现场总线与工业以太网_ProfiBus通讯技术_图文.ppt
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精选现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
1与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： ➢ 网络管理报文（NMT） ➢ 服务数据对象SDO(Service Data Object） ➢ 过程数据对象PDO（ProcessData Object） ➢ 预定义报文或者特殊功能对象
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6
PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
➢ 节点启动(boot-up)
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现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
《PROFIBUS总线》PPT课件
8>使用半双工传输； 9>地址定义范围为:0～127； 10>使用两类站:主站 <主动站,具有总线存取控制权
>和从站 <被动站,没有总线存取控制权>； 11>总线存取基于混合、分散、集中3种方式； 12>数据传输服务有两类: 非循环的:有/无应答要求的发送数据;有应答要求的
发送和请求数据. 循环的 <轮询>:有应答要求的发送和请求数据.
〔1〕NC/RC行规 <3.052>:机床和装配机器人
〔2〕编码器行规 <3.062>:回转式、转角式 和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接.
〔3〕变速传动行规 <3.071>:传动技术设备 生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规.
〔4〕操作员控制和过程监视行规 <HMI>:通 过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连
PROFIBUS通信模型
第三节 PROFIBUS的通信模型
一、物理层 1.DP/FMS<RS-485>的物理层 2.DP/FMS<光缆>的物理层 3.PA的物理层
1.DP/FMS<RS-485>的物理层
屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准<也称 H2>
总线段的两端各有一个终端器 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选
组成部分 <TYPEIII>； 20XX成为中国的机械行业标准/T10308-3-
2001.
PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 1.PROFIBUS-DP 用于传感器和执行器级的高速数据传输,它以
DIN19245的第三部分为基础,根据其所需要达 到的目标对通信功能加以扩充,DP的传输速率 可达12Mbit/s,一般构成单主站系统,主站、 从站间采用循环数据传输方式工作.
现场总线技术-PPT课件
Profibus-DP主要性能特点
·传输速率范围很广，可高速数据通信 9.6Kbit/s~12Mbit/s ·传输介质:RS-485技术双绞屏蔽铜电 缆和光纤传输;
Profibus-PA
• Profibus-PA • 支持单位:西门子公司Profibus国际组织
(PI) ， 我 国 有 用 户 组 织 或 专 业 委 员 会 (CPO) 。 标 准 :IEC61158; IEC61784;DIN19245;EN50170。 • 应用领域:流程工业。 • 使用情况 : 应用很广，已有 250 家生产厂 商2000多种产品，已安装25万节点。
SwiftNet
• SwiftNet得到美国波音公司支持。
SwiftNet现场总线是一种结构简单、 实时性强的总线，协议仅包括物理 层和数据链路层，在标准中没有定 义应用层。
INTERBUS
• 支持单位 :PhoenixContact 公司、 INTERBUS 用
户协会和行业标准化协会(INTERBUS-CLUB) • 标准:IEC61158;IEC61784; EN50254;DIN19258。 • 应用领域 : 工业控制，用于 PLC 、 IPC 等现场设备 的连接。汽车制造、生产线、食品工业、煤矿输 送线、合成纤维、自来水厂。 • 使用情况 : 应用很广， 1000 多家生产厂家， 2500 多种产品，已有450万节点50万系统应用实绩。
Rosemount等100多家公司)。 标准:IEC61158;IEC61784。 应用领域:流程工业及其它工业控制。 使用情况:已有试点工程投入运行。 多家生产各种有FFH1接口的产品， 可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
· IEC支持，开放性好，可互操作性好; · 多种传输介质; · 传输速率31.25kbit/s; · 支持本质安全防爆; · 有数据链路网桥连接与HSE相连。
现场总线与工业以太网及其应用技术
“现场总线和工业以太网之间的转换是可能的，但是需要使用相应的转换设 备或者转换软件来实现。”
“在选择合适的通信协议时，需要考虑控制系统的具体需求和实际情况，包 括设备的成本、通信距离、数据传输速率、可靠性等方面的需求。”
这些摘录不仅可以帮助读者理解现场总线和工业以太网的基本概念和技术， 还可以帮助读者了解这些技术在现代工业控制网络中的应用和优势。这本书还提 供了大量的应用案例，这些案例可以帮助读者更好地理解和应用所学到的知识。
“Modbus是一种非常流行的现场总线协议，它可以支持多种不同类型的数据 传输，包括ASCII、二进制和RTU格式。”
“Profinet是一种基于以太网的工业自动化通信协议，它可以在TCP/IP网络 上实现实时的数据传输。”
“对于一个典型的工业控制系统来说，控制器、传感器和执行器之间的距离 可能会非常远，这需要使用合适的通信协议来实现远距离通信。”
《现场总线与工业以太网及其应用技术》是一本非常值得一读的书。它既提 供了关于现场总线和工业以太网的基本知识，又展示了这些技术在现代工业中的 应用现状和发展趋势。通过阅读这本书，我对这个领域有了更深入的了解，也有 了更全面的认识。这不仅丰富了我的知识库，也提升了我对现代工业自动化的理 解和分析能力。
通过阅读这本书，我对现场总线和工业以太网的应用有了更为清晰的认识。 我了解到，这两种网络技术在现代工业自动化和过程控制领域发挥着越来越重要 的作用。它们的出现，大大简化了复杂的网络结构，提高了系统的稳定性和可靠 性。特别是在实现远程监控和维护方面，这两种技术提供了极大的便利。
我也对现场总线和工业以太网的技术发展趋势有了新的认识。随着新技术的 不断发展，这两种网络技术也在不断演进和完善。例如，对于工业以太网而言， 其正在向更高速度、更远距离、更灵活的方向发展；而对于现场总线而言，其正 在追求更开放、更智能、更安全的特点。这些发展趋势，为我提供了新的视角和 思考。
第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动 化领域的计算机局域网。 它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级 控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅 是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的 控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的 综合技术，已受到世界范围的关注而成为自动化技术发展 的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
NRZ编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK和 COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无 线介质。 2．数据链路层 数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC） 和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送 的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行 控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的 设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的 权力，而从站则只有响应主站访问的权力。 关于MAC层，目前有三种协议： （1）集中式轮询协议 其基本原理是网络中有主站，主站周期性地轮询各个节点， 被轮循的节点允许与其他节点通信。
现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结 构对比如图8-1所示。
操作站 LAN 控制站 操作站 LAN CANBUS 服务器 PROFIBUS-DP 4~20mA H1 现场设备
网桥
LonWorks 现场总线 现场设备
传统的模拟仪表
DeviceNet 现场总线
图8-1 FCS与DCS结构比较
8.1.1 现场总线的产生
在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着 一种信号标准，那就是4~20mA的模拟信号标准。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时 的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被 嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电 子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、 传输及优化控制等功能的智能设备。 一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪 表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自 校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、 状态报告、趋势图等功能。
超详细的工业以太网与现场总线分析
超详细的工业以太网与现场总线分析导读随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
现场总线现场总线是应用在生产现场，用于连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
控制组成01、现场总线控制系统它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。
首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。
通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。
在网络运行过程中系统实时采集数据、进行数据处理、计算。
优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。
02、现场总线的测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率、高准确性、抗干扰畸变能力强等特点，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。
03、设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。
04、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。
服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。
客户机运行在PC机或工作站上。
服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。
05、数据库它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。
现场总线与工业以太网CAN总线
CAN 具有的完善的通信协议可由CAN 控制器芯片及其接口 芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期， 这些是只仅仅有电气协议的RS-485 所无法比拟的。另外，与 其它现场总线比较而言，CAN 总线是具有通信速率高、容易 实现、低成本、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准 的现场总线。这些也是目前CAN 总线应用于众多领域，具有 强劲的市场竞争力的重要原因。
CAN 总线通过CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状 态，可以保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，
出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从 而损坏某些节点的现象。而且CAN 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总 线处于“死锁”状态。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2.0规范。
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1992年5月，CiA“CAN in Automation”用户集团正式成立。 CiA推荐仅使用遵循ISO11898的CAN收发器。现在，在当时的 CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消 失。
从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司等生产 CAN模块集成器件的15家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商
M M
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后座 单元
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后门 单元
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CAN 总线通过CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状 态，可以保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，
出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从 而损坏某些节点的现象。而且CAN 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总 线处于“死锁”状态。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2.0规范。
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1992年5月，CiA“CAN in Automation”用户集团正式成立。 CiA推荐仅使用遵循ISO11898的CAN收发器。现在，在当时的 CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消 失。
从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司等生产 CAN模块集成器件的15家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商
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后门 单元
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现场总线与工业以太网_CAN__总_线
（4） 可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种 传送方式接收数据。
（5） 直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）。
（6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。
（7）节点数实际可达110个。
（8）采用短帧结构，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，且具有极好的检错效果。可满足通 常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。
CAN 总线通过CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状 态，可以保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，
出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从 而损坏某些节点的现象。而且CAN 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总 线处于“死锁”状态。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2点
4.2 CAN的物理层
ISO 11898是一个使用CAN总线协议的汽车内高速通讯国际 标准，这个标准的基本作用是定义了通讯链路的数据链路层和 物理层，如图4.2所示物理层被细分成3个子层，它们分别是：
l
物理信令
位编码定时和同步
l
物理媒体连接 驱动器和接收器特性
l
媒体相关接口 总线连接器
收发器实现物理媒体连接子层。物理信令子层和数据链路 层之间的连接是通过集成的协议控制器实现的，如： PCx82C200、SJA1000等。而媒体相关接口负责连接传输媒体譬 如将总线节点连接到总线的连接器，如：PCA82C250、TJA1050 等收发器。
（5） 直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）。
（6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。
（7）节点数实际可达110个。
（8）采用短帧结构，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，且具有极好的检错效果。可满足通 常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。
CAN 总线通过CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状 态，可以保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，
出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从 而损坏某些节点的现象。而且CAN 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总 线处于“死锁”状态。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2点
4.2 CAN的物理层
ISO 11898是一个使用CAN总线协议的汽车内高速通讯国际 标准，这个标准的基本作用是定义了通讯链路的数据链路层和 物理层，如图4.2所示物理层被细分成3个子层，它们分别是：
l
物理信令
位编码定时和同步
l
物理媒体连接 驱动器和接收器特性
l
媒体相关接口 总线连接器
收发器实现物理媒体连接子层。物理信令子层和数据链路 层之间的连接是通过集成的协议控制器实现的，如： PCx82C200、SJA1000等。而媒体相关接口负责连接传输媒体譬 如将总线节点连接到总线的连接器，如：PCA82C250、TJA1050 等收发器。
现场总线与工业以太网CAN总线
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2.0规范。
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1． CAN 的工作原理
当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否 是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符 为标识符(CAN2.0A)，定义了报文的优先级，这种报文格式称 为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不 可能有两个节点发送具有相同标识符的报文。当一个节点要 向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自 己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态；当它 收到总线分配时，转为发送报文状态。
（9）每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出 错率极低。
（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般 采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。
（11） 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能， 切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。
CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟， 控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控 系统之间的数据通讯。
CAN 具有的完善的通信协议可由CAN 控制器芯片及其接口 芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期， 这些是只仅仅有电气协议的RS-485 所无法比拟的。另外，与 其它现场总线比较而言，CAN 总线是具有通信速率高、容易 实现、低成本、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准 的现场总线。这些也是目前CAN 总线应用于众多领域，具有 强劲的市场竞争力的重要原因。
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1． CAN 的工作原理
当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否 是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符 为标识符(CAN2.0A)，定义了报文的优先级，这种报文格式称 为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不 可能有两个节点发送具有相同标识符的报文。当一个节点要 向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自 己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态；当它 收到总线分配时，转为发送报文状态。
（9）每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出 错率极低。
（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般 采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。
（11） 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能， 切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。
CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟， 控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控 系统之间的数据通讯。
CAN 具有的完善的通信协议可由CAN 控制器芯片及其接口 芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期， 这些是只仅仅有电气协议的RS-485 所无法比拟的。另外，与 其它现场总线比较而言，CAN 总线是具有通信速率高、容易 实现、低成本、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准 的现场总线。这些也是目前CAN 总线应用于众多领域，具有 强劲的市场竞争力的重要原因。