现场总线知识合集 看到就是赚到了

导读

在工业的发展中，现场总线起着非常重要的作用，主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。

今天就给大家介绍一下modbus通信协议，profibus、FF、CAN总线等几种现场总线。

Modbus通信协议

Modbus的起源和发展

Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。

为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。据不完全统计：截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。

为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。据不完全统计：截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。

Modbus的应用

应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。

当在同一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。

此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用。

Modbus的特点

标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。目前，支持Modbus的厂家超过400家，支持Modbus的产品超过600种。

Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。

Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。

FF现场总线

什么是FF现场总线？

基金会现场总线，即FoudationFieldbus，简称FF。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。 

FF现场总线的特点

基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 3125Kbps,通信距离可达 1900m (可加中继器延长),可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。

物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收方既可根据跳变的极性来判断数据的“1”、“0”状态，也可根据数据的中心位置精确定位。

PROFIBUS

PROFIBUS的由来

PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus ）的缩写，Profibus是联邦德国于九十年代初制定的国家工业现场总线协议标准，代号DIN19245，由十三家工业企业及五家研究所经过两年多的时间完成。

1996年经欧洲电工委员会批准被列为欧洲标准EN50170。根据欧洲标准化规则，EN50170于当年自动地在法律上得到欧洲所有国家标准化机构的认可。德国注销了原有的PROFIBUS国家标准DIN19245，以EN50170取而代之。

从现在起，欧洲所有公开的招标都是在EN50170的基础上进行的.EN50170在保护投资方面为生产厂家和用户提供了一个最高的标准。 PROFIBUS 提供一个从传感器直至管理层的透明网络。正因为如此，PROFIBUS 可以在许多方面——从汽车工业、机器制造业、食品工业、运输业直到环保工程等，获得应用。

PROFIBUS的特点

最大传输信息长度为255B，最大数据长度为244B，典型长度为120B。

网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。

传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。

站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），最多127个站点带转发器。

传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。

当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光纤时，最大传输长度为90km。

传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。

采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。

数据传输服务包括循环和非循环两类。

PROFIBUS的应用

现场设备层

主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关灯设备，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站负责总线通信管理及所有从站的通信。

车间监控层

如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室，在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS，它是一个多主网络，在这一级，数据传输速度不是最重要的，而是要能够传送大容量信息。

工厂管理层

车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区骨干网上，将车间数据集成到工厂管理层。

CAN总线

CAN总线的由来

CAN是德国BOSCH及几个半导体集成电路制造商开发出来的，起初是专为汽车工业所设计的，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，目前，己推广应用于离散领域，并已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IS011898(通信速率1 Mbps)和IS011519 (通信速率1251cbps )。

CAN总线技术特点

采用的通信传输介质为双绞线，通信速率最高可达1 Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/50kbps。可挂接设备最多可达110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧有效字节数最长为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。

CAN支持多主站工作方式。网络上任何节点均可在任何时间主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接受/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续发送数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。

CAN总线的应用

CAN总线在工控领域主要使用低速-容错CAN即ISO11898-3标准，在汽车领域常使用500Kbps的高速CAN。

某进口车型拥有，车身、舒适、多媒体等多个控制网络，其中车身控制使用CAN网络，舒适使用LIN网络，多媒体使用MOST网络，以CAN网为主网，控制发动机、变速箱、ABS等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制，如高速时自动锁闭车门，安全气囊弹出时，自动开启车门等功能。

CAN系统又分为高速和低速，高速CAN系统采用硬线是动力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒适型，速度：125Kbps，主要控制仪表、防盗等。