導(dǎo)讀

在工業(yè)的發(fā)展中，現(xiàn)場(chǎng)總線起著非常重要的作用，主要應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加工制造、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域。

今天就給大家介紹一下modbus通信協(xié)議，profibus、FF、CAN總線等幾種現(xiàn)場(chǎng)總線。

Modbus通信協(xié)議

Modbus的起源和發(fā)展

Modbus是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。

為更好地普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在中國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)個(gè)。

為更好地普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在中國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)個(gè)。

Modbus的應(yīng)用

應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。

當(dāng)在同一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。

此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用。

Modbus的特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過(guò)400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過(guò)600種。

Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。

Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線

什么是FF現(xiàn)場(chǎng)總線？

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即FoudationFieldbus，簡(jiǎn)稱FF。它以ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為 3125Kbps,通信距離可達(dá) 1900m (可加中繼器延長(zhǎng)),可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。

物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負(fù)跳變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表1，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來(lái)判斷數(shù)據(jù)的“1”、“0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置精確定位。

PROFIBUS

PROFIBUS的由來(lái)

PROFIBUS是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（Process Field Bus ）的縮寫，Profibus是聯(lián)邦德國(guó)于九十年代初制定的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)DIN19245，由十三家工業(yè)企業(yè)及五家研究所經(jīng)過(guò)兩年多的時(shí)間完成。

1996年經(jīng)歐洲電工委員會(huì)批準(zhǔn)被列為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，EN50170于當(dāng)年自動(dòng)地在法律上得到歐洲所有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。德國(guó)注銷了原有的PROFIBUS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245，以EN50170取而代之。

從現(xiàn)在起，歐洲所有公開(kāi)的招標(biāo)都是在EN50170的基礎(chǔ)上進(jìn)行的.EN50170在保護(hù)投資方面為生產(chǎn)廠家和用戶提供了一個(gè)最高的標(biāo)準(zhǔn)。 PROFIBUS 提供一個(gè)從傳感器直至管理層的透明網(wǎng)絡(luò)。正因?yàn)槿绱?，PROFIBUS 可以在許多方面——從汽車工業(yè)、機(jī)器制造業(yè)、食品工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)直到環(huán)保工程等，獲得應(yīng)用。

PROFIBUS的特點(diǎn)

最大傳輸信息長(zhǎng)度為255B，最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為244B，典型長(zhǎng)度為120B。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€型、樹(shù)型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂偩€長(zhǎng)度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

站點(diǎn)數(shù)取決于信號(hào)特性，如對(duì)屏蔽雙絞線，每段為32個(gè)站點(diǎn)（無(wú)轉(zhuǎn)發(fā)器），最多127個(gè)站點(diǎn)帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

當(dāng)用雙絞線時(shí)，傳輸距離最長(zhǎng)可達(dá)9.6km，用光纖時(shí)，最大傳輸長(zhǎng)度為90km。

傳輸技術(shù)為DP和FMS的RS-485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖傳輸。

采用單一的總線方位協(xié)議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括循環(huán)和非循環(huán)兩類。

PROFIBUS的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)燈設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。

車間監(jiān)控層

如一個(gè)車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級(jí)設(shè)備監(jiān)控。車間級(jí)監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車間級(jí)生產(chǎn)管理功能。車間級(jí)監(jiān)控通常要設(shè)立車間監(jiān)控室，在操作員工作站及打印設(shè)備上。車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用Profibus-FMS，它是一個(gè)多主網(wǎng)絡(luò)，在這一級(jí)，數(shù)據(jù)傳輸速度不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。

工廠管理層

車間操作員工作站可通過(guò)集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由器等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)上，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

CAN總線

CAN總線的由來(lái)

CAN是德國(guó)BOSCH及幾個(gè)半導(dǎo)體集成電路制造商開(kāi)發(fā)出來(lái)的，起初是專為汽車工業(yè)所設(shè)計(jì)的，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，目前，己推廣應(yīng)用于離散領(lǐng)域，并已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS011898(通信速率1 Mbps)和IS011519 (通信速率1251cbps )。

CAN總線技術(shù)特點(diǎn)

采用的通信傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1 Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/50kbps?？蓲旖釉O(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。

CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)最長(zhǎng)為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。

CAN支持多主站工作方式。網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任何時(shí)間主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接受/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。

CAN總線的應(yīng)用

CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯(cuò)CAN即ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn)，在汽車領(lǐng)域常使用500Kbps的高速CAN。

某進(jìn)口車型擁有，車身、舒適、多媒體等多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡(luò)，舒適使用LIN網(wǎng)絡(luò)，多媒體使用MOST網(wǎng)絡(luò)，以CAN網(wǎng)為主網(wǎng)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等車身安全模塊，并將轉(zhuǎn)速、車速、油溫等共享至全車，實(shí)現(xiàn)汽車智能化控制，如高速時(shí)自動(dòng)鎖閉車門，安全氣囊彈出時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟車門等功能。

CAN系統(tǒng)又分為高速和低速，高速CAN系統(tǒng)采用硬線是動(dòng)力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒適型，速度：125Kbps，主要控制儀表、防盜等。