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未来,伴随着智能设备数量的不断增长,人与人之间的通信业务的规模将会被更大数量的机器对机器(M2M)通信业务超越。目前,机器的数量已经至少是人类数量的4倍,未来,M2M的通信具有巨大的市场潜力。


M2M的市场不仅限于通信业,伴随着工业大数据和物联网的到来,双向通信,远距离收集信息、设置参数和发送指令将成为智能网络设备的主要通信方式,M2M的应用领域将无所不在。


M2M的设备互联包括了有线和无线的连接方式,在连接的过程中,逐渐演进和发展出各类总线技术、接口标准和通信协议。



M2M物理连接

串行通信

在串口通讯领域,串行通信协议主要包含了 EIA、USB和IEEE1394, 其中EIA中又包含了EIA-232、EIA-422、EIA485三种常见的通信接口协议,在工业领域EIA标准占据着统治地位。USB则在IT领域被广泛应用。IEEE1394作为高速串行总线和其纯数字接口的特性,外加即插即用的功能,使其未来的前景被大多数人看好。



设备与设备的总线连接


在以太网络领域,包含了实时工业以太网和基于以太网技术的IT网络。工业以太网络由现场总线和工业设备构成。


世界上存在着大约四十余种现场总线,这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域,大概不到十种的总线占有80%左右的市场。现场总线包括并不限于:
1、基金会现场总线(FoundationFieldbus 简称FF)
2、CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网)
3、Lonworks
4、DeviceNet
5、PROFIBUS/PROFInet
6、HART
7、CC-Link
8、WorldFIP
9、INTERBUS
10、SwiftNet
11、ControlNet和Ethernet/IP


其中,国内工业总线有
- EPA
- G-link,
- Symotion
- NCUC-BUS

国际上形成的工业以太网技术的四大阵营
主要用于离散制造控制系统的是:
Modbus-IDA工业以太网
Ethernet/IP工业以太网
PROFInet工业以太网
主要用于过程控制系统的是:
Foundation Fieldbus HSE工业以太网


机器互联M2M的通信协议


Modbus 协议


Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此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。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。


Modbus协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网络。许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。



OPC / OPC UA 协议


OPC全称是OLE for Process Control,是一个应用使能的技术标准,它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去,为了存取现场设备的数据信息,每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多,且产品的不断升级,往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要,系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下,OPC标准应运而生


OPC是为了连接数据源(OPC服务器)和数据的使用者(OPC应用程序)之间的软件接口标准。数据源可以是PLC,DCS,条形码读取器等控制设备。随控制系统构成的不同,作为数据源的OPC服务器即可以是和OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地OPC服务器,也可以是在另外的计算机上运行的远程OPC服务器。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者(OPC应用程序)的HMI(硬件监督接口)/SCADA(监督控制与数据采集),批处理等自动化程序,以至更上层的历史数据库等应用程序,也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标准。

OPC UA基于OPC基金会提供的新一代技术,提供安全,可靠和独立于厂商的,实现原始数据和预处理的信息从制造层级到生产计划或ERP层级的传输。通过OPC UA ,所有需要的信息在任何时间,任何地点对每个授权的应用,每个授权的人员都可用。 这种功能独立于制造厂商的原始应用,编程语言和操作系统。 OPC UA是目前已经使用的OPC 工业标准的补充,提供重要的一些特性,包括如平台独立性,扩展性,高可靠性和连接互联网的能力。 OPC UA不再依靠DCOM,而是基于面向服务的架构(SOA),OPC UA的使用更简便。现在,OPC UA已经成为独立于微软,UNIX或其他的操作系统企业层和嵌入式自动组建之间的桥梁。



SNMP 简单网络管理协议


论是以工业以太网络还是在基于以太网技术的IT网络,或是基于无线技术的电信网络,基于TCP/IP的通信协议被广泛应用,通过IP寻址,设备之间可以建立通讯联系,再以各种应用层的通讯协议进行交流互动。

SNMP 简单网络管理协议,这个被称为简单的网络管理协议,实际上是高度抽象了M2M之间的通信方式,只用了Get, Set 和Trap三种通信方式,就可以做到机器和机器之间的相互交流。





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