工业网络通信协议现状

　　在工业通信现场，每个品牌 PLC 厂家制造的 PLC 都支持一种或多种工业通信协议，如 PROFINET、PROFIBUS、EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link、CClink IE、DeviceNet、CANopen 等。工业现场的设备与 PLC 交互数据，需要遵循各品牌 PLC 的通信协议标准，工业现场的一些设备由于应用较为简单，数据量较小，仍然只采了用如 RS485/RS232/CAN 等基本的串行协议，传统的自动化现场如下所示，多种网络并存：

　　工业通信协议经过几十年的发展，涌现出了很多类型的协议，每种通信协议由不同的 PLC 厂家所支持，从 HMS 2025 年工业通信协议市场份额报告中，可以看出通信协议仍然是百花齐放的状况。

　　随着工业现场的通信网络智能化发展需要，新生产场地项目的网络总体规划布局更加系统，在高端的制造业如半导体、锂电、汽车等行业，常要求现场通信网络整体的规划需求满足简单统一的要求，尽量减少工业通信协议网络类型的种类，控制系统的子设备则被要求尽可能的支持与 PLC 统一的通信协议接口，尽可能一网到底，设备为了能够和不同品牌厂家的 PLC 通信，那么设备本身就需要同步支持各类工业通信协议。

　　设备如何支持工业网络通信？

　　那么对于不支持网络工业通信协议的设备如何集成到 PLC 控制系统中，在以往的应用案例中，设备（比如仅支持串口通信的设备）与 PLC 通信，较多情况下采用工业通信协议转换网关的方案去满足，网关方案存在的几方面问题如下:

　　•第一成本高，网关是被在工业通信协议实现基础上进一步开发的产品，有较高的产品附加值，因此有相对较高的价格。

　　•第二灵活度低，网关作为通用品，与产品的适配性不高，现场常需要进一步的 PLC 编程才能完整的实现产品自定义的通信协议时序与功能要求。

　　因此总的来说，对于周期较短的项目中、成本不敏感的设备，出货量小的设备协议转换需求，网关仍然是一个非常好的通信集成方案，而无需做任何产品开发工作。

　　但是从如果设备出货量较大，且同时需要交互的数据量较大，通信功能较为灵活，而产品所应用的行业要求支持工业通信协议，那么网关方案不管是从成本上还是灵活度上都存在明显的欠缺。

　　此时设备对于工业通信协议接口的集成就是非常必要的了，现有的解决方案中，有一种比较简单的方式，设备开发人员可以在现有产品的基础上，做一些改动，通过在产品内嵌体积较小的工业通信模块实现“内嵌的定制网关”，帮助产品快速实现各类标准的工业通信协议。

　　多协议设备工业通信开发解决方案？

　　那么对设备开发人员来说，如果本公司的设备需要支持多种工业通信协议有什么好的方案？

　　自己开发显然是不太现实的，协议的种类多样，需要面临协议栈细节的研究、通信稳定性、一致性认证等一系列问题，比较好的方式是采用成熟的商用方案。

　　通信协议开发流程

　　应对现场工业通信网络多协议需要，开发人员应该规避对通信协议本身的研究，实现针对产品升级所需的“定制网关”，可以采用专用的多协议从站模块可以解决工业通信协议的实现问题，以 HMS 公司 Anybus 品牌旗下的 CompactCom M40 为例，该系列模块仅需一次开发就可以同时实现设备对多种工业通信协议的支持，对于体积要求较高的可以采用其板卡形式。

　　模块的集成也十分简单，模块提供 UART/SPI 口（任选其一），接入设备的主控制器 CPU/MCU，主控制器通过 SPI/UART 接口的与模块交换数据，开发者不需要关心工业通信协议本身如何实现，因此最快一到两天就可以实现方案验证。

　　如果产品控制器的内部空间有限，受限于体积限制，还可以选择插针或贴片形式的 B40 板卡。

　　B40&B40mini

　　笔者从正点原子旗舰店购买了 stm32f407 开发板为实验平台，由于单片机的开发板为了方便用户学习，集成了很多功能接口比如以太网、ADC、红外收发，无线收发，RS232/RS485/CAN 等设备接口，此处将单片机开发板模拟为一个工业设备的控制器，将开发板与厂家提供的 M40 适配板通过飞线的形式连接二者 SPI 接口。

　　如果通过开发板设计模拟一款支持各种工业通信协议的电机控制器，通过 M40 实现工业通信协议需要几步？

　　第一步

　　首先打开 Anybus CompactCom M40 模块的示例 stm32f407 平台驱动程序工程，这个工程中主要实现了 stm32f407 与 M40 模块间的 SPI 收发函数与 M40 模块 RESET 引脚的 IO 控制，随后上电将模块驱动起来。

　　第二步

　　在 STM32F407 的驱动程序中定义与电机控制数据与状态反馈数据的 C 语言变量，随后 C 语言变量的指针填入 M40 驱动程序中定义好的数组结构体 const AD_AdiEntryType APPL_asAdiEntryList[]中。到这里工业通信协议的数据适配工作基本完成，随后开发者只需要将精力放在电机本身的控制业务上。

　　第三步

　　按照标准流程通过 M40 配套的免费设备描述文件自动生成工具（GSD,EDS,ESI 等）生成 PLC 组态所需的电机设备描述文件。配置 PLC 与模块的通信（这一步是标准流程，具体细节可在 PLC 使用说明书中找到）。

　　第四步

　　总的来说通过 Anybus CompactCom 40 升级工业通信协议所需要的工作量并不大，开发者也并不需要做太多的的软硬件开发适配工作，开发者所作的工作就像是借助一台自动搭桥机，去搭一座其自研设备与 PLC 直接通信的桥梁，一座桥搭成，就可以成为各类通信协议通行的快车道，从而实现产品的快速升级，以最快的速度适应市场需求的变化，显然的，开发者在这场产品升级的需求中，不需要任何的工业通信协议基础，也无需付出太多的时间与精力。