5가지 산업용 통신 프로토콜은 무엇인가요?

5가지 종류의 산업용 통신 프로토콜: 1. 전자 컨트롤러에 사용되는 범용 언어인 Modbus 프로토콜 2. 직렬 물리적 인터페이스 표준인 RS-232 프로토콜 RS232 기반 4. HART 프로토콜은 현장 지능형 기기와 제어실 장비 사이에 사용되는 통신 프로토콜입니다. 5. MPI 프로토콜은 병렬 컴퓨터를 작성하는 데 사용되는 언어 간 통신 프로토콜입니다.

이 튜토리얼의 운영 환경: Windows 7 시스템, Dell G3 컴퓨터.

산업 통신 프로토콜은 산업 제어 분야의 두 엔터티가 통신 또는 서비스를 완료하기 위해 따라야 하는 규칙 및 계약을 의미합니다.

5가지 산업용 통신 프로토콜: modbus 통신 프로토콜, RS-232 통신 프로토콜, RS-485 통신 프로토콜, HART 통신 프로토콜, MPI 통신

Modbus 통신 프로토콜

Modbus 프로토콜은 원래 에 의해 개발되었습니다. Modicon Company 1979년 말에 이 회사는 Schneider Automation 사업부의 일부가 되었으며 현재 Modbus는 전 세계 산업 부문에서 가장 널리 사용되는 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 기존 RS-232, RS-422, RS-485 및 이더넷 장치를 지원합니다.

Modbus 프로토콜은 완전히 개방적이고 투명하며 필요한 소프트웨어와 하드웨어가 매우 간단하기 때문에 보편적인 산업 표준이 되었습니다. PLC, DCS, 스마트 미터 등을 포함한 많은 산업 장비는 Modbus 프로토콜을 이들 간의 통신 표준으로 사용하고 있습니다. 이를 통해 다양한 제조업체에서 생산한 제어 장비를 산업 네트워크에 연결하여 중앙 집중식 모니터링을 수행할 수 있습니다.

Features

　Modbus 프로토콜은 전자 컨트롤러에 적용되는 범용 언어입니다. 이 프로토콜을 통해 컨트롤러는 네트워크(예: 이더넷)를 통해 컨트롤러 및 기타 장치와 서로 통신할 수 있습니다. 이는 일반적인 산업 표준이 되었습니다. 이 프로토콜은 통신하는 네트워크에 관계없이 컨트롤러가 이해하고 사용하는 메시지 구조를 정의합니다.

　Modbus 통신 프로토콜은 마스터-슬레이브 비동기식 반이중 통신 프로토콜로, 하나의 마스터 스테이션이 여러 슬레이브 스테이션과 양방향으로 통신할 수 있는 마스터-슬레이브 통신 구조를 채택합니다. 컨트롤러가 다른 장치에 대한 액세스를 요청하는 프로세스, 다른 장치의 요청에 응답하는 방법, 오류를 감지하고 기록하는 방법을 설명합니다. 이는 메시지 도메인 레이아웃과 콘텐츠에 대한 공통 형식을 설정합니다.

　Modbus 프로토콜에는 ASCII, RTU 및 기타 통신 방법이 포함되며 물리 계층을 지정하지 않습니다. 이 프로토콜은 컨트롤러가 통신하는 네트워크에 관계없이 이해하고 사용할 수 있는 메시지 구조를 정의합니다. 표준 Modicon 컨트롤러는 RS232C를 사용하여 직렬 Modbus를 구현합니다. Modbus의 ASCII 및 RTU 프로토콜은 메시지의 구조, 데이터, 명령 및 응답 방법을 규정합니다. 데이터 통신은 마스터-슬레이브 모드를 채택하고, 슬레이브 스테이션은 데이터 요청 메시지를 보낸 후 마스터 스테이션으로 데이터를 보낼 수 있습니다. 올바른 메시지를 수신하기 위해 마스터 스테이션은 양방향 읽기 및 쓰기를 달성하기 위해 슬레이브 스테이션의 데이터를 수정하는 메시지를 직접 보낼 수도 있습니다.

Modbus 네트워크에서 통신할 때 이 프로토콜은 각 컨트롤러가 장치 주소를 알아야 하고, 주소로 보낸 메시지를 식별하고, 수행할 작업을 결정해야 한다고 결정합니다. 응답이 필요한 경우 컨트롤러는 피드백 정보를 생성하고 Modbus 프로토콜을 사용하여 이를 보냅니다. 다른 네트워크에서는 Modbus 프로토콜이 포함된 메시지가 해당 네트워크에서 사용되는 프레임 또는 패킷 구조로 변환됩니다. 또한 이 변환은 스탠자 주소, 라우팅 경로 및 특정 네트워크 기반의 오류 감지를 해결하는 방법을 확장합니다.

네트워크에서 통신할 때 Modbus 프로토콜은 각 컨트롤러가 장치 주소를 알아야 하고, 주소로 전송된 메시지를 식별하고, 수행할 조치를 결정해야 한다고 결정합니다. 응답이 필요한 경우 컨트롤러는 응답을 생성하여 Modbus 프로토콜을 사용하여 질문자에게 보냅니다.

　Modbus 프로토콜은 데이터 확인이 필요하며 직렬 프로토콜은 ASCII 모드에서 LRC 확인을 사용하고 RTU 모드에서 16비트 CRC 확인을 사용합니다. 또한 Modbus는 마스터-슬레이브 모드를 사용하여 정기적으로 데이터를 보내고 받습니다. 실제 사용 시 슬레이브 스테이션의 연결이 끊어지면(예: 장애 또는 종료) 마스터가 이를 진단하고 오류가 복구되면 네트워크를 자동으로 다시 연결될 수 있습니다. 따라서 Modbus 프로토콜은 더 나은 신뢰성을 갖습니다.

Modbus 및 OSI 참조 모델

Modbus의 ASCII 통신 방식

RS-232 통신 프로토콜

RS-232는 미국 전자 산업 협회(EIA)에서 개발한 직렬 물리적 인터페이스 표준입니다. RS는 영어로 "Recommended Standard"의 약어로, 일반적으로 식별번호는 232입니다. RS-232 인터페이스는 9핀(DB-9) 또는 25핀(DB-25) 형태로 제공됩니다. 일반적으로 개인용 컴퓨터에는 각각 COM1과 COM2라고 하는 두 세트의 RS-232 인터페이스가 있습니다.

RS-232 인터페이스

　RS-232 표준에는 메인 채널과 보조 채널을 포함하여 25개의 신호 라인과 9개의 신호 라인이 있습니다. 대부분의 경우, 메인 채널이 주로 사용됩니다. 일반 이중 통신의 경우 전송선, 수신선, 접지선 등 몇 가지 신호선만 구현할 수 있습니다.

전송 속도

　RS-232 표준에서 지정하는 데이터 전송 속도는 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 전송 속도입니다.

원격 통신 연결 데이터 단말

　RS-232 표준은 원래 원격 통신 연결 데이터 단말 장비(DTE) 데이터 통신 장비(DCE)를 위해 개발되었습니다. 따라서 이 표준의 공식화에는 컴퓨터 시스템의 응용 요구 사항이 고려되지 않았습니다. 그러나 이제는 컴퓨터(보다 정확하게는 컴퓨터 인터페이스)와 터미널 또는 주변 장치 간의 근거리 연결 표준으로 사용하기 위해 널리 차용되고 있습니다. 분명히 이 표준의 일부 조항은 컴퓨터 시스템과 일치하지 않거나 심지어 모순되기도 합니다. 이러한 배경 지식을 바탕으로 RS-232C 표준이 컴퓨터와 호환되지 않는 이유를 이해하는 것은 어렵지 않습니다.

RS-232 단점:

　 (1) 인터페이스의 신호 레벨이 상대적으로 높아 인터페이스 회로의 칩이 쉽게 손상될 수 있습니다. 또한 TTL 레벨과 호환되지 않기 때문에 레벨 변환 회로가 있습니다. TTL 회로와 통신하는 데 필요합니다.

　 (2) 전송 속도가 낮습니다. 비동기 전송 중에는 전송 속도가 20Kbps 이하입니다.

　 (3) 인터페이스는 신호 라인과 신호 반환 라인을 사용하여 공통 접지 전송 형태를 형성합니다. 이러한 유형의 공통 접지 전송은 공통 모드 간섭이 발생하기 쉽기 때문에 노이즈 간섭에 대한 내성이 약합니다.

　 (4) 전송 거리는 제한되어 있으며, 표준 최대 전송 거리는 50피트(실제 ≤ 15미터)입니다.

RS-485 통신 프로토콜

RS-485 표준은 RS232를 기반으로 개발되어 다중 지점 및 양방향 통신 기능을 추가하여 여러 송신기를 동일한 버스에 연결할 수 있습니다. 동시에 송신기의 구동 성능과 충돌 방지 기능이 향상되었으며 버스의 공통 모드 범위가 확장되었습니다. 이는 나중에 TIA/EIA-485-A 표준으로 명명되었습니다.

RS-485 전기적 특성:

논리 "1"은 두 라인 사이의 전압 차이로 표시됩니다. +(2-6) V로 논리 "0"은 두 라인 사이의 전압 차이로 표시됩니다. -(2 -6) V가 나타냅니다. 인터페이스 신호 레벨은 RS-232보다 낮기 때문에 인터페이스 회로의 칩이 손상될 가능성이 적습니다. 또한 레벨이 TTL 레벨과 호환되며 TTL 회로에 쉽게 연결할 수 있습니다.

전송 속도:

　RS-485의 최대 데이터 전송 속도는 10Mbps입니다.

RS-485 인터페이스:

향상된 반공통 모드와 함께 밸런스드 드라이버와 차동 수신기의 조합을 사용합니다. 간섭 능력 즉, 잡음 간섭에 대한 저항력이 좋습니다.

전송 속도:

　 1200bps, 2400bps, 4800bps, 9600bps, 19200bps, 38400bps, 125K

통신 인터페이스 모드:

RS485 인터페이스: 비동기식, 반이중, 직렬

단점 ：

　많은 경우 RS-485 통신 링크를 연결할 때 한 쌍의 꼬인 쌍을 사용하여 각 인터페이스의 "A"와 "B" 끝을 연결하면 됩니다. 신호 접지에 대한 연결은 무시됩니다. 이 연결 방법은 많은 상황에서 정상적으로 작동할 수 있지만 공통 모드 간섭의 큰 숨겨진 위험을 묻습니다. RS-485 인터페이스는 차동 신호 전송 방법을 사용하며 관련 신호를 감지할 필요가 없습니다. 특정 기준점에서 신호를 수신하는 경우 시스템은 두 라인 사이의 전위차만 감지하면 됩니다. 그러나 사람들은 종종 트랜시버에 특정 공통 모드 전압 범위가 있다는 사실을 무시합니다. RS-485 트랜시버의 공통 모드 전압 범위는 -7 ~ +12V입니다. 위의 조건이 충족될 경우에만 전체 네트워크가 정상적으로 작동할 수 있습니다. 네트워크 라인의 공통 모드 전압이 이 범위를 초과하면 통신의 안정성과 신뢰성에 영향을 미치고 인터페이스가 손상될 수도 있습니다.

HART 프로토콜

HART(Highway Addressable Remote Transducer)는 주소 지정이 가능한 원격 센서 고속 채널을 위한 개방형 통신 프로토콜로 1985년 현장 스마트 기기 및 제어실을 위해 설립된 미국 ROSEMOUNT 회사 중 하나입니다. 장비 간의 통신 프로토콜입니다. HART 장치는 상대적으로 낮은 대역폭과 적당한 응답 시간으로 통신을 제공합니다. 10년 이상의 개발 끝에 HART 기술은 해외에서 매우 성숙해졌으며 글로벌 스마트 기기의 산업 표준이 되었습니다.

HART 프로토콜은 Bell202 표준을 기반으로 하는 FSK 주파수 편이 키잉 신호를 사용하여 양방향 디지털 통신을 위해 저주파 4-20mA 아날로그 신호에 진폭 0.5mA의 오디오 디지털 신호를 중첩하고 데이터 전송 속도를 제공합니다. 1.2Mbps. FSK 신호의 평균값은 0이므로 제어 시스템으로 전송되는 아날로그 신호의 크기에 영향을 주지 않아 기존 아날로그 시스템과의 호환성을 보장합니다. HART 프로토콜 통신에서는 주요 변수와 제어 정보가 4-20mA로 전송됩니다. 필요한 경우 추가 측정, 프로세스 매개변수, 장치 구성, 교정 및 진단 정보가 HART 프로토콜을 통해 액세스됩니다.

통신 모델:

MPI 통신 프로토콜

MPI는 병렬 컴퓨터 작성을 위한 언어 간 통신 프로토콜입니다. 지점 간 및 브로드캐스트를 지원합니다. MPI의 목표는 고성능, 대규모 및 이식성입니다. MPI는 오늘날에도 고성능 컴퓨팅의 주요 모델로 남아 있습니다.

MPI 프로토콜의 전체 영어 이름은 MulTI-point-Interface입니다. PLC 간에 마스터/마스터 프로토콜 또는 마스터/슬레이브 프로토콜을 구성할 수 있습니다. 작동 방법은 장치 유형에 따라 다릅니다. 제어 스테이션이 모두 s7-300/400 시리즈 PLC인 경우 마스터/마스터 연결 관계를 설정하십시오. MPI 프로토콜은 다중 마스터 통신을 지원하므로 모든 s7-300 CPU를 구성할 수 있습니다. 네트워크 마스터로서 스테이션, PLC 간의 데이터 교환은 마스터/마스터 프로토콜을 통해 실현될 수 있습니다. 일부 제어 스테이션이 s7-200 시리즈 PLC인 경우 마스터/슬레이브 연결 관계가 구축될 수 있습니다. s7-200 CPU가 슬레이브 스테이션이기 때문에 사용자는 s7-300 CPU의 데이터 읽기 및 쓰기 작업을 실현할 수 있습니다. s7200 CPU는 네트워크 명령을 통해.

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