Протоколы и интерфейсы

Сообщение **Timon** » 17 июн 2015, 14:38

Доброго времени суток уважаемые!

Только начинаю свой долгий путь в увлекательное путешествие АСУ. Мучает вопрос в чем же отличия между протоколом и интерфейсом? Допустим интерфейс RS-485 и протокол Profibus. Объясните пожайлуста на простом языке. Не думайте что не читал, ищу инфу уже неделю. Но хочется узнать как это понимает специалист! Спасибо огромное!

Сообщение **Valerich** » 18 июн 2015, 06:24

в чем же отличия между протоколом и интерфейсом?

Представьте, что вы пишете письмо любимой бабушке.

Способ доставки (конверт почты России, е-мейл, телеграмма, голубь) это интерфейс.

А язык, на котором написано письмо (русский, идиш, Simplified Chinese) это протокол.

Так понятно?

Сообщение **Timon** » 18 июн 2015, 12:14

Cпасибо!! Вроде кое что проясняется. Еще пару вопросов:
1. Получается может быть такое что по "почте России" нельзя отправить письмо на "китайском"? Это как Profibus нельзя по интерфейсу RS-232?
2. И еще вопрос, на примере подключения ПЛК к HMI что из себя представляет физически и на софте интерфейс и протокол(как их можно увидеть, потрогать)?
Спасибо еще раз!

Timon писал(а):1. Получается может быть такое что по "почте России" нельзя отправить письмо на "китайском"? Это как Profibus нельзя по интерфейсу RS-232?

Любой протокол можно применить почти к любому интерфейсу, только стандарты протоколов часто ограничивают виды интерфейсов. Наверное возникнет вопрос: зачем стандарты ограничивают интерфейсы? Ответ: чем меньше всяких разных интерфейсов, тем проще соединить между собой два устройства от разных производителей. Одним словом - ограничение ради унификации.
Некоторые протоколы могут быть привязаны к определенным скоростям передачи данных. Соответственно, если нестандартный интерфейс работает на других скоростях передачи данных, то могут быть проблемы. В общем: если сказали RS485, то нафиг физику RS232.

Сообщение **rwg** » 18 июн 2015, 22:07

Михайло писал(а):Любой протокол можно применить почти к любому интерфейсу

Я бы сказал "некоторые протоколы к некоторым интерфейсам". Например CAN-протокол по RS485 вряд ли заработает, ему нужен САN-интерфейс. Не каждое устройство с RS232 будет работать по RS485, может не хватить управляющих сигналов, зато у умельцев 1Wire устройства общаются с ПК по RS232. И profibusов, если мне не изменяет память, три разных, несовместимых. Верхнего уровня работает только по Ehernet, среднего - по RS485 и нижнего - по какому то двухпроводному искробезопасному. Но тут мог напутать, знакомился с ним много лет назад.

Сообщение **hell_boy** » 18 июн 2015, 22:39

Timon писал(а):1. Получается может быть такое что по "почте России" нельзя отправить письмо на "китайском"? Это как Profibus нельзя по интерфейсу RS-232?

Если в ящик "почты России" бросить письмо с адресом на "китайском", то оно не дойдет. Можно извернуться, адрес написать на русском, а само письмо - на китайском. Бабушка письмо получит, но прочесть не сможет, если китайского не знает.

Timon писал(а):2. И еще вопрос, на примере подключения ПЛК к HMI что из себя представляет физически и на софте интерфейс и протокол(как их можно увидеть, потрогать)?

Интерфейс - это устройство в ПЛК, устройство в ПК и кабель между ними. Иногда, если интерфейсы не совпадают, между ПК и ПЛК вставляют преобразователь интерфейсов.
Протокол - софт (драйвер) как ПЛК, так и ПК. В ПЛК - сетевая прослойка между программой управления и сторонними устройствами (другими ПЛК, HMI). В ПК - просто драйвер-конвертер из пришедших пакетов во что-нибудь удобоваримое для HMI.

Сообщение **avf1906** » 19 июн 2015, 05:46

есть несколько уровней
1. среда передачи диф. пара, общий, токовая петля, радио
2. интерфейс (RS-232, RS-485, CAN,Ethernet) подразумевает физический параметры сигналов, каким образом передается битовый поток, т.е. логический 0 и 1, например для RS-232 это напряжение относительно общего провода лог. 0 это +3...+15В, лог.1 это -3...-15В, для RS-485 это дифференциальный сигнал, токовая петля - ток и т.д.
3. канальный уровень - это каким образом битовый поток складывается в байты, например NRZ - старт бит, n бит даннных, [четность], стоп биты. Скорость передачи данных и т.д.
4. протокольный уровень - это договоренность о том что означает каждый переданный байт, формы запросов, ответов, и т.д. (ModBus, Profibus, TCP/IP, UDP и т.д.). тут правда тоже может быть несколько уровней вложенности, например ModBus поверх TCP/IP и т.д.
Соответственно протокол может ложиться на любой канальный уровень и интерфейс, например Profibus может быть на RS-485, CAN, Ethernet. ModBus может быть на RS-485, токовой петле, RS-232.

Сообщение **Timon** » 19 июн 2015, 10:15

Спасибо огромное Вам, друзья! Помогли!

Сообщение **chester** » 07 дек 2017, 23:08

Есть еще несколько вопросов:
1) Profinet это протокол для интерфейса Ethernet? Или он может быть на Rs 485 тоже?
2) Для Profinet может использоваться любой ethernet коммутатор?
3) Для чего накладывают протоколы друг на друга, например Modbus на Tcp/ip?
4) В чем преимущество протокола Profibus над Modbus Rtu? Profinet над Tcp/ip?

Сообщение **Ryzhij** » 08 дек 2017, 07:00

1- Да, только на интерфейсе Ethernet.
2- Нет. Из жадности Siemens принял меры к несовместимости.
3- для решения проблем со стыковкой систем передачи данных в неответственных применениях. Но не надо путать Modbus-over-TCP с Modbus-TCP
4a- В скорости обмена и в накладных расходах.
4б- Profinet отвечает требованиям гарантированного времени доставки, а TCP/IP нет. Но есть ещё и Eternet/IP...

1. На RS485 был Профибас. Профинет - это по сути Profibus-over-Ethernet. Но! Это не просто портация, инновационные фирмы не стоят на месте, там появилась куча новых фишек. Такую портацию произвел не только Профибас, есть целый список промышленных протоколов у конкурентов Сименса.

2. Profinet IO поддерживает TCP/UDP-соединения, Profinet-устройства имеют IP-адреса, а значит совместим с маршрутизаторами третьего уровня (роутерами). Пакеты Profinet IO будут проходить через обычную офисную сеть.
Но есть такие штучки как Profinet RT, Profinet iRT (рантаймовый Профинет). Если активируется подобный функционал, то тогда надо ставить специальные Profinet-коммутаторы (может даже достаточно неуправляемых свитчей, но тогда наверное может нарушаться реалтаймовость). Фишка в том, что TCP/IP протокол очень гибкий, но чрезвычайно тормознутый и построение на его основе рантаймовых протоколов невозможно. Нужно "спускаться" на второй уровень модели OSI (канальный уровень) и адресоваться по MAC-адресу. Рантаймовые протоколы, как я понял, строятся на основе MAC-протокола. Здесь могут быть обеспечены минимальные задержки, мгновенный отклик, но пакеты уже не смогут пройти через коммутатор третьего уровня (который оперирует с IP-адресами). Но по-прежнему имеется совместимость с Fast Ethernet (100BASE-X).

3. Преимущества TCP/IP разве не ясны? Возможность передавать данные по звездообразной топологии и даже использовать Интернет для передачи данных.
Я бы порекомендовал Вам оценить свои перспективы на будущее. Если Вы собираетесь создавать сложные системы, то выбирайте контроллер с портом Ethernet на борту. Но, если Вы будете создавать сверхдешёвые простые проекты, то тогда выбирайте ПЛК без интерфейсов или с RS485. Возможно Вам будут нужны и те, и другие.
Ну раз Вы хотите всё сравнить друг с другом, то вот сравнение RS485 и Ethernet: основное отличие состоит в том, что у Ethernet имеется сегментация сети и возможна звёздная топология. Сегментация - это значит, что устройства в одной сети могут общаться параллельно, если они находятся в разных сегментах. В шинной топологии RS485 все устройства "слышат" друг друга и каждое устройство влияет на общий траффик сети.
Недостатком Эзернета является ограничение длины кабелей в 100 м, ну и он как бы подороже, посложнее. Поэтому Ethernet на полевом уровне (уровень датчиков) практически не применяется.

4а. Modbus RTU - это простейший протокол, только для циклического обмена. Profibus имеет возможность ациклического обмена данными - это когда ты программатором загружаешь проект в контроллер, мониторишь состояние ПЛК в Step7 и т.д. Это наверное основное отличие. Modbus не позволит передавать параллельно какие-то служебные данные по этому же каналу, это крайне неудобно в сложных сетях. Ну есть много ещё разных фишек, я что-то затрудняюсь вспомнить что-нибудь ещё.
Даже Сименс понимает, что у Modbus RTU есть своя ниша, только потому что он простой и лёгкий. У него есть поддержка этого протокола.

4б. Насколько я понимаю, Profinet IO - это не только стандарт протокола, но и стандарт "физики". Здесь повышенные требования к кабелям (увеличено сечение жил), разъёмам (электромагнитная совместимость, пылезащита, термостойкость и т.п.). В общем это всё уже было в Industrial Ethernet, но Профинет, кажется, ещё жёстче.
Profinet IO умеет использовать TCP/IP для передачи нереалтаймовых данных, помимо этого он надстраивается над MAC-уровнем. То есть это такая гибкая надстройка над разными протоколами. Надо понимать, что MAC-протокол и TCP/IP-протокол являются лишь основой для построения каких-то конкретных протоколов в том числе пользовательских (доморощенных), они являются просто протоколами-носителями, они не самодостаточны.
Какие есть фишки у Профинета по сравнению с любой доморощенной надстройкой над TCP/IP? Например, есть такая фишка как Media Ring. Чтобы использовать эту функцию, надо взять Profinet-девайс с двумя портами, например, контроллер CPU1215C или модуль управления преобразователя частоты CUxxx-2PN. Построить топологию сети кольцом, т.е. с одного порта кабель ушел и в другой порт вернулся. Получается как бы закольцованная шинная топология. В Ethernet такие кольца запрещены. Но не зря же ставится именно Profinet-девайс! В нём нужно активировать функцию Media Ring. В этом случае второй порт не используется. Но в случае обрыва кабеля, отсутствия коннекта на первом порту (обрыв кольца), устройство пытается выйти на связь через второй порт, где кабель скорее всего остался цел.
Понимаете в чём дело?..

Отправлено спустя 13 минут 37 секунд:
Если размышлять философски, то Profinet IO - это адаптация стандартного офисного Ethernet к реальным условиям в промышленности и к специфическим задачам/проблемам, которые возникают в промышленности. При этом Сименс старается по максимуму сохранить совместимость со стандартами "офисной техники", не всегда удаётся сохранить полную совместимость, но самый обычный проект работает, например, связь двух ПЛК будет успешно осуществляться через офисную сеть, где стоят роутеры и куча других компьютеров. Можно даже с помощью ПЛК напечатать что-нибудь на принтере с портом Ethernet.
Для примера можно привести взрывозащищенный интерфейс Profibus PA. Нужно же было физику обычного RS485 адаптировать к взрывозащищенному оборудованию... Пока у даже у Profinet нет такой адаптации. Возможно и не будет, нету смысла. Так, к слову.

Сообщение **Jackson** » 22 дек 2017, 10:54

Timon писал(а): в чем же отличия между протоколом и интерфейсом?

RS-485 - это физический уровень. Это интерфейс.
ModBUS - это логический уровень. Это Протокол.

Интерфейс - это физика. Клеммы, кабель, вольты, миллиамперы, омы.
Протокол - это логика. Байты, биты, форматы посылок.

Сообщение **Степа** » 02 янв 2018, 08:28

Михайло писал(а): строятся на основе MAC-протокола.

Нет такого протокола.

Михайло писал(а): Фишка в том, что TCP/IP протокол очень гибкий, но чрезвычайно тормознутый и построение на его основе рантаймовых протоколов невозможно.

Михайло писал(а): Здесь могут быть обеспечены минимальные задержки, мгновенный отклик, но пакеты уже не смогут пройти через коммутатор третьего уровня (который оперирует с IP-адресами). Но по-прежнему имеется совместимость с Fast Ethernet (100BASE-X).

Устаревшая лет на двадцать информация плюс выдумки незнаек.
Через обычные коммутаторы не проходят только те протоколы, чьи разработчики специально об этом позаботились. Все остальные прекрасно летают через обычные коммутаторы и прекрасно работают в реалтайме. Не такие понтовые, но...

Михайло писал(а): сравнение RS485 и Ethernet: основное отличие состоит в том, что у Ethernet имеется сегментация сети и возможна звёздная топология

У них у обоих возможна звездная топология и может быть сегментация сети.

Михайло писал(а): Недостатком Эзернета является ограничение длины кабелей в 100 м, ну и он как бы подороже, посложнее. Поэтому Ethernet на полевом уровне (уровень датчиков) практически не применяется.

Не поэтому.
Пакет в Ethernet побольше - время передачи больше. Потому никто Ethernet никто и не опускал на полевой уровень - по пути Siemens никто не пошел, только там нашлись гении запулить на полевой уровень толстый и жирный протокол /намного жирнее Ethernet`овского/.
Плюс шинный Ethernet на коаксиальном кабеле был - это похуже витухи будет.

Михайло писал(а): Modbus RTU - это простейший протокол, только для циклического обмена. Profibus имеет возможность ациклического обмена данными - это когда ты программатором загружаешь проект в контроллер, мониторишь состояние ПЛК в Step7 и т.д. Это наверное основное отличие.

Бред сивой кобылы.
Что один, что другой - диалоговые протоколы "запрос - ответ" /один цикл обмена/. Разве что Modbus - "запрос - ответ", Profibus - "запрос - квитанция - подтверждение - ответ" /два цикла обмена/. При этом запрос и ответ много длинее всяких разумных пределов.

Михайло писал(а): Даже Сименс понимает, что у Modbus RTU есть своя ниша, только потому что он простой и лёгкий. У него есть поддержка этого протокола.

С пользовательского уровня. Т.е. поддержка протокола Modbus отжирает время цикла...

Михайло писал(а): В Ethernet такие кольца запрещены.

Ну как сказать... На бытовом уровне - верно. Но если надо - легко и непринужденно. Свичики надо брать с поддержкой протоколов резервирования. Ничего эксклюзивного...

Михайло писал(а): Profinet IO - это адаптация стандартного офисного Ethernet к реальным условиям в промышленности и к специфическим задачам/проблемам, которые возникают в промышленности

Все проще: Profinet IO - адаптация древнего жирного протокола под современные требования. Чтобы не тратить силы на разработку чего-то приличного.

слепая ненависть к сименсу

Сообщение **Ryzhij** » 02 янв 2018, 10:51

Михайло писал(а): слепая ненависть к сименсу

Не думаю.

Скорее всего, у коллеги была возможность увидеть что-то "по-круглее картошки и по-слаще морковки" от Сименса.

Отправлено спустя 8 минут 40 секунд:

Степа писал(а): Пакет в Ethernet побольше - время передачи больше. Потому никто Ethernet никто и не опускал на полевой уровень - по пути Siemens никто не пошел, только там нашлись гении запулить на полевой уровень толстый и жирный протокол /намного жирнее Ethernet`овского/.
Плюс шинный Ethernet на коаксиальном кабеле был - это похуже витухи будет.

Неправда. Существует очень много применений разновидностей Ethernet-протокола на полевом уровне, особенно в машиностроении.

Степа писал(а): Потому никто Ethernet никто и не опускал на полевой уровень

АДМ-100.2.2 стрелочный манометр с токовым и цифровым (Ethernet) выходами
Назначение
Предназначен для визуального отображения измеряемого избыточного давления жидкостей, паров и газов, а также преобразования значения давления в сигнал постоянного тока 4-20мА, c одновременной выдачей цифрового сигнала, в стандарте 10Base-T (Ethernet), во внешнюю систему сбора информации по протоколу MODBUS.

Степа писал(а): Нет такого протокола.

Гуглить:
Medium Access Control (MAC) protocol

Отправлено спустя 3 минуты 52 секунды:

Ryzhij писал(а): Скорее всего, у коллеги была возможность увидеть что-то "по-круглее картошки и по-слаще морковки" от Сименса.

Beckhoff с его EtherCAT. Только не очень понятно стремление просто ущипнуть что-то или кого-то просто так. Есть продукт, он широко применяется. Кому не нравится, может пройти мимо. Беззвучно.
У EtherCAT есть деление на циклическую и ациклическую передачу данных? В описании ничего не описано.

Сообщение **Ryzhij** » 02 янв 2018, 15:10

Теперь Вам осталось со спецификациями Ethernet/IP (не путать TCP/IP !!!) ознакомиться ;) и с возможностями CIP.

А смысл? Будем юзать "жирный" протокол, не подозревая об этой проблеме.

Сообщение **Степа** » 02 янв 2018, 16:58

Ryzhij писал(а): Существует очень много применений разновидностей Ethernet-протокола на полевом уровне, особенно в машиностроении.

Существует. В единичных случаях. Вон, даже примерчик привели.
Но это не правило. Это так, отдельные выходки отдельных товарищей.
Даже больше скажу - обычный RS-485 с Modbus на мегабите влегкую уделает 100-мбитный Ethernet на полевом уровне: слишком много накладных расходов...

Михайло писал(а): Medium Access Control (MAC)

Это называется слышал звон, да не понял где он.
То, что называется "Ethernet" - провода, сигналы в них - описывается стандартами IEEE 802.3. Часть этого и есть управление доступом к среде.

Михайло писал(а): слепая ненависть к сименсу

Все гораздо проще: есть кой-какие знания и есть кой-какое понимание. И нет религиозного "О!!! Сименс!!!!" /в это время еще неплохо бы на коленки бухнуться и лбом в пол впечататься/.

Михайло писал(а): Будем юзать "жирный" протокол, не подозревая об этой проблеме.

Да кто бы сомневался... Ярлычок есть, от понтовой фирмы. Остальное - дичь.

Сообщение **Ryzhij** » 02 янв 2018, 18:06

Степа писал(а): Существует. В единичных случаях. Вон, даже примерчик привели.
Но это не правило. Это так, отдельные выходки отдельных товарищей.

Коллега, назовите, plz, какое число "выходок" и от какого числа господ и товарищей убедит Вас в реальности существования полевых шин на основе технологии Ethernet?
Или подбно спору с яростным приверженцам теории плоской Земли все мои усилия обратить Вас в веру современных технологий будут тщетны?
Назовите цифру, которая Вас убедит.

Времена меняются. Глядишь, скоро Ethernet будет в каждом датчике. Однако про датчики я загнул, поддержка TCP/IP-стека - это слишком навороченно для процессора недорого датчика, ну и разъёмчик RJ14 слишком неподходящий. Это единственные причины того, что RS485/Modbus RTU останутся основным интерфейсом для полевых устройств в ближайший десяток лет. Но простота обслуживания устройств с сигналами 4-20 мА ещё долго будет удерживать нас от перехода на цифровые устройства.
Однако Сименс никогда не пихал Ethernet в поле! ПЛК находится на стыке с верхним уровнем, у него должен быть быстрый удобный интерфейс. Для связи с полем у него другие интерфейсы.

Сообщение **Степа** » 02 янв 2018, 19:54

Ryzhij писал(а): Коллега, назовите, plz, какое число "выходок" и от какого числа господ и товарищей убедит Вас в реальности существования полевых шин на основе технологии Ethernet?

Реально существуют полевые шины на основе Ethernet. И я их даже видел... Но это так...
Ethernet не любит коротенькие пакетики - накладных расходов слишком много получается. На полевом же уровне объемы информации обычно небольшие /вот упомянутый тут манометр АДМ-100.2.2 - постоянно нужно состояние одного или двух 16-битных регистров: 0-го - текущее давление или 0-го - текущее давление - и 2-го - состояние - для этого лучше читать группой три регистра, регистр 1 просто отбрасывать; остальные регистры - версия, адрес, маска - не то, чтобы постоянно нужны для работы/.
Чтобы от Ethernet была польза - пакеты длинными должны быть. Т.е. либо какие-то концентраторы датчиков должны быть /например, что-то типа серии ADAM-6000; оптимальнее - ПЛК, решающий локальную задачу: чтобы с ним были или относительно редкие обмены или длинными пакетами/ либо датчики с большим информационным потоком /что-то навроде видеонаблюдения/.

Михайло писал(а): разъёмчик RJ14 слишком неподходящий

Нет таких разъемчиков. М12 или 8P8C /этот еще именуют RJ45/. И оба - вполне себе нормальны: ни тот ни другой сами по себе не вывалятся.

Сообщение **VADR** » 02 янв 2018, 22:41

Степа писал(а): оптимальнее

Я уже писал как-то: у нас один из преподов за "оптимальнее", "более оптимальный", "самый оптимальный" выгонял с зачёта. Оптимальный вариант - всего один, и он наилучший из практически возможных. Это я тоже решил позанудствовать, а то протокол - не протокол, интерфейс - не интерфейс, RJ14 не существует... (к слову - как раз таки существует, и он суть 6P4C).

Степа писал(а): Т.е. либо какие-то концентраторы датчиков должны быть /например, что-то типа серии ADAM-6000; [censored] - ПЛК, решающий локальную задачу: чтобы с ним были или относительно редкие обмены или длинными пакетами/ либо датчики с большим информационным потоком /что-то навроде видеонаблюдения/.

Есть такие конентраторы! ET200 называются :). Вариантов причём куча: ET200S, SP, M, MP, Pro...

Сообщение **petr2off** » 03 янв 2018, 00:46

Концентратор вообще типовое решение, у того же IPC DAS они даже в 3-х реинкарнациях существуют: для Ethernet, USB и RS485.

Форум АСУТП