上下位機通信技術全景解析

在工業控制與自動化系統中，上位機（監控/管理端）與下位機（PLC/儀表/執行器）的可靠通信是系統核心。通信方式可分為有線與無線兩大類，各有適用場景與技術特點。

一、有線通信方案

1. 串行通信

RS232

原理：單端不平衡傳輸，邏輯電平與電壓直接映射（"1"：-3~-15V；"0"：+3~+15V）。

特點：

點對點拓撲（1:1連接）

短距離（≤15米）

低速（典型波特率9.6~115.2kbps）

抗干擾能力弱

應用：工控機連接HMI面板、單片機調試等短距場景。

RS485

原理：差分平衡傳輸，邏輯由A/B線電壓差判定（A>B："1"；A

特點：

多點拓撲（1:N連接，支持32節點）

長距離（1200米@100kbps）

高速（最高10Mbps）

強抗共模干擾

應用：工業現場總線（連接多臺PLC、智能儀表），如DCS系統、能源計量網絡。

2. 以太網通信

原理：基于TCP/IP協議棧，數據封裝為IP包（含源/目的地址、端口號）。

特點：

高速帶寬（100Mbps~10Gbps）

支持復雜拓撲（星型/環網）

協議豐富（Modbus TCP、OPC UA、Profinet）

易擴展至互聯網

應用：

實時控制：運動控制器與IO模塊通信

廣域監控：SCADA系統遠程站接入

數據集成：MES/ERP系統對接設備層

二、無線通信方案

1. WiFi（IEEE 802.11）

原理：基于AP組網，CSMA/CA沖突避免機制，2.4G/5G頻段傳輸。

特點：

中高速率（150Mbps~1Gbps）

中距離（室內50m，室外100m+）

支持漫游與高密度接入

應用：

移動設備：AGV調度系統、手持終端

布線困難區：老舊廠房改造、大型罐區監測

2. 藍牙（Bluetooth）

原理：2.4GHz FHSS跳頻，主從架構（Piconet）。

特點：

低功耗（BLE模式）

短距離（Class 1:100m；Class 2:10m）

即插即用配對

應用：

傳感器數據采集（溫濕度、振動）

便攜設備交互：工控手持機與PLC參數配置

3. ZigBee（IEEE 802.15.4）

原理：Mesh自組網，協調器+路由器+終端三級架構。

特點：

超低功耗（電池壽命數年）

大容量網絡（65k+節點）

高可靠性（AES-128加密+ACK重傳）

應用：

工業傳感網絡：工廠環境監測（溫濕度/氣體）

設備狀態監控：分布式電機群溫度采集

審核編輯 黃宇