现场总线.docx

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现场总线

一、我对现场总线的认识

  在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。

现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。

现场总线对自动化技术的影响意义深远。

当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。

因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。

  现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。

目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。

较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。

  自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。

  从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。

以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。

  现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。

现代大部分学者给现场总线下了这一定义：

安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系。

现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它应用于现场测量和控制目的。

现场总线的特点：

开放性、互可操作性与互换性、现场设备的智能化与功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性、系统可靠性、信息一致性、经济性、易于安装维护。

现场总线与计算机网络区别：

实时性（现场总线要求时延较小）、环境适应性和安全性、额外开销、逻辑链路控制形式、通信要求。

在现场总线中数据传输分为串行传输与并行传输。

并行传输速度、设备复杂且距离短。

而串行传输与之相反，串行传输易于实现而应用广泛。

数据传输需要传输媒体。

传输媒体是在数据传输系统中位于发送器和接收器之间的物理通路。

分为有线和无线。

有线媒体包括双绞线、同轴电缆及光缆；无线媒体主要包括海水、空气、外层空间等，不引导传播方向。

差错检测与校正中常用的检验码为奇偶检验码和循环冗余码（CRC）。

差错控制则通常采用反馈重发（ARQ）的办法来纠正。

反馈重发纠错的实现方法有两种：

停止等待方式和连续工作方式。

连续工作方式又分：

拉回重发和选择重发。

这学期主要学习了输入输出位传输现场总线---CAN总线。

其主要应用对象是具有开关量特征的传感器和执行器系统。

传感器可以是各种原理的位置接近开关及温度、压力、流量、液位开关等，执行器可以是各种开关阀，声、光报警器，也可以是继电器、接触器等低压开关电器。

CAN总线采用面向报文的优先级控制方式，用标识符定义静态的报文优先权；采用短帧格式，总线上的报文以不同的固定报文格式发送，但长度受限；非破坏性的总线仲裁多主系统。

总线空闲时，任何节点都可以开始传送，优先级较低的节点会主动退出发，而具优先级高的节点可以最终获得总线访问，不受影响地继续传输数据；通信服务简便，阻隔期短；错误检测和错误处理机制先进。

为了获得最安全的数据发，CAN的每一个节点均设有错误检测、错误标定及错误自检等措施；整个系统范围内保持数据一致；延迟时间短，出错恢复快；总线驱动电路决定总线可接节点数，目前可达110个；通信距离与通信速率有关。

最低40m，相应的通信速率是1Mbps；最远可达10km，相应的通信速率在5kbps以下。

ModBus：

控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的Modbus网络通信。

用户选择想要的模式，主要包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

Modbus分为两种工作模式：

ASCII和RTU模式。

（1）ASCII模式当控制器在Modbus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。

这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成（十六进制，ASCII字符0—9，A—F）

（2）RTU模式当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。

这种方式的主要优点是：

在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

二、高速现场总线

高速高精控制是现代数控系统的发展趋势。

高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接，它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。

目前这一领域还比较薄弱，还有很大的发展空间。

因此，高速现场总线的设计、开发将是竞争十分激烈的领域，这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。

而选择什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首要内容。

三、Modbus_RTU模式实验

1．实验目的

学会使用ModbusRTU软件，加深对Modbus通讯协议的理解和应用。

2.实验设备

PC机，主从机模拟程序：

mbpoll和mobslave.，虚拟端口。

3.实验内容

实现01、03、05、06、15、16功能码功能，其中03、16功能码实现对2个浮点数的读写，报文解释附上截图。

（1）01功能码--读线圈状态

如图所示，主机和从机已经成功实现无差错通讯。

Tx:

表示发送的数据帧（主机->从机），Rx:

表示接收的数据帧（从机->主机）。

000000-Tx：

0101000000043DC9

01：

从机地址

01：

功能码

0000：

被读取线圈的起始地址

0004：

被读取线圈的个数

3DC9：

CRC校验码

000000-Rx：

010101005188

01：

从机地址

01：

功能码

01：

字节数

00：

读取线圈的状态：

四个均为OFF

5188：

CRC校验码

（2）03功能码--读保持寄存器

如图所示，主机和从机已经成功实现无差错通讯，且从报文中可以看出，主机成功将指令发送到了从机。

Tx:

表示发送的数据帧（主机->从机），Rx:

表示接收的数据帧（从机->主机）。

000066-Tx：

0B03000400040562

0B：

从机地址

03：

功能码

0004：

起始地址

0004：

寄存器的数量

0562：

CRC校验

000067-Rx：

0B0308000000010000000089CF

0B：

从机地址

03：

功能码

08：

字节数（每个寄存器为两个字节）

0000：

register40005的数据

0001：

register40006的数据

0000：

register40007的数据

0000：

register40008的数据

89CF：

CRC校验

（3）05功能码--强制单个线圈

000448-Tx：

0505000200006D8E

05：

从机地址

05：

功能码

0002：

线圈地址

0000：

请求线圈处于OFF状态

6D8E：

CRC校验

000449-Rx：

0505000200006D8E

05：

从机地址

05：

功能码

0002：

线圈地址

0000：

请求线圈处于OFF状态

6D8E：

CRC校验

FF00：

请求线圈处于ON状态

（4）06功能码--预置单个寄存器

001006-TX：

070600030051B850

07：

从机地址

06：

功能码

0003：

要预置的寄存器的地址

0051：

预置的值（16进制）

B850：

CRC校验

001007-RX：

070600030051B850

07：

从机地址

06：

功能码

0003：

要预置的寄存器的地址

0051：

预置的值（16进制）

B850：

CRC校验

（5）15（0FH）功能码--强制多个线圈

001096-TX：

0B0F000D000A02F000D945

0B：

从机地址

0F：

功能码

000D：

线圈起始地址

000A：

线圈个数

02：

字节数

F0：

预置线圈的状态，coils21-14

00：

预置线圈的状态，coils23-22

D945：

CRC校验

001097-RX（响应帧）：

0B0F000D000A44A5

0B：

从机地址

0F：

功能码

000D：

线圈起始地址

000A：

线圈个数

44A5：

CRC校验

（6）16功能码（10H）--预置多个寄存器

001248-TX：

0B10000100020401B00E89D666

0B：

从机地址

10：

功能码（十六进制）

0001：

寄存器起始地址

0002：

寄存器的个数

04：

字节数

01B0：

寄存器的预置值（十六进制），地址为02

0E89：

寄存器的预置值（十六进制），地址为03

D666：

CRC校验

001249-RX：

0B100001000210A2

0B：

从机地址

10：

功能码（十六进制）

0001：

寄存器起始地址

0002：

寄存器的个数

10A2：

CRC校验

四、参观学习体会

对接触了现场总线的理论学习有了一定认识后，我们河海大学常州校区2012级自动化的同学在2014年12月12日早晨九点在陆晓春老师的带领下参观了常州翔云测控软件公司。

常州翔云测控软件有限公司创建于2006年，是国内专业从事纺织机械经编机计算机控制系统的设计、开发及系统集成的研发、生产、销售与服务的企业。

陆老师秉着实践教学的理念，为我们争取来了这次难得的机会。

在翔云公司，我们听取了工作人员关于翔云公司产品的介绍，也对现场总线在纺织行业的实际应用有了一个比较细致的了解。

在翔云公司实验室，工程师们为我们演示了现场总线的控制过程和翔云公司的产品。

虽然张经理的原理讲解比较通俗易懂，但是要通过集成多门高精尖技术集为一体可不是简单的事，虽然我也看的云里雾里，但是我内心也暗自决定好好提升自己的专业知识，成为社会上的可造之材。

这学期现场总线的学习让我收获了很多，开阔了眼界，也对我们自动化同学将来的就业发展也有了一定的认识。

最后真心祝愿陆晓春老师身体健康，工作顺利。