常用数据接口协议的定义和作用

数据接口协议的定义和作用，数据接口协议是指在工控系统中，不同设备或系统之间进行数据交换时所遵循的规则和标准。它的作用是规定了数据的格式、传输速率、传输方式、传输距离等，以确保数据在不同的设备或系统之间能够正确、高效、可靠地传输和交换。

数据接口协议的种类很多，例如：RS-232、RS-485、以太网、Modbus、Profibus 等。不同的协议适用于不同的应用场景，例如：RS-232 适用于点对点通信，以太网适用于大规模网络通信，Modbus 适用于工业自动化领域等。

常见的数据接口协议

1. RS-232

RS-232 是一种串行通信协议，常用于计算机和外部设备之间的通信，如打印机、扫描仪等。它支持数据传输速率为 9600bps、19200bps、38400bps 等。RS-232 传输距离较短，通常为 15 米左右。

2. RS-485

RS-485 是一种串行通信协议，与 RS-232 类似，但它支持多点通信，即多个设备可以连接在同一条总线上进行通信。RS-485 传输距离较长，可以达到 1200 米左右，且支持高速数据传输，如 10Mbps。

I/O接口是一电子电路(以IC芯片或接口板形式出现),其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成。它是CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单;而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。

I/O接口基本功能

(1)进行端口地址译码设备选择。

(2)向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码。

(3)进行定时和相应时序控制。

(4)对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时”或数据处理速度上的差异。

(5)提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。

(6)还可以中断方式实现CPU与外设之间信息的交换。

控制方式

(1)程序查询方式

这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。

(2)中断处理方式

在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个I/O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器(I/O接口芯片)管理I/O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。

此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。

(3)DMA(直接存储器存取)传送方式

DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高CPU的工作效率。在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。工业控制网络，工业控制网络一般为局域网，作用范围一般在几km之内。将分布在生产装置周围的测控设备连接为功能各异的自动化系统。控制网络遍布在工厂的生产车间、装配流水线、温室、粮库、堤坝、隧道、各种交通管系统、建筑、军工、消防、环境检测、楼宇家居等处。

工业控制网络的节点，工业控制网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量设备。它们可能具有嵌入式CPU，但功能比较单一，其计算能力也许远不及普通PC，也没有键盘、显示等人机交互接口。有的甚至不带CPU、单片机，只带有简单的通信接口，例如限位开关、感应开关等各类开关，光电、温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器，各种数据采集装置等等。

控制网络的任务与工作环境，工业控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械振动，面临严寒酷暑的野外工作环境，要去控制网络能适应这种恶劣的工作环境。另外，自控设备千差万别，实现控制网络的互联与互操作往往十分困难。控制网络必须满足对控制的实时性要求。实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事项规定的先后顺序完成 [1] 。

Profibus协议具有抗干扰性强、数据通信速度快的特点。

Ethernet/IP协议：由ODVA开发，使用CIP(Common Industrial Protocol)作为应用层协议。它是一种基于以太网的工业协议，支持高速数据传输和实时控制。Ethernet/IP协议常用于各种工业控制应用，如自动化控制、工厂自动化和电力工厂自动化。

CAN协议(Controller Area Network)：这是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。它广泛应用于汽车和工业控制领域，以其高度的可靠性和灵活性著称。CAN协议提供了组网、通讯和数据传输的基础规则和数据交换标准。

DeviceNet协议：基于CAN总线技术，由Rockwell Automation开发。它支持多点通讯，网络配置灵活，适用于工业自动化、设备控制、数据采集等多种应用场景。

BACnet协议：用于智能建筑的通信协议，由ASHRAE定义。它针对智能建筑及控制系统的应用所设计，可用在暖通空调系统(HVAC)以及照明控制、门禁系统、火警侦测系统等。

HART协议(Highway Addressable Remote Transducer Protocol)：一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的开放通信协议。它支持模拟信号和数字信号的混合传输，广泛应用于过程控制领域。

OPC协议(OLE for Process Control)：一种用于工业自动化领域的通信协议，基于微软的OLE技术。它实现不同厂商的设备之间的数据交换和通信，提供了一种标准化的接口。

Profinet协议：这是一种基于工业以太网的自动化总线协议。它用于高速数据传输和设备间通信，在工业自动化领域具有广泛应用。

EtherCAT协议：一种高速、实时的工业以太网通信协议。它适用于需要高精度同步的应用场景，如运动控制等。

DNP3协议(Distributed Network Protocol)：应用于自动化组件之间的通讯协议。它常见于电力、水处理等行业，支持多点通信和冗余配置。