工業網絡通信協議現狀

　　在工業通信現場，每個品牌 PLC 廠家制造的 PLC 都支持一種或多種工業通信協議，如 PROFINET、PROFIBUS、EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link、CClink IE、DeviceNet、CANopen 等。工業現場的設備與 PLC 交互數據，需要遵循各品牌 PLC 的通信協議標準，工業現場的一些設備由于應用較為簡單，數據量較小，仍然只采了用如 RS485/RS232/CAN 等基本的串行協議，傳統的自動化現場如下所示，多種網絡并存：

　　工業通信協議經過幾十年的發展，涌現出了很多類型的協議，每種通信協議由不同的 PLC 廠家所支持，從 HMS 2025 年工業通信協議市場份額報告中，可以看出通信協議仍然是百花齊放的狀況。

　

　　隨著工業現場的通信網絡智能化發展需要，新生產場地項目的網絡總體規劃布局更加系統，在高端的制造業如半導體、鋰電、汽車等行業，常要求現場通信網絡整體的規劃需求滿足簡單統一的要求，盡量減少工業通信協議網絡類型的種類，控制系統的子設備則被要求盡可能的支持與 PLC 統一的通信協議接口，盡可能一網到底，設備為了能夠和不同品牌廠家的 PLC 通信，那么設備本身就需要同步支持各類工業通信協議。

　

　　設備如何支持工業網絡通信？

　　那么對于不支持網絡工業通信協議的設備如何集成到 PLC 控制系統中，在以往的應用案例中，設備（比如僅支持串口通信的設備）與 PLC 通信，較多情況下采用工業通信協議轉換網關的方案去滿足，網關方案存在的幾方面問題如下:

　　•第一成本高，網關是被在工業通信協議實現基礎上進一步開發的產品，有較高的產品附加值，因此有相對較高的價格。

　　•第二靈活度低，網關作為通用品，與產品的適配性不高，現場常需要進一步的 PLC 編程才能完整的實現產品自定義的通信協議時序與功能要求。

　　因此總的來說，對于周期較短的項目中、成本不敏感的設備，出貨量小的設備協議轉換需求，網關仍然是一個非常好的通信集成方案，而無需做任何產品開發工作。

　　

　　但是從如果設備出貨量較大，且同時需要交互的數據量較大，通信功能較為靈活，而產品所應用的行業要求支持工業通信協議，那么網關方案不管是從成本上還是靈活度上都存在明顯的欠缺。

　　此時設備對于工業通信協議接口的集成就是非常必要的了，現有的解決方案中，有一種比較簡單的方式，設備開發人員可以在現有產品的基礎上，做一些改動，通過在產品內嵌體積較小的工業通信模塊實現“內嵌的定制網關”，幫助產品快速實現各類標準的工業通信協議。

　　多協議設備工業通信開發解決方案？

　　那么對設備開發人員來說，如果本公司的設備需要支持多種工業通信協議有什么好的方案？

　　

　　自己開發顯然是不太現實的，協議的種類多樣，需要面臨協議棧細節的研究、通信穩定性、一致性認證等一系列問題，比較好的方式是采用成熟的商用方案。

　　通信協議開發流程

　　應對現場工業通信網絡多協議需要，開發人員應該規避對通信協議本身的研究，實現針對產品升級所需的“定制網關”，可以采用專用的多協議從站模塊可以解決工業通信協議的實現問題，以 HMS 公司 Anybus 品牌旗下的 CompactCom M40 為例，該系列模塊僅需一次開發就可以同時實現設備對多種工業通信協議的支持，對于體積要求較高的可以采用其板卡形式。

　

　　模塊的集成也十分簡單，模塊提供 UART/SPI 口（任選其一），接入設備的主控制器 CPU/MCU，主控制器通過 SPI/UART 接口的與模塊交換數據，開發者不需要關心工業通信協議本身如何實現，因此最快一到兩天就可以實現方案驗證。

　

　　如果產品控制器的內部空間有限，受限于體積限制，還可以選擇插針或貼片形式的 B40 板卡。

　　B40&B40mini

　　筆者從正點原子旗艦店購買了 stm32f407 開發板為實驗平臺，由于單片機的開發板為了方便用戶學習，集成了很多功能接口比如以太網、ADC、紅外收發，無線收發，RS232/RS485/CAN 等設備接口，此處將單片機開發板模擬為一個工業設備的控制器，將開發板與廠家提供的 M40 適配板通過飛線的形式連接二者 SPI 接口。

　

　　如果通過開發板設計模擬一款支持各種工業通信協議的電機控制器，通過 M40 實現工業通信協議需要幾步？

　

　　第一步

　　首先打開 Anybus CompactCom M40 模塊的示例 stm32f407 平臺驅動程序工程，這個工程中主要實現了 stm32f407 與 M40 模塊間的 SPI 收發函數與 M40 模塊 RESET 引腳的 IO 控制，隨后上電將模塊驅動起來。

　

　　第二步

　　在 STM32F407 的驅動程序中定義與電機控制數據與狀態反饋數據的 C 語言變量，隨后 C 語言變量的指針填入 M40 驅動程序中定義好的數組結構體 const AD_AdiEntryType APPL_asAdiEntryList[]中。到這里工業通信協議的數據適配工作基本完成，隨后開發者只需要將精力放在電機本身的控制業務上。

　

　　第三步

　　按照標準流程通過 M40 配套的免費設備描述文件自動生成工具（GSD,EDS,ESI 等）生成 PLC 組態所需的電機設備描述文件。配置 PLC 與模塊的通信（這一步是標準流程，具體細節可在 PLC 使用說明書中找到）。

　　第四步

　　總的來說通過 Anybus CompactCom 40 升級工業通信協議所需要的工作量并不大，開發者也并不需要做太多的的軟硬件開發適配工作，開發者所作的工作就像是借助一臺自動搭橋機，去搭一座其自研設備與 PLC 直接通信的橋梁，一座橋搭成，就可以成為各類通信協議通行的快車道，從而實現產品的快速升級，以最快的速度適應市場需求的變化，顯然的，開發者在這場產品升級的需求中，不需要任何的工業通信協議基礎，也無需付出太多的時間與精力。