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電控現場總線知識


 

工控現場總線知識

 

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于工業現場的總線協議。

 

  為更好地普及和推動Modbus在基于以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,并成立了Modbus-IDA組織,為Modbus今后的發展奠定了基礎。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。

 

現場電控總線知識

 

  為更好地普及和推動Modbus在基于以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,并成立了Modbus-IDA組織,為Modbus今后的發展奠定了基礎。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


  應用于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(例如以太網)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和以太網設備。許多工業設備,包括PLC,DCS,智能儀表等都在使用。

 

現場工控總線知識

 

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,也不會侵犯知識產權。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

 

什么是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,并在應用層上增加了用戶層。 

現場工控總線知識

 

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。

 

現場工控總線知識

 

  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采用曼徹斯特編碼,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是聯邦德國于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準被列為歐洲標準EN50170。根據歐洲標準化規則,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、機器制造業、食品工業、運輸業直到環保工程等,獲得應用。

 

現場工控總線知識

 

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。

 

  傳輸速率取決于網絡拓撲和總線長度,從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

 

  站點數取決于信號特性,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。

 

  采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。

 

現場工控總線知識

 

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,在操作員工作站及打印設備上。車間級監控網絡可采用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干網上,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制造商開發出來的,起初是專為汽車工業所設計的,用于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 )。

 

現場工控總線知識

 

CAN總線技術特點


  采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的信號傳輸采用短幀結構,每一幀有效字節數最長為8個,因而傳輸時間短,受干擾的概率低。

 

  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。它采用總線仲裁技術,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。

 

現場工控總線知識

 

  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,并將轉速、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。

 

 

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