现场总线协议

探索工业自动化的核心：现场总线协议及其应用！从基于以太网的PROFINET、Ethernet/IP到传统RS485的PROFIBUS、DeviceNet，再到ASi、HART、Foundation Fieldbus等，这些协议在工业通信中扮演着重要角色。它们支持主从通信、远程配置和诊断，广泛应用于过程自动化、传感器和执行器连接。无论是低成本的ASi，还是支持智能设备的HART，每种协议都有其独特的特点和应用场景。了解这些协议，助你深入工业自动化的世界！

现场总线协议

• 1. 基于以太网的现场总线协议
  • (1) PROFINET
    • 概述
      • 由 PROFIBUS & PROFINET International (PI) 组织开发，是目前应用最广泛的工业以太网协议之一。 采用主从架构，支持实时和非实时通讯。
      • 类型
        • 工业以太网协议
      • 特点
        • 基于以太网，支持实时通信，适用于工业自动化
        • 支持TCP/IP协议，支持实时通信和运动控制。
      • 应用
        • 广泛用于工厂自动化、过程自动化等领域
    • 通讯模式
      • PROFINET IO
        • 概述: 基于主从架构的实时通讯模式，用于周期性数据交换，例如传感器数据采集和运动控制指令传输。 特点: 实时性强，循环时间可达到微秒级，适用于对时间敏感的应用场景。 支持分布式时钟同步，可实现高精度的时间同步。
      • 显式报文 (Explicit Messaging)
        • 概述: 基于 TCP/IP 或 UDP/IP 的非实时通讯模式，用于非周期性数据交换，例如设备配置、诊断和参数设置。 特点: 灵活性高，可实现复杂的通讯需求。 实时性一般，适用于对时间要求不高的应用场景。
    • 安全协议
      • PROFIsafe
        • 基于 PROFINET 的安全协议，用于实现安全相关的通讯，例如紧急停止和安全监控。
      • 特点
        • 符合 IEC 61508 标准的安全完整性等级 (SIL) 3 要求。 与标准 PROFINET 协议兼容，可与标准设备共存于同一网络中。
    • 节能协议
      • PROFIenergy
        • 基于 PROFINET 的节能协议，用于实现对设备能耗的智能管理。
      • 特点
        • 支持对设备进行休眠、唤醒等操作，以降低能耗。 可根据生产计划自动调整设备能耗状态。
    • 库卡支持
      • 从站模式
        • 站模式: 库卡机器人可以作为 PROFINET 从站，通过 KUKA PROFINET 软件包（KUKA PROFINET MS 或 KUKA PROFINET S）实现。 硬件: 利用 KLI（库卡线路接口）进行连接，无需额外硬件。 软件: KUKA PROFINET MS（支持 PROFINET Controller、PROFINET Device 和 PROFIsafe Device）或 KUKA PROFINET S（支持 PROFINET Device 和 PROFIsafe Device）。
      • 主站模式
        • 库卡机器人可以作为 PROFINET 主站，但需要使用外部网关，例如 HMS AB7694 或 HMS AB7961。
  • (2) Ethernet/IP
    • 概述
      • 由 ODVA 组织开发，是另一种主流的工业以太网协议。 采用主从架构，支持实时和非实时通讯。
    • 通讯模式
      • IO 通讯
        • 概述: 类似于 PROFINET IO 的实时通讯模式，用于周期性数据交换。 特点: 实时性良好，但略低于 PROFINET。
      • 显式报文 (Explicit Messaging)
        • 概述: 基于 TCP/IP 的非实时通讯模式，用于非周期性数据交换。 特点: 与 PROFINET 显式报文类似
    • 安全协议
      • CIP Safety
        • 基于 Ethernet/IP 的安全协议，用于实现安全相关的通讯。
      • 特点
        • 符合 IEC 61508 标准的安全完整性等级 (SIL) 3 要求。 与标准 Ethernet/IP 协议兼容。
    • 库卡支持
      • 主站模式
        • 库卡机器人可以作为 Ethernet/IP 主站，通过 KUKA Ethernet/IP 软件实现。 硬件: 不需要额外硬件。 软件: KUKA Ethernet/IP 软件包。
      • 从站模式
        • 库卡机器人可以作为 Ethernet/IP 从站，通过 KUKA Ethernet/IP 软件实现。 硬件: 不需要额外硬件。 软件: KUKA Ethernet/IP 软件包。
  • (3) EtherCAT
    • 概述
      • 由德国倍福（Beckhoff）公司开发，是一种高性能的实时以太网通讯协议。 采用主从架构，数据在网络中以“飞越”方式传输，延迟极低。
      • 类型
        • 实时以太网协议
      • 特点
        • 高速、实时性高，适用于运动控制和高速数据采集。
        • 支持主从通信，数据帧在主站和从站之间高速传输
      • 应用
        • 广泛用于机床、机器人、包装机械等领域。
    • 特点
      • 实时性极高，循环时间可达到微秒级，适用于对时间敏感的应用场景，例如运动控制。 支持分布式时钟同步，可实现高精度的时间同步。 拓扑结构灵活，支持线型、树型、星型等拓扑结构。
    • 库卡支持
      • 主站模式
        • 库卡机器人可以作为 EtherCAT 主站，但需要使用外部网关，例如 EL6692/EL6695-1001。 硬件: EL6692/EL6695-1001 网关。 软件: 不需要额外软件。
      • 从站模式
        • 库卡机器人不支持作为 EtherCAT 从站。
  • (4) CC-Link/CC-Link IE
    • 概述
      • CC-Link: 由三菱电机开发的传统现场总线协议。 CC-Link IE: 基于以太网的版本，支持实时和非实时通讯。
      • 类型
        • 现场总线协议
      • 特点
        • 高速、开放、支持多种通信介质，适用于工业自动化。
      • 应用
        • 广泛用于亚洲地区的工业自动化领域。
      • 变种
        • CC-Link IE
          • 基于以太网的CC -Link协议， 支持高速通信。
        • CC-Link LT
          • 适用于低成本、 低速通信的应用。
    • 库卡支持
      • 库卡机器人可以作为 CC-Link 或 CC-Link IE 从站，但需要使用外部网关，例如 HMS AB7694 或 HMS AB7961。 硬件: HMS AB7694 或 HMS AB7961 网关。 软件: 不需要额外软件。
  • (5) Powerlink
    • 概述
      • 由奥地利贝加莱公司开发，是一种高性能的实时以太网通讯协议。 采用主从架构，数据传输采用轮询方式。
    • 库卡支持
      • 库卡机器人可以作为 Powerlink 从站，但需要使用外部网关，例如 Hilshcer NetTAP 151。 硬件: Hilshcer NetTAP 151 网关。 软件: 不需要额外软件
• 2. 基于 RS485 的传统现场总线协议
  • (1) PROFIBUS
    • 概述
      • 传统现场总线协议，采用主从架构。 广泛应用于传统工业自动化领域
      • 类型
        • 现场总线协议
      • 特点
        • 支持多种通信介质和拓扑结构， 适用于工厂自动化。
      • 应用
        • 广泛用于过程自动化、 制造自动化等领域。
      • 变种
        • Profibus DP
          • 用于工厂自动化， 支持高速数据传输。
        • Profibus PA
          • 用于过程自动化， 支持本质安全。
    • 库卡支持
      • 主站模式
        • 库卡机器人可以作为 PROFIBUS 主站，但需要使用外部网关，例如 EK1100+EL6731 或 CP5614 网卡。 硬件: EK1100+EL6731 网关或 CP5614 网卡。 软件: KRC4 Profibus-CP5614 软件包。
      • 从站模式
        • 库卡机器人可以作为 PROFIBUS 从站，但需要使用外部网关，例如 EK1100+EL6731-0010 或 CP5614 网卡。 硬件: EK1100+EL6731-0010 网关或 CP5614 网卡。 软件: KRC4 Profibus-CP5614 软件包。
  • (2) DeviceNet
    • 概述
      • 由罗克韦尔自动化开发的现场总线协议，基于 CAN 总线技术
      • 类型
        • 现场总线协议
      • 特点
        • 基于CAN协议，适用于连接工业设备。
        • 支持主从通信，支持设备配置和诊断。
      • 应用
        • 广泛用于连接传感器、执行器、控制器等设备。
    • 库卡支持
      • 库卡机器人可以作为 DeviceNet 主站或从站，但需要使用外部网关，例如 EK1100+EL6752 或 EK1100+EL6752-0010。 硬件: EK1100+EL6752 或 EK1100+EL6752-0010 网关。 软件: 不需要额外软件。
  • (3) 物理 IO (Physical IO)
    • 概述:
      • 通过数字/模拟信号直接连接库卡机器人和外部设备
    • 库卡支持
      • 库卡机器人支持物理 IO 连接，但需要使用外部网关，例如 EK1100+EL18xx/EL28xx。 硬件: EK1100+EL18xx/EL28xx 网关。 软件: 不需要额外软件。
• 库卡机器人通讯方式特点及应用场景
• 3. Modbus
  • 类型
    • 串行通信协议
  • 特点
    • 简单、开放、易于实现，广泛应用于工业自动化领域。
  • 应用
    • 用于连接PLC、传感器、执行器等设备，支持主从模式通信。
  • 变种
    • Modbus RTU
      • 基于串行通信（如RS-232、 RS-485）。
    • Modbus ASCII
      • 基于ASCII编码的串行通信。
    • Modbus TCP
      • 基于TCP/IP 协议的Modbus， 适用于以太网环境。
• 4. CAN（Controller Area Network）
  • 类型
    • 串行通信协议
  • 特点
    • 高可靠性、实时性，支持多主通信，适用于汽车和工业自动化。
  • 应用
    • 广泛用于汽车电子、工业自动化、医疗设备等领域。
  • 变种
    • CANopen
      • 基于CAN协议的高层协议， 适用于工业自动化。
    • DeviceNet
      • 基于CAN协议的现场总线协议， 适用于连接工业设备
• 5. Foundation Fieldbus
  • 类型
    • 现场总线协议
  • 特点
    • 支持分布式控制，适用于过程自动化。
    • 支持功能块编程，支持实时控制和数据采集。
  • 应用
    • 广泛用于石油、化工、电力等领域。
• 6. HART（Highway Addressable Remote Transducer）
  • 类型
    • 混合协议
  • 特点
    • 在4-20mA模 拟信号上叠加数字 信号， 支持双向通信。
    • 支持远程配置和诊断。
  • 应用
    • 广泛用于过程自动化， 支持智能传感器和变送器。
• 7. AS-i（Actuator-Sensor Interface）
  • 类型
    • 现场总线协议
  • 特点
    • 低成本、 简单、 适用于连接传感器和执行器。
    • 支持主从通信， 支持设备配置和诊断。
  • 应用
    • 广泛用于连接简单的现场设备， 如传感器、 执行器等。