【数据采集】浅析通信协议在数据采集系统上的应用

关键词：数据采集系统

随着计算机、微型机及信息技术的高速发展，数据采集及过程控制技术变得越来越重要。为了把需要处理的信息输入给计算机，把计算机处理的结果输出到所需的场所，就需要一系列输入、输出设备（计算机外围设备）来完成信息的调理、采样、A/D、D/A转换、打印、显示等工作。这些处理信息的输入输出设备与计算机一起就构成了数据采集系统DAS。

数据采集系统DAS经历了一个逐渐优化的发展历程，特别是伴随着通讯协议的发展，企业生产现场的数据采集有了可靠的网络基础

施耐德电气公司的Modicon产品早在1978年就推出了世界第一个生产现场控制（PLC）和主机的通信协议Modbus，该协议以简洁、开放、可靠而逐渐成为事实上的工业标准。1989年推出的世界上第一个对等的工业控制网络Modbus Plus，实现了数据的高速、实时、对等的传输。为提高可靠性，随后又推出具有冗余功能的Modbus Plus，它大大提高了系统数据传输的可靠性。

20世纪70年代自以太网诞生以来，工业控制总线有了长足的进步，通信速率由10M提高到100M、1000M甚至10G。以太网的标准统一开放，技术成熟，有众多的厂家支持，使得以太网产品价格相对低廉，而且不同厂家之间的产品可以轻松互连。以太网与Internet的连接也相当容易，因此，目前也正处于快速发展的时期。鉴于以太网具有成熟的技术、低廉的成本、丰富的开发工具与技术支持，以及和Internet网的无缝连接等优点，有人提议将以太网技术不仅应用在信息层中，而且将其推广到工业控制层和设备层，以实现管控测一体化网络。

随着互联网技术和IT技术的飞速发展，为适应未来技术发展的趋势，保障用户的投资，施耐德电气公司第一个推出了工业控制领域的开放的TCP/IP以太网Modbus TCP/IP，该技术采用IT行业广泛应用的技术TCP/IP，底层协议采用开放的Modbus，第一次真正地将工业数据采集与控制网络和IT网络融合为一体，使用户彻底摆脱了各种行业的工业数据采集与控制网络的束缚和限制，进入了工业控制领域的新境界。基于TCP/IP协议，可以把数据采集与工控方案变得“透明”，使生产过程的数据采集与工厂的各种控制设备和计算机设备间实现透明传输数据。同时使用户真正可以享受最新IT技术带来的各种好处，使企业的生产系统、ERP系统、MES系统透明实现了无缝的连接，也为制造业用户未来的电子商务应用提供了生产控制系统的基础。

以太网在企业的管理层应用较多，但是，在底层的设备控制层以太网的应用刚刚起步。究其原因，在于以太网协议中的CSMA/CD机制。这一机制使得以太网本质上不是实时的。而且，由于冲突的存在使得以太网具有不确定性，甚至由于频繁的碰撞，导致最终某些节点抛弃当前的数据帧，使可靠性下降。

然而随着技术的发展，以太网标准在过去五年中，特别是在确定性、速度和优先法则方面有了很大提高，以太网越来越能够满足工业应用的需要，现场总线的通信功能完全可由以太网较好地完成。最近几年，交换式以太网技术的出现大大地提高了以太网的确定性。利用交换技术，可以将一个较大的网络分隔成为各个相对独立的冲突域，冲突只能在一个相对较小的区域内发生，这样大大地减小了冲突发生的概率，从而提高了网络的确定性和实时性。在与传统现场总线的对比测试中，以太网显示出了明显的优势，使其能够胜任数据采集和控制对实时性、可靠性、抗干扰性的严格要求。以太网已被证明是未来数据采集和控制网络的最佳解决方案，其应用于现场设备控制层是控制网络发展的趋势，并将极大地促进信息从传感器到管理层的集成。

数据采集系统最关键的硬件就是计算机，要想使用计算机实现数据采集与传输必须依托于网络通讯协议，以太网成为当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。

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