工业总线可分为以下三种基本类型.docx

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工业总线可分为以下三种基本类型

单片机作业

工业总线与温度测量

班级:

学号:

姓名:

工业总线可分为以下三种基本类型：

传感器级总线、设备级总线和现场总线。

传感器级和设备级总线属于较低层次的工业网络，用于处理传感器、行程开关、继电器、接触器和阀门定位器这类工业设备；而现场总线是一种较高层次的工业网络，用于完成一些过程控制器或现场仪表之间的通信。

另外，由于设备级总线和现场总线有时完成相同的功能，因此它们之间是相互关联的，并且可同时存在于同一系统中（

现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。

随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。

由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。

近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：

如德国西门子公司Siemens的Pro巾Bus,法国的FIP,英国的ERA挪威的FINT,Echelon公司的LONWorksPhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CANRosemounr公司的HARTCarloGarazzi公司的Dupline,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及ASI（ActraturSensorInterface）MODBusSDSArcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF:

FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国的DeviceNet与ControlNet年

现场总线的种类主要有：

基金会现场总线FF;ProfiBus;WorldFIP;

ControlNet/DeviveNet;CAN^

1、基金会现场总线FF

现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总

线。

它的前身是可互操作系统协议ISP（InterperableSystemProtocol）-

-基于德国的

ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD

（WorldFactoryInstrumentationProtocol）--

基于法国的FIP标准。

ISP和WORLDFIP1994年6月合并成立了现场总线基金会。

基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模3（1,2,7层）。

另外增加了用户层

2、ProfiBus

ProfiBus自1984年开始研制现场总线产品，现以成为欧洲首屈一指的开放式现场总线

系统,欧洲市场占有率大于40%广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电

与输配电等领域。

1996年6月ProfiBus被采纳为欧洲标准EN50170H二卷。

PNO%其用户组织，核心公司有：

Siemens公司，E+卷司，Samso心司，Softing公司等。

ProfiBus技术特性：

ProfiBus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络OSI

（OpenSystemInterconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应

用功能。

ProfiBus家族包括ProfiBus-DP,ProfiBus-PA,ProfiBus-FMS。

ProfiBus-DP

（DecentralizedPeriphery）是一种高速和便宜的通信连接，用于自动控制系统和设备级

分散的I/0之间进行通信。

ProfiBus-FMS

（FieldBusMessageSpecification）用来解决车间

级通用性通彳S任务。

与LLI（LowerLayerInterface）构成应用层，FMStl括了应用协议并向

用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，LLI协调了不同的通信关系

并向FMS®供了不

依赖设备访问数据链层。

ProfiBus-PA（ProcessAutomation）专为过程自

动化而设计的，

它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。

根据IEC61158-2国际标准,

ProfiBus-PA可用双绞线供电技术进行数据通信，数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议和描述现场设备的

PA行规。

当使用电缆耦合器，ProfiBus-PA装置能很方便的连接到ProfiBus-DP网络。

［主要

内容摘自“PROFIBUS^现场总线国际标准”欧阳劲松梅恪］

3、WorldFIP

WorldFIP协会成立于1987年3月，以法国CEGELECSCHNEIDER公司为基础开发了FIP

（工厂仪表协议）现场总线系列产品。

协会有100多个成员，产品在法国

市场占有率大于60%

欧洲约25%产品适用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。

1996年6月WorldFIP被采纳为欧洲标准EN50170WorldFIP是一个开放系统，不同系统、不同厂家生产的装置都可以使用WorldFIP,应用结构可以是集中型、分散型和主站-从站型。

WorldFIP现场总线构成的系统可分为三级：

过程级、控制级和监控级，这样用单一的

WorldFIP总线就可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的

1W女J0

WorldFIP协议有物理层、数据链路层和应用层组成。

应用层定义为两种：

MPSS义和

SubMMS义。

MPS1工厂周期/非周期服务，SubMMS工厂报文的子集。

物理层的作用能够确保连接到总线上的装置间进行位信息的传递。

介质是屏蔽双绞线

或光纤。

传输速度有31.25kb/s,1Mb/s和2.5Mb/s,标准速度是1Mb/s,使用光纤时最高可

达5Mb/So

WorldFIP的帧有三部分组成，即帧起始定界符（FSS,数据和检验字段,以及帧结束

定界符。

应用层服务有三个不同的组：

BAAS（BusArbitratorApplication

Services）,MPS

（ManufacturingPeriodical/aPeriodicalServices）,SubMMS

（SubsetofMessagingServices）。

MPSJ艮务提供给用户：

本地读/写服务，远方读/写服务，参数传输/接收指示，使用信息的刷新等。

处理单元通过WorldFIP的通信装置（通信数据库和通信芯片组成）挂到现场总线上。

通信芯片包括通信控制器和线驱动，通信控制器有FIPIU2,FIPCO1

FULLFIP2,MICROFIP

等，线驱动器用于连接电缆（FIELDRIVECREOL或光纤（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS。

通

信数据库用于在通信控制器和用户应用之间建立链接。

［主要内容摘自“法

国WorldFIP现场

总线技术概况

4、ControlNet/DeviveNet

ControlNet的基础技术是在RockwellAutomation企业于1995年10月公布。

1997年7月成

立了ControlNetInternational组织（http:

//www.controlnet.org）,

Rockwell转让此项

技术给该组织。

组织成员有50多个如ABBRoboties,HoneywellInc.,YokogawaCorp.,

ToshibaInternational,Procter&Gamble,OmronElectronicsInc.等。

DeviceNet的相关网

址（http:

//www.odva.org/）

传统的工厂级的控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。

而Rockwell自动化系统简化为三层结构模式：

信息层（Ethernet以太网），控制层

（ControlNet控制网），设备层（DeviceNet设备网）。

ControlNet层常传输大量的I/O和

对等通讯信息，具有确定性和可重复性的，紧密联系控制器和I/O设备的

要求。

它具备如下

特点：

1）ControlNet在单根电缆上支持两种类型的信息传输：

有实时性的控制信息和I/O

数据传输，无时间苛求的信息发送和程序上/下载；2）ControlNet技术采取了一种新的通

信模式，以生产者/客户模式取代了传统的源/目的模式它不仅支持传统的点对点通讯，而

且允许同时向多个设备传递信息。

生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步，

从而提高了带宽利用率；3）ControlNet使用同轴电缆可达6km,节点数99个，两个节点问

距离最长达1000m48个节点距离可长达250m采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。

ControlNet应用于过程控制，自动化制造等领域。

5、CAN

CAN（ControllerAreaNetwork）称为控制局域网，属于总线式通讯网络。

CAN总线规范了

任意两个CAN?

点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN&

议分为二层：

物理

层和数据链路层。

物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点

的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。

CAN勺数据链路

层功能包括帧组织

形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及

为应用层提供了接口。

CANW络具有如下特点：

CANBUS络上任意一个节点均可在任意时刻

主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从。

通讯灵活，可方便地构成多机备份系统

及分布式监测、控制系统。

网络上的节点可分成不同的优先级以满足不同的实时要求。

采用非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点

主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。

具有点对点，一点对

多点及全局广播传送接收数据的功能。

通讯距离最远可达10KM/5KBPS通讯速率最高可达

1MBPS/40M网络节点数实际可达110个。

每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受

干扰的概率低。

每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低，可靠性极高.通

讯介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。

在传输信息出错严重时，节点可自动切断它

与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。

现场总线标准有如下种类：

丹麦国家标准DSF21906P-Net

德国国家标准

DIN19245（1-2）

ProfiBus-FMS

德国国家标准

DIN19245（3）:

ProfiBus-DP

德国国家标准

DIN19245（4）:

ProfiBus-PA

法国国家标准

FIPC46601-607:

WorldFIP

日本JEMAfc准CC-Link

美国国家标准ANSI/NEM被等同方式支持的ISA/IEC标准草案

9）ISA/IEC61804过程控制模块

欧洲标准EN50170（CLC65CX

Vol.IP-Net

Vol.IIProfiBus

Vol.IIIWorldFIP

Vol.IVFF,联合王国（UK）IEC国家委员会提议

Vol.VControlNet,联合王国（UK）IEC国家委员会提议

欧洲标准EN50254（CLC65CX

1）ProfiBusDP

2）FIPDWF

3）Interbus

欧洲标准EN50295（CLCTC17B

1）ASI

欧洲标准prEN50325

1）DeviceNet美国Rockwell

2）SDS美国Honeywell

国际标准ISO11898

1）德国CANbus;

2）美国DeviceNet;

3）特性接近Pro巾Bus;

国际标准IEC62026（IECSC65C）

1）ASI法国、德国

2）DeviceNet美国Rockwell

3）SDS美国Honeywell

.什么是rs-232接口？

.RS232总线桥硬件设计

.RS232总线桥系统框图如图1所示:

PROFIBUS-DP1I

□

SPC3

_JI1L

可编程逻辑芯拨码开关片

（1）rs-232的历史和作用

在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行

通讯。

rs-232-c接口（又称eiars-232-c）是目前最常用的一种串行通讯接口。

（“rs-232-c”中的“-c”只不过表示rs-232的版本，所以与“rs-232”简称是一样的）它是在1970年由美国电子工业协会（eia）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。

它的全名是数据终端设备

（dte）和数据通讯设备（dce）之间串行二进制数据交换接口技术标准该标准规定采用一个25个脚的db-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

后来ibm

的pc机将rs-232简化成了db-9连接器，从而成为事实标准。

而工业控制的rs-232口一般只使用rxd、txd、gnd三条线。

⑵rs-232接口的电气特性

在rs-232-c中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。

即：

逻辑1为-3至U-

15v;逻辑0

为+3到+15v。

rs-232-c最常用的9条引线的信号内容如下所示

db-9123456789

db-2583220764522

定义dcdrxdtxddtrgnddsrrtsctsri

⑶rs-232接口的物理结构

rs-232-c接口连接器一般使用型号为db-9插头座，通常插头在dce端,插座在dte端.

pc机的rs-232口为9芯针插座。

一些设备与pc机连接的rs-232接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即发送数据txd、接收数据rxd和信号地gnd。

rs-232传输线采用屏蔽双绞。

（4）rs-232传输电缆长度

由rs-232c标准规定在码元畸变小于4%勺情况下，传输电缆长度应为50英尺,其实这个4%勺码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%勺用户是按码元

畸变10-20%勺范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国

dec公司曾规定允许码元畸变为10%5得出

下面实验结果。

其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为decp.no.9107723内有三对双绞线，每对由22#awg组成，其外覆以屏蔽网。

2号电缆为不带屏蔽的电缆。

型号为decp.no.9105856-04是22#awg的四芯电缆。

dec公司的实验结果

波特率bps1号电缆传输距离（米）2号电缆传输距离（米）

1101500900

3001500900

12009009002400300150

48003007596007575

经过许多年来rs-232器件以及通信技术的改进，rs-232的通信距离已经大大增加。

波士电子的rs-232增强器可以将普通的rs-232口的通信距离直接延长到1000米。

二、什么是rs-485接口？

1.rs-485的电气特性：

发送端：

逻辑1以两线间的电压差为+（2至6）v

表小；

逻辑0以两线间的电压差为-（2至6）v表示。

接收端：

a比b高200mv以上即认为是逻辑

1,a比b低200mv以上即认为是逻辑0。

2.rs-485（或rs-422）的接线：

3.rs-485的数据最高传输速率为10mbps）但是由于rs-485常常要与pc机

的rs-232

口通信，所以实际上一般最高115.2kbps。

又由于太高的速率会使rs-485传输距离减小，所以往往为9600bps左右或以下。

4.rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。

5.rs-485接口的最大传输距离标准值为1200米（9600bps时），实际上可达3000米,

rs-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器、即rs-485具有多机通信能力，这样用户可以利用单一的rs-485接口方便地建立起设备网络。

因rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。

因为rs485接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以rs485接口均采用屏蔽双绞线传输。

rs-485的国际标准并没有规定rs485的接口连接器标准、所以采用接线端子或者db-9、db-25等连接器都可以。

rs-485接口是事实工业标准。

6.采用rs485接口时，传输电缆的长度如何考虑？

答：

在使用rs485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允

许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所

限制。

最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24awg铜芯双绞电话电缆

（线径为00

51mm,线间旁路电容为52。

5pf/m,终端负载电阻为100欧时所得出。

（引自gb11014-89

附录a）。

当数据信号速率降低到90kbit/s以下时，假定最大允许的信号损失为6dbv时，则电缆长度被限制在1200m实际上，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。

当使用不同线径的电缆。

则取得的最大电缆长度是不相同的。

例如：

当数据信号速率为600kbit/s

时，采用24awg电缆，最大电缆长度是200m若采用19awg电缆（线径为0.91mm则电缆长度将可以大于200m若采用28awg电缆（线径为0.32mm则电缆长度只能小于200mrs-485的远距离通信建议采用屏蔽电缆，并且将屏蔽层作为地线。

三、什么是rsrs-422接口？

rs-422的电气性能与rs-485完全一样。

主要的区别在于：

rs-422有4根信号线：

两根发送（y、z）、两根接收（a、b）。

由于rs-422的收与发是分开的所以可以同时收和发（全双工）。

rs-485有2根信号线：

发送和接收都是a和b。

由于rs-485的收与发是共用两根线所以不能够同时收和发（半双工）。

能否将rs-422的y-a短接作为rs-485的a、将rs-422的z-b短接作为rs-485的b呢？

不一定。

条件是rs-422必须是能够支持多机通信的。

波士电子的所有接口转换器的rs-422口都能够支持全双工多机通信，所以可以这样简单转换为rs-

485。

四、rsrs-485比rsrs-232232-c接口相比有何特点？

由于rs-232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与ttl电平不兼容故需

使用电平转换电路方能与ttl电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps。

现在由于采用新的

uart芯片

16c550等，波特率达到115.2kbps。

（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种浜

地传输容

易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50米，实际上也只能用在15米左右0

（5）rs-232只允许一对一通信，而rs-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。

（6）深圳市天地华杰科技有限公司专业生产的td-1204集线器可以解决485总

线连接方式。

（7）td-1204是一款rs-485集线器（又称rs-485总线分割集中器，rs-

485hub）。

是深圳市天地华杰科技有限公司为了解决复杂电磁场环境下rs-485

总线大系统中星型布线而专业设计。

该rs485集线器采用双向透明传输，rs485

集线器它能够把一路rs-485或一路rs-232总线分割为4路rs-485总线，或者把四路rs-485信号汇集到一路rs-485或一路rs-232总线上来。

并且每个端口都独立具有光隔、短路、开路保护功能。

在系统发生故障的时候，内置的控制器能够及时的切断有故障的端口。

使rs485集线器保证每一端口都起到独立工作，达到互不干扰的效果。

每个端口可同时连接32个接点，可延长1200米

rs-485信号。

是改变rs-485总线布线中单一结构的最好选择

在数据通信，计算机网络以及分布式工业控制系统当中，经常需要使用申行通信来实现数据交换。

目前，有RS-232,RS-485,RS-422几种接口标准用于用行通信。

RS-232是最早的串行接口标准，在短距离（<15M,较低波特率用行通信当中得到了广泛应用。

其后针对RS-232接口标准的通信距离短，波特率比较低的状况，在RS-232接口标准的基础上又提出了RS-422接口标准，RS-485接口标准来克服这些缺陷。

下面详细介绍RS-232,RS-422,RS-485接口标准。

RS-232串口标准是种在低速率串行通讯种增加通讯距离的单端标准。

RS-

232采取不平衡传输方式，即单端通讯。

其收发端的数据信号都是相对于地信号的。

所以其共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容，其传输距离最大约为15M最高速率为20KBPS且其只能支持点对点通信。

针又tRS-232串口标准的局限性，人们又提出了RS-422,RS-485接口标准。

RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：

发送端将用行□的TTL电

平信号转换成差分信号A,B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。

由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。

故传输信号在千米之外都是可以恢复。

RS-485/422最大的通信距离约为1219M

最大传输速率为10Mb/S,传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。

RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。

RS-485总线网络拓扑一般采

用终端匹配的总线型结构。

即采用一条总线将各个节点申接起来，不支持环形或星型网络。

如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器

才可以。

RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。

在各种现场中，485总线应用的非常的广泛，但是485总线比较容易出现故障，现在将485总线容易出现故障的情况并且可以排除这些故障的方法罗列如下：

1.由于485信号使用的是一对非平衡差分信号，意味485网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地，以减少数据线上的噪音，所以数据线最好由双绞线组成，并且在外面加上屏蔽层作为地线，将485网络中485设备连接起来，并且在一个点可靠接地。

2.在工业现场当中，现场情况非常复杂，各个节点之间存在很高的共模电压，485接口使用的是差分传输方式，有抗共模干扰能力，但是当共模电压大于+12V或者小于-9V时，超过485接收器的极限接收电压。

接收器就无法工作，甚至可能会烧毁芯片和一起设备。

可以在485总线中使用深圳市富永通科技有限公司的485光隔离中继器，将485信号及电源完全隔离，从而消除共模电压的影响。

3.485总线随着传输距离的延长，会产生回波反射信号，如果485总线的传输距离如果超过100米，建议施工时在485通讯的开始端和结束端120欧姆的终端电阻。