4 種常見的工業自動化協議，用于連接工廠車間的嵌入式計算機

圍繞工業4.0及其最新的智能制造技術驅動力的案例屢見不鮮。通過使用更快、更好的技術，利用實時決策和數據分析，一些最大的工業制造應用程序處于應對重大挑戰的最前沿；這現在包括高效的處理器性能，它是分散的，較少依賴與主要數據中心或“云”基礎設施的直接通信。這種新的轉變為利用實時監控、記錄甚至實時決策能力的工業自動化應用程序提供了巨大的好處；工廠基礎設施中利用自動化和機器人技術的快速部署模型。例如， 除了較新的自動化技術之外，還有一些關鍵的基本工業計算協議已被標準化，以實現工業計算機、傳感器和設備之間的高效通信拓撲，這些協議被實施到制造業的自動化工業控制架構中。這些通用協議對于了解工廠車間的工業設備如何連接到驅動關鍵通信系統以實現穩定運行和生產的中央可編程邏輯控制器或“PLC”至關重要。

什么是現場總線協議？

為了有效控制和管理復雜自動化工業環境中所需的所有設備和傳感器，現場總線被創建為所使用的通信協議系列。工廠運營（例如制造裝配線）的關鍵要求之一是實時分布式控制和層次結構。例如，可以使用溫度傳感器在溫度超過某個閾值時觸發警報；當該警報觸發時，需要將信號傳輸到適當的設備，以便采取行動。如果信號傳輸有任何延遲，結果可能是災難性的。現場總線協議旨在解決在工業工廠中連接多個設備的一些獨特挑戰。

什么是PROFIBUS 協議？

過程現場總線是當今自動化過程工業中使用最廣泛的現場總線。目前使用的PROFIBUS 有兩種變體：PROFIBUS DP 和 PA。比較常用的協議是PROFIBUS DP（Decentralized Peripherals）；這用于在控制器和用于生產自動化應用的各種傳感器/執行器之間進行通信。PROFIBUS PA（過程自動化）主要用于監控測量設備。DP和PA共享相同的協議，因此它們可以互換使用。除了實時控制信號外，使用PROFIBUS的好處之一是其在設備之間發送的大量診斷消息；這使操作員能夠實時監控每個設備的健康狀態，以進行預防性維護。

什么是EtherCAT、EtherNet/IP 和PROFINET協議？

   由于基于以太網的通信網絡的普及，基于以太網技術開發了更新和現代的現場總線協議：EtherCAT、EtherNet/IP 和PROFINET。這些協議在數據鏈路/網絡層使用相同的標準以太網電纜，但改變了應用層，使其更適合工業自動化和過程控制。這些基于以太網的現場總線的兩個主要優點是：速度和設備的最大數量。由于這些協議使用相同的以太網物理層，因此速度可高達1Gbps，而PROFIBUS 的最高速度為12Mbps。對于EtherCAT，最大設備數量為65,536，而對于EtherNet/IP 和PROFINET，它幾乎是無限的。由于其高傳輸速度，這些協議提供極短的周期時間（小于100 微秒），這意味著所有設備之間的時間同步非常精確（小于1 微秒）。對于要求控制器和設備之間接近實時更新和同步的工廠應用，這些協議用于支持PROFIBUS 或CANopen。

CANopen 協議是什么？

   該協議主要是為運動控制系統開發的；CANopen 的主要應用是電機和機器人控制器。CANopen 基于CANbus 協議，主要用于汽車應用。該協議的優勢在于它可以利用CANbus 中使用的現有硬件和電纜。CANopen 位于PROFIBUS 和各種基于以太網的現場總線之間，最高速度為1Mbps，最多可連接127 個設備。