modbus通信協議,profibus、FF、CAN總線等幾種現場總線知識合集

modbus通信協議，profibus、FF、CAN總線等幾種現場總線知識合集

李倩 發表於 2018-04-29 17:47:00

在工業的發展中，現場總線起著非常重要的作用，主要應用於石油、化工、電力、醫藥、冶金、加工製造、交通運輸、國防、航天、農業和樓宇等領域。

今天小編就給大家介紹一下modbus通信協議，profibus、FF、CAN總線等幾種現場總線。

Modbus通信協議

Modbus的起源和發展

Modbus是由Modicon（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在1979年發明的，是全球第一個真正用於工業現場的總線協議。

為更好地普及和推動Modbus在基於乙太網上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協議的所有權移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口）組織，並成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今後的發展奠定了基礎。在中國，Modbus已經成為國家標準GB/T19582-2008。據不完全統計：截止到2007年，Modbus的節點安裝數量已經超過了1000萬個。

為更好地普及和推動Modbus在基於乙太網上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協議的所有權移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口）組織，並成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今後的發展奠定了基礎。在中國，Modbus已經成為國家標準GB/T19582-2008。據不完全統計：截止到2007年，Modbus的節點安裝數量已經超過了1000萬個。

Modbus的應用

應用於電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如乙太網）和其它設備之間可以通信。

當在同一Modbus網絡上通信時，此協議決定了每個控制器需要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。

此協議支持傳統的RS-232、RS-422、RS-485和乙太網設備。許多工業設備，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協議，不需要交納許可證費，也不會侵犯智慧財產權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產品超過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，廠商開發簡單。

FF現場總線

什麼是FF現場總線？

基金會現場總線，即FoudationFieldbus，簡稱FF。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，並在應用層上增加了用戶層。 

FF現場總線的特點

基金會現場總線分低速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，支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。

物理傳輸介質可支持比絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號採用曼徹斯特編碼，每位發送數據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，從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的「1」、「0」狀態，也可根據數據的中心位置精確定位。

PROFIBUS

PROFIBUS的由來

PROFIBUS是過程現場總線（Process Field Bus ）的縮寫，Profibus是聯邦德國於九十年代初制定的國家工業現場總線協議標準，代號DIN19245，由十三家工業企業及五家研究所經過兩年多的時間完成。

1996年經歐洲電工委員會批准被列為歐洲標準EN50170。根據歐洲標準化規則，EN50170於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。德國註銷了原有的PROFIBUS國家標準DIN19245，以EN50170取而代之。

從現在起，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絡。正因為如此，PROFIBUS 可以在許多方面——從汽車工業、機器製造業、食品工業、運輸業直到環保工程等，獲得應用。

PROFIBUS的特點

最大傳輸信息長度為255B，最大數據長度為244B，典型長度為120B。

網絡拓撲為線型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

傳輸速率取決於網絡拓撲和總線長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

站點數取決於信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個站點（無轉發器），最多127個站點帶轉發器。

傳輸介質為屏蔽/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。

採用單一的總線方位協議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

數據傳輸服務包括循環和非循環兩類。

PROFIBUS的應用

現場設備層

主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、驅動器、執行機構、開關燈設備，完成現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。

車間監控層

如一個車間三條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。通常還具有諸如生產統計、生產調度等車間級生產管理功能。車間級監控通常要設立車間監控室，在操作員工作站及列印設備上。車間級監控網絡可採用Profibus-FMS，它是一個多主網絡，在這一級，數據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連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為主網的一個子網，通過交換機、網橋或路由器等連接到廠區骨幹網上，將車間數據集成到工廠管理層。

CAN總線

CAN總線的由來

CAN是德國BOSCH及幾個半導體集成電路製造商開發出來的，起初是專為汽車工業所設計的，用於汽車內部測量與執行部件之間的數據通信，目前，己推廣應用於離散領域，並已由ISO/TC22技術委員會批准為國際標準IS011898(通信速率1 Mbps)和IS011519 (通信速率1251cbps )。

CAN總線技術特點

採用的通信傳輸介質為雙絞線，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的信號傳輸採用短幀結構，每一幀有效字節數最長為8個，因而傳輸時間短，受幹擾的概率低。

CAN支持多主站工作方式。網絡上任何節點均可在任何時間主動向其它節點發送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接受/發送數據。它採用總線仲裁技術，當出現幾個節點同時在網絡上傳輸信息時，優先級高的節點可繼續發送數據，而優先級低的節點則主動停止發送，從而避免了總線衝突。

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絡，其中車身控制使用CAN網絡，舒適使用LIN網絡，多媒體使用MOST網絡，以CAN網為主網，控制發動機、變速箱、ABS等車身安全模塊，並將轉速、車速、油溫等共享至全車，實現汽車智能化控制，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系統又分為高速和低速，高速CAN系統採用硬線是動力型，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。

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