工业控制网络常用通信协议

工业控制网络常用通信协议

工业控制网络常用通信协议............................................................................................. 1

1.    传统控制网络.............................................................................................................. 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.     参考链接.............................................................................................................. 7

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

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

2.     现场总线..................................................................................................................... 7

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

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

2.1.2.     参考链接....................................................................................................... 8

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

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

2.2.2.     参考链接....................................................................................................... 9

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

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

2.3.2.     参考链接..................................................................................................... 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.     工业以太网............................................................................................................... 13

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

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

3.1.2.     参考链接..................................................................................................... 14

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

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

3.2.2.     参考链接..................................................................................................... 15

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

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

3.3.2.     参考链接..................................................................................................... 16

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

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

3.4.2.     参考链接..................................................................................................... 16

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

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

3.5.2.     发展历程..................................................................................................... 17

3.5.3.     参考链接..................................................................................................... 19

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

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

3.6.2.     参考链接..................................................................................................... 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.      参考链接................................................................................................. 21

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

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

3.11.2.      参考链接................................................................................................. 22

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

4.     工业无线网............................................................................................................... 22

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

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

4.1.2.     参考链接..................................................................................................... 23

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

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

4.2.2.     参考链接..................................................................................................... 23

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

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

4.3.2.     参考链接..................................................................................................... 24

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

5.     各行业工业控制系统通信协议简介....................................................................... 24

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

5.1.1.     在工业控制系统ICS中使用的通信协议在不同的行业、不同的区域和不同的供应商之间差别很大。   24

5.2.     参考链接............................................................................................................ 24

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

5.3.     电力行业............................................................................................................ 24

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

5.3.2.     分布式网络协议3.0（DNP3）.................................................................. 25

5.3.3.     基金会现场总线（FOUNDATION Fieldbus）............................................ 26

5.3.4.     控制中心间通信协议（ICCP）.................................................................. 26

5.3.5.     Modbus协议............................................................................................... 27

5.4.     石油和天然气行业............................................................................................ 28

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

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

5.4.3.     Modbus协议............................................................................................... 29

5.5.     水处理行业........................................................................................................ 29

5.5.1.     DNP3协议................................................................................................... 29

5.5.2.     Modbus协议............................................................................................... 29

5.6.     建筑自动化领域................................................................................................ 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.     其他协议..................................................................................................... 31

5.7.     过程自动化（制造业）领域............................................................................ 31

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

5.7.2.     DF1协议...................................................................................................... 31

5.7.3.     基金会现场总线协议Fieldbus.................................................................. 31

5.7.4.     过程现场总线协议Profibus....................................................................... 32

5.7.5.     Profinet IO协议.......................................................................................... 32

5.7.6.     CC-Link协议................................................................................................ 33

5.7.7.     通用工业协议（CIP）................................................................................ 34

5.7.8.     ControlNet协议.......................................................................................... 34

5.7.9.     DeviceNet协议........................................................................................... 34

5.7.10.      EtherNet/IP协议..................................................................................... 35

5.7.11.      EtherCAT协议......................................................................................... 35

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

5.7.13.      FINS协议................................................................................................. 36

5.7.14.      Host Link协议......................................................................................... 36

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

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

5.7.17.      Sinec H1协议.......................................................................................... 37

 

 

1. 传统控制网络
   1. CCS
      1. 概述

计算机集中控制系统

控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）。

1. 1. DCS
      1. 概述

分散控制系统/分布式控制系统

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统CCS的基础上发展、演变而来的。
DCS它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

1. 1. FCS
      1. 概述

现场总线控制系统

现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。

1. 1. 参考链接
      1. 1.https://www.cnblogs.com/yaoyaojcy/p/9304239.html
   2. ...
2. 现场总线
   1. CAN
      1. 概述

控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. DeviceNet
      1. 概述

DeviceNet是一种用在自动化技术的现场总线标准，由美国的Allen-Bradley公司在1994年开发。DeviceNet使用控制器局域网络（CAN）为其底层的通讯协定，其应用层有针对不同设备所定义的行规（profile）。主要的应用包括资讯交换、安全设备及大型控制系统。在美国的市场占有率较高。
DeviceNet通讯协定是由美国的Allen-Bradley公司（后来被洛克威尔自动化公司合并）所开发，以Bosch公司开发的控制器局域网络（CAN）为其通讯协定的基础。DeviceNet移植了来自ControlNet（另一个由Allen-Bradley公司开发的通讯协定）的技术，再配合控制器局域网络的使用，因此其成本较传统以RS-485为基础的通讯协定要低，但又可以有较好的强健性。
为了要推展DeviceNet在世界各地的使用，洛克威尔公司决定将此技术分享给其他厂商。后来DeviceNet通讯协定是由位在美国的独立组织开放DeviceNet厂商协会（ODVA）管理。ODVA维护DeviceNet的规格、也提供一致化测试），确保厂商的产品符合DeviceNet通讯协定的规格。
后来ODVA将DeviceNet通讯和其他相关的通讯协定整合成通用工业协定（CIP），其中包括以下的通讯协定
EtherNet/IP（其N为大写，此处的IP不是网际协议，为“Industrial Protocol”的简称）
ControlNet
DeviceNet
CompoNet

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. CCL-Link
      1. 概述

CC-Link是Control&Communication Link(控制与通信链路系统)的缩写,在1996年11月,由三菱电机为主导的多家公司推出。在其系统中,可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络,具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题,同时具有优异的抗噪性能和兼容性。

CC-Link是一个以设备层为主的网络,同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。

1. 1. 1. 参考链接

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，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同组成了PROFIBUS标准。

PROFIBUS是一个用在自动化技术的现场总线标准，在1987年由德国西门子公司等十四家公司及五个研究机构所推动，PROFIBUS是程序总线网络（PROcess FIeld BUS）的简称。PROFIBUS和用在工业以太网的PROFINET是二种不同的通信协议。

1. 1. 1. Profibus-DP

概述

PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。

Profibus-DP用于现bai场层的高速数据传送。du在这一级，中央处理器（如PLC，PC）通过高zhi速串行线同分散dao的现场设备（i/0，驱动器、阀门等）进行通讯。

PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。

参考链接

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

1. 1. 1. Profibus-PA

概述

Profibus-PA 适用于Profibus过程自动化。PA 将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，并可用来替代4-20mA的模拟技术。

PROFIBUS PA（过程自动化，Process Automation）应用在过程自动化系统中，由过程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone 0及Ex-zone 1）。其物理层（缆线）匹配IEC 61158-2，允许由通信缆线提供电源给现场设备，即使在有故障时也可限制电流量，避免制造可能导致爆炸的情形。因为使用网络供电，一个PROFIBUS PA网络所能连接的设备数量也就受到限制。PROFIBUS PA的通信速率为31.25 kbit/s。PROFIBUS PA使用的通信协议和PROFIBUS DP相同，只要有转换设备就可以和PROFIBUS DP网络连接，由速率较快的PROFIBUS DP作为网络主干，将信号传递给控制器。在一些需要同时处理自动化及过程控制的应用中就可以同时使用PROFIBUS DP及PROFIBUS PA。

1. 1. 1. Profibus-FMS

概述

Profibus-FMS的设计旨在解决车间监控级通信任务，提供大量的通信服务。可编程序控制器
（如如PLC，PC机等）之间需要比现场层更大量的数据传送，用以完成中等传输速度进行的循环与非循环的通信服务，但通信的实时性要求低于现场层。

1. 工业以太网
   1. EtherNet/IP
      1. 概述

工业以太网协议 (Ethernet/IP) 是由ODVA所开发并得到了罗克韦尔自动化的强大支持。它使用已用于ControlNet和DeviceNet的控制和信息协议 (CIP) 为应用层协议。

EtherNet/IP指的是"以太网工业协议"(Ethernet Industrial Protocol)。它定义了一个开放的工业标准，将传统的以太网与工业协议相结合。该标准是由国际控制网络(CI, ControlNet International)和开放设备网络供应商协会 (ODVA)在工业以太网协会 (IEA, Industrial Ethernet Association)的协助下联合开发的，并于2000年3月推出。EtherNet/IP是基于TCP/IP系列协议，因此采用以原有的形式OSI层模型中较低的4层。所有标准的以太网通信模块，如PC接口卡、电缆、连接器、集线器和开关都能与 EtherNet/IP 一起使用。

CIP提供了一系列标准的服务，提供“隐式”和“显示”方式对网络设备中的数据进行访问和控制。 CIP数据包必须在通过以太网发送前经过封装，并根据请求服务类型而赋予一个报文头。这个报文头指示了发送数据到响应服务的重要性。通过以太网传输的CIP数据包具有特殊的以太网报文头，一个IP头、一个TCP头和封装头。封装头包括了控制命令、格式和状态信息、同步信息等。这允许CIP数据包通过TCP或UDP传输并能够由接收方解包。相对于DeviceNet或ControlNet，这种封装的缺点是协议的效率比较低。以太网的报文头可能比数据本身还要长，从而造成网络负担过重。因此，EtherNet/IP更适用于发送大块的数据 ( 如程序 ) ，而不是DeviceNet和ControlNet更擅长的模拟或数字的I/O数据。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. EtherCAT
      1. 概述

EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，其名称的CAT为控制自动化技术（Control Automation Technology）字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff公司研发。
自动化对通讯一般会要求较短的资料更新时间（或称为周期时间）、资料同步时的通讯抖动量低，而且硬件的成本要低，EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。

一般工业通讯的网络各节点传送的资料长度不长，多半都比以太网帧的最小长度要小。而每个节点每次更新资料都要送出一个帧，造成带宽的低利用率，网络的整体性能也随之下降。EtherCAT利用一种称为“飞速传输”（processing on the fly）的技术改善以上的问题。 [1]
在EtherCAT网络中，当资料帧通过EtherCAT节点时，节点会复制资料，再传送到下一个节点，同时识别对应此节点的资料，则会进行对应的处理，若节点需要送出资料，也会在传送到下一个节点的资料中插入要送出的资料。每个节点接收及传送资料的时间少于1微秒，一般而言只用一个帧的资料就可以供所有的网络上的节点传送及接收资料。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. HSE
      1. 概述

HSE（高速以太网）连接主机、I/O子系统、网关和现场设备，运行速度为100 Mbps。基金会现场总线协议Fieldbus已经作为IEC 61804中的现场总线标准。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. Profinet
      1. 概述

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。

1. 1. 1. 参考链接

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的缩写，它是Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领域的主流技术直接应用于工业控制现场设备间的通信，并在此基础上，建立的应用于工业现场设备间通信的开放网络通信平台。

1. 1. 1. 发展历程

2005年 12月EPA被正式列入现场总线国际标准IEC 61158（第四版）中的第十四类型，并列为与IEC 61158相配套的实时以太网应用行规国际标准IEC 61784-2中的第十四应用行规簇（Common Profile Family 14，CPF14）。
2005年 02月我国自主研发的实时以太网EPA通信协议Real time Ethernet EPA (Ethernet for Plant Automation) 顺利通过IEC各国家委员会的投票，正式成为IEC/PAS 62409文件。
2005年 01月　“2004年度工控及自动化领域十大新闻”评选结果揭晓，“EPA为IEC收录，作为PAS国际标准予以发布”荣膺十大新闻之列。
2004年 11月“EPA基于高速以太网技术的现场总线控制设备”荣获第六届上海国际工业博览会创新奖。
2004年 10月EPA实时以太网在第六届中国国际高新技术成果交易会上广受关注。
2004年 09月浙大中控EPA实时以太网震撼MICONEX2004――第十五届多国仪器仪表展览会MICONEX2004。
2004年 05月浙江大学、浙大中控主持制定的《EPA标准》（征求意见稿）通过国家标委会的审核。
2003年 04月在EPA标准的基础上，课题组开发了基于EPA的分布式网络控制系统原型验证系统，并在杭州龙山化工厂的联碱碳化装置上成功试用。
2003年 01月浙江大学、浙大中控主持制定的《用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信标准》通过专家评审。
2003年 01月EPA国家标准起草工作组成立。
2002年 10月浙大中控“基于以太网的EPA网络通信技术及其控制系统”项目通过了浙江省科技厅组织的技术鉴定。
2001年 10月由浙江大学牵头，以浙大中控为主，清华大学、大连理工大学、中科院沈阳自动化所、重庆邮电学院、TC124等单位联合承担国家“863”计划CIMS主题重点课题“基于高速以太网技术的现场总线控制设备”，开始制定EPA标准。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. PowerLink
      1. 概述

开源实时通信技术Ethernet POWERLINK 是一项在标准以太网介质上，用于解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的最新技术。本文介绍它的基本原理、相关特性如冗余、直接交叉通信、拓扑结构、安全性设计，并定义其物理层与介质等内容。

POWERLINK=CANopen+Ethernet

鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础，EthernetPOWERLINK 融合了这两项技术的优点和缺点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO 和PDO对象字典的结构，这样的好处在于：
- POWERLINK 无需做较多的改动即可实现；
-保护原有投资的利益；
-开放性的接口；

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. Modbus
      1. 概述

modbus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。
Modbus是采用请求/应答方式的应用层消息协议，非常方便实现在低级设备和高级设备间通信，它包含三个独特的协议数据单元：modbus请求、modbus应答以及modbus异常应答。modbus请求中包含功能码和请求。modbus功能码有公共功能码、用户定义功能码和保留功能码三种类型。
modbus可以采用多种通信方式，如modbus RTU与Modbus ASCII、Modbus TCP、Modbus Plus。

1. 1. NDP3
      1. 概述

DNP3全称是Distributed Network Protocol 3，分布式网络协议3，这个协议在各种工业系统中都应用很多。它比起s7comm大刀阔斧做的协议栈要简单的多，是完全基于TCP/IP的，只是修改了应用层（但比modbus的应用层要复杂得多），在应用层实现了对传输数据的分片、校验、控制等诸多功能。
DNP借助TCP在以太网上运行，使用的端口是20000端口，是一种应用于自动化组件之间的通信协议。

1. 1. OPC
      1. 概述

OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的OLE）是世界上最广为应用的信息交换的互操作标准，它具有安全性、可靠性以及平台独立性。
工业网络协议总体上可以归类为内部私有网络协议，其协议规约是由厂商根据自己的设备自行规定的，没有统一的协议标准。

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. 参考链接

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. 参考链接

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

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

1. 1. ...
2. 工业无线网
   1. IEEE 802.11(a/b/g/n)
      1. 概述

802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。
802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11g，2003年，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11n，更高传输速率的改善。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. Rfieldbus
      1. 概述

Wireless Fieldbus-RFieldbus

1. 1. 1. 参考链接

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

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

1. 1. ZigBee
      1. 概述

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

1. 1. 1. 参考链接

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

1. 1. ...
2. 各行业工业控制系统通信协议简介
   1. 概述
      1. 在工业控制系统ICS中使用的通信协议在不同的行业、不同的区域和不同的供应商之间差别很大。
   2. 参考链接
      1. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651135998281213858&wfr=spider&for=pc
   3. 电力行业
      1. IEC 60870-5

IEC 60870-5可能是国际上最流行的变电站自动化协议。在美国，它在功能上等同于DNP3，它使用IEC 60870-5的部分来为数据链路层提供基础。已经制定了许多配套标准，包括以下内容：
IEC 60870-5-101：用于远程控制、远程保护相关的电力系统，是具有监视、控制功能的通信传输协议
IEC 60870-5-103：实现安全保护装置和变电站控制系统设备之间互操作性的传输协议
IEC 60870-5-104：是IEC 60870-5-101的扩展，包括传输、网络、链路和物理层服务的变化，以及与TCP/IP和其他传输（ISDN、X.25帧中继等）连接的套件
IEC 60870-5典型的通信介质包括以太网和串行，典型端口为2404/UDP和2404/TCP。

1. 1. 1. 分布式网络协议3.0（DNP3）

DNP3广泛应用于北美地区，主要用于替代IEC 60870-5系列协议。它是在20世纪90年代早期开发的一种串行协议，但现在也存在UDP/IP和TCP/IP变体版本。DNP3和IEC 60870-5之间存在许多相似之处，因为IEC 60870-5开发委员会的几个成员在开发过程中离开，创建了后来的DNP3。因此，DNP3和IEC 60870-5的数据链路层非常相似，但协议的上层差异性较大。
DNP3主要应用于北美电力行业，但该协议也渗透到自来水和污水处理行业。根据牛顿-埃文斯研究公司调查，2008年北美电力公司中有一半以上使用DNP3协议的UDP/IP或TCP/IP变体版本。
目前，研究者正在开发DNP3的安全扩展，预计这些扩展将提供链接加密和密钥管理服务。
DNP3协议典型的通信介质包括以太网和串行连接，DNP3通常使用端口有20000/UDP，20000/TCP，19999/UDP和19999/TCP。

1. 1. 1. 基金会现场总线（FOUNDATION Fieldbus）

基金会现场总线协议是不同工业进程中的主要现场总线协议。它主要用于过程/工厂自动化，已部署在各种装置中，包括发电厂/发电机控制和半导体制造的控制。Fieldbus的通信介质包括双绞线和光纤。典型端口包括1089/UDP，1089/TCP，1090/UDP，1090/TCP，1091/UDP和1091/TCP。
现场总线基金会网站上提供了基金会现场总线协议支持设备的公共列表。现场总线基金会的成员包括350多家领先的控制系统和仪表供应商以及一些最终用户。

1. 1. 1. 控制中心间通信协议（ICCP）

ICCP（IEC 60870-6/TASE.2）用于控制中心之间的通信，主要用于电力行业。在美国，ICCP网络经常被用于公用事业公司的协同 -- 通常是具有传输业务的公用事业，如输电、配电和不同区域的发电厂，将这些不同区域的服务商连接在一起，可以以协调不同地区之间的电力输入和输出。ICCP通常使用端口102/TCP。

1. 1. 1. Modbus协议

由于其使用简单、可免费下载以及免版权费部署等特性，Modbus成为所有领域中最受欢迎的控制协议。
PLC和继电器等智能设备通常使用Modbus协议或者其变体与远程RTU等简单设备进行通信。除Modbus标准协议外，Modbus +是最普遍的一个变体。Modbus网站上提供了Modbus成员列表（属于Modbus开发人员组的公司和开发人员）。此列表包括各个成员以及每个成员制造的产品的简要说明。还提供了Modbus供应商列表、Modbus设备列表以及提供Modbus系统集成服务的公司列表。
现在有许多Modbus变体，Modbus RTU是一种开放标准、允许通过串行连接进行通信的二进制编码协议。Modbus ASCII也是一种开放标准、支持串行连接的ASCII编码协议。Modbus/TCP是一种开放标准、它将Modbus RTU有效负载封装在TCP数据包中，并对功能码进行了一些限制。Modbus/UDP因供应商而异，但最常见的是通过UDP传输Modbus/TCP。Modbus +是一种扩展的高速（1Mbps）版本，它使用令牌传递技术进行传输介质访问控制，但Modbus +是Modicon的专有协议。Enron（或Daniels）Modbus是标准的Modbus协议，具有供应商扩展，将32位值视为一个寄存器而不是两个。JBus是具有较小的寻址变化的Modbus协议版本。
Modbus典型的通信介质包括以太网和串口（RS485双线非常常见）。Modbus通常在端口502/TCP上通信。

1. 1. 石油和天然气行业
      1. 概述

石油和天然气行业没有明显的主流专用协议。该行业使用各种协议，如DNP3，IEC 60870-5和Modbus。第1节更深入地讨论了这些协议。多种现场总线协议，如基金会现场总线协议Feildbus，也能在许多石油和天然气设施中也能看到。
石油和天然气行业的通信经常通过无线进行传输，通过RTU和传感器为PLC提供流量和压力数据，PLC运行安全保护系统和油井控制系统等。

1. 1. 1. DNP3和IEC 60870-5

关于DNP3和IEC 60870-5的讨论在5.2节的电力行业部分中已经给出。在Triangle Microworks Inc.网站上，列出了使用DNP3和IEC 60870-5的石油和天然气公司的清单，在该网站还可以找到关于协议的白皮书。
典型的通信介质包括以太网和串行连接。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协议

如第5.2节中对Modbus的描述所述，Modbus是石油和天然气领域的流行控制协议。另外基金会现场总线协议在石化领域也很受欢迎。
典型的通信介质包括以太网和串口（RS485双线非常常见）。Modbus通常在端口502/TCP上运行。

1. 1. 水处理行业
      1. DNP3协议

如第5.2节中对DNP3的描述所述，该协议在水处理领域也很受欢迎。典型的通信介质包括以太网和串行连接。DNP3通常使用端口20000/UDP，20000/TCP，19999/UDP和19999/TCP。

1. 1. 1. Modbus协议

在上文关于电力行业部分，对Modbus的描述中提到过，Modbus是水处理行业中比较流行控制协议。典型的通信介质包括以太网和串行总线。Modbus通常在端口502/TCP上运行。

1. 1. 建筑自动化领域
      1. 概述

在建筑自动化领域，LonWorks（也称为LonTalk或ANSI/CEA 709.1B）是主流的通信协议，其次是DyNet，还有一些其他通信协议。典型的通信介质包括电力线载波、双绞线/以太网、光纤和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)

美国埃施朗公司（Echelon）基于LonWorks协议了一个网络平台，也叫做LonWorks平台。该平台广泛应用于许多行业，包括半导体制造、照明控制系统、能源管理系统、HVAC系统、安防系统、家庭自动化、消费电器控制、公共街道照明/监控/控制和加油站控制。LonWorks的典型应用是用作恒温器，通过LonTalk协议与PC和PLC通信，来协调建筑物内部的空调和通风系统（HVAC）。
ISO和IEC已授予LonWorks平台兼容性标准号ISO/IEC 14908-1，-2，-3和-4（ANSI/CEA-852）。LonWorks还构成了IEEE 1473-L（列车网络，Locomotive networking）以及其他几个特定的应用领域的应用。中国已批准LonWorks作为国家控制标准（GB/Z 20177.1-2006）并作为建筑和智能社区标准（GB/T 20299.4-2006）。欧洲设备制造商委员会也已将LonWorks作为其家用电器控制和监控 - 应用互通规范标准的一部分。

1. 1. 1. DyNet

DyNet是由Dynalite（现为飞利浦电子公司所有）开发的专有协议。DyNet设备包括自己的可编程控制器，并通过点对点模型通信。
DyNet典型的通信介质包括RS-485串行总线、RS-232串行总线、以太网和红外。

1. 1. 1. 其他协议

还有许多协议用于建筑自动化系统。最受欢迎的包括INSTEON，X10，ZigBee，X-Wave和KNX/Konnex。

1. 1. 过程自动化（制造业）领域
      1. 概述

过程自动化领域的以现场总线协议为主，包括PROFINET、基金会现场总线协议Fieldbus和通用工业协议CIP及其衍生协议。IEC 61158和IEC 61784包含每种主要现场总线协议及其变体的详细说明。

1. 1. 1. DF1协议

DF1是ANSI X3.28协议中D1和F1部分中定义的串行通信协议。该协议最初由Allen-Bradley（现为罗克韦尔自动化公司所有）开发，通常用作向Allen-Bradley PLC传输可编程控制器通信命令（PCCC）。

1. 1. 1. 基金会现场总线协议Fieldbus

基金会现场总线协议Fieldbus适用于基本和高级调节控制的应用，以及与这些功能相关的大部分离散控制场景。基金会现场总线协议Fieldbus有两种不同速度和不同传输媒介运行的实现方式：H1是最常见的实现方式，通常连接现场设备并以31.25Kbps运行; HSE（高速以太网）连接主机、I/O子系统、网关和现场设备，运行速度为100 Mbps。基金会现场总线协议Fieldbus已经作为IEC 61804中的现场总线标准。

1. 1. 1. 过程现场总线协议Profibus

Profibus由德国教育和研究部门BMBF开发。它有两种变体，其中较常见的变体是分散式外围设备（DP）协议，通常用于集中控制器与传感器/执行器的通信；另一种变体是过程自动化（PA）协议，用于过程控制系统PCS监控测量设备。PA变体设计并用于爆炸性或危险区域，并使用符合IEC 61158-2的物理传输链路。PA和DP相同的基本相同的通信规约，但PA的运行速度为31.25Kpbs。DP网络和PA网络可以通过一个耦合器连接起来，DP用作骨干网。Profibus现场总线协议包含在IEC 61158和IEC 61784标准中。

1. 1. 1. Profinet IO协议

PROFINET概念具有两个视角：PROFINET CBA和PROFINET IO，两者都可以在同一总线系统上进行通信。它们可以单独操作或组合使用，PROFINET IO子系统可以从另一个角度作为PROFINET CBA系统。POFINET IO开发用于与分布式外围设备的实时（RT）和等时（IRT）通信，实时通信RT的周期时间为10毫秒，等时通信IRT驱动循环时间为1ms或更短。PROFINET CBA适用于通过TCP/IP进行基于组件的通信，以及用于模块化系统工程中的实时通信。两种通信通信模式可以并行使用。PROFINET CBA的反应时间范围为100ms。
PROFINET现场总线协议包含在IEC 61158和IEC 61784标准中。

1. 1. 1. CC-Link协议

CC-Link是由日本三菱电机开发，并被其他日本供应商广泛采用的一种现场总线协议。目前，使用CC-Link设备总数超过600万台，涵盖1000多种不同的设备。使用CC-Link协议的工业以太网可以很方便的跟传统的IT网络进行集成。
有四种CC-Link格式：
CC-Link
CC-Link LT（用于低通信需求设备的轻量化版本）
CC-Link Safety（高可靠性版本，符合IEC 61508 SIL3和ISO13849-1 Cat 4标准）
CC-Link IE（工业以太网版）
典型的CC-Link通信介质包括双绞线和光纤，CC-Link合作伙伴协会提供合作伙伴名单。

1. 1. 1. 通用工业协议（CIP）

通用工业协议（CIP）尝试为整个制造业提供统一的通信架构。CIP是EtherNet/IP、DeviceNet、CompoNet和ControlNet的等协议的统一应用层协议。CIP包含一整套消息和服务，用于收集制造自动化应用程序的控制、安全、同步、运动、配置等信息。该协议由Open DeviceNet Vendors Association (ODVA)管理。

1. 1. 1. ControlNet协议

ControlNet是由Allen-Bradley开发的一种CIP实现。ControlNet具有支持完全冗余链路电缆的内置功能，所有通信都经过严格的安排从而具有高度确定性。
ControlNet物理层是使用BNC连接器的RG-6同轴电缆或光纤。ControlNet使用曼彻斯特编码，总线速度为5 Mbps。链路层的运行周期称为网络更新时间（NUT），每个NUT具有两个阶段，第一阶段预留给的常规流量传输，以保证传输机会，第二阶段用于没有任何保证的计划外流量传输。ControlNet的最大帧大小为510字节。

1. 1. 1. DeviceNet协议

DeviceNet是由Allen-Bradley开发的另一个CIP实现版本。DeviceNet位于控制器区域网络（CAN）物理层之上，并采用ControlNet技术，与传统的基于RS-485的协议相比，它的成本更低和健壮更高。
DeviceNet的波特率分别为125 Kbps、250 Kbps和500 Kbps，主干线长度与总线速度成反比，即分别为500米、250米和125米。大多数部署使用主/从模式，但也可以使用点对点传输。多个主设备在单个逻辑网络上共存。DeviceNet经过精心设计，可以在复杂的电磁环境下稳定运行。

1. 1. 1. EtherNet/IP协议

EtherNet/IP是由罗克韦尔自动化开发的CIP协议的实现版本。协议的应用层是CIP。EtherNet/IP是在标准TCP/IP堆栈上构建的应用层协议，它将网络上的所有设备统一视为一系列“对象”，底层利用现有的以太网基础设施（无论速度如何）。整个EtherNet/IP堆栈可以在通用处理器上通过软件实现，无需ASIC或现场可编程门阵列（FPGA）。EtherNet/IP利用44818/TCP进行显式消息传递和2222/UDP用于隐式消息传递。

1. 1. 1. EtherCAT协议

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是用于控制自动化技术的以太网协议，其Ethertype为0x88A4，通过将帧数据插入UDP数据包可以实现IP可路由。EtherCAT没有采用每个周期每个节点处理一个帧（更新时间）的模式，而是使用“即时处理”模式。EtherCAT不是简单的从设备接收以太网帧，而是在数据报通过设备时读取发往它们的数据，并在每个节点处作为过程数据进行解释和复制，类似地，在数据报通过时插入输入数据。许多节点可以用一帧寻址。
EtherCAT网络可以通过网关与CANopen，DeviceNet，PROFIBUS和其他协议集成。EtherCAT技术组是国际用户和供应商组建的组织; 截至2009年8月，它由来自47个国家的1100多家公司组成。EtherCAT作为现场总线协议包含在IEC 61158和IEC 61784标准中。EtherCAT使用端口34980/UDP和34980/TCP在以太网LAN之间进行路由。

1. 1. 1. EGD协议（Ethernet Global Data）

以太网全局数据（EGD）协议是一种通信机制，它使一个CPU能够以定期调度的周期速率与一个或多个其他CPU共享其内部存储器的一部分。某些GE发那科的PLC使用EGD协议。

1. 1. 1. FINS协议

FINS是欧姆龙（一家日本控制公司）开发的协议，并在其新的PLC中使用。它通常使用端口9600/UDP在支持IP的系统上运行。

1. 1. 1. Host Link协议

Host Link是欧姆龙为其旧PLC系列开发的协议，但是，许多新的欧姆龙PLC仍然可以使用HostLink协议进行通信。它是基于ASCII码的RS-232总线协议。

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

SERCOS具有严格的实时要求，尤其适用于运动控制，例如金属切割和成型、机械装配、包装、机器人、印刷和材料处理等领域。该协议由SERCOS International管理，目前的版本是SERCOS III。SERCOS在IEC 61158和IEC 61784标准中有详细的定义。

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

SRTP是一种用于通过PC向PLC进行命令和数据通信的协议。它被GE发那科PLC用作应用层通信协议。

1. 1. 1. Sinec H1协议

Sinec H1是西门子开发的传输层协议，不同的应用层协议可以在其上运行。该协议的大带宽特性使其成为大数据量传输的理想选择。