現場總線（Fieldbus）是近年來迅速發展起來的一種工業數據總線，它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。由于現場總線簡單、可靠、經濟實用等一系列突出的優點，因而受到了許多标準團體和計算機廠商的高度重視。

在工業的發展中，現場總線起着非常重要的作用，主要應用于石油、化工、電力、醫藥、冶金、加工制造、交通運輸、國防、航天、農業和樓宇等領域。

今天就給大家介紹一下Modbus通信協議，PROFIBUS、FF、CAN總線等幾種現場總線。

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，目前施耐德公司已将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今後的發展奠定了基礎。在中國，Modbus已經成為國家标準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。

為更好地普及和推動Modbus在基于以太網上的分布式應用，目前施耐德公司已将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今後的發展奠定了基礎。在中國，Modbus已經成為國家标準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，識别按地址發來的消息，決定要産生何種行動。

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。

Modbus的特點

标準、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，也不會侵犯知識産權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的産品超過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

什麼是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、數據鍊路層、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。

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。

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标準。其物理媒介的傳輸信号采用曼徹斯特編碼，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”狀态，也可根據數據的中心位置精确定位。

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标準，代号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标準EN50170。根據歐洲标準化規則，EN50170于當年自動地在法律上得到歐洲所有國家标準化機構的認可。德國注銷了原有的PROFIBUS國家标準DIN19245，以EN50170取而代之。

從現在起，歐洲所有公開的招标都是在EN50170的基礎上進行的.EN50170在保護投資方面為生産廠家和用戶提供了一個最高的标準。 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。

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。

站點數取決于信号特性，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。

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

如一個車間三條生産線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生産設備狀态在線監控、設備故障報警及維護等。通常還具有諸如生産統計、生産調度等車間級生産管理功能。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，将車間生産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幹網上，将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，用于汽車内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标準IS011898(通信速率1 Mbps)和IS011519 (通信速率1251cbps )。

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。可挂接設備最多可達110個。

CAN的信号傳輸采用短幀結構，每一幀有效字節數最長為8個，因而傳輸時間短，受幹擾的概率低。

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标準，在汽車領域常使用500Kbps的高速CAN。

某進口車型擁有，車身、舒适、多媒體等多個控制網絡，其中車身控制使用CAN網絡，舒适使用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，并将轉速、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是舒适型，速度：125Kbps，主要控制儀表、防盜等。

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