大新聞”評選結果揭曉，“EPA爲IEC收錄，作爲PAS國際標準予以發佈”榮膺十大新聞之列。
2004年 11月“EPA基於高速以太網技術的現場總線控制設備”榮獲第六屆上海國際工業博覽會創新獎。
2004年 10月EPA實時以太網在第六屆中國國際高新技術成果交易會上廣受關注。
2004年 09月浙大中控EPA實時以太網震撼MICONEX2004――第十五屆多國儀器儀表展覽會MICONEX2004。
2004年 05月浙江大學、浙大中控主持制定的《EPA標準》（徵求意見稿）通過國家標委會的審覈。
2003年 04月在EPA標準的基礎上，課題組開發了基於EPA的分佈式網絡控制系統原型驗證系統，並在杭州龍山化工廠的聯鹼碳化裝置上成功試用。
2003年 01月浙江大學、浙大中控主持制定的《用於工業測量與控制系統的EPA系統結構與通信標準》通過專家評審。
2003年 01月EPA國家標準起草工作組成立。
2002年 10月浙大中控“基於以太網的EPA網絡通信技術及其控制系統”項目通過了浙江省科技廳組織的技術鑑定。
2001年 10月由浙江大學牽頭，以浙大中控爲主，清華大學、大連理工大學、中科院瀋陽自動化所、重慶郵電學院、TC124等單位聯合承擔國家“863”計劃CIMS主題重點課題“基於高速以太網技術的現場總線控制設備”，開始制定EPA標準。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/EPA/1153036?fr=aladdin

1. 1. PowerLink
      1. 概述

開源實時通信技術Ethernet POWERLINK 是一項在標準以太網介質上，用於解決工業控制及數據採集領域數據傳輸實時性的最新技術。本文介紹它的基本原理、相關特性如冗餘、直接交叉通信、拓撲結構、安全性設計，並定義其物理層與介質等內容。

POWERLINK=CANopen+Ethernet

鑑於以太網的蓬勃發展和CANopen在自動化領域裏的廣闊應用基礎，EthernetPOWERLINK 融合了這兩項技術的優點和缺點，即擁有了Ethernet的高速、開放性接口，以及CANopen在工業領域良好的SDO 和PDO 數據定義，在某種意義上說POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理層、數據鏈路層使用了Ethernet介質，而應用層則保留了原有的SDO 和PDO對象字典的結構，這樣的好處在於：
- POWERLINK 無需做較多的改動即可實現；
-保護原有投資的利益；
-開放性的接口；

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/Ethernet%20POWERLINK/8262369?fr=aladdin

1. 1. Modbus
      1. 概述

modbus協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一個控制器請求訪問其它設備的過程，如何迴應來自其他設備的請求，以及怎樣偵測錯誤並記錄。
Modbus是採用請求/應答方式的應用層消息協議，非常方便實現在低級設備和高級設備間通信，它包含三個獨特的協議數據單元：modbus請求、modbus應答以及modbus異常應答。modbus請求中包含功能碼和請求。modbus功能碼有公共功能碼、用戶定義功能碼和保留功能碼三種類型。
modbus可以採用多種通信方式，如modbus RTU與Modbus ASCII、Modbus TCP、Modbus Plus。

1. 1. NDP3
      1. 概述

DNP3全稱是Distributed Network Protocol 3，分佈式網絡協議3，這個協議在各種工業系統中都應用很多。它比起s7comm大刀闊斧做的協議棧要簡單的多，是完全基於TCP/IP的，只是修改了應用層（但比modbus的應用層要複雜得多），在應用層實現了對傳輸數據的分片、校驗、控制等諸多功能。
DNP藉助TCP在以太網上運行，使用的端口是20000端口，是一種應用於自動化組件之間的通信協議。

1. 1. OPC
      1. 概述

OPC（OLE for Process Control，用於過程控制的OLE）是世界上最廣爲應用的信息交換的互操作標準，它具有安全性、可靠性以及平臺獨立性。
工業網絡協議總體上可以歸類爲內部私有網絡協議，其協議規約是由廠商根據自己的設備自行規定的，沒有統一的協議標準。

1. 1. Tcnet
      1. 概述

TCnet is a network technology certified as an international standard by the International Electrotechnical Commission (IEC) and approved for publication as the Public Available Specification (PAS). It features both real-time capability and high reliability based on Ethernet.

1. 1. 1. 參考鏈接

https://www.toshiba.co.jp/sis/en/seigyo/tcnet/tcnet.htm

1. 1. Wnet
      1. 概述

WNET (a.k.a. NetBEUI) protocol no longer performs client impersonation.

In all previous Firebird versions, remote requests via WNET are performed in the context of the client security token. Since the server serves every connection according to its client security credentials, this means that, if the client machine is running some OS user from an NT domain, that user should have appropriate permissions to access the physical database file, UDF libraries, etc., on the server filesystem. This situation is contrary to what is generally regarded as proper for a client-server setup with a protected database.

1. 1. 1. 參考鏈接

http://blog.chinaunix.net/uid-13438841-id-2891672.html

https://firebirdsql.org/rlsnotesh/new-win-protocol.html

1. 1. ...
2. 工業無線網
   1. IEEE 802.11(a/b/g/n)
      1. 概述

802.11a，1999年，物理層補充(54Mbit/s工作在5GHz) 。
802.11b，1999年，物理層補充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11g，2003年，物理層補充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11n，更高傳輸速率的改善。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://blog.csdn.net/wo41521/article/details/89490801

1. 1. Rfieldbus
      1. 概述

Wireless Fieldbus-RFieldbus

1. 1. 1. 參考鏈接

http://wiki.cnki.com.cn/HotWord/3134574.htm

http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JSJH200303005.htm

1. 1. ZigBee
      1. 概述

ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸的無線網上協議，底層是採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體訪問層與物理層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全。

1. 1. 1. 參考鏈接

https://baike.baidu.com/item/zigbee/2114780?fr=aladdin

1. 1. ...
2. 各行業工業控制系統通信協議簡介
   1. 概述
      1. 在工業控制系統ICS中使用的通信協議在不同的行業、不同的區域和不同的供應商之間差別很大。
   2. 參考鏈接
      1. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651135998281213858&wfr=spider&for=pc
   3. 電力行業
      1. IEC 60870-5

IEC 60870-5可能是國際上最流行的變電站自動化協議。在美國，它在功能上等同於DNP3，它使用IEC 60870-5的部分來爲數據鏈路層提供基礎。已經制定了許多配套標準，包括以下內容：
IEC 60870-5-101：用於遠程控制、遠程保護相關的電力系統，是具有監視、控制功能的通信傳輸協議
IEC 60870-5-103：實現安全保護裝置和變電站控制系統設備之間互操作性的傳輸協議
IEC 60870-5-104：是IEC 60870-5-101的擴展，包括傳輸、網絡、鏈路和物理層服務的變化，以及與TCP/IP和其他傳輸（ISDN、X.25幀中繼等）連接的套件
IEC 60870-5典型的通信介質包括以太網和串行，典型端口爲2404/UDP和2404/TCP。

1. 1. 1. 分佈式網絡協議3.0（DNP3）

DNP3廣泛應用於北美地區，主要用於替代IEC 60870-5系列協議。它是在20世紀90年代早期開發的一種串行協議，但現在也存在UDP/IP和TCP/IP變體版本。DNP3和IEC 60870-5之間存在許多相似之處，因爲IEC 60870-5開發委員會的幾個成員在開發過程中離開，創建了後來的DNP3。因此，DNP3和IEC 60870-5的數據鏈路層非常相似，但協議的上層差異性較大。
DNP3主要應用於北美電力行業，但該協議也滲透到自來水和污水處理行業。根據牛頓-埃文斯研究公司調查，2008年北美電力公司中有一半以上使用DNP3協議的UDP/IP或TCP/IP變體版本。
目前，研究者正在開發DNP3的安全擴展，預計這些擴展將提供鏈接加密和密鑰管理服務。
DNP3協議典型的通信介質包括以太網和串行連接，DNP3通常使用端口有20000/UDP，20000/TCP，19999/UDP和19999/TCP。

1. 1. 1. 基金會現場總線（FOUNDATION Fieldbus）

基金會現場總線協議是不同工業進程中的主要現場總線協議。它主要用於過程/工廠自動化，已部署在各種裝置中，包括髮電廠/發電機控制和半導體制造的控制。Fieldbus的通信介質包括雙絞線和光纖。典型端口包括1089/UDP，1089/TCP，1090/UDP，1090/TCP，1091/UDP和1091/TCP。
現場總線基金會網站上提供了基金會現場總線協議支持設備的公共列表。現場總線基金會的成員包括350多家領先的控制系統和儀表供應商以及一些最終用戶。

1. 1. 1. 控制中心間通信協議（ICCP）

ICCP（IEC 60870-6/TASE.2）用於控制中心之間的通信，主要用於電力行業。在美國，ICCP網絡經常被用於公用事業公司的協同 -- 通常是具有傳輸業務的公用事業，如輸電、配電和不同區域的發電廠，將這些不同區域的服務商連接在一起，可以以協調不同地區之間的電力輸入和輸出。ICCP通常使用端口102/TCP。

1. 1. 1. Modbus協議

由於其使用簡單、可免費下載以及免版權費部署等特性，Modbus成爲所有領域中最受歡迎的控制協議。
PLC和繼電器等智能設備通常使用Modbus協議或者其變體與遠程RTU等簡單設備進行通信。除Modbus標準協議外，Modbus +是最普遍的一個變體。Modbus網站上提供了Modbus成員列表（屬於Modbus開發人員組的公司和開發人員）。此列表包括各個成員以及每個成員製造的產品的簡要說明。還提供了Modbus供應商列表、Modbus設備列表以及提供Modbus系統集成服務的公司列表。
現在有許多Modbus變體，Modbus RTU是一種開放標準、允許通過串行連接進行通信的二進制編碼協議。Modbus ASCII也是一種開放標準、支持串行連接的ASCII編碼協議。Modbus/TCP是一種開放標準、它將Modbus RTU有效負載封裝在TCP數據包中，並對功能碼進行了一些限制。Modbus/UDP因供應商而異，但最常見的是通過UDP傳輸Modbus/TCP。Modbus +是一種擴展的高速（1Mbps）版本，它使用令牌傳遞技術進行傳輸介質訪問控制，但Modbus +是Modicon的專有協議。Enron（或Daniels）Modbus是標準的Modbus協議，具有供應商擴展，將32位值視爲一個寄存器而不是兩個。JBus是具有較小的尋址變化的Modbus協議版本。
Modbus典型的通信介質包括以太網和串口（RS485雙線非常常見）。Modbus通常在端口502/TCP上通信。

1. 1. 石油和天然氣行業
      1. 概述

石油和天然氣行業沒有明顯的主流專用協議。該行業使用各種協議，如DNP3，IEC 60870-5和Modbus。第1節更深入地討論了這些協議。多種現場總線協議，如基金會現場總線協議Feildbus，也能在許多石油和天然氣設施中也能看到。
石油和天然氣行業的通信經常通過無線進行傳輸，通過RTU和傳感器爲PLC提供流量和壓力數據，PLC運行安全保護系統和油井控制系統等。

1. 1. 1. DNP3和IEC 60870-5

關於DNP3和IEC 60870-5的討論在5.2節的電力行業部分中已經給出。在Triangle Microworks Inc.網站上，列出了使用DNP3和IEC 60870-5的石油和天然氣公司的清單，在該網站還可以找到關於協議的白皮書。
典型的通信介質包括以太網和串行連接。DNP3通常使用端口20000/UDP，20000/TCP，19999/UDP和19999/TCP，而IEC 60870-5通常使用2404/UDP和2404/TCP。

1. 1. 1. Modbus協議

如第5.2節中對Modbus的描述所述，Modbus是石油和天然氣領域的流行控制協議。另外基金會現場總線協議在石化領域也很受歡迎。
典型的通信介質包括以太網和串口（RS485雙線非常常見）。Modbus通常在端口502/TCP上運行。

1. 1. 水處理行業
      1. DNP3協議

如第5.2節中對DNP3的描述所述，該協議在水處理領域也很受歡迎。典型的通信介質包括以太網和串行連接。DNP3通常使用端口20000/UDP，20000/TCP，19999/UDP和19999/TCP。

1. 1. 1. Modbus協議

在上文關於電力行業部分，對Modbus的描述中提到過，Modbus是水處理行業中比較流行控制協議。典型的通信介質包括以太網和串行總線。Modbus通常在端口502/TCP上運行。

1. 1. 建築自動化領域
      1. 概述

在建築自動化領域，LonWorks（也稱爲LonTalk或ANSI/CEA 709.1B）是主流的通信協議，其次是DyNet，還有一些其他通信協議。典型的通信介質包括電力線載波、雙絞線/以太網、光纖和RF。主要通信端口包括2540/UDP，2540/TCP，2541/UDP和2541/TCP。

1. 1. 1. LonWorks (LonTalk, 或ANSI/CEA 709.1-B)

美國埃施朗公司（Echelon）基於LonWorks協議了一個網絡平臺，也叫做LonWorks平臺。該平臺廣泛應用於許多行業，包括半導體制造、照明控制系統、能源管理系統、HVAC系統、安防系統、家庭自動化、消費電器控制、公共街道照明/監控/控制和加油站控制。LonWorks的典型應用是用作恆溫器，通過LonTalk協議與PC和PLC通信，來協調建築物內部的空調和通風系統（HVAC）。
ISO和IEC已授予LonWorks平臺兼容性標準號ISO/IEC 14908-1，-2，-3和-4（ANSI/CEA-852）。LonWorks還構成了IEEE 1473-L（列車網絡，Locomotive networking）以及其他幾個特定的應用領域的應用。中國已批准LonWorks作爲國家控制標準（GB/Z 20177.1-2006）並作爲建築和智能社區標準（GB/T 20299.4-2006）。歐洲設備製造商委員會也已將LonWorks作爲其家用電器控制和監控 - 應用互通規範標準的一部分。

1. 1. 1. DyNet

DyNet是由Dynalite（現爲飛利浦電子公司所有）開發的專有協議。DyNet設備包括自己的可編程控制器，並通過點對點模型通信。
DyNet典型的通信介質包括RS-485串行總線、RS-232串行總線、以太網和紅外。

1. 1. 1. 其他協議

還有許多協議用於建築自動化系統。最受歡迎的包括INSTEON，X10，ZigBee，X-Wave和KNX/Konnex。

1. 1. 過程自動化（製造業）領域
      1. 概述

過程自動化領域的以現場總線協議爲主，包括PROFINET、基金會現場總線協議Fieldbus和通用工業協議CIP及其衍生協議。IEC 61158和IEC 61784包含每種主要現場總線協議及其變體的詳細說明。

1. 1. 1. DF1協議

DF1是ANSI X3.28協議中D1和F1部分中定義的串行通信協議。該協議最初由Allen-Bradley（現爲羅克韋爾自動化公司所有）開發，通常用作向Allen-Bradley PLC傳輸可編程控制器通信命令（PCCC）。

1. 1. 1. 基金會現場總線協議Fieldbus

基金會現場總線協議Fieldbus適用於基本和高級調節控制的應用，以及與這些功能相關的大部分離散控制場景。基金會現場總線協議Fieldbus有兩種不同速度和不同傳輸媒介運行的實現方式：H1是最常見的實現方式，通常連接現場設備並以31.25Kbps運行; HSE（高速以太網）連接主機、I/O子系統、網關和現場設備，運行速度爲100 Mbps。基金會現場總線協議Fieldbus已經作爲IEC 61804中的現場總線標準。

1. 1. 1. 過程現場總線協議Profibus

Profibus由德國教育和研究部門BMBF開發。它有兩種變體，其中較常見的變體是分散式外圍設備（DP）協議，通常用於集中控制器與傳感器/執行器的通信；另一種變體是過程自動化（PA）協議，用於過程控制系統PCS監控測量設備。PA變體設計並用於爆炸性或危險區域，並使用符合IEC 61158-2的物理傳輸鏈路。PA和DP相同的基本相同的通信規約，但PA的運行速度爲31.25Kpbs。DP網絡和PA網絡可以通過一個耦合器連接起來，DP用作骨幹網。Profibus現場總線協議包含在IEC 61158和IEC 61784標準中。

1. 1. 1. Profinet IO協議

PROFINET概念具有兩個視角：PROFINET CBA和PROFINET IO，兩者都可以在同一總線系統上進行通信。它們可以單獨操作或組合使用，PROFINET IO子系統可以從另一個角度作爲PROFINET CBA系統。POFINET IO開發用於與分佈式外圍設備的實時（RT）和等時（IRT）通信，實時通信RT的週期時間爲10毫秒，等時通信IRT驅動循環時間爲1ms或更短。PROFINET CBA適用於通過TCP/IP進行基於組件的通信，以及用於模塊化系統工程中的實時通信。兩種通信通信模式可以並行使用。PROFINET CBA的反應時間範圍爲100ms。
PROFINET現場總線協議包含在IEC 61158和IEC 61784標準中。

1. 1. 1. CC-Link協議

CC-Link是由日本三菱電機開發，並被其他日本供應商廣泛採用的一種現場總線協議。目前，使用CC-Link設備總數超過600萬臺，涵蓋1000多種不同的設備。使用CC-Link協議的工業以太網可以很方便的跟傳統的IT網絡進行集成。
有四種CC-Link格式：
CC-Link
CC-Link LT（用於低通信需求設備的輕量化版本）
CC-Link Safety（高可靠性版本，符合IEC 61508 SIL3和ISO13849-1 Cat 4標準）
CC-Link IE（工業以太網版）
典型的CC-Link通信介質包括雙絞線和光纖，CC-Link合作伙伴協會提供合作伙伴名單。

1. 1. 1. 通用工業協議（CIP）

通用工業協議（CIP）嘗試爲整個製造業提供統一的通信架構。CIP是EtherNet/IP、DeviceNet、CompoNet和ControlNet的等協議的統一應用層協議。CIP包含一整套消息和服務，用於收集製造自動化應用程序的控制、安全、同步、運動、配置等信息。該協議由Open DeviceNet Vendors Association (ODVA)管理。

1. 1. 1. ControlNet協議

ControlNet是由Allen-Bradley開發的一種CIP實現。ControlNet具有支持完全冗餘鏈路電纜的內置功能，所有通信都經過嚴格的安排從而具有高度確定性。
ControlNet物理層是使用BNC連接器的RG-6同軸電纜或光纖。ControlNet使用曼徹斯特編碼，總線速度爲5 Mbps。鏈路層的運行週期稱爲網絡更新時間（NUT），每個NUT具有兩個階段，第一階段預留給的常規流量傳輸，以保證傳輸機會，第二階段用於沒有任何保證的計劃外流量傳輸。ControlNet的最大幀大小爲510字節。

1. 1. 1. DeviceNet協議

DeviceNet是由Allen-Bradley開發的另一個CIP實現版本。DeviceNet位於控制器區域網絡（CAN）物理層之上，並採用ControlNet技術，與傳統的基於RS-485的協議相比，它的成本更低和健壯更高。
DeviceNet的波特率分別爲125 Kbps、250 Kbps和500 Kbps，主幹線長度與總線速度成反比，即分別爲500米、250米和125米。大多數部署使用主/從模式，但也可以使用點對點傳輸。多個主設備在單個邏輯網絡上共存。DeviceNet經過精心設計，可以在複雜的電磁環境下穩定運行。

1. 1. 1. EtherNet/IP協議

EtherNet/IP是由羅克韋爾自動化開發的CIP協議的實現版本。協議的應用層是CIP。EtherNet/IP是在標準TCP/IP堆棧上構建的應用層協議，它將網絡上的所有設備統一視爲一系列“對象”，底層利用現有的以太網基礎設施（無論速度如何）。整個EtherNet/IP堆棧可以在通用處理器上通過軟件實現，無需ASIC或現場可編程門陣列（FPGA）。EtherNet/IP利用44818/TCP進行顯式消息傳遞和2222/UDP用於隱式消息傳遞。

1. 1. 1. EtherCAT協議

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是用於控制自動化技術的以太網協議，其Ethertype爲0x88A4，通過將幀數據插入UDP數據包可以實現IP可路由。EtherCAT沒有采用每個週期每個節點處理一個幀（更新時間）的模式，而是使用“即時處理”模式。EtherCAT不是簡單的從設備接收以太網幀，而是在數據報通過設備時讀取發往它們的數據，並在每個節點處作爲過程數據進行解釋和複製，類似地，在數據報通過時插入輸入數據。許多節點可以用一幀尋址。
EtherCAT網絡可以通過網關與CANopen，DeviceNet，PROFIBUS和其他協議集成。EtherCAT技術組是國際用戶和供應商組建的組織; 截至2009年8月，它由來自47個國家的1100多家公司組成。EtherCAT作爲現場總線協議包含在IEC 61158和IEC 61784標準中。EtherCAT使用端口34980/UDP和34980/TCP在以太網LAN之間進行路由。

1. 1. 1. EGD協議（Ethernet Global Data）

以太網全局數據（EGD）協議是一種通信機制，它使一個CPU能夠以定期調度的週期速率與一個或多個其他CPU共享其內部存儲器的一部分。某些GE發那科的PLC使用EGD協議。

1. 1. 1. FINS協議

FINS是歐姆龍（一家日本控制公司）開發的協議，並在其新的PLC中使用。它通常使用端口9600/UDP在支持IP的系統上運行。

1. 1. 1. Host Link協議

Host Link是歐姆龍爲其舊PLC系列開發的協議，但是，許多新的歐姆龍PLC仍然可以使用HostLink協議進行通信。它是基於ASCII碼的RS-232總線協議。

1. 1. 1. SERCOS協議（Serial Real-Time Communication System）

SERCOS具有嚴格的實時要求，尤其適用於運動控制，例如金屬切割和成型、機械裝配、包裝、機器人、印刷和材料處理等領域。該協議由SERCOS International管理，目前的版本是SERCOS III。SERCOS在IEC 61158和IEC 61784標準中有詳細的定義。

1. 1. 1. SRTP協議（Service Request Transfer Protocol）

SRTP是一種用於通過PC向PLC進行命令和數據通信的協議。它被GE發那科PLC用作應用層通信協議。

1. 1. 1. Sinec H1協議

Sinec H1是西門子開發的傳輸層協議，不同的應用層協議可以在其上運行。該協議的大帶寬特性使其成爲大數據量傳輸的理想選擇。