工業通訊協議多種多樣，如何解決數據交互難題？
現場總線（Fieldbus）是20世紀80年代末國際上開始發展形成的一種工業數據總線，是連接現場設備和控制系統之間的一種開放式的、全數位化的、雙向傳輸的、多分支結構的通信網路。 而工業乙太網是以太網在工業控制領域的延伸。 工業乙太網技術的發展，是由於高速乙太網技術、交換式乙太網技術以及全雙工通信模式技術的發展及其相互結合和應用，提高了乙太網通信的可靠性和即時性，在技術上與IEEE 802.3標準相容。
目前市場上現場總線和工業乙太網還沒有形成真正統一的標準，CAN、PROFIBUS、Modbus、Ethernet/IP、PROFINET、EtherCAT等多種標準並行存在，廣泛應用於過程自動化、醫藥領域、加工製造、交通運輸、國防、航太、農業和樓宇等領域。 如今，隨著工業4.0的演變和推進，數據交互是其中重要組成部分，現場設備集成各種工業通訊協定變得尤為不可或缺。
宏虹HK-OEM通信模組工作原理
宏虹HK-OEM通訊模組是一款適用於工業乙太網和現場總線協定的嵌入式IC模組，能夠使用戶的設備快速、方便地連接到工業網路中，而不需要進行大量的開發工作。 這將極大地節省研發成本，尤其體現在引進新產品的開發時間成本上，可以使產品快速上市。
該模組上具備運行協定棧與數據處理所需的元件，包括專用協議晶元、微控制器、記憶體以及散熱器等，因此不會給需要集成工業網口介面的現場設備帶來額外負擔。
宏虹HK-OEM系列通訊模組預留了三組插針，便於連接到設備控制器與擴展週邊硬體介面，包括USAST介面、SPI介面、供電電源、模組複位、工業乙太網介面或現場總線介面。 該模組作為設備與現場總線之間的「橋樑」，為使用者通過USART和SPI介面與設備控制器交換即時網路數據提供了基礎性支援，報文格式參照MODBUS協定。
此外，該模組還具備32個引腳的數位量I/O信號，可以直接滿足32個點的數位量I/O設計，這32個I/O引腳可以任意設置成DI或DO。 由於採用了通用的針腳分配，該系列的工業乙太網和現場總線通訊模組都可以簡單快速地被替換，為檢修提供了便捷的同時，還能最大程度縮短更換升級的時間。
宏虹HK-OEM的關鍵特性
- 支援PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus TCP、CANopen、Profibus、DeviceNet等即時通信協定
- 具備32個引腳的數位量I/O信號，可以直接滿足32個點任意DI或DO的IO設計
- 對使用者開放了2種串行介面，包括USART介面和SPI介面，報文內容參照標準MODBUS協定
- 通用的針腳分配，可互換的介面，支援主流工業網路通訊協定
- 允許使用者自定義廠商名稱、廠商標識、產品型號等產品資訊
宏虹HK-OEM通訊模組由於其緊湊的尺寸設計，可以嵌入到小型設備或通信介面空間小的設備當中，用以開發各類儀器儀錶、感測器、遠端I/O、網關等設備，尤其適用於工業物聯網、儀錶感測器行業、數據採集、自動化等領域。
【典型應用案例】讓MFC輕鬆集成工業乙太網
採用HK-OEM通訊模組作為MFC與西門子PLC之間通訊的“中間件”，即可集成PROFINET通訊介面。
品質流量控制器（Mass Flow Controller縮寫為MFC）用於對於氣體或者液體的品質流量進行精密測量和控制。 它由一個入口，一個出口，一個品質流量感測器和一個比例控制閥組成，品質流量感測器採集的數據與控制器輸入信號進行比較，並相應地調節比例閥以達到所需流量。
MFC常用於製藥、生物技術、石油、天然氣、化學和工業氣體行業以及食品和飲料等行業。 然而，傳統品質流量控制器往往面臨以下問題：
一、無法相容現場PLC控制器
如今，在各行各業的現場應用中也開始逐步引入了通訊速率更高、即時性更好的如PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT等通訊方式的PLC控制器，而品質流量控制器本身應用領域比較廣，需要現場控制器給其發送控制參數或者採集現場數據，因此傳統的品質流量控制器可能無法與現場PLC相相容。
二、集成工業通訊協議難度大
PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT等通訊協定本身在開發難度上比較大，開發週期也很長，MFC製造商需要對相應的通訊協定研究比較深入才能獨立實現相應的協定代碼，顯然，這並不是一種很好的解決方案。
宏虹HK-OEM嵌入式通訊模組是解決以上難題的理想方案。 以品質流量控制器集成PROFINET通訊為例，可以採用HK-OEM通訊模組作為MFC與西門子PLC之間通訊的「中間件」，使用者只需要採用支援PROFINET協定的HK-OEM通訊模組，並根據該模組預留的週邊硬體電路介面， 實現原有MFC與該通訊之間的USART通訊或SPI通訊即可集成PROFINET通訊介面，從而無需使用者去熟悉與PROFINET協定相關的內容。 現場應用中，熟悉PROFINET網路組態的工程師，可直接利用宏虹HK-OEM通訊模組配套的GSD檔導入到配置軟體中進行配置，便可建立與MFC設備之間的PROFINET通訊。
宏虹HK-OEM通訊模組數據區定義
根據功能的不同，HK-OEM模組用到的數據區劃分為5個區域，分別是：通訊資訊區、下發數據區、下發參數區、設備資訊區、上傳數據區。 HK-OEM模組在狀態機“S1 握手”階段讀取設備資訊區的數據，由於PROFINET模組目前未使用此區域的內容，所以使用者僅需要正確回復報文即可。
下發數據：4xxxx區 – 10H功能碼：
上傳數據：3xxxx區 – 04H功能碼：
無論使用USART還是SPI，HK-OEM模組都作為主站運行，遵循下面的狀態機，完成HK-OEM模組與外部MCU之間的握手后，開始進行數據交互：
示例程式
本示例以USART實現數據交互為例。
USART介面規定如下：
- USART介面波特率支援：9.6Kbps、19.2Kbps、38.4Kbps、57.6Kbps、115.2Kbps、230.4Kbps、460.8Kbps
- HK-OEM模組上電后，在S1握手階段，通過握手報文，OEM模組可以自動適應使用者的波特率。 使用者使用的波特率需要在以上7種波特率之中
- USART介面數據幀格式：8 個數據位、偶校驗、1 個停止位
- USART使用標準MODBUS協定
- HK-OEM模組做為USART通訊主站，使用者做為USART通訊從站
- 使用者串口的處理機制：使用者作為標準的MODBUS從站，只需要在收到HK-OEM模組的報文命令后，按照相應命令回復報文即可
通訊報文約定如下：
A.下發數據
板卡發送：
使用者應答：
B.上傳數據
板卡發送：
使用者應答：
程式代碼如下：
MFC與西門子S7-1200 PLC通訊連接
現場應用中，PROFINET網路中通常由PROFINET的主站和從站構成，PROFINET主站實現對網路中各從站設備的控制和數據採集，西門子 S7-1200 PLC是常用的PROFINET主站之一。 本應用案例中，以集成了PROFINET通訊介面的品質流量控制器作為從站，要實現與西門子 S7-1200 PLC主站的通訊，不僅需要通過網線將MFC設備接入PROFINET網路，同時也需要在主站配置軟體TIA Portal中進行適當的網路組態並下載配置給PLC才能正確建立兩者之間通訊。
組態配置如下：
- 運行博途TIA Portal軟體，新建專案工程后在項目視圖中進行PROFINET網路組態。 在功能表欄「選項」下拉功能表中選擇「管理通用站描述檔（GSD）」，安裝HK-OEM通訊模組的GSD檔，在彈出的對話框中選擇GSD檔的路徑，選中檔並點擊安裝。
- 在配置介面右側「硬體目錄」導航區中找到HK-OEM通訊模組，將對應的模組標籤拖入PLC PN/IE_1網路中，然後點擊“未分配”，在彈出的提示框中點擊“PLC_1.PROFINET interface_1”，將HK-OEM模組分配到Profinet網络中。
- 在「設備檢視」中，首先選擇HK-OEM通訊模組，配置其輸入輸出數據量，並在右側「硬體目錄」導航區中，將所需IO拖入到HONGKE Interface節點下，本例拖入16個字節的輸入模組16個字節的輸出模組。 然後分別選中PLC和HK-OEM通訊模組的乙太網口，分配對應的IP位址和子網掩碼。
- 以上關於PLC與HK-OEM模組的配置基本完成，便可以選擇編譯和下載配置至PLC中，PLC會通過組態的參數識別PROFINET網路中設備並建立通訊。 下載完成並提示無誤后，轉到在線模式，便可查看各設備狀態，同時添加新監控表，查看數據變化。
總結/Conclusion
通過宏虹HK-OEM通訊模組可以讓品質流量控制器輕鬆集成像PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus TCP、CANopen、Profibus、DeviceNet等即時通信協定，且無需對原有設備做太多修改，從而極大的節約開發工作量和開發成本，輕鬆的實現與現場應用中各種PLC控制器之間的通訊。 同樣的，該通訊模組也可以這種方式集成到其他設備中，如RFID，工業讀寫器，稱重設備，罐裝設備等，十分適用於當前工業4.0發展需要。
