導讀

在工業(yè)的發(fā)展中，現(xiàn)場總線起著非常重要的作用，主要應用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領域。

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品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。

為更好地普及和推動Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎。在中國，Modbus已經(jīng)成為國家標準GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計：截止到2007年，Modbus的節(jié)點安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個。

為更好地普及和推動Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎。在中國，Modbus已經(jīng)成為國家標準GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計：截止到2007年，Modbus的節(jié)點安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個。

Modbus的應用

應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。

當在同一Modbus網(wǎng)絡上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器需要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。

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

Modbus的特點

標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過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、無線等。

Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。

FF現(xiàn)場總線

什么是FF現(xiàn)場總線？

基金會現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus，簡稱FF。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。

FF現(xiàn)場總線的特點

基金會現(xiàn)場總線分低速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 1900m (可加中繼器延長),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、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負跳變。正跳變代表0，負跳變代表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)送雙方的時間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來判斷數(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

PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線（Process Field Bus ）的縮寫，Profibus是聯(lián)邦德國于九十年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準，代號DIN19245，由十三家工業(yè)企業(yè)及五家研究所經(jīng)過兩年多的時間完成。

1996年經(jīng)歐洲電工委員會批準被列為歐洲標準EN50170。根據(jù)歐洲標準化規(guī)則，EN50170于當年自動地在法律上得到歐洲所有國家標準化機構的認可。德國注銷了原有的PROFIBUS國家標準DIN19245，以EN50170取而代之。

從現(xiàn)在起，歐洲所有公開的招標都是在EN50170的基礎上進行的.EN50170在保護投資方面為生產(chǎn)廠家和用戶提供了一個最高的標準。 PROFIBUS 提供一個從傳感器直至管理層的透明網(wǎng)絡。正因為如此，PROFIBUS 可以在許多方面——從汽車工業(yè)、機器制造業(yè)、食品工業(yè)、運輸業(yè)直到環(huán)保工程等，獲得應用。

PROFIBUS的特點

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

網(wǎng)絡拓撲為線型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

傳輸速率取決于網(wǎng)絡拓撲和總線長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

站點數(shù)取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個站點（無轉(zhuǎn)發(fā)器），最多127個站點帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

當用雙絞線時，傳輸距離最長可達9.6km，用光纖時，最大傳輸長度為90km。

傳輸技術為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)傳輸服務包括循環(huán)和非循環(huán)兩類。

PROFIBUS的應用

現(xiàn)場設備層

主要功能是連接現(xiàn)場設備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機構、開關燈設備，完成現(xiàn)場設備控制及設備間連鎖控制。主站負責總線通信管理及所有從站的通信。

車間監(jiān)控層

如一個車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級設備監(jiān)控。車間級監(jiān)控包括生產(chǎn)設備狀態(tài)在線監(jiān)控、設備故障報警及維護等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度等車間級生產(chǎn)管理功能。車間級監(jiān)控通常要設立車間監(jiān)控室，在操作員工作站及打印設備上。車間級監(jiān)控網(wǎng)絡可采用Profibus-FMS，它是一個多主網(wǎng)絡，在這一級，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)的一個子網(wǎng)，通過交換機、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

CAN是德國BOSCH及幾個半導體集成電路制造商開發(fā)出來的，起初是專為汽車工業(yè)所設計的，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，目前，己推廣應用于離散領域，并已由ISO/TC22技術委員會批準為國際標準IS011898(通信速率1 Mbps)和IS011519 (通信速率1251cbps )。

CAN總線技術特點

采用的通信傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1 Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/50kbps。可掛接設備最多可達110個。

CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀有效字節(jié)數(shù)最長為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。

CAN支持多主站工作方式。網(wǎng)絡上任何節(jié)點均可在任何時間主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，支持點對點、一點對多點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，當出現(xiàn)幾個節(jié)點同時在網(wǎng)絡上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。

CAN總線的應用

CAN總線在工控領域主要使用低速-容錯CAN即ISO11898-3標準，在汽車領域常使用500Kbps的高速CAN。

某進口車型擁有，車身、舒適、多媒體等多個控制網(wǎng)絡，其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡，舒適使用LIN網(wǎng)絡，多媒體使用MOST網(wǎng)絡，以CAN網(wǎng)為主網(wǎng)，控制發(fā)動機、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，實現(xiàn)汽車智能化控制，如高速時自動鎖閉車門，安全氣囊彈出時，自動開啟車門等功能。

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。