Правильный выбор протокола связи имеет решающее значение для обеспечения надёжного подключения ПЛК к системам SCADA, интерфейсам HMI и другим устройствам. В данном руководстве подробно рассмотрены 10 распространённых протоколов, их особенности и типичные области применения в промышленности, что поможет вам сделать правильный выбор.
10 распространенных протоколов связи для ПЛК
No.1 Ethernet/IP
Ethernet/IP - это открытый протокол прикладного уровня. Он предназначен только для домашних и деловых целей. Он не предназначен для работы в промышленных приложениях. Это усовершенствованная версия стандартного Ethernet. Протокол был разработан компанией Rockwell Automation.
No.2 Modbus
Modbus — это протокол, основанный на технологии «ведущий-ведомый», предназначенный для передачи информации по последовательным линиям или через сеть Ethernet. Он подразделяется на следующие варианты: Modbus RTU, Modbus ASCII и Modbus TCP/IP.
No.3 Profibus и Profinet
PROFIBUS — это классическая последовательная полевая шина. PROFINET — это разновидность промышленного Ethernet, отличающаяся более высокими скоростями, большей пропускной способностью и объёмом сообщений. Протокол PROFIBUS предназначен для высокоскоростной связи с распределёнными устройствами ввода-вывода (удалённый ввод-вывод). Система PROFIBUS использует ведущее устройство для опроса последовательных шин RS485 с устройствами ввода-вывода DP, распределенными по многоточечной схеме. Система PROFIBUS использует ведущее устройство для опроса устройств ввода-вывода DP, распределенных по нескольким точкам на последовательной шине RS485.
№4 EtherCAT
EtherCAT, изначально разработанная компанией Beckhoff Automation, представляет собой технологию Industrial Ethernet реального времени, ориентированную на короткое время цикла (<= 100 us). Каждое устройство считывает данные из своего кадра и вставляет их в кадр по мере продвижения вниз. Поток данных может быть от нескольких бит до килобайта информации. Если контроллер запрашивает информацию только у одного устройства, поток данных будет короче и быстрее, чем при сборе информации со всех устройств.
No.5 Optomux
Optomux — это протокол последовательной сети, работающий по интерфейсам RS-232/RS-485 и основанный на стандарте ASCII. Он был разработан компанией Opto22. Среди протоколов, аналогичных этим стандартам, можно назвать Interbus и DirectNet.
No.6 DF-1
DF-1 — это асинхронный байтовый протокол, используемый для связи с устройствами Rockwell, поддерживающими интерфейс RS-232.
No.7 Interbus
Interbus - это последовательный сетевой протокол, работающий по RS-232/RS-485 и основанный на стандарте RTU. Разработан компанией Phoenix Contact.
No.8 HostLink
HostLink — этот протокол разработан на основе протокола ASCII, который обычно используется для обмена данными по RS232 или RS422.
No.9 Магистраль передачи данных (DH+)
Это протокол, разработанный компанией Rockwell Automation, в котором для передачи дифференциальных сигналов используются трансформаторы; это означает, что передатчик и приемник не обязательно должны находиться на одном потенциале заземления. Работает на основе принципа дифференциальной передачи сигналов. Для передачи данных используются две проволоки, а данные представляются разностью напряжений между ними. Здесь данные передаются через дифференциальное напряжение, и шумы легко устраняются в обоих проводах. Для связи используется полудуплексная передача. Это очень старый протокол, используемый только для ПЛК Rockwell. Сегодня он устарел и используется редко. Он подходит для протоколов с передачей токена и использует релейные линии с падениями напряжения.
No.10 CAN
Протокол CAN — это протокол прикладного уровня, использующий одноранговые сообщения для связи с различными устройствами. Он представляет собой систему связи типа «несколько ведущих — один ведомый» и содержит словарь объектов, в котором собраны все функции устройства. Это практичный метод связи со стандартными объектами связи для данных реального времени (PDO), данных конфигурации (SDO), временных меток, сообщений синхронизации, аварийных сообщений, сообщений запуска, сообщений NMT и сообщений управления ошибками, а также других данных. В аппаратной конфигурации для установления связи по всему каналу требуется терминация на конечном устройстве.
Краткое сравнение распространенных протоколов связи ПЛК
В приведенной ниже таблице представлен краткий обзор наиболее распространенных протоколов связи ПЛК, включая тип связи, относительную скорость и типичные области применения в промышленности. Хотя фактическая производительность зависит от конкретной реализации и архитектуры сети, это сравнение поможет вам быстро определить, какой протокол лучше всего подходит для конкретного проекта автоматизации.
| Протокол | Тип связи | Относительная скорость | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Ethernet/IP | Промышленный Ethernet | Высокий | Системы Rockwell Automation |
| Modbus RTU | Сериал | Низкий | Связь между ПЛК и устройством |
| Modbus TCP | Ethernet | Средний | SCADA и промышленные сети |
| Profibus | Последовательная шина | Средний | Устаревшая система автоматизации производства |
| Profinet | Промышленный Ethernet | Высокий | Автоматизация производства в режиме реального времени |
| EtherCAT | Ethernet в режиме реального времени | Очень высокий | Управление движением и робототехника |
| Optomux | Последовательный (ASCII) | Низкий | Удаленная связь ввода-вывода |
| DF1 | Сериал | Низкий | Связь с ПЛК Allen-Bradley |
| Интербус | полевая шина | Средний | Распределенные промышленные сети |
| HostLink | Сериал | Низкий | Связь с ПЛК Omron |
| Data Highway Plus (DH+) | Закрытая сеть | Средний | Устаревшие системы Rockwell |
| CAN | полевая шина | Средний | Автомобильные системы и встроенные системы управления |
Как видно из приведенной выше таблицы, протоколы на базе Ethernet, такие как EtherCAT, Profinet и Ethernet/IP, доминируют в современной промышленной автоматизации, в то время как Modbus, Profibus и другие последовательные протоколы по-прежнему играют важную роль в устаревших системах и приложениях, где важна экономичность.
Проблемы интеграции протоколов связи ПЛК
Хотя понимание отдельных протоколов связи ПЛК имеет большое значение, во многих проектах автоматизации в рамках одной системы используются сразу несколько протоколов. Интеграция устройств разных производителей зачастую требует преобразования протоколов, сбора данных и централизованного управления. В результате промышленные шлюзы стали практичным решением для подключения ПЛК, интерфейсов человека-машины (HMI), систем SCADA и облачных платформ, работающих по разным стандартам связи.
Например, Шлюзы серии EG от IOTRouter поддерживает подключение различных популярных марок ПЛК, включая, помимо прочего, SIEMENS, MELSEC, OMRON, LSis, AllenBrandly, Beckhoff, Inovance, Keyence, Panasonic, Delta, XinJE, MegMeet, Yaskawa, Fatek, Vigor, Fuji и т. д.
Резюме
На практике не существует единого протокола связи для ПЛК, который подходил бы для всех сценариев. Modbus и Profibus по-прежнему остаются надежными решениями для устаревших систем, EtherCAT и Profinet отлично подходят для высокоскоростной автоматизации, а CAN идеально подходит для распределенных сетей или сетей в автомобильной промышленности. В реальных проектах задача редко заключается в выборе одного протокола — она заключается в обеспечении эффективной связи между устройствами, системами и поставщиками с использованием нескольких протоколов. Уделение времени изучению преимуществ и ограничений каждого протокола, а также планированию взаимодействия является ключом к созданию стабильной, эффективной и перспективной системы автоматизации.
