通信基础 - ADS通信

目录

• 一、基本概念
• 二、ADS路由器
  • 2.1 基础
  • 2.2 环回通道（Loopback Channel）
  • 2.3 外部通道（External Channel）
  • 2.4 更多
    • 2.4.1 通道的IP地址
    • 2.4.2 开发者关注哪一个通道
    • 2.4.3 ADS路由器从哪里来
• 三、ADSClient
• 四，ADSServer
• 五，路由表
• 六，ADS通信中的TCP角色
• 七，AMS 消息和 TCP 消息的关系

一、基本概念

ADS （Automation Device Specification）是 TwinCAT 原生通信协议，它通过基于 AmsNetId（6 字节逻辑设备地址）和 AmsPort（2字节逻辑端点）构建的统一寻址方案，将软件组件（PLC 运行时、HMI 应用程序、自定义服务器）连接起来。

• AmsNetId（AMS 逻辑设备地址）：标识 ADS 网络中的一个逻辑设备，不是一台物理机器，而是一个参与 ADS 通信的独立身份。

• AmsPort（AMS 逻辑端点）：标识一个逻辑设备上提供的一个逻辑服务。

ADS协议包含角色：ADS路由器，ADS客户端，ADS服务器。

角色	概念	AMS 身份，AMS(Automation Message Specification 自动化消息规范)
ADS 路由器	逻辑设备	拥有 AmsNetId
ADS Server	逻辑端点	借用路由器的 AmsNetId，拥有自己固定的 AmsPort
ADS Client	/	借用路由器的 AmsNetId，临时随机分配 AmsPort，因为响应帧要能送回来

把 ADS 网络想象成一栋办公楼：

• 路由器 = 大楼，有楼号（AmsNetId），比如"中银大厦"
• Server = 房间，有房间号（AmsPort），比如"801 室"、"851 室"，来访者可以按房间号找到它
• Client = 来访者，进门时前台给他一个临时访客牌号（临时 AmsPort），等别人回访时按这个牌号找他。他不是楼里的固定租户，办完事就走了

二、ADS路由器

2.1 基础

路由器就是一个进程，开启了两个 TCP 监听器（也可能会开启TCPClient），分别对接两类对象。

对象	在哪	举例
本地的 ADS Client / Server	同一台机器，同一个进程	本机上的 PLC Runtime、你写的 AdsClient
远端的 ADS 路由器	另一台机器（或另一个容器）	IP 为 192.168.0.2 的远端路由器

这两类对象性质完全不同，所以路由器分别开设了和他们的通道。

2.2 环回通道（Loopback Channel）

配置项	默认值	含义
LoopbackIP	127.0.0.1	绑定到哪个 IP
LoopbackPort	48898	绑定到哪个端口

• 通信对象：环回通道的通信对象是本机的 ADS Client 和 ADS Server，当你写一个 AdsClient 然后 client.Connect() 的时候，底层就是连到环回通道。

• 啥是环回：127.0.0.1 就是本机环回地址。本机的 Client/Server 连 127.0.0.1:48898，数据根本不经过网卡，在操作系统内核里就转回来了。

2.3 外部通道（External Channel）

配置项	默认值	含义
TcpIP	0.0.0.0	绑定本机所有网卡，不可配置
TcpPort	48898	绑定到哪个端口

• 通信对象：远端的 ADS 路由器。
• 啥是外部：这是给外部网络中的远端路由器连进来的通道。远端路由器通过 IP 网络（比如 192.168.0.2:48898）连接，跨机器 / 跨网段。

2.4 更多

2.4.1 通道的IP地址

你可能发现两个通道共用端口 48898，但绑在不同 IP 上，所以不会造成冲突。操作系统区分 TCP 连接靠的是四元组（源IP、源端口、目标IP、目标端口），127.0.0.1:48898 和 0.0.0.0:48898 是两个不同的监听器。

2.4.2 开发者关注哪一个通道

你的角色	你关注的通道	你要配的地址
写本地 ADSClient/ADSServer 的人	环回通道	默认 127.0.0.1:48898，通常不用管
配置跨机器通信的人	外部通道	在路由表里添加远端路由器的 IP
跑独立路由器的人	两个通道都要配	确保端口不跟 TwinCAT 冲突

2.4.3 ADS路由器从哪里来

很多人从来没有创建过ADS路由器，但是一直在使用ADS通信，那这个路由器是从哪来的？
在安装 TwinCAT XAE/XAR 的时候，安装程序在你的 Windows 上注册了一个系统服务，叫 TwinCAT System Service（服务名 TcSysSrv）。这个服务里就内置了 ADS 路由器。它做了这些事：

1. 开机自启——作为 Windows Service 随系统启动，你不需要手动运行
2. 自动监听 127.0.0.1:48898——这就是之前说的"环回通道"
3. 自动监听 0.0.0.0:48898——外部通道，给远端路由器连入
4. 自动生成本机 AmsNetId——通常从本机 IP 派生，如 192.168.1.10.1.1
5. 自动加载路由表——从 C:\TwinCAT\3.1\Target\StaticRoutes.xml 读取

所以当你写如下代码连接PLC的时候：

var client = new AdsClient();
client.Connect(new AmsAddress(targetNetId, 851));

底层的完整链路是

AdsClient
│
│ TCP 连接到 127.0.0.1:48898（TwinCAT 系统服务）
▼
TwinCAT System Service（系统服务内置 ADS 路由器，你从没创建过但它一直在）
│
│ 查路由表，TCP 转发到远端路由器
▼
远端 TwinCAT 机器上的 ADS 路由器
│
│ 本地投递
▼
远端 PLC Runtime (AmsPort 851)

三、ADSClient

Client 的工作方式是，通过 TCP 连接到本地路由器的环回端口（127.0.0.1:48898），然后在这个 TCP 连接上发送/接收 AMS 帧。

属性	默认值	说明
Client IP 地址	无	Client 主动连路由器，操作系统分配临时源 IP
Client TCP 端口	无	操作系统分配临时源端口（ephemeral port）
Client AmsNetId	继承本地路由器的 AmsNetId	Client 不独立拥有 AmsNetId，它属于本地路由器
Client AmsPort	由本地路由器动态分配	路由器给每个连入的 Client 分配一个临时 AmsPort

Client 是路由器的"租客"。 它搬进路由器这座楼，路由器给它分配一个房间号（临时 AmsPort），外界看到的发件地址是"路由器的 AmsNetId + 分配的临时 AmsPort"。Client 不需要自己有 IP 地址或 TCP 端口——它直接用路由器的。

四，ADSServer

ADSServer 工作方式和 Client 类似，也是通过 TCP 连接到本地路由器的环回端口，也没有自己的 IP 地址和 TCP 端口。
唯一区别在于，Server 有一个固定的 AmsPort，这是你创建 Server 时指定的。举几个典型的例子。

• Ring 0 NC ：就是PLC的NC，端口501

• TC3 PLC 运行时系统 1 ：就是PLC的第一个运行时，端口851

• TCP/IP 服务器 ：就是TF6310，端口10201

属性	值	谁定的	说明
Server IP 地址	无	—	Server 主动连路由器，操作系统分配临时源 IP
Server TCP 端口	无	—	操作系统分配临时源端口（ephemeral port）
Server AmsNetId	继承本地路由器的 AmsNetId	路由器决定	Server 不独立拥有 AmsNetId，它属于本地路由器
Server AmsPort	如501、851、26000	开发者定的	这是 Server 的身份标识，必须在合法范围内

五，路由表

路由表就是 AmsNetId → IP地址 的映射表。路由器收到一个 AMS 帧，看目标 AmsNetId，查表找到对方路由器的 IP 地址，然后通过 TCP 转发过去。
下图是我笔记本的路由表，硬件有一个CX系列的PLC。PLC的ADS路由器的AmsNetId是192.168.1.110.1.1，PLC网卡的IP地址是192.168.1.110。

用我笔记本和PLC的ADS路由器的通信说明转发过程，我笔记本网卡的IP地址是192.168.1.95，笔记本上ADS路由器的AmsNetId是192.168.1.95.1.1。

转发过程分三步：

• 第一步：本机 Client → 本机 Router（环回通道）

  Client 发出 AMS 帧，帧的头部如下

  Source: [192.168.1.95.1.1 : Client临时AmsPort]
  Target: [192.168.1.110.1.1 : 851]
  Payload: ADS Read/Write/ReadWrite
  

  这个AMS 帧通过 TCP 连接（127.0.0.1:48898）先发给本机路由器。

• 第二步：本机 Router → PLC Router（外部通道）
  本机路由器收到帧后：

  1. 读取 Target AmsNetId = 192.168.1.110.1.1
  2. 查路由表：192.168.1.110.1.1 → 192.168.1.110
  3. 通过 TCP 连接到PLC路由器 192.168.1.110:48898，原封不动转发整个 AMS 帧

• 第三步：PLC Router → PLC运行时 Server（环回通道）

  PLC路由器收到帧后：

  1. 读取 Target AmsPort = 851
  2. 查本地注册表，AmsPort 851 对应到 PLC 的第一个运行时
  3. 通过PLC内部换回通道，将帧投递给 PLC 运行时

有2个要注意的地方：

• 如果是笔记本在本地模拟运行PLC代码，那么 Target AmsNetId 就是本机路由器的 AmsNetId，第一步 Client 发出 AMS 帧后，本机路由器发现是给自己的，就不用查路由表了，直接眺到第三步按 AmsPort 本地投递。
• 路由必须两端都配置。A 配了到 B 的路由，B 也必须配到 A 的路由，否则 B 的回程帧无法送达。

六，ADS通信中的TCP角色

从TCP的角度看ADS的三个角色。

ADS 角色	TCP 角色	行为
ADS Client	TCP Client	主动连到ADS路由器
ADS Server	TCP Client	主动连到ADS路由器
ADS Router	TCP Server/TCP Client	既监听，等人连进来。也主动连远端 Router

七，AMS 消息和 TCP 消息的关系

AMS消息和TCP消息的关系类似于信件和邮递车。
其实ADS的AMSNetId，AmsPort和TCP的IP，Port毫无关系，用IP加上.1.1的后缀当AMSNetId只是一种方便的习惯而已。

• AMS 帧是一个独立定义的协议数据单元
• AMS 帧本身不包含任何 TCP/IP 信息，它不知道 IP 地址、不知道 TCP 端口