常见的PLC通信协议及相关介绍

2023-07-26

一、常见的PLC通信协议：

1. Modbus：Modbus是一种串行通信协议，它支持多种物理层接口（如RS-232、RS-485等），可以实现PLC与其他设备（如HMI、变频器等）之间的数据交换。
2. Profibus：Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议。它支持高速数据传输和实时控制，适用于复杂的自动化系统。
3. Ethernet/IP：Ethernet/IP是一种基于以太网的工业通信协议，它结合了以太网和工业协议（如CIP）的特点，可以实现PLC与其他设备之间的高速数据交换和实时控制。
4. Profinet：Profinet是一种基于以太网的工业通信协议，它支持高速数据传输和实时控制，并提供了灵活的网络拓扑结构和设备管理功能。
5. CANopen：CANopen是一种基于CAN总线的开放式通信协议，广泛应用于工业自动化和机械控制领域。它支持多个设备之间的分布式控制和数据交换。
6. DeviceNet：DeviceNet是一种基于CAN总线的工业通信协议，它主要用于连接和控制设备，如传感器、执行器等。它提供了简单的设备配置和数据交换功能。
7. Modbus TCP/IP：Modbus TCP/IP是基于以太网的Modbus协议的变种，它使用TCP/IP协议进行数据传输，适用于远程监控和控制应用。
8. OPC（OLE for Process Control）：OPC是一种开放式标准，用于实现不同厂商的设备和软件之间的互操作性。它提供了统一的接口和数据模型，简化了PLC与其他设备之间的通信。 常用于与MES通信。

EtherCAT、EtherNet/IP、ProfiNet、Modbus-TCP、Powerlink物理接口都是RJ45这类网口。

PPI通讯。s7200专用，物理上基于RS-485口，是一种主-从协议。

USS通讯。通用串行通信接口、 是西门子专为驱动装置开发的通信协议。

MPI通讯。SIMATIC s7多点通信的接口。

ProfiBus 通讯。

二、关于通信的基本术语概念

数据传输分类：

1.并行/串行传输（按每次传输数据位数来区分）。

2.同步/异步传输（数据帧格式和传输效率区分）。

3.单工、半双工、全双工传输。（按数据传输方向）

术语解释

单工：    数据单方向传输。

半双工：同一根传输线，既发送又接收，由软件控制的电子开关切换传输方向，会存在传输延时。

全双工：两根传输线，发送接收。同一时刻在两个方向发送接收。

同步： （串行异步通信数据格式），把信息帧每个字符插入“时间片”同步字符。用于点与多点的数据传输。

异步：  异步传输每次需要以一个开始位开头，最后以结束位结尾终止传输。会存在数据负载约25%，所以大量传输数据效率不高。用于点对点的数据传输。

串行：  使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输。

并行：  依靠电缆或信道上电流或电压变化来实现传输。在多条线上同时传输。

广播：              一个站发送，多站接收的这种通信方式。 轮询：主站轮流向从站发出请求报文的这种通信方式。

冲突检测：        当两个站以上同一时刻发送数据，总线上就会产生信号混合、数据冲突。所以在工作站发送数据过程中会检测与其他工作站的数据发生冲突的这个动作。

多路访问：       总线（忙）时不发送，总线为空时，每个站都可以机会“发言”。有公平的访问权。 载波侦听多路访问/冲突检测CASM/CD。

令牌总线控制： 只有收到令牌帧的站点才有权限把信息帧送到总线上，取得令牌站点才可发送，随后把令牌依次传递给下一个站点。

设备对象字典： 描述这个设备和它的网络行为所有参数的一个有序的对象组。 设备描述文件GSD：把设备信息集成到一个IO控制器的组态工具中。

显式报文：       通常使用优先级低的连接ID。

隐式报文：      适用于对是实时性要求较高和面向对象控制的数据，如IO数据。

IO报文：         专用的通信路径，通常使用优先级高的连接ID，通过一点或多点连接进行报文交换。

三、单独介绍一下EtherCAT协议。

EtherCAT总线通信。

由主站发送数据帧读写从站设备的内部存储区来实现，报文格式使用多种寻址方式来操作ESC内部存储区实现多种通信服务。

特点：

（1）解决了以太网局限性，相比以太网数据包要接收解码复制到各个设备，EtherCAT从站设备只需要在报文经过其节点时读取带有相应寻址信息的数据，同样输入数据时也是在报文经过时插入报文中，报文只需要及纳秒延迟。其独有的分布式时钟功能特点，让每个节点上加入分布时钟功能，各个节点会把实时延时反馈给主站，主站再处理，从而可以把同步控制延时在5纳秒内，大大提高了实时性，特别适合多节点伺服同步控制。

（2）另一特点，以太网帧压缩了大量数据，数据利用率上达90%。

（3）无需额外的通信处理器，只需采用标准的以太网截止存取控制器。

（4）支持多种常见的拓扑结构。

（5）支持EtherCAT线缆冗余，避免有一个站点故障掉线，后面站点网络全关闭瘫痪。只需变成环形拓扑结构即可，自动将通信分为两路，保证继续稳定运行。

实际应用流程：

一般选取伺服轴或其他外挂第三方设备时，都是自带或外置支持EtherCAT功能模块，再通过plc组态导入厂家自带的GSD设备描述文件，进行POD映射设置就能完成配置。

四、关于总线/工业以太网的拓扑结构介绍

工业控制网络拓扑结构分为总线型、环形、星形、树形等。

（1）采用总线型结构时。若传输高频信号，信号波长相对传输线较短，在终端会形成反射波干扰原信号。因此通常会在传输线上起始和末端加终端（匹配）电阻，来避免信号的反射和回波。

（2）令牌环形结构。闭环单方向传输，若一节点故障会造成整个瘫痪。现在改进加入“环形冗余”，主站迅速检查到错误并切换另一方向。

（3）星形拓扑结构。最常用的拓扑结构，集线器HUB、交换机。优点是故障隔离。但是过于依赖中央节点。

（4）树形结构。对根节点依赖太大。

五、网络中转拓展设备

（1）中继器。        提高节点数量和传输距离以及传输速率。位于物理层。

（2）集线器HUB。 信号放大再广播。作用于物理层。

（3）网桥。          信号通道相互隔离的两个网段之间的沟通设备。

（4）交换机。       多端口网桥，每台设备独立带宽。位于数据链路层。

（5）路由器。       网关设备，连接多个逻辑上分开的网络，用于子网络之间的数据传输。属于网络层的互联设备。

（6）网关。          使两个IP地址不在同一网段的设备连接在一起。

基恩士有多少种通讯方式&协议

1.以太网

2.串口
485 、422、232

1.EtherNet/ip协议
❶*简易PLC连接功能
（1）无需梯形图程序，最多32个连接。基于MC协议收发数据采用UDP通信方式
（2）支持设备的列表

（3）有专用指令
①U_ELCYC读取简易PLC连接周期
②U_ELSTAT读取简易 PLC 连接状态
（4）支持的软元件交互通讯
根据模块和CPU型号而不同。一般有 位：R MR LR B; 字：DM EM FM ZF W 。
（5）添加设备

❷#套接字通讯功能

何为端口。单机上的进程标识就是用端口号区分，一个进程可以占用几个端口，但端口只能被一个进程占用。

❸邮件收发功能
❹FTP服务器/客户端功能
❺上位链路通讯功能
❻MC协议通讯功能

→应用层。内容+时间。
→传输层（源/目标端口）（UDP/TCP数据报文）。
→网络层（源/目标IP）。负责地址管理和路由选择，通过IP地址来标识一台主机。
→数据链路层（源/目标MAC位址）（以太网帧头+帧尾）。MAC位址标识对应一张网卡。
→物理层（光电磁信号）。网线网口搭建。
举例：
事件是A主机网上购物发给B主机。
应用层负责确定发生日期、对象。物品内容附上日期、对象等；
传输层是负责确定双方地址。附上主机软件上的进程的端口号；
网络层是负责确定双方具体地址运输路线。再附上 A、B主机IP地址；
数据链路层是负责确定路线中节点之间的单路径规划。附上MAC位址 以太网帧头帧尾。
物理层是负责握手交付。
言而总之 层级是：事件+端口（软件进程地址）+IP（主机地址路由器）+Mac（网卡）+光电磁信号。

网络协议指网络数据传输建立的共同遵守的约定、规则。
TCP/IP是一组协议的代名词，是许多协议组成了TCP/IP协议簇。
简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（TelInet）

#串口模块内部软元件对应偏移地址

未完待续。。。研究PLC生产文件上传到FTP服务器