工业现场总线协议解析
工业自动化中的网络通信协议
工业自动化中的网络通信协议工业自动化是指利用各种技术手段对工厂或生产线上的各种生产过程进行自动控制和管理的技术体系。
在现代工业生产中，网络通信协议在实现工业自动化过程中起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的工业自动化中使用的网络通信协议。
一、Modbus协议Modbus是一种经典的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
它采用主从结构，通过串口传输数据，将上位机（主站）与下位机（从站）进行连接。
Modbus协议简单易用，适用于控制器之间的通信，如PLC、仪器设备等，具有广泛的兼容性和可扩展性。
二、Profibus协议Profibus是一种常用的工业现场总线通信协议，用于实现自动化系统中各种设备的通信。
它支持多种传输介质，包括RS485、光纤等，适用于不同的工业环境。
Profibus协议具有高速传输、实时性能好等特点，广泛应用于工厂自动化和过程自动化领域。
三、Ethernet/IP协议Ethernet/IP是一种工业以太网通信协议，基于标准的以太网技术，使得工业设备可以通过以太网进行连接和通信。
它支持TCP/IP协议，能够实现工业设备与企业内部网络的集成，为工业自动化提供了更高的灵活性和通用性。
四、CAN协议CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车电子和工业自动化领域的通信协议。
CAN协议采用差分信号传输，具有抗干扰性强、可靠性高等特点。
它适用于多节点分布式控制系统，可以实现设备之间的快速、可靠的通信。
五、Profinet协议Profinet是一种以太网通信协议，是Profibus的以太网扩展。
Profinet协议利用以太网实现工业自动化设备的通信和集成，支持实时通信和无线通信，适用于复杂的工业自动化系统。
六、DeviceNet协议DeviceNet是一种CIP（Common Industrial Protocol）上的一种现场总线通信协议，常用于工业自动化设备的通信。
现场总线技术 第4章 通用工业协议CIP 现场总线技术及其应用 教学课件
DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
Ethernet physical
Layer
Future
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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CIP
This is Ethernet/IP
(IP stands for Industrial Protocol)
2020/3/19
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4.2 CIP的特点----报文
I/O报文（I/O Message） –在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文 （Implicit Message），它的数据域中常不包括协 议信息，仅仅是实时的I/O控制数据，这些数据的 含义是预定义的。因而在节点中对处理这些数据所 需的时间大大减小。 –为解释这种类型的报文而必须引入的附加量 (overhead)小，数据短，使用频率一致，并且需要 高的性能：对I/O报文传送的可靠性，送达时间的 确定性及可重复性有很高的要求。 –过去，用于I/O控制的网络不能处理发送显性报文 时在发送数据的时间及报文尺寸上的不定性因素。 控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两 种不同报文类型的不同要求。 西门子的 Profibus FMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。
Future?
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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This is DeviceNet
User Layer
Application Layer
Transport and Data Link Layer
Physical Layer
2020/3/19
CIP
CAN协议规范解析
CAN协议规范解析CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种高性能、实时性强、可靠性高的现场总线通信协议。
它最初是由德国Bosch公司为汽车电子系统开发的，现已广泛应用于汽车、工业自动化、电力系统等领域。
CAN协议规范完整，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
1.物理层CAN协议的物理层使用两根信号线CAN_H和CAN_L构成差分传输线路。
CAN_H线接收高电平信号，CAN_L线接收低电平信号，通过这种方式实现数据的传递和接收。
这种差分传输方式具有抗干扰能力强、传输距离远等优点。
物理层还包括传输速率的定义，CAN协议支持多种传输速率，常用的有1 Mbps、500 kbps、250 kbps、125 kbps等。
选择不同的传输速率可以根据实际需求进行配置。
2.数据链路层数据链路层主要负责将上层应用发送的数据封装成CAN帧，并在总线上进行传输。
CAN帧由以下四个部分组成：起始位（SOF）、标识符（ID）、数据域（Data）和CRC校验码。
起始位用于同步接收方的时钟，标识符用于区分不同的数据帧，数据域用于传输应用数据，CRC校验码用于检测数据的传输错误。
CAN协议支持标准帧和扩展帧两种类型的数据帧，标识符的长度不同，标准帧为11位，扩展帧为29位。
扩展帧可以提供更多的ID范围，适用于大规模网络通信。
数据链路层还包括数据帧的发送和接收机制。
CAN协议采用一种优先级机制，不同的数据帧有不同的优先级，优先级高的数据帧可以打断正在传输的低优先级数据帧。
这种机制能够保证高优先级数据的实时性和可靠性。
3.网络层网络层主要负责CAN网络中节点之间的通信，包括数据的路由和过滤。
CAN网络支持多个节点的连接，节点之间可以通过总线进行双向通信。
每个节点可以发送和接收数据帧，通过标识符来区分不同节点的数据帧。
网络层还包括数据的过滤和控制，可以根据接收节点的ID进行过滤，只接收符合条件的数据帧。
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线（Fieldbus）是一种用于现场设备、传感器和执行器
连接的数字通信网络。
它允许现场设备与控制系统进行数据交换和通信，实现自动化系统的远程监控和控制。
现场总线的协议组成结构通常包括：
1. 物理层：现场总线协议的物理层包括了传输介质（如电缆）、连接器和传输速率等，用于传输数据和提供电源等功能。
2. 数据链路层：数据链路层负责数据的传输和错误检测纠正。
它将上层应用数据分成较小的数据包，添加控制信息（如地址、校验等）并将其发送到总线上。
3. 应用层：应用层定义了数据的格式和标准，控制设备之间的通信和交互。
它定义了现场设备和控制系统间的通信协议、数据结构和消息格式等。
现场总线的工作原理如下：
1. 现场设备连接到总线：现场设备（如传感器、执行器等）通过物理层将自己连接到现场总线上，允许其与其他设备进行通信。
2. 控制系统与现场总线连接：控制系统通过总线接口连接到现场总线上，可以监控和控制现场设备。
3. 数据交换：现场设备通过总线发送数据到控制系统，并从控制系统接收指令和配置信息。
控制系统可以实时地监测现场设备的状态，并进行数据采集和控制。
4. 数据处理：控制系统接收到现场设备发送的数据后，进行处理和分析，将结果提供给操作人员进行监控和决策。
总之，现场总线的协议结构和工作原理允许现场设备与控制系统之间进行数字通信和数据交换，实现自动化系统的监测和控制。
它提供了一种高效、可靠的方式来集成和管理现场设备，提高了自动化系统的可靠性和灵活性。
(完整版)DeviceNet现场总线协议讲解
DeviceNet 现场总线协议讲解Devicenet 简介: DeviceNet 是由美国Rockwell 公司在CAN 基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。
它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。
DeviceNet 是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同量，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。
DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。
现场总线系统的结构和技术特点1. 现场总线的历史和发展现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运产生的。
它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。
由于标准实质上并未统一，所以对现场总线的定义也是各有各的定义。
下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。
（l） ISA SP50 中对现场总线的定义。
现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。
工业网络常用协议概要
工业网络归结为三类：RS485网络、HART网络和现场总线网络。
HART网络：HART是由艾默生提出一个过度性总线标准，主要是在4~20毫安电流信号上面叠加数字信号，物理层采用BELL202频移键控技术，以实现部分智能仪表的功能，但此协议不是一个真正意义上开放的标准。
FieldBus现场总线网络：现场总线是当今自动化领域的热点技术之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。
现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。
其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。
现场总线技术成为国际上自动化和仪器仪表发展的热点，它的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步迈进，形成新型的网络通信的全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。
然而，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。
何时统一，遥遥无期。
支持现场总线的仪表种类还比较少，可供选择的余地小，价格又偏高，用量也较小。
RS485网络：RS485/MODBUS是流行的一种布网方式，实施简单方便，支持RS485的仪表很多。
Modbus 协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型。
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 协议作为他们之间的通讯标准。
Modbus优点（1）公开发表并且无版权要求（2）易于部署和维护（3）对供应商来说，修改移动本地的比特或字节没有很多限制。
（4）Modbus 允许多个(大约240 个) 设备连接在同一个网络上进行通信其他同类通信协议：CANBUS、profibus 等TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。
现场总线协议
现场总线协议现场总线协议（Fieldbus Protocol）是工业自动化领域中用于现场设备之间通信的一种协议标准。
它通过数字通信技术将现场设备（如传感器、执行器、控制器等）连接到控制系统，实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
现场总线协议的应用可以大大简化工业自动化系统的布线结构，提高系统的可靠性和灵活性，降低成本和维护工作量，因此在工业自动化领域得到了广泛的应用。
现场总线协议的发展历程可以追溯到20世纪80年代初。
当时，工业自动化系统中的现场设备通常采用模拟信号进行通信，系统的布线结构复杂，维护困难，而且受到环境干扰的影响较大。
为了解决这些问题，工业界开始研究开发数字通信技术，并逐步形成了现场总线协议标准。
经过多年的发展，现场总线协议已经成为工业自动化领域中设备通信的主流技术。
现场总线协议的特点之一是支持多种通信介质和拓扑结构。
它可以通过不同的物理介质（如双绞线、光纤、无线等）进行通信，并且可以采用总线、星型、环型等不同的拓扑结构。
这使得现场总线协议可以适应不同的工业场景，满足不同的通信需求。
另一个特点是支持多种通信协议和数据格式。
现场总线协议可以适配不同的通信协议（如Modbus、Profibus、CANopen等），并且可以传输不同类型的数据（如模拟量、数字量、文本等）。
这使得现场总线协议可以与各种现场设备进行兼容，实现设备之间的互联互通。
除此之外，现场总线协议还具有高可靠性和实时性。
它采用了多种技术手段（如冗余通信、数据校验、错误纠正等）来保障通信的可靠性，同时通过优化通信协议和数据传输方式，实现了毫秒级甚至微秒级的实时通信。
这使得现场总线协议可以满足工业自动化系统对通信速度和可靠性的严格要求。
总的来说，现场总线协议作为工业自动化领域中设备通信的重要技术，具有广泛的应用前景。
随着工业自动化系统对通信技术的不断需求和发展，现场总线协议将继续发挥重要作用，推动工业自动化领域的进步和发展。
现场总线的名词解释
现场总线的名词解释现场总线（Fieldbus）作为一种先进的工控技术，已经在工业自动化领域中得到广泛应用。
它是一种能够在现场仪器设备之间进行实时通信和数据交换的数字通信协议，使得设备与控制系统之间能够高效地交换信息，实现更加灵活和智能的自动化控制。
那么，什么是现场总线呢？在工业自动化领域，现场总线是指一种将工厂现场的仪器、传感器和执行机构与控制系统之间建立起连续的数字通信网络。
它是通过一条或多条总线来连接不同的设备，实现数据的传输和控制指令的交换。
现场总线的出现使得设备之间能够直接通信，不再需要通过传统的模拟信号进行中转，大大简化了工业自动化系统的设计和布线。
同时，现场总线还具有高实时性、可靠性和扩展性的特点，能够满足不同工艺过程的需求。
现场总线技术包括了多种协议和标准，例如Profibus、DeviceNet、CANopen等，每种都有其特定的应用场景和功能。
这些协议采用了分布式控制的思想，将控制系统分布到各个设备之间，实现了更加灵活和可靠的控制方式。
通过现场总线，各个设备之间能够实现数据的共享和交换，从而大大提高了生产效率和质量。
例如，在一个工厂的生产线上，通过现场总线可以实现对不同设备的监控和控制，及时获取设备的状态和生产数据，从而进行合理调度和优化生产过程。
此外，现场总线还能够实现设备的智能化和远程诊断。
通过现场总线，设备与控制系统之间能够进行实时数据的交换和处理，设备可以根据控制系统的指令进行自主操作，实现更加智能化的控制。
同时，控制系统还可以通过现场总线对设备进行远程诊断和维护，及时发现和解决故障，提高生产线的可靠性。
现场总线作为一种重要的工控技术，正在得到越来越广泛的应用。
它已经成为现代工业自动化领域的标准之一，不仅在制造业、能源行业等传统行业中得到应用，也在新兴领域如物联网和智能城市中发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，现场总线将持续演进，为工业自动化领域带来更多的创新和发展。
总结起来，现场总线是一种能够在工业自动化领域中进行实时通信和数据交换的数字通信协议。
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工业现场总线协议解析
工业网络通常采用现场总线协议，通过实时和可靠的分布式控制功能来连接生产车间中的仪器仪表和机械设备，比较容易并且可靠的控制所实现的系统。
现场总线标准应用非常广泛，大量已经安装的设备都采用了现场总线。
但是，大部分这些现场总线标准都是基于(已有的)串行通信协议标准(与RS485或者RS232相似)，没有充分发挥应用广泛的以太网技术的优势。
随着系统复杂程度的增加，大部分现场总线难以满足平台通用性和系统性能的要求。
这促使设备生产商转向采用基于以太网的通信技术，实现高性能、低成本和很好的通用性。
很多现场总线标准都已经集成到工业以太网协议中，采用很少的控制功能，实现实时通信和工业互联，同时保护了在现场总线软件和已有设备上的投入。
控制区域网(CAN)是一种广播、差分串行总线标准，工作在干扰较大的电力机械(噪声)环境中。
CANopen建立在自动化应用CAN (例如，数据链路层和物理层)基础上，能够实现百分之百的数据完整性，而采用以太网无法满足这一要求。
DeviceNet是设备级网络，为工业自动化提供可靠、高效的数据处理功能。
ControlNet是一种实时、确定性、可重
构的控制层网络，适用于数据和消息的高速传送。
DeviceNet 和ControlNet的应用层基于公共工业协议(CIP)层，它也用于Ethernet/IP中。
这些协议目前由独立开放设备供应商协会(ODV A)管理。
LonWorks是用于开发照明和HV AC等自动化/控制应用的流行协议标准。
LonWorks网络设备可使用各种介质，包括双绞线、电源线、以太网、光纤和RF等。
Modbus是为可编程逻辑控制器(PLC)应用开发的免版税开放串行通信协议。
Modbus支持很多设备连接在同一网络上，例如监控以及数据采集(SCADA)系统中管理计算机和远端单元(RTU)的连接等。
Modbus基本结构由Modbus/IDA进行管理，这一自动设备独立用户和供应商组织希望能够推动这一协议标准的广泛应用。
过程现场总线(PROFIBUS)是一种现场总线协议。
对于分散外围设备和过程自动化(DP和PA)这两种PROFIBUS，在分散生产和过程控制中，PROFIBUS DP一般通过中央控制器对传感器和激励器进行控制。
应用较少的PA主要用于监视测量设备。
经过多年的应用，PROFIBUS在生产和过程自动化方面都得到了广泛认可。
Profibus国际组织(PI)不断完善并推进PROFIBUS技术的应用。
串行实时通信系统(SERCOS)接口为运动控制、数字伺服驱动和输入/输出(I/O)设备提供标准、实时、高性能通信链接。
SERCOS适合多轴运动控制对精确协调移动要求非常高的应用。
国际电工协会(IEC)发布的官方SERCOS接口标准文档是IEC 61491。
还提供工业以太网版本的SERCOS III。
在合作伙伴组织SERCOS国际的带领下，SERCOS行业协会致力于运动控制、驱动器、I/O、传感器和激励器互联SERCOS 数字接口的开发和推广。