【转载】聊聊国内外(工业)物联网协议(及总线协议等)如何影响行业

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从工业4.0开始,发展到现在,物联网,特别是工业物联网,都发展到什么程度了呢,以及国内外情部分都如何。

今天我们来从通信协议的角度,聊聊协议是如何影响或者甚至决定行业的发展或者是局限性吧。

万能的Modbus

从Modbus发明到现在,国内几乎一半的控制器都直接间接使用modbus协议。

其中一个原因,就是简单。

当然还有一个更大的原因,就是支持总线,也就是485总线。

方便一个总线挂N台设备,这样一个采集设备,比如HMI,工控机电脑,可以同时采集多台设备,毕竟上位机硬件资源有效,能通过一个485线就同时采集N台设备,是非常有用的。


这里面有一个先有鸡还是先有蛋的问题了。

(图片来源于网上)

是因为大家的设备都做成了modbus协议,好让HMI支持总线数据采集。

还是因为HMI,上位机需要总线(modbus)采集,才不得不把控制器做成modbus协议。


看似这一个鸡和蛋的问题,却是国外内协议行业非常大的区别。当然这也是很多工控人没有考虑过的。

那么与此同时,像国外的情况呢。

首先,国外搞工控的,数量必然不会像国内这么多。(指单个国家内)

要知道国内大大小小的作坊,团队,创业公司等,都在直接间接搞工控,物联网,数都数不过来。

其次,国外那些不大的公司,自然也不会把产品卖到国内来,自然也不会被我们得知。(相对比较少,怕被杠精怼,加个备注)

在国内呢,想要了解国内物联网,特别是工业物联网发展情况,走一圈工博会就知道了。

国外亦是如此。

笔者在19年的时候,有机会去德国参观工博会。19年的时候,距离工业4.0的提出,已经好多年过去了。

也就是这么多年过去了。工业物联网的发展,除了不同公司的经营,市场,决策,管理等原因,还有一个角度是大家不曾分析或者容易忽略的,那就是通信协议了。

试问,如果在深圳华强北突然有一家小创业公司,写了几个控制器,用modbus协议的。如果只靠modbus协议,他又该如何打进国外市场。

如果是做数据采集,如果只能采集modbus协议的,那这个公司的研发估计做完modbus协议后,就可以退休了,剩下的交给公司的PPT就够了。

我们其实也可以按德系,日系,美系来分类。

因为总线控制类,基本也是这几系左右着。

到这里,可能会有人问了。modbus 485总线不好吗?


如果非要我编出一个缺点,那我觉得对比来说,那就是慢。

因此就决定了485总线不能适应于大数据交互的,速度通信快的场合和行业。特别是对实时性要求比较高的场合。

那我们可以看一下485总线,常见的还有哪些协议嘛。

BACnet

这个就是美系的了。那这协议也主要是在楼宇控制使用为主。毕竟全称就是BuildingAutomation andControlnetworks。

如果你不是想做这个行业的客户,你说你的控制器做成BACnet又何必呢,是吧。

但是,如果你想做这个行业的客户,那么这个协议,就必须要有了。

西门子MPI协议

这个就是德系了。

我们直接摘抄:

MPI通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时,可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI通信可使用PLCS7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡,如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。MPI网络的通信速率为19.2Kbps~12Mbps,最多可以连接32个节点,最大通讯距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。

解释来源于《西门子工业网络通信指南》(上册)崔坚主编


以上这段直接摘抄百度百科。

MPI可以说是485总线里速度最快的了。专业人员解释其还是通信速率要求不高,通信数据量不大。

而且,这几年,笔者也很少见到突然某家公司宣布使用什么485总线协议。一个是市场问题,即便一家公司推出了这个协议,那只能自己使用,那也发展不起来。所以公开使用多的485总线协议也没多少种。

其它的就是和具体PLC协议挂钩的。

接下来就是CAN协议。

CAN可以说一开始是德系的。后来也成了国际标准。主要是汽车控制器系统通信为主,在这里不占篇幅。后面找机会再单独写一篇关于CAN的文章。

刚才说的485慢了。是相对谁慢呢。

那就是相对以太网了。

这时候,也有朋友说了,modbus tcp,那就是以太网协议呀。这不是打脸了么。

(图片来源于网上)

刚才说到其中一个原因是慢,那还有主要原因,是简单。是因为过于简单,在这么快速的以太网通信,走这么简单的协议,一个是浪费了速度。一个是简单的不足以支撑复杂的通信数据交互等。

由于工业物联网以太网协议太多了,我们主要就聊些典型的,有行业特征相关的。毕竟常见的以太网控制器呢,基本都是特定的协议,不具备行业特征性。比如三菱PLC,可以归结为三菱以太网协议。西门子以太网PLC,走的也是西门子以太网协议。

EtherNet/IP


说到这个协议,大家最先想到的就是罗克韦尔,也就是AB,其总部位于美国。

这个大概归结为美系协议吧。

当国内还一直停留在modbus的协议,殊不知,现在支持EtherNet/IP的控制器或者厂家,已经有好几千。可能我们熟知只不过有AB,ABB,欧姆龙等。甚至很多人连这个等字不能算进去。

在这也不介绍这个协议的什么原理呀,机制呀。简单说,modbus tcp是青铜,那EtherNet/IP就是王者了。

包括像一些机器人控制通信,是需要很高的实时性以太网通信。以及在很多的智能工厂,生产等。

如果说一个工厂里,用的还是几十前年的modbus协议,这个厂还好意思说是智能工厂吗?且不说口号叫得多好,实际效率就和那些专门走总线协议的差好远。

笔者在德国参加工博会的时候,也留意到在德系这一块。总线这一块主要还是在EtherCat,OPCUA等。MQTT算少的了。

EtherCat

这个是德系的。

怎么说呢,就是德国这帮工程师呢,觉得以太网不够快,还想再快,能不能再快。于是就设计出了EtherCat总线。

由于要比普通的以太网快,那就是不能只是靠软件来解决,还得增加硬件。可以理解为EtherCat是软硬件协议吧。


不过,EtherCat主站,其实也可以用软件来模拟硬件部分,靠纯软件实现。但是从站,也就是控制器就不能使用纯软件模拟了,因为既然号称是EtherCat设备,就必须有这个性能。只是作为上位机HMI数据采集,倒是可以软件模拟,毕竟速度要求相对慢一些也可以。

OPCUA

又回到了OPCUA这个话题了。

似乎国内关于OPCUA的发展貌似挺窄的,不知道是其协议的难度性,还是其技术的限制性。当然近几年也陆续看到有协议网关在支持这个。

当然,国内往往也是先看带头大哥做什么,然后大家也跟着做什么。

那我们先在阿里云和腾讯云上面看看关于OPCUA。

这是在阿里云上搜索的结果,其中这个接入实践我也看了,这篇文章更新时间是2020年4月8号。

可以看出,阿里云也开始支持OPCUA接入网关了,也就是阿里云往OPCUA支持的一小步,也是国内工业物联网支持OPCUA的一大步呀。笔者后面也会研究FBox和阿里云OPCUA的对接,敬请关注和期待。

这是在腾讯云上面搜索的结果,在产品和方案上,暂时未找到和OPCUA相关的内容。

以上只是直接搜索结果,不发表过多言论和意见。


要想很好的了解OPCUA在工业物联网的行业特点及重要程度,并不是靠说说就可以的。重要的还是经历和感受吧。

MQTT

这里也顺便聊聊MQTT吧。

当时在德国工博会上,给我的感觉,MQTT在国外发展的其实并没有那么火。这个不是说国外不使用MQTT。而是他们的应用模式和我们国内行情不太一样。

国内MQTT的基本行情,给我的感受就是做MQTT数据平台的是一家,而提供MQTT数据的是另一家。

比如阿里云,腾讯云等提供MQTT数据平台对接,然后提供数据的物联网网关就很多。

很少看到有做MQTT数据网关的厂家自己也做MQTT数据平台吧。

而到了国外,似乎这种玩法就比较少了。

往大了说,其实就是一个生态。毕竟国外的行业里,做这种数据采集网关的比较少。他们只需要做好大型协议,比如 OPCUA ,EtherNet/IP协议就够了。

而在国内了,像行业协议,比如有电力行业协议,环保协议。因为涉及到一些电力改造行业,农村污水处理等。

那国外更多是关注在真的智能工厂,控制,机器人,视觉等行业应用上,也就是真正的自动化行业。

其实还有一种情况,就是国外很少有企业是把数据放到第三方平台的,他们宁可自己接数据。而国内有时候更多先讲究一个快字。通过使用工业网关,然后在阿里或者腾讯开个账户,不需要多大的开发,就把数据打通了。

像注塑机行业,通信协议就用到OPCUA,而且基于OPCUA上,还定义了一套协议标准EUROMAP标准,比如EUROMAP 77。

那如果要做这行业的市场,那就必须得支持这些协议。

这些通信协议就是内容,如果没有内容,空谈PPT,这是远远不够的。

毕竟搞工业物联网,不像搞资本运作,偶尔还能空手套白狼啥的。

回到modbus

同样的,国内的不管是控制器,还是数据采集,想要和国外对接的,最经济的形式还是modbus了。特别是对于一些初创公司,或者从其它行业领域,切入到工业物联网的,modbus协议也是一个很好的切入点。

毕竟在国内这样一个大环境下,连modbus都没搞过,直接去搞opcua,ethernet/ip来走国际市场,估计要投入非常大的代价吧。

未来modbus协议不会淘汰。

但在物联网,工业物联网,未来哪些公司能继续做大,甚至走向国际。从通信协议的角度也可以多多少少说明一些问题。

公司大的,牛逼的公司,支持的通信协议也会越多,会有技术含量。

或者反过来说,能支持更多能复杂的协议的公司,自然也会能发展壮大。

这就是看先有鸡还是先有蛋的了。

毕竟通信协议是载体,没有载体,是很难在物联网中立足的。

数据为本,没有了数据,何来上层。

就算描述的再好的蓝图,框架,缺乏数据为载体依托,再大的图,再大的饼,总会有崩塌的一天。

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由于篇幅有限,暂时只聊到这些。如果对物联网,工业物联网有兴趣的,下次我们继续聊。


笔者是从事多年物联网研发工作,对物联网及工业物联网更多是以技术科普为切入点。

现主要以技术顾问为主,与客户直接间接交流技术,行业等问题,于内部也做一些物联网技术方向的调研和交流。也算是名副其实的顾问角色吧。


未来的文章,主要分为几类:

案例分享类:

比如如何使用HMI连接倍福标签通信。如何使用KerServer通过OPCUA连接FBox(HMI)进行数据采集等。


技术分享类:

比如如何使用HMI写一个消灭星星游戏。如果使用FS的HMI写一个数字华容道游戏等。


经验交流类:

比如如何使用示波器查看诊断485通信问题。关于485通信问题的诊断经验等。


技术科普类:

比如讲解什么是OPCUA呀,Ethernet/IP等呀。以及物联网各种协议和概念,网络通信等。都可以科普。


在和一些客户,技术等交流,他们给我提建议说,虽然有一些知识在我看来是很简单的,一两句话的事,但是对他们来说,是很有用的知识点,其实都可以写成文章分享出来。


于是笔者弃更的这段时间里,也思考了很多接下来要写什么样的文章出来分享。当然,你们的支持才是我继续写作更大的动力。

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