數(shù)據(jù)接口協(xié)議的定義和作用，數(shù)據(jù)接口協(xié)議是指在工控系統(tǒng)中，不同設(shè)備或系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換時所遵循的規(guī)則和標準。它的作用是規(guī)定了數(shù)據(jù)的格式、傳輸速率、傳輸方式、傳輸距離等，以確保數(shù)據(jù)在不同的設(shè)備或系統(tǒng)之間能夠正確、高效、可靠地傳輸和交換。

數(shù)據(jù)接口協(xié)議的種類很多，例如：RS-232、RS-485、以太網(wǎng)、Modbus、Profibus 等。不同的協(xié)議適用于不同的應(yīng)用場景，例如：RS-232 適用于點對點通信，以太網(wǎng)適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信，Modbus 適用于工業(yè)自動化領(lǐng)域等。

常見的數(shù)據(jù)接口協(xié)議

1. RS-232

RS-232 是一種串行通信協(xié)議，常用于計算機和外部設(shè)備之間的通信，如打印機、掃描儀等。它支持數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bps、19200bps、38400bps 等。RS-232 傳輸距離較短，通常為 15 米左右。

2. RS-485

RS-485 是一種串行通信協(xié)議，與 RS-232 類似，但它支持多點通信，即多個設(shè)備可以連接在同一條總線上進行通信。RS-485 傳輸距離較長，可以達到 1200 米左右，且支持高速數(shù)據(jù)傳輸，如 10Mbps。

I/O接口是一電子電路(以IC芯片或接口板形式出現(xiàn)),其內(nèi)有若干專用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成。它是CPU和I/O設(shè)備之間交換信息的媒介和橋梁。CPU與外部設(shè)備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器接口。存儲器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡單;而I/O設(shè)備品種繁多，其相應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)慣上說到接口只是指I/O接口。

I/O接口基本功能

(1)進行端口地址譯碼設(shè)備選擇。

(2)向CPU提供I/O設(shè)備的狀態(tài)信息和進行命令譯碼。

(3)進行定時和相應(yīng)時序控制。

(4)對傳送數(shù)據(jù)提供緩沖，以消除計算機與外設(shè)在“定時”或數(shù)據(jù)處理速度上的差異。

(5)提供計算機與外設(shè)間有關(guān)信息格式的相容性變換。

(6)還可以中斷方式實現(xiàn)CPU與外設(shè)之間信息的交換。

控制方式

(1)程序查詢方式

這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設(shè)當前的狀態(tài)，如果外設(shè)準備就緒，則進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于CPU的速度遠遠高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低。

(2)中斷處理方式

在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設(shè)為數(shù)據(jù)交換準備就緒，可以向CPU提出服務(wù)請求，CPU如果響應(yīng)該請求，便暫時停止當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應(yīng)的服務(wù)程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷處理方式的優(yōu)點是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設(shè)狀態(tài)和等待外設(shè)就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實時要求。但需要為每個I/O設(shè)備分配一個中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個中斷控制器(I/O接口芯片)管理I/O設(shè)備提出的中斷請求，例如設(shè)置中斷屏蔽、中斷請求優(yōu)先級等。

此外，中斷處理方式的缺點是每傳送一個字符都要進行中斷，啟動中斷控制器，還要保留和恢復(fù)現(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行，花費的工作量很大，這樣如果需要大量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會很低。

(3)DMA(直接存儲器存取)傳送方式

DMA最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流，無須CPU介入，大大提高CPU的工作效率。在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會向CPU申請總線控制權(quán)，CPU如果允許，則將控制權(quán)交出，因此，在數(shù)據(jù)交換時，總線控制權(quán)由DMA控制器掌握，在傳輸結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)一般為局域網(wǎng)，作用范圍一般在幾km之內(nèi)。將分布在生產(chǎn)裝置周圍的測控設(shè)備連接為功能各異的自動化系統(tǒng)。控制網(wǎng)絡(luò)遍布在工廠的生產(chǎn)車間、裝配流水線、溫室、糧庫、堤壩、隧道、各種交通管系統(tǒng)、建筑、軍工、消防、環(huán)境檢測、樓宇家居等處。

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點大都是具有計算與通信能力的測量設(shè)備。它們可能具有嵌入式CPU，但功能比較單一，其計算能力也許遠不及普通PC，也沒有鍵盤、顯示等人機交互接口。有的甚至不帶CPU、單片機，只帶有簡單的通信接口，例如限位開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等各類開關(guān)，光電、溫度、壓力、流量、物位等各種傳感器、變送器，各種數(shù)據(jù)采集裝置等等。

控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)與工作環(huán)境，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)要面臨工業(yè)生產(chǎn)的強電磁干擾，面臨各種機械振動，面臨嚴寒酷暑的野外工作環(huán)境，要去控制網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)這種惡劣的工作環(huán)境。另外，自控設(shè)備千差萬別，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)與互操作往往十分困難?？刂凭W(wǎng)絡(luò)必須滿足對控制的實時性要求。實時控制對某些變量的數(shù)據(jù)往往要求準確定時刷新，控制作用必須在一定時限內(nèi)完成，或者相關(guān)的控制動作一定要按事項規(guī)定的先后順序完成 [1] 。

Profibus協(xié)議具有抗干擾性強、數(shù)據(jù)通信速度快的特點。

Ethernet/IP協(xié)議：由ODVA開發(fā)，使用CIP(Common Industrial Protocol)作為應(yīng)用層協(xié)議。它是一種基于以太網(wǎng)的工業(yè)協(xié)議，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和實時控制。Ethernet/IP協(xié)議常用于各種工業(yè)控制應(yīng)用，如自動化控制、工廠自動化和電力工廠自動化。

CAN協(xié)議(Controller Area Network)：這是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它廣泛應(yīng)用于汽車和工業(yè)控制領(lǐng)域，以其高度的可靠性和靈活性著稱。CAN協(xié)議提供了組網(wǎng)、通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)規(guī)則和數(shù)據(jù)交換標準。

DeviceNet協(xié)議：基于CAN總線技術(shù)，由Rockwell Automation開發(fā)。它支持多點通訊，網(wǎng)絡(luò)配置靈活，適用于工業(yè)自動化、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集等多種應(yīng)用場景。

BACnet協(xié)議：用于智能建筑的通信協(xié)議，由ASHRAE定義。它針對智能建筑及控制系統(tǒng)的應(yīng)用所設(shè)計，可用在暖通空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)以及照明控制、門禁系統(tǒng)、火警偵測系統(tǒng)等。

HART協(xié)議(Highway Addressable Remote Transducer Protocol)：一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的開放通信協(xié)議。它支持模擬信號和數(shù)字信號的混合傳輸，廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域。

OPC協(xié)議(OLE for Process Control)：一種用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的通信協(xié)議，基于微軟的OLE技術(shù)。它實現(xiàn)不同廠商的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信，提供了一種標準化的接口。

Profinet協(xié)議：這是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動化總線協(xié)議。它用于高速數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備間通信，在工業(yè)自動化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

EtherCAT協(xié)議：一種高速、實時的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。它適用于需要高精度同步的應(yīng)用場景，如運動控制等。

DNP3協(xié)議(Distributed Network Protocol)：應(yīng)用于自動化組件之間的通訊協(xié)議。它常見于電力、水處理等行業(yè)，支持多點通信和冗余配置。