5 つの産業用通信プロトコルとは何ですか?
- 青灯夜游オリジナル
- 2022-09-28 11:52:0422999ブラウズ
5 種類の産業用通信プロトコル: 1. 電子コントローラーで使用される汎用言語である Modbus プロトコル、2. シリアル物理インターフェイス規格である RS-232 プロトコル、3. RS-485 プロトコルRS232 に基づいて開発された; 4. HART プロトコルは、オンサイトのインテリジェント機器と制御室機器の間で使用される通信プロトコルです; 5. MPI プロトコルは、並列コンピュータを作成するために使用される言語間通信プロトコルです。
このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。
産業用通信プロトコルとは、産業用制御分野の両方のエンティティが通信またはサービスを完了するために従わなければならない規則と協定を指します。
5種類の産業用通信プロトコル: modbus通信プロトコル、RS-232通信プロトコル、RS-485通信プロトコル、HART通信プロトコル、MPI通信
Modbus 通信プロトコル
Modbus プロトコルはもともと Modicon によって開発されました。1979 年後半、同社はシュナイダー オートメーション部門の一部となりました。現在、Modbus は、世界で最も人気のあるプロトコルです。世界の産業分野。このプロトコルは、従来の RS-232、RS-422、RS-485、およびイーサネット デバイスをサポートします。
Modbus プロトコルは完全にオープンかつ透過的で、必要なソフトウェアとハードウェアが非常にシンプルであるため、世界的な業界標準となっています。 PLC、DCS、スマートメーターなどを含む多くの産業機器は、それらの間の通信標準として Modbus プロトコルを使用しています。これを使用すると、さまざまなメーカーが製造した制御機器を産業用ネットワークに接続して集中監視できます。
特長
Modbus プロトコルは、電子コントローラーに適用される世界共通言語です。このプロトコルを通じて、コントローラは相互に通信したり、ネットワーク (イーサネットなど) を介してコントローラや他のデバイスと通信したりできます。それは一般的な業界標準となっています。このプロトコルは、通信に使用するネットワークに関係なく、コントローラーが理解して使用できるメッセージ構造を定義します。
Modbus通信プロトコルはマスタ・スレーブ非同期半二重通信プロトコルであり、1台のマスタ局と複数のスレーブ局との双方向通信が可能なマスタ・スレーブ通信構造を採用しています。コントローラーが他のデバイスへのアクセスを要求するプロセス、他のデバイスからの要求に応答する方法、およびエラーを検出してログに記録する方法について説明します。これは、メッセージ ドメインのレイアウトとコンテンツの共通形式を確立します。
Modbus プロトコルには ASCII、RTU、その他の通信方式が含まれていますが、物理層は指定されていません。このプロトコルは、通信に使用するネットワークに関係なく、コントローラが理解して使用できるメッセージ構造を定義します。標準 Modicon コントローラは RS232C を使用してシリアル Modbus を実装します。 Modbus の ASCII プロトコルと RTU プロトコルは、メッセージ、データ、コマンド、および応答方法の構造を規定しており、データ通信はマスター/スレーブ モードを採用しており、マスター ステーションがデータ要求メッセージを送信し、スレーブ ステーションはデータ要求メッセージの後にマスター ステーションにデータを送信できます。要求に応答するために、マスタ ステーションは直接メッセージを送信してスレーブ ステーションのデータを変更し、双方向の読み書きを実現することもできます。
Modbus ネットワーク上で通信する場合、このプロトコルは、各コントローラーがデバイス アドレスを知り、アドレスによって送信されたメッセージを識別し、何が起こるべきかを決定する必要があることを決定します。アクション。応答が必要な場合、コントローラはフィードバック情報を生成し、Modbus プロトコルを使用して送信します。他のネットワークでは、Modbus プロトコルを含むメッセージは、そのネットワークで使用されるフレームまたはパケット構造に変換されます。この変換により、スタンザ アドレス、ルーティング パス、および特定のネットワーク ベースでのエラー検出を解決する方法も拡張されます。
ネットワーク上で通信するとき、Modbus プロトコルは、各コントローラがデバイス アドレスを認識し、アドレスによって送信されたメッセージを識別し、実行するアクションを決定する必要があると判断します。応答が必要な場合、コントローラは応答を生成し、Modbus プロトコルを使用して問い合わせ側に送信します。
Modbus プロトコルではデータ検証が必要です。シリアル プロトコルでは、パリティ チェックに加えて、ASCII モードでは LRC 検証、RTU モードでは 16 ビット CRC 検証が使用されます。また、Modbus はマスタースレーブ方式で定期的にデータの送受信を行っており、実際の運用においては、スレーブ局が切断された場合（故障やシャットダウンなど）、マスターが診断し、障害が修復されるとネットワークが復旧します。自動的に再接続できます。したがって、Modbus プロトコルの信頼性が高くなります。
ModbusとOSIのリファレンスモデル
ModbusのASCII通信方式
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#RS-232 通信プロトコル
RS-232 は、電子工業会 EIA (電子工業会) によって開発されました。 ) シリアル物理インターフェイスの規格。 RS は英語の「Recommended Standard」の略で、通常は 232 が識別番号です。 RS-232 インターフェイスは 9 ピン (DB-9) または 25 ピン (DB-25) の形式で表示されます。通常、パーソナル コンピュータには 2 セットの RS-232 インターフェイスがあり、それぞれ COM1 と COM2 と呼ばれます。RS-232 インターフェイス
RS-232 規格には、メイン チャネルと補助チャネルを含む 25 本の信号線と 9 本の信号線があります。メインチャネルが主に使用される場合が多く、一般的な二重通信では送信線、受信線、グランド線など数本の信号線しか実装できません。伝送速度
リモート通信接続データ端末
# RS-232 標準は、もともとリモート通信接続データ端末装置 (DTE) データ通信装置 (DCE) のために開発されました。したがって、この標準の策定では、コンピュータ システムのアプリケーション要件は考慮されていませんでした。しかし現在では、コンピュータ (正確にはコンピュータ インターフェイス) と端末または周辺機器の間のニアエンド接続規格として広く使用されています。明らかに、この規格の一部の規定はコンピュータ システムと矛盾しているか、矛盾しています。このような背景を理解していれば、RS-232C 規格がコンピュータと互換性がない理由を理解するのは難しくありません。RS-232 短所:
(1) インターフェースの信号レベルが比較的高いため、インターフェース回路のチップが損傷しやすく、RS-232 と互換性がありません。 TTLレベルのため、TTL回路に接続するにはレベル変換回路が必要です。 (2) 伝送速度が低い 非同期伝送時のボーレートは 20Kbps 以下です。 (3) インターフェースは信号線と信号帰還線を用いて共通接地伝送形式をとっているが、この方式の共通接地伝送はコモンモード干渉を受けやすいため、ノイズ干渉に対する耐性が弱い。 (4) 伝送距離には制限があり、標準の最大伝送距離は 50 フィート (実際 ≤ 15 メートル) です。RS-485 通信プロトコル
RS-485 標準は RS232 に基づいて開発され、マルチポイントと双方向が追加されています。この通信機能により、複数の送信機を同じバスに接続できるようになり、同時に送信機の駆動能力と競合保護機能が向上し、バスのコモンモード範囲が拡大され、後に TIA/EIA-485-A 規格と名付けられました。 。RS-485 の電気的特性:
伝送速度:
RS-485 インターフェイス:
ボーレート:
通信インターフェースモード ：
## RS485 インターフェイス: 非同期、半二重、シリアル
# 多くの場合、RS -485 通信を接続する必要があります。リンクは、単純にツイストペアのペアを使用して、各インターフェイスの「A」端と「B」端を接続します。信号グランドへの接続は無視されます。この接続方法は多くの状況で正常に機能しますが、コモンモード干渉という大きな隠れた危険性が潜んでいます。RS-485 インターフェイスは差動信号伝送方式を使用しており、信号グランドを検出するために相対的な信号を必要としません。特定の基準点の信号を受信した場合、システムは 2 つのライン間の電位差を検出するだけで済みます。しかし、トランシーバーには特定のコモンモード電圧範囲があるということは無視されがちですが、RS-485 トランシーバーのコモンモード電圧範囲は -7 ～ 12V であり、上記の条件が満たされた場合にのみ、ネットワーク全体が正常に動作します。ネットワーク回線のコモンモード電圧がこの範囲を超えると、通信の安定性と信頼性に影響を与え、さらにはインターフェイスが損傷することがあります。
HART プロトコルHART (HighwayAddressable Remote Transducer) は、アドレス指定可能なリモート センサー高速チャネル用のオープン通信プロトコルです。アメリカの ROSEMOUNT 社 フィールド スマート機器と制御室機器の間で使用するために 1985 年に導入された通信プロトコル。 HART デバイスは、比較的低い帯域幅と適度な応答時間で通信を実現し、10 年以上の開発を経て、HART テクノロジーは海外では非常に成熟し、世界的なスマート機器の業界標準となっています。
HART プロトコルは、Bell202 規格に基づく FSK 周波数シフト キーイング信号を使用し、振幅 0.5mA のオーディオ デジタル信号を低周波 4 ～ 20mA アナログ信号に重畳して双方向デジタル通信を行います。伝送速度は1.2Mbps。 FSK信号の平均値は0であるため、制御システムに送信されるアナログ信号の大きさに影響を与えず、既存のアナログシステムとの互換性が確保されます。 HART プロトコル通信では、主要な変数と制御情報が 4 ～ 20mA で送信され、必要に応じて、追加の測定値、プロセス パラメータ、デバイス構成、校正、診断情報が HART プロトコルを通じてアクセスされます。
##通信モデル:
#MPI は、並列コンピューターを作成するための言語間通信プロトコルです。ポイントツーポイントとブロードキャストをサポートします。 MPI の目標は、高性能、大規模性、移植性です。 MPI は現在でもハイ パフォーマンス コンピューティングの主要なモデルです。 MPI プロトコル。英語の正式名は MulTI-point-Interface です。 PLC間でマスター/マスタープロトコルまたはマスター/スレーブプロトコルを設定できます。操作方法はデバイスのタイプによって異なります: コントロール ステーションがすべて s7-300/400 シリーズ PLC である場合、マスター/マスター接続関係を確立します。MPI プロトコルはマルチマスター通信をサポートしているため、すべての s7-300 CPU を設定できます。ステーション、PLC 間のデータ交換は、マスター/マスター プロトコルを通じて実現できます。一部のコントロールステーションが s7-200 シリーズ PLC の場合、マスター/スレーブ接続関係を確立でき、s7-200 CPU がスレーブステーションとなるため、ユーザーは s7-300 CPU のデータの読み書き動作を s7-300 CPU 上で実現できます。 s7200 CPU によるネットワーク命令。
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