СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР ОСНОВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ПРОТОКОЛОВ СВЯЗИ

COMPARATIVE REVIEW OF COMMON INDUSTRIAL COMMUNICATION PROTOCOLS

Kalinin Vitalii

Student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В статье проведён сравнительный анализ промышленных протоколов связи HART, Modbus, Foundation Fieldbus и Vnet/IP. Рассмотрены их архитектурные особенности, скорость передачи данных, надёжность, масштабируемость и возможности интеграции с современными цифровыми платформами. Сделаны выводы о применимости каждого протокола в условиях цифровой трансформации промышленных систем. Работа поможет выбрать оптимальное коммуникационное решение для автоматизации технологических процессов.

ABSTRACT

This paper presents a comparative analysis of industrial communication protocols HART, Modbus, Foundation Fieldbus, and Vnet/IP. Their architectural features, data transmission speed, reliability, scalability, and integration capabilities with modern digital platforms are examined. Conclusions are drawn regarding the applicability of each protocol in the context of digital transformation of industrial systems. The study assists in selecting the optimal communication solution for process automation.

Ключевые слова: промышленные протоколы связи, HART, Modbus, Foundation Fieldbus, Vnet/IP, автоматизация.

Keywords: industrial communication protocols, HART, Modbus, Foundation Fieldbus, Vnet/IP, automation.

Протоколы HART, Modbus, Foundation Fieldbus (FF) и Vnet/IP являются одними из наиболее распространённых решений для построения нижнего уровня автоматизированных систем управления (АСУ ТП). Каждый из них обладает своими архитектурными особенностями, преимуществами и ограничениями. Так, протокол HART обеспечивает обратную связь по аналоговому каналу, оставаясь актуальным для модернизации устаревших систем. Modbus ценится за простоту реализации и широкую поддержку, однако ограничен в плане скорости и структуры данных. Foundation Fieldbus предлагает распределённую архитектуру с функциями управления на уровне полевых устройств, а Vnet/IP, разработанный Yokogawa, ориентирован на высокоскоростной детерминированный обмен в распределённых системах управления (DCS).

Целью настоящей работы является сравнительный анализ протоколов HART, Modbus, Foundation Fieldbus и Vnet/IP с точки зрения их архитектурных характеристик, надёжности, масштабируемости, совместимости и применимости в условиях цифровой трансформации промышленных предприятий. Также рассматриваются сценарии гибридного применения протоколов и вопросы их интеграции с современными средствами промышленной аналитики.

В работе для сравнительного анализа протоколов HART, Modbus, Foundation Fieldbus и Vnet/IP применены как качественные, так и количественные критерии. Основными параметрами оценки стали: архитектура, скорость передачи данных, детерминированность (предсказуемость обмена), масштабируемость, уровень кибербезопасности, совместимость с Ethernet и IIoT, поддержка диагностических функций и возможности интеграции с облачными платформами. Эти критерии позволяют всесторонне оценить применимость каждого протокола в условиях цифровой трансформации промышленной автоматизации [1, 3].

На основании вышеуказанных критериев был проведён качественный и количественный анализ протоколов HART, Modbus, Foundation Fieldbus и Vnet/IP. Результаты сведены в таблицу 1 [2, 3, 4, 5].

Таблица 1.

Сравнительный анализ промышленных протоколов связи

Исходя из приведенных выше данных можно сказать, что HART остаётся актуальным решением для модернизации существующих 4–20 мА систем благодаря совместимости с аналоговой инфраструктурой и низкой стоимости внедрения. Однако его пропускная способность и возможности сетевого взаимодействия крайне ограничены, что делает его малопригодным для современных IIoT-сценариев.

Modbus (особенно TCP-версия) широко применяется благодаря своей простоте, открытости и поддержке в большинстве контроллеров и SCADA-систем. Однако из-за отсутствия встроенной детерминированности и ограниченной безопасности он уступает более современным протоколам в высоконагруженных системах реального времени.

Foundation Fieldbus обеспечивает наивысшую точность синхронизации и надёжную передачу управляющих сигналов благодаря встроенному планированию трафика и распределённому контролю. Протокол идеален для крупных объектов с жёсткими требованиями к устойчивости, однако требует высокой квалификации для внедрения и сопровождения.

Vnet/IP, ориентированный на интеграцию с DCS Yokogawa, сочетает высокую скорость, низкую латентность и встроенную безопасность. Он хорошо подходит для высокоточных и быстро реагирующих систем, однако его распространённость ограничена из-за привязанности к конкретному вендору.

Анализ показал, что HART подходит для модернизации аналоговых систем, но ограничен по скорости и интеграции. Modbus TCP универсален и прост, но не гарантирует детерминированность и слаб в безопасности. Foundation Fieldbus обеспечивает высокую надёжность и синхронизацию, идеально подходит для сложных процессов, но требует больших затрат на внедрение. Vnet/IP выделяется высокой скоростью, низкой задержкой и встроенной безопасностью, что делает его лучшим выбором для критичных систем с высокими требованиями к производительности. Выбор протокола должен основываться на специфике объекта, требованиях к скорости, безопасности и масштабируемости.

Список литературы:

1. Горев, А. В. Промышленные сети и протоколы автоматизации / А. В. Горев. – Москва : Солон-Пресс, 2020. – 320 с.
2. Foundation Fielbus Homepage : сайт. – URL: https://www.fieldcommgroup.org/technologies/foundation-fieldbus (дата обращения: 24.07.2025)
3. HART Technology Explained FieldCom Group : сайт. – URL: https://www.fieldcommgroup.org/technologies/hart/hart-technology-explained (дата обращения: 24.07.2025)
4. The Modbus Organization Homepage : сайт. – URL: https://www.modbus.org/ (дата обращения: 24.07.2025)
5.  Vnet/IP Real-Time Plant Network System Yokogawa CIS : сайт. – URL: https://www.yokogawa.com/eu/library/resources/yokogawa-technical-reports/vnet-ip-real-time-plant-network-system/ (дата обращения: 24.07.2025)