一、专业名词
主站 从站
主站从站对比.png
RS485
RS-485 是一种串行通信标准，属于差分信号传输技术，专为工业环境设计，具有以下核心特性：
- 差分传输：使用两根信号线（A/B线）传输反向信号，通过电压差表示数据（抗干扰强）。
- 多点通信：支持单总线上挂接多个设备（最多32个标准节点，通过中继器可扩展至256个）。
- 半双工：同一时间只能发送或接收（需方向控制，如通过RTS引脚切换）。
MODBUS
MODBUS 是一种串行通信协议，由Modicon公司（现施耐德电气）于1979年推出，用于工业电子设备间的数据交互（如PLC、传感器、HMI）。其核心特点是：
- 开放免费：无版权限制，成为工业领域最通用的协议。
- 主从架构：1个主站（Master）控制多个从站（Slave）。
-
简单高效：协议帧紧凑，适合低速网络（如RS485）。
协议版本对比
MODBUS协议版本对比.png
MODBUA-RTU
- 物理层：RS485（差分信号，抗干扰强）
- 数据格式：二进制帧（紧凑高效）
C#示例（使用NModbus库）：
// 主站读取保持寄存器
var port = new SerialPort("COM1", 9600, Parity.Even, 8, StopBits.One);
port.Open();
var factory = new ModbusFactory();
var master = factory.CreateRtuMaster(port);
ushort[] registers = master.ReadHoldingRegisters(1, 0, 10); // 从站地址=1
MODBUA-TCP
- 物理层：以太网（TCP/IP）
- 数据格式：在RTU帧基础上添加MBAP头
C#示例：
var factory = new ModbusFactory();
var master = factory.CreateMaster(new TcpClient("192.168.1.100", 502));
bool[] coils = master.ReadCoils(0, 0, 5); // 读取线圈
MODBUS-ASCII
- 数据格式：每个字节转为ASCII字符（可读性强，效率低）
- 特点：帧以冒号:开始，换行符结束，适合调试。
Probus-DP(从站)
- 协议类型：PROFIBUS的子集，专注于高速设备级通信
- 从站实现：
- 通常由专用芯片（如SPC3）处理协议栈
- C#可通过厂商库（如Siemens.NET Library）间接交互
-
与MODBUS对比：
image.png
Profinet
- 基本定义
PROFINET 是基于工业以太网的开放式标准（IEC 61158），由PI国际组织（PROFIBUS & PROFINET International）维护，专为工业自动化设计。其核心定位是：
- 实时通信：支持微秒级同步，满足运动控制需求。
- IT融合：兼容标准TCP/IP协议栈，可与企业网无缝集成。
- 设备互操作性：全球超过5000万设备支持（如西门子、倍福、ABB）。
-
PROFINET vs PROFIBUS
image.png -
三大通信类型
image.png - 核心技术特性
- 设备替换无需编程（Plug-and-Play）：
通过GSDML文件描述设备功能，工程师导入后自动识别。 - 网络冗余：
支持MRP（介质冗余协议），环网断线自愈时间<200ms。 - 带宽保障：
动态划分标准流量和实时流量通道，避免数据冲突。
Profinet-S7
- 本质：基于工业以太网的PROFINET协议，兼容西门子S7系列PLC
C#开发：
// 使用S7.Net库读取DB块
var plc = new Plc(CpuType.S71500, "192.168.0.1", 0, 1);
plc.Open();
var value = (ushort)plc.Read("DB1.DBW10"); // 读取DB1的第10个字
ASCII-BCD ASCII-hex
(1) ASCII-BCD
场景：某些仪表用ASCII字符表示BCD码（如"1234"表示十进制1234）
C#转换：
string asciiBcd = "31323334"; // ASCII "1234"
byte[] bytes = Enumerable.Range(0, asciiBcd.Length/2)
.Select(i => Convert.ToByte(asciiBcd.Substring(i*2, 2), 16))
.ToArray();
(2) ASCII-HEX
场景：直接传输十六进制值的ASCII形式（如"A2"表示0xA2）
C#转换：
string asciiHex = "A2";
byte value = Convert.ToByte(asciiHex, 16); // 输出0xA2
二、控制器
PLC
PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是工业自动化领域的核心控制设备，用于替代传统继电器逻辑控制，实现自动化生产线的逻辑控制、运动控制、数据采集等功能。
- 特点
高可靠性、实时性强 - 劣势
复杂算法支持弱
MCU(单片机)
- 特点：
低成本、低功耗，适合 嵌入式控制（如STM32、Arduino）。
通常需裸机编程或RTOS（如FreeRTOS）。 - 适用场景：
✅ 简单逻辑控制（如家电、小型设备）
✅ 对成本敏感的大批量生产（如传感器节点） - 局限：
❌ 复杂通信协议支持有限（需外挂模块）。
工业PC（IPC）
- 特点：
基于 x86/ARM架构，运行 Windows/Linux/RTOS，支持高级算法（如AI、机器视觉）。
开放式架构，可灵活扩展软件（如C#/Python开发）。 - 适用场景：
✅ 复杂数据处理（如质量检测、预测性维护）
✅ 需要 HMI+控制一体化 的系统（如智能仓储管理）
✅ 边缘计算（实时分析传感器数据） - 代表产品：西门子SIMATIC IPC、研华工控机。
三、软件
Wireshark软件
- 基本定义
Wireshark 是一款开源的网络协议分析工具，能够捕获并解析通过网卡的所有网络流量（包括工业协议），以可视化的方式展示数据包的底层细节。
核心用途：诊断通信故障、分析协议交互、逆向工程、安全审计。 -
核心功能与工业场景
image.png - 工业协议支持示例
-
MODBUS-TCP：解析功能码（Read Coils=0x01）、事务标识符
https://www.wireshark.org/docs/wsug_html_chunked/wsug_graphics/modbus.png - PROFINET：分析实时通道（RT）和同步报文
- OPC UA：解密安全通道（需配置证书）
- 基础使用步骤（以MODBUS-TCP为例）
- 选择网卡：启动Wireshark，选择工业设备连接的以太网接口（如Ethernet0）。
- 开始抓包：点击“Start”捕获数据流。
- 过滤报文：输入过滤条件（如 modbus && ip.addr == 192.168.1.100）。
- 分析报文：点击任意包，查看分层解析：
- Frame：物理层时间戳
- Ethernet：MAC地址
- IP/TCP：源/目标端口
- MODBUS：功能码、寄存器地址、数据值
TAS-LAN-751(电脑上Tool-V5.2.8+D20241129.exe)
是杭州塔石物联网（Tastek）公司研发的串口服务器/网关硬件的软件，其功能包括：
- 虚拟串口映射：将网络端口（TCP/IP）转换为虚拟COM口，供上位机软件调用1。
- 设备管理：配置串口参数（波特率、数据位等）及网络连接（IP/端口）。
- 数据监控：实时显示RS485/RS232设备的通信数据。
四、硬件
USB转RS485转换器（带隔离)
- USB转RS485转换器
- 功能: 这是一种协议转换设备，能将计算机的USB接口转换为工业领域常用的RS485串行通信接口。
- 用途: RS485是一种抗干扰能力强、支持长距离通信（可达1200米）的差分信号标准，常用于工业自动化、PLC、传感器、仪表等设备。通过这种转换器，现代计算机（通常只有USB接口）可以与传统RS485设备通信。
- 带隔离（Is olated）
- 电气隔离:指转换器的USB端和RS485端之间通过光耦或磁耦器件实现了电气隔离（如隔离电压可达2500V或更高)。
- 作用
- 抗干扰：避免RS485总线上的高压浪涌、地线环路噪声干扰USB端或计算机。
- 保护设备：防止因RS485侧电压异常（如雷击、短路）损坏计算机的USB端口。
- 消除地电位差：工业环境中不同设备的地线可能存在电压差，隔离可避免因此导致的通信故障。
