精品课件-现场总线技术及应用-第3章
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《现场总线技术》PPT课件
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1.1.3 几种有影响的现场总线
• 1、基金会现场总线（Foundation Fieldbus,ff) • 应用领域以过程自动化为主 • 2、Profibus 总线 • 应用领域：制造业自动化、过程自动化、电力、
楼宇、铁路交通 • 3、LonWorks总线 • 应用领域：楼宇 • 4、CAN总线 • 应用领域：汽车、机器人、液压系统等
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几种有影响的现场总线
• 5、WorldFIP总线 • 应用领域：过程自动化、制造业自动化、电力、
楼宇等 • 6、P-NET 总线 • 应用领域：石化、能源、交通、轻工、建筑、
环保和制造业等。 • 7、HART (Highway Addressable Remote
Transducer) • 可寻址远程传感器高速通道开放协议 • 特点：在 模拟信号传输线上实现数字通信
组成：
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FCS组成
• 数字信号代替模拟信号，1对N通信，通 信电缆又对设备提供电源，现场设备以 外不再需要A/D-D/A转换部件。
• FCS由控制系统软件、测量系统、网络 系统和管理系统组成
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1、控制系统软件
• 包括监控组态软件、维护软件、仿真软 件和设备管理软件等
• 步骤：
数据库、通信协议、网络ppt管课件理协议等
现场总线,第3章——控制层网络
CMND梯形图及功能
3.3 Controller Link网络的通信机理
3.3.1 Controller Link网络的通信原理
通过传递令牌来控制网络的存取,是一种使用令牌传递的总 线网络
令牌传送过程
令牌通信数据传送过程
令牌通讯周期
3.3.2 Controller Link网络的网络参数
第1步:确定网络拓扑结构及机型
第2步:选择数据交换方式 第3步:使用Controller Link通信单元的硬开关进行相关设置 第4步:器件安装及接线 4
第5步:系统设置
第6步:通信测试
第7步:应用程序编制
实验二 Controller Link网络的配置及实现
实验内容简介 :实验预习内容(根据提纲填写具体内容) 实验目的:Controller Link网络的典型配置 ; 实验目的: 通信单元的硬件设置; 人工设置数据链接的类型和设置方法 ; 自动设置数据链接的方法; 数据链接的启,停. 实验原理: 实验原理: 实验步骤:见演示 实验步骤:
Controller Link网络结构图
CS系列通信单元
CJ系列通信单元
CQ系列通信单元
�
3.4 Controller Link网络的应用设计
Controller Link网络是企业的控制层,是实现系统功 能的关键,其主要功能是接受管理层设置的参数和命 令,通过主站PLC与从站PLC的协调,对现场生产过程进 行控制,并将现场的过程参数上传,输送到管理层.信 息传输具有一定的周期性和实时性,数据吞吐量较大, 因此要求网络具有较大的带宽.
《网络控制技术》第3章 FF现场总线技术
3.1.2 通信模型
系统管理内核(System Management Kernel，SMK)在系统结构中只占 用应用层和用户层的位置。 系统管理内核(SMK)主要负责与系统相关的管理任务，例如确定设备 在网段中的地址、协调与网络上其它设备的动作和功能块执行时间。 系统管理信息库(System Management Information Base，SMIB) 存 储系统管理操作对象。系统管理内核在设备运行之前应将其基本信息 置入SMIB，然后分配一个永久的数据链路地址。 功能块是实现某种应用功能或算法，并按某种方式反复执行的函数模 块，例如PID功能块完成现场总线系统中的控制计算，AI功能块完成 参数输入等。多个功能块相互连接集成为功能块应用。功能块应用进 程除了功能块对象之外，还包括对象字典OD和设备描述DD。功能块 采用OD和DD来简化设备的互操作，因而也可以把OD和DD看作支持 功能块应用的标准化工具。 应用进程(AP)在ISO7498中定义，用以描述驻留在设备内的分布式应 用。AP一词在现场总线系统中是指设备内部实现的一组相关功能的整 体。功能块应用进程(Function Block Application Process，FBAP)在 模型分层结构中也位于应用层和用户层，主要用于实现用户所需要的 各种功能。
3.1.2 通信模型
《网络控制技术》第3章 FF现场总线技术
FMS
3.1.3 虚拟通信关系
⑵报告分发型（Report） 报告分发型VCR是由用户发起的、一对多的、排队的、非 周期的通信。当一个带有事件报告或趋势报告的设备收到 LAS传递的令牌时，就通过这种报告分发型虚拟通信关系， 把报文分发给由它的虚拟通信关系指定的一组地址，即有 一组设备将接收该报文。报告分发型VCR区别于客户/服 务器型VCR的最大特点是它采用一对多通信。一个报告者 对应由多个设备组成的一组收听者。 报告分发型VCR用于广播或多点传送事件与趋势报道。数 据分发者按预先规定好的VCR目标地址向总线设备多点传 送数据，可以一次分发所有报告，也可能按每种报文的传 送类型将其排队，然后按分发顺序传送给接收者。报告分 发型VCR最典型的应用场合是将报警状态、趋势数据等通 知操作台。
Cnf Svc 请求 Init确认 Init请求
DTC 请求 ASC确认 ASC请求
DL-Conn确认 DL-Conn请求 Phy 请求
物理层
Cnf Svc 确认
FMS
DTC确认
DL-Data确认
DC DLPDU EC DLPDU
图3-3 客户/服务器VCR的执行过程
物理层 DC DLPDU DT DLPDU DT DLPDU EC DLPDU 失败
3.1.2 通信模型
通信实体贯穿从物理层到用户层的所有各层，由图3-1中 各层协议及层管理实体共同组成。通信实体完成生成报文、 提供报文传送服务的功能，是实现信号数字通信的核心部 分。 首先用户层形成用户数据，每帧最多可发送251个字节的 数据信息；然后在各层加上协议控制信息，在数据链路层 还要加上帧校验信息；最后送住物理层打包，即加上前导 码帧、前定界码、帧结束码；报文帧形成后，物理层将其 转换为符合规范的物理信号，发送到现场总线网段上。 网络管理代理借助各协议层及其管理实体支持组态管理、 运行管理、出错管理的功能。各种组态、运行、故障信息 保存在网络管理信息库(Network Management Information Base，NMIB)中，并借助对象字典(Object Dictionary，OD)来描述。对象字典为设备的网络可视对 象提供定义与描述。
《PROFIBUS总线》PPT课件
3.PROFIBUS-PA行规
PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的 现场设备的互换性和互操作性,PA行规的 任务是选用各种类型现场设备真正需要的 通信功能,对所有通用的测量变送器和其 他被选类型的设备作了具体规定:
〔1〕压力、液位、温度和流量用测量变送 器
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.
纤总线终端〕 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站
或一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光 纤电路.
3.PA的物理层 〔1〕数据传输 非直流传输的位同步、曼彻斯特编码 <
也称H1编码>. 数据的发送采用对总线系统的基本电流
IB调节±9mA的方法实现 .
PROFIBUS-PA的数据传输
〔2〕传输电缆 PROFIBUS-PA的传输介质采用屏蔽/非屏蔽双绞
线. IEC 61158-2标准推荐了四种标准电缆类型：A
型〔基准〕、B型、C型、D型. C型和D型仅用于网络的升级改造工作.
第3章 现场总线Profibus
如何使控制网络和企业信息网络达到无缝连接是近期企业信息 网络的发展重点。现场总线控制系统的信息集成技术就是在 这样的趋势下产生的。 由于各种现场总线技术的发展和竞争、各种计算机主流 技术在工业控制领域的渗透和应用以及自动化技术发展的延 续性和继承性，现场总线控制系统中的集成技术的研究和发 展将面临着多总线集成、多系统集成、多技术集成的局面。
Profibus协议根据ISO 74898国际标准，以开放系统互连 ISO/OSI为参考模型。协议结构如图1所示。协议定义了 第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和第7层（应用 层）。没有使用第3层至第6层，这样可以减少通信开支， 增加效率。
Profibus协议的设计要满足介质存取控制的两个基 本要求： 1)在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保 证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足 够的时间来完成通信任务。 2)在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间 通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。 因此，Profibus总线存取协议，主站之间采用令牌 传送方式，主站与从站之间采用主从方式。
应用实例
PROFIBUS 在楼宇自动化
在法国的 Bibliotheque Nationale，PROFIBUS 控制四个 80 米高的塔楼 PROFIBUS 任务包括 报警管理 能量优化 监视 技术设备的控制 操作服务间的可靠、有效的通信、
现场总线技术及其应用
现场总线技术及其应用
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三大技术发展的交汇点，将带来控制系统的一大变革。
1 引言
随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（Distributed Control System dcs）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
2 被誉为自动化领域的计算机局域网
2．1 现场总线及其特点
（1）什么是现场总线？
根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向
多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：
《现场总线技术大全》课件
通讯设备
用于实现现场设备之间的数据 传输和通讯，如总线适配器、 网关等。
控制系统
用于实现整个现场总线系统的 控制和管理，如PLC、DCS等。
硬件设备的选择
根据实际需求选择合适的硬件设备，需要考虑设备的性能、可靠性、兼容 性、成本等多个因素。
选择硬件设备时需要遵循标准化、模块化、互换性等原则，以便于设备的 维护和升级。
EtherNet/IP是一种基于以太网的通信协议，支持实时数据传输和设 备之间的信息交互，广泛应用于工业自动化领域。
CAN总线协议
CAN总线是一种串行通信协议，支持多个设备之间的数据传输和监控 ，广泛应用于汽车和工业自动化领域。
通信协议的选择
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根据实际需求选择
在选择通信协议时，需要根据实际需求进行选择 ，如传输距离、传输速率、设备数量、实时性要 求等。
常见的通信协议
Modbus协议
Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域，支持主 从通信方式，可以实现多个设备之间的数据传输和监控。
Profinet协议
Profinet是一种基于以太网的通信协议，支持实时数据传输和分布式 自动化控制，具有高可靠性和高扩展性。
EtherNet/IP协议
考虑兼容性和开放性
在选择通信协议时，需要考虑协议的兼容性和开 放性，以确保与其他设备的互操作性和可扩展性 。
现场总线技术及其应用
CC-Link
控制与通信链接
CC-Link是一种开放式的现场总线标准，由日本三菱电机 公司开发。它支持高速数据传输、实时控制和设备互连等 功能，广泛应用于制造业、电力、交通等领域。
03
现场总线技术的应用领域
工业自动化
工业自动化是现场总线技术最广泛应 用的领域之一。通过现场总线，可以 实现生产设备与控制系统之间的实时 数据传输和控制，提高生产效率、降 低能耗和减少维护成本。
特点
具有开放性、互操作性、分散性、可 靠性和实时性等特点，能够适应工业 现场的复杂环境和恶劣条件。
历史与发展
历史
现场总线技术起源于20世纪80年代 ，经历了多个阶段的发展，包括模拟 信号传输、数字信号传输和网络化传 输等。
发展
目前，现场总线技术已经广泛应用于 工业自动化领域，成为工业4.0和智能 制造的重要组成部分。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
现场总线技术及其应用
汇报人： 2024-01-06
3 第三章 现场总线技术及其应用
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BACnet是一个开放的建筑电器气总线，选用一 种成熟的局域网技术，其标准是遵从和参照国际 标准化组织的开放系统互联模型，采用了4层结 构：应用层、网络层、数据链路层和物理层。 BACnet标准体系结构与OSI/ISO的参照图，如 图3-5所示。
29
图3-5 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图
现场总线是控制(Control)技术、计算机 (Computer)与通信(Communication)（即3C技术） 发展汇聚的结果。 现场总线的网络拓扑结构有点对点方式、树 型方式、带桥方式3种。 其结构如图3-1所示。
8
图3-1 现场总线的几种连接方式
9
1. 点对点方式
每个现场仪表，包括智能变送器、支持维护的 装置及手持通信器等，单独接到低速(31.25kbps) 现场总线H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息 量大的场合，接法与4~20mA接线方式相似。
DDC
DDC
27
3.2.4 BACNET总线
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称， 是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。 1987年，美国暖通空调工程师协会组织（ASHARE） 的标准项目委员会调集了全球20多位业内著名专家， 经过8年半时间，在1995年6月，ASHARE正式通过全 球首个楼宇自控行业通讯标准——BACnet 。 BACnet标准的目的是——为计算机控制暖通空调 和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而 使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
BACnet是一个开放的建筑电器气总线，选用一 种成熟的局域网技术，其标准是遵从和参照国际 标准化组织的开放系统互联模型，采用了4层结 构：应用层、网络层、数据链路层和物理层。 BACnet标准体系结构与OSI/ISO的参照图，如 图3-5所示。
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图3-5 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图
现场总线是控制(Control)技术、计算机 (Computer)与通信(Communication)（即3C技术） 发展汇聚的结果。 现场总线的网络拓扑结构有点对点方式、树 型方式、带桥方式3种。 其结构如图3-1所示。
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图3-1 现场总线的几种连接方式
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1. 点对点方式
每个现场仪表，包括智能变送器、支持维护的 装置及手持通信器等，单独接到低速(31.25kbps) 现场总线H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息 量大的场合，接法与4~20mA接线方式相似。
DDC
DDC
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3.2.4 BACNET总线
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称， 是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。 1987年，美国暖通空调工程师协会组织（ASHARE） 的标准项目委员会调集了全球20多位业内著名专家， 经过8年半时间，在1995年6月，ASHARE正式通过全 球首个楼宇自控行业通讯标准——BACnet 。 BACnet标准的目的是——为计算机控制暖通空调 和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而 使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
3CC-Link现场总线第3章(1)图文模板
Date: 2020/11/14
Page: 34
2、LJ61BT11为主站四设备7从站网络组建
要求：LPLC为主站，FX3G为1号站占两站，远 程IO为3号站，QPLC为4号站占三站，变频器为7号 站，传输速度为2.5M
（1）主站的网络参数设置
（2）FX3G远程设备站站号、站数、传输速度的设置
（3）远程I/O站号、站数、传输速度的设置 （4）本地站的网络参数设置及站号传输速度设置 （5）变频器的站号速率设置
Date: 2020/11/14
Page: 47
3、LJ61BT11为主站四设备6从站网络组建
要求：LPLC为主站， QPLC为1号站占2站，变 频器为3号站占1站， 远程IO为4号站占1站， FX3G为 5号站占两站，传输速度为5M
（1）主站的网络参数设置 （2）本地站的网络参数设置及站号传输速度设置
项目四 CC-Link主站和远程I/O的位通信
学习 目标
1、理解CC-Link的性能规格。 2、 会CC-Link 硬件接线和站号波特率设置。 3、会主站本地站的网络参数设置。 4、理解主站与远程I/O通信机制
重点： CC-Link 硬件接线和站号波特率设置。 难点：主站本地站的网络参数设置。
Date: 2020/11/14
第4章 CC-Link总线及其应用
CC-Link是Control & Communication Link （控制与通信链路系统）的简称，可以同时高速 处理控制和信息数据，是三菱电机于1996年推出 的开放式现场总线，也是唯一起源于亚洲地区的 总线系统。
现场总线技术及其应用
总线访问子层
数据链路 层 物理层
ຫໍສະໝຸດ Baidu
OSI 参考模型与现场总线协议的结构
现场总线的结构
物理层
规定传输介质、传输速率、每条线可接仪表数量、最大传输距离、电源及连接方式和信 号类型 本安型与非本安型：网络通讯段数量、长度不同 H1b标准与4-20mA标准：设备电路不同连接的设备类型不同 规定了物理层与数据层间的接口：包括数据结构、差错识别处理、噪声检查，通过帧数 据的校验保证信息的正确性和完整性。控制对传输介质的访问。
用户层
现场总线的发展概况
现场总线的发展是综合自动化的发展需要
计算机集成制造系统：未来生成制造业的发展趋势。 综合自动化：在信息采集、加工的基础上，运用网络和数据库技术， 实现信息集成，在集成信息的基础上进一步优化生产与操作，增加 产量，改善TQCS，提供企业竞争能力。 传输信号的数字化：以微处理器为核心进行仪表的数字化 1984年美国仪表协会开始制定现场总线标准 1985年国际电工委员会决定由PWG负责现场总线标准研究 1986年德国开始制定过程现场总线标准 1992年80家公司开始联合，成立ISP组织 1993年120个公司组织成立FIP组织 1994年成立成立现场基金会组织FF,1996年颁布低速总线标准H1 各行业公司推出自己的标准：CAN,LonWorks。
智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
现场总线 fieldbus chap3-1
HSE I/O网关
HSE链接设备
路由器
HI
HI网桥 HSE设备
源自文库
总 线
HI设备
HSE现场设备
HSE链路设备
HSE
总 线
HI设备
HSE现场设备
HI设备
HSE I/O网关
I/O
总 线
HI
HI设备
图3-6 FF总线的网络拓扑结构
2019/4/8
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3.1.4.2数据链路层
数据链路层（Data Link Layer, DLL）在基金 会现场总线中处于第二层，它在物理层上传输 “位”信息的基础上，在相邻节点间传送帧数 据信息，DLL也可能在传输中出现差错，也需 要进行检错、纠错而向上层提供无错的透明传 送。 总线通信中的链路活动调度，数据的发送和接 收，活动状态的检测、相应，总线上各台设备 间的链路时间同步，都是通过数据链路层来完 成的。
2019/4/8 21
如某个用户要将数据通过现场总线发往其他设备，首 先在用户层形成用户数据，并把它们送往总线报文规 范层（ FMS ）处理，每帧最多可发送 251 个 8 位字节的 用户数据信息； 然后依次送往现场总线访问子层（ FAS ）和数据链路 层（DLL）； 用户数据信息在 FAS ， FMS ， DLL 各层分别加上各层 的协议控制信息，在数据链路层还加上帧校验信息 （一般为CRC校验码）后，送往物理层将数据打包； 信息帧形成之后，还要通过物理层转换为符合规范的 物理信号，在网络系统的管理控制下，发送到现场总 线网段上。
第3章现场总线技术概述
现场智能设备的出现及发展 传输技术的发展 通信技术的发展
这使得传送数字化信息的网络技术在工业控制领域的广泛应用 成为可能－这种现场数字信号传输网络技术就是所谓的现场总 线技术。
2007.2 V2.0
Hale Waihona Puke Baidu
现场总线技术及应用教程
3
3.2 现场总线及现场总线控制系统 ● 现场总线技术
的定义
概述
1. 现场总线的定义
现场总线技术及应用教程
12
3.6 现场总线与IT计算机网络 的区别
● 现场总线技术 概述
1.功能方面
1）IT计算机网络
IT计算机网络连接局域区域的各台计算机，网线上传输 的是大批量的数字信息，如文本、声音、图像等；
传输速率高，不要求实时性。 计算机IT网络通信的基本功能是可靠地传递信息；
2）现场总线
10
3.5 现场总线的国际标准 及其制定过程
● 现场总线技术 概述
3、IEC61158中的现场总线类型
经过长达16年的历程，IEC终于在2000年1月4日公布了IEC61158 标准中的现场总线类型。
Type 1 IEC技术报告（即FF的H1）; Type 2 ControlNet （美国Rockwell公司支持）； Type 3 PROFIBUS (德国Siemens公司支持)； Type 4 P-net （丹麦Process Data公司支持）； Type 5 FF HSE（High Speed Ethernet） (即原FF的H2，Fisher-
这使得传送数字化信息的网络技术在工业控制领域的广泛应用 成为可能－这种现场数字信号传输网络技术就是所谓的现场总 线技术。
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现场总线技术及应用教程
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3.2 现场总线及现场总线控制系统 ● 现场总线技术
的定义
概述
1. 现场总线的定义
现场总线技术及应用教程
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3.6 现场总线与IT计算机网络 的区别
● 现场总线技术 概述
1.功能方面
1）IT计算机网络
IT计算机网络连接局域区域的各台计算机，网线上传输 的是大批量的数字信息，如文本、声音、图像等；
传输速率高，不要求实时性。 计算机IT网络通信的基本功能是可靠地传递信息；
2）现场总线
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3.5 现场总线的国际标准 及其制定过程
● 现场总线技术 概述
3、IEC61158中的现场总线类型
经过长达16年的历程，IEC终于在2000年1月4日公布了IEC61158 标准中的现场总线类型。
Type 1 IEC技术报告（即FF的H1）; Type 2 ControlNet （美国Rockwell公司支持）； Type 3 PROFIBUS (德国Siemens公司支持)； Type 4 P-net （丹麦Process Data公司支持）； Type 5 FF HSE（High Speed Ethernet） (即原FF的H2，Fisher-
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1. Modbus RTU传输方式 Modbus RTU消息中每个8 bit字节包含两个4 bit的十六 进制字符。代码系统为8位二进制，十六进制数0，…，9， A，…，F；消息中的每个8位域都是由两个十六进制字符组成。 每个字节的位包括： · 1个起始位。 · 8个数据位，最小的有效位先发送。 · 1个奇偶校验位，无校验则无。 · 1个停止位(有校验时)，2个bit(无校验时)。
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Modbus通信的建立方法。 (2) 掌握通信程序的结构。
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.1 Modbus总线概述
3.1.1 Modbus总线简介 Modbus是莫迪康(Modicon)公司在1979年发布的，莫迪康
被施耐德(Schneider)收购以后，施耐德将Modbus作为中高端 设备的标准配置广泛应用于现场中。
PCt：远程控制面板设置。本实验中无需使用远程控制面 板，保持为出厂值OFF。
第3章 Modbus现场总线及其应用
(1) 03功能码的消息格式： 主机请求
第3章 Modbus现场总线及其应用
(2) 06功能码的主机请求和从机应答的消息格式是相同 的：
第3章 Modbus现场总线及其应用
4. 错误检测 标准的Modbus采用两种错误检测方法：奇偶校验和帧检 测。奇偶校验应用于每个字符，帧检测(LRC或CRC)则应用于 整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在 接收过程中检测每个字符和整个消息。 1) 奇偶校验 用户需要配置控制器是奇校验、偶校验或无校验，这将决 定每个字符中的奇偶校验位是如何设置的。
Modbus有Modbus RTU和Modbus ASCⅡ两种传输方式。它 们的主要区别在于Modbus RTU是以RTU(远程终端单元)模式通 信，消息中传送的是数字；而Modbus ASCII是以ASCII(美国 标准信息交换代码)模式通信，消息中传送的是ASCII字符。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
FOr：通信格式，即Modbus通信的数据格式。本实验中设 置为8E1，即8个数据位，Even偶校验，1个停止位。
tLP：串口超时设定，即Modbus通信的超时时间。本实验 使用出厂值5 s，即PC和ATS48的通信数据交换中断超过5 s则 软启进入通信故障状态。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.1 Modbus总线概述 3.2 Modscan软件与ATS48软启Modbus RTU通信实例 3.3 M340 PLC与ATV71变频器Modbus通信 小结 思考与习题
第3章 Modbus现场总线及其应用
知识目标 (1) 了解Modbus总线的特点及应用范围。 (2) 理解Modbus总线的硬件拓扑及数据结构。
第3章 Modbus现场总线及其应用
注意：在实际使用过程中，Modbus作为协议在主机和从 机中都已经被定义好，主机在发送和接受命令时是参考以上格 式来进行的，但是在编写主机的命令时需要按照主机的语言来 编写。例如，施耐德的M340 PLC的读写命令是Read_var和 Write_var，编程时只需要按PLC的格式发出读/写命令即可， PLC会将命令转换成Modbus的格式发送出去，功能码、CRC16 校验码等是不需要人为编写的。
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.1.2 Modbus RTU通信协议 1．Modbus RTU数据交换 Modbus RTU的数据是以二进制代码传输的，数据帧里不
包含任何消息报头字节或消息字节结束符。其基本格式定义如 下：
第3章 Modbus现场总线及其应用
请求代码：即功能码。不同的功能码能实现数据的读写、 诊断等不同的功能。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
Add：通信地址，即ATS48的从站通信地址。在Modbus通 信中，每个从站都有自己唯一的不重复的地址。本实验中将该 软启的通信地址设置为3。
tbr：通信速度，即Modbus通信的波特率。在实际应用中， 通信速度越快，数据的刷新速度就越快，但通信距离越短；通 信速度越慢，数据的刷新速度就越慢，但通信距离越长。本实 验中PC和ATS48仅有1 m左右，可以使用最高波特率19.2 kb/s。
第3章 Modbus现场总线及其应用
(5) 重复步骤(3)和步骤(4)，累计右移8次，完成一个字 节(8位)的数据处理。
(6) 重复步骤(2)到步骤(5)，进行通信信息帧的下一个 字节的数据处理。
(7) 将通信信息帧所有字节按以上步骤处理完成后，将 CRC寄存器的高低字节数据进行交换。
(8) 最终得到的CRC寄存器内容即为校验码。
第3章 Modbus现场总线及其应用
如果从站产生一个正常的回应，回应消息中的功能码则是 在查询消息中的功能码的回应。数据段包括了从站收集的数据： 寄存器的值或者状态。如果有错误发生，功能码将被修改以用 于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息 的代码。错误检测允许主站确认消息内容是否可用。
ATS48软启在和PLC等上位机通信时，可以使用分线箱或 者分线盒来实现多个从站通信线路的并联，分别如图3-3和图 3-4所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-3 通过分路块和RJ45型连接器的连接
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-4 通过接线盒的连接
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-6 ATS48的Modbus通信Fra Baidu bibliotek口
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.2.2 软启配置 本实验中，只需要和ATS48进行通信的连接测试，并不需
要进行电机的启动，所以软启只需要在CL1、CL2端子上连接 控制电源即可。
ATS48软启通信相关的设置都集中在COP菜单中，如表3-4 所示。
主站和从站之间的数据交换方式有以下两种： (1) 主站向从站发送请求并等待其响应。 (2) 主站向所有从站发送请求，但不等待它们响应(广播 模式)。 主站和从站的查询和回应周期如图3-1所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-1 查询和回应的周期
第3章 Modbus现场总线及其应用
主站发送的查询消息中，通过功能码告知被查询的从站需 要执行哪种功能，数据段中包含了从设备需要执行功能的附加 信息。例如，功能代码03是要求从设备读取保持寄存器并返回 它们的内容。数据段必须包含要告知从设备的信息：从哪个寄 存器开始读取，需要读取的寄存器数量。错误检测为从站提供 一种验证消息内容是否正确的方法。
3. Modbus RTU常用功能码 功能码是Modbus通信的基础，不同的功能码能够实现数 据的读/写、对设备的诊断等功能。Modbus公用功能码定义如 表3-2所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
其中最常用的就是03(读取保持寄存器)和06(写入单个寄 存器)等功能码。它们的消息格式如下：
第3章 Modbus现场总线及其应用
(1) 配置为奇校验或者偶校验，“1”的位数将算到每个 字符的位数中(RTU中为8个数据位)。例如，RTU字符帧中包含 8个数据位11000101，整个“1”的数量是4个。如果使用了偶 校验，则帧的奇偶校验位将是0，使得整个“1”的个数仍然是 4个；如果使用了奇校验，则帧的奇偶校验位将是1，使得整个 “1”的个数变为5个。
(2) 没有指定奇偶校验位，传输时就没有校验位，也不 进行校验检测，只取一附加的停止位填充到要传输的字符帧中。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2) CRC检测 CRC循环冗余校验码包含两个字节的错误检测码，由传输 设备计算后加入到消息中，接收设备重新计算收到消息的CRC， 并与接收到的CRC域中的值进行比较；如果两个值不同，则标 明有错误。在有些系统中，还需要对数据进行奇偶校验，奇偶 校验对每个字符都可用，而帧检测CRC则应用于整个消息。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-2 Modbus RTU的标准连接方式
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
实际应用中，尤其要注意终端电阻的使用，在整个总线的 起始和终止位置都要加上终端电阻，它们可以消除在通信总线 上由于阻抗不连续或者阻抗不匹配引起的信号反射，从而保证 通信数据的稳定传输。
第3章 Modbus现场总线及其应用
Modbus是位于OSI模型第7层的应用层消息传送协议，它 为连接于不同总线或网络的设备提供了主/从模式的通信。总 线上只能有一个主机，可以有多个从机(最多支持247个从机， 主机和从机通过请求和应答的方式来实现通信，所有的请求都 由主机发出，从机负责应答，需要使用Modbus规定的功能码。
图3-5 TSXCUSB485通信电缆
第3章 Modbus现场总线及其应用
ATS48的Modbus通信端口同样为RJ45接口，4号脚为信号 正，5号脚为信号负，7号脚为10 V电源，8号脚为0 V公共端。 其接口位置及端子定义如图3-6所示。
本实验中，PC和ATS48都有单独的电源供电，无需将10 V 信号引出，网络电缆只需要连接TSXCUSB485和ATS48的RJ45口 的4、5、8这三个引脚即可。
第3章 Modbus现场总线及其应用 3.2 Modscan软件与ATS48软启Modbus RTU通信实例
3.2.1 硬件连接 实验需要使用的硬件如表3-3所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 TSXCUSB485通信电缆如图3-5所示，分别有一个USB接口
和一个RJ45接口，USB接口直接连接至PC，RJ45接口通过网络 电缆连接至ATS48软启。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2. Modbus RTU硬件连接 Modbus RTU的物理层是基于RS485的，它的标准连接方式 是二线制多点连接串行总线，如图3-2所示。 总线上的干线电缆类型、总线最大长度、最大站数量、分 接连线的最大长度、总线极化、线路端接器、公共端极性的具 体规定如表3-1所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用
CRC16校验码计算方法如下： (1) 将CRC寄存器(16位)初始化为16#FFFF。 (2) 把通信信息帧的第一个字节(8位二进制数据)与CRC 寄存器的低8位相异或，并把结果储存于CRC寄存器的低8位， CRC寄存器的高8位数据不变。 (3) 将CRC寄存器的内容朝低位右移1位，并用0填补最高 位。 (4) 检查右移后的输出位，如果输出位为0，则重复步骤 (3)；如果输出位为1，则CRC寄存器和16#A001相异或。
第3章 Modbus现场总线及其应用
错误检测域为CRC循环冗长检测。 Modbus RTU的主要优点是在波特率相同的情况下可以比 Modbus ASCII传送更多的数据。施耐德的变频器、软启、电 机控制器等使用的Modbus都是Modbus RTU。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2. Modbus ASCII传输方式 Modbus ASCII消息中每个8 bit字节都作为两个ASCII字 符发送。代码系统为十六进制，ASCII字符0，…，9，A，…， F；消息中的每个ASCII字符都是由一个十六进制字符组成。 每个字节的位包括： · 1个起始位。 · 7个数据位，最小的有效位先发送。 · 1个奇偶校验位，无校验则无。 · 1个停止位(有校验时)，2个bit(无校验时)。 错误检测域为LRC纵向冗长检测。 Modbus ASCII的主要优点是字符发送的时间间隔可以达 到1秒而不产生错误。
数据：主站发送的请求数据或者从站反馈的应答数据。 CRC16：循环冗余校验参数。
消息在标准的Modbus系列网络传输时，每个字符或字节 以如下方式发送，从左到右依次表示为最低有效位到最高有效 位。
第3章 Modbus现场总线及其应用 使用RTU字符帧时，有奇偶校验，位的序列是：
第3章 Modbus现场总线及其应用
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Modbus通信的建立方法。 (2) 掌握通信程序的结构。
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3.1 Modbus总线概述
3.1.1 Modbus总线简介 Modbus是莫迪康(Modicon)公司在1979年发布的，莫迪康
被施耐德(Schneider)收购以后，施耐德将Modbus作为中高端 设备的标准配置广泛应用于现场中。
PCt：远程控制面板设置。本实验中无需使用远程控制面 板，保持为出厂值OFF。
第3章 Modbus现场总线及其应用
(1) 03功能码的消息格式： 主机请求
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(2) 06功能码的主机请求和从机应答的消息格式是相同 的：
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4. 错误检测 标准的Modbus采用两种错误检测方法：奇偶校验和帧检 测。奇偶校验应用于每个字符，帧检测(LRC或CRC)则应用于 整个消息。它们都是在消息发送前由主设备产生的，从设备在 接收过程中检测每个字符和整个消息。 1) 奇偶校验 用户需要配置控制器是奇校验、偶校验或无校验，这将决 定每个字符中的奇偶校验位是如何设置的。
Modbus有Modbus RTU和Modbus ASCⅡ两种传输方式。它 们的主要区别在于Modbus RTU是以RTU(远程终端单元)模式通 信，消息中传送的是数字；而Modbus ASCII是以ASCII(美国 标准信息交换代码)模式通信，消息中传送的是ASCII字符。
第3章 Modbus现场总线及其应用
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FOr：通信格式，即Modbus通信的数据格式。本实验中设 置为8E1，即8个数据位，Even偶校验，1个停止位。
tLP：串口超时设定，即Modbus通信的超时时间。本实验 使用出厂值5 s，即PC和ATS48的通信数据交换中断超过5 s则 软启进入通信故障状态。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.1 Modbus总线概述 3.2 Modscan软件与ATS48软启Modbus RTU通信实例 3.3 M340 PLC与ATV71变频器Modbus通信 小结 思考与习题
第3章 Modbus现场总线及其应用
知识目标 (1) 了解Modbus总线的特点及应用范围。 (2) 理解Modbus总线的硬件拓扑及数据结构。
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注意：在实际使用过程中，Modbus作为协议在主机和从 机中都已经被定义好，主机在发送和接受命令时是参考以上格 式来进行的，但是在编写主机的命令时需要按照主机的语言来 编写。例如，施耐德的M340 PLC的读写命令是Read_var和 Write_var，编程时只需要按PLC的格式发出读/写命令即可， PLC会将命令转换成Modbus的格式发送出去，功能码、CRC16 校验码等是不需要人为编写的。
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3.1.2 Modbus RTU通信协议 1．Modbus RTU数据交换 Modbus RTU的数据是以二进制代码传输的，数据帧里不
包含任何消息报头字节或消息字节结束符。其基本格式定义如 下：
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请求代码：即功能码。不同的功能码能实现数据的读写、 诊断等不同的功能。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
Add：通信地址，即ATS48的从站通信地址。在Modbus通 信中，每个从站都有自己唯一的不重复的地址。本实验中将该 软启的通信地址设置为3。
tbr：通信速度，即Modbus通信的波特率。在实际应用中， 通信速度越快，数据的刷新速度就越快，但通信距离越短；通 信速度越慢，数据的刷新速度就越慢，但通信距离越长。本实 验中PC和ATS48仅有1 m左右，可以使用最高波特率19.2 kb/s。
第3章 Modbus现场总线及其应用
(5) 重复步骤(3)和步骤(4)，累计右移8次，完成一个字 节(8位)的数据处理。
(6) 重复步骤(2)到步骤(5)，进行通信信息帧的下一个 字节的数据处理。
(7) 将通信信息帧所有字节按以上步骤处理完成后，将 CRC寄存器的高低字节数据进行交换。
(8) 最终得到的CRC寄存器内容即为校验码。
第3章 Modbus现场总线及其应用
如果从站产生一个正常的回应，回应消息中的功能码则是 在查询消息中的功能码的回应。数据段包括了从站收集的数据： 寄存器的值或者状态。如果有错误发生，功能码将被修改以用 于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息 的代码。错误检测允许主站确认消息内容是否可用。
ATS48软启在和PLC等上位机通信时，可以使用分线箱或 者分线盒来实现多个从站通信线路的并联，分别如图3-3和图 3-4所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-3 通过分路块和RJ45型连接器的连接
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-4 通过接线盒的连接
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-6 ATS48的Modbus通信Fra Baidu bibliotek口
第3章 Modbus现场总线及其应用
3.2.2 软启配置 本实验中，只需要和ATS48进行通信的连接测试，并不需
要进行电机的启动，所以软启只需要在CL1、CL2端子上连接 控制电源即可。
ATS48软启通信相关的设置都集中在COP菜单中，如表3-4 所示。
主站和从站之间的数据交换方式有以下两种： (1) 主站向从站发送请求并等待其响应。 (2) 主站向所有从站发送请求，但不等待它们响应(广播 模式)。 主站和从站的查询和回应周期如图3-1所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-1 查询和回应的周期
第3章 Modbus现场总线及其应用
主站发送的查询消息中，通过功能码告知被查询的从站需 要执行哪种功能，数据段中包含了从设备需要执行功能的附加 信息。例如，功能代码03是要求从设备读取保持寄存器并返回 它们的内容。数据段必须包含要告知从设备的信息：从哪个寄 存器开始读取，需要读取的寄存器数量。错误检测为从站提供 一种验证消息内容是否正确的方法。
3. Modbus RTU常用功能码 功能码是Modbus通信的基础，不同的功能码能够实现数 据的读/写、对设备的诊断等功能。Modbus公用功能码定义如 表3-2所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
其中最常用的就是03(读取保持寄存器)和06(写入单个寄 存器)等功能码。它们的消息格式如下：
第3章 Modbus现场总线及其应用
(1) 配置为奇校验或者偶校验，“1”的位数将算到每个 字符的位数中(RTU中为8个数据位)。例如，RTU字符帧中包含 8个数据位11000101，整个“1”的数量是4个。如果使用了偶 校验，则帧的奇偶校验位将是0，使得整个“1”的个数仍然是 4个；如果使用了奇校验，则帧的奇偶校验位将是1，使得整个 “1”的个数变为5个。
(2) 没有指定奇偶校验位，传输时就没有校验位，也不 进行校验检测，只取一附加的停止位填充到要传输的字符帧中。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2) CRC检测 CRC循环冗余校验码包含两个字节的错误检测码，由传输 设备计算后加入到消息中，接收设备重新计算收到消息的CRC， 并与接收到的CRC域中的值进行比较；如果两个值不同，则标 明有错误。在有些系统中，还需要对数据进行奇偶校验，奇偶 校验对每个字符都可用，而帧检测CRC则应用于整个消息。
第3章 Modbus现场总线及其应用 图3-2 Modbus RTU的标准连接方式
第3章 Modbus现场总线及其应用
第3章 Modbus现场总线及其应用
实际应用中，尤其要注意终端电阻的使用，在整个总线的 起始和终止位置都要加上终端电阻，它们可以消除在通信总线 上由于阻抗不连续或者阻抗不匹配引起的信号反射，从而保证 通信数据的稳定传输。
第3章 Modbus现场总线及其应用
Modbus是位于OSI模型第7层的应用层消息传送协议，它 为连接于不同总线或网络的设备提供了主/从模式的通信。总 线上只能有一个主机，可以有多个从机(最多支持247个从机， 主机和从机通过请求和应答的方式来实现通信，所有的请求都 由主机发出，从机负责应答，需要使用Modbus规定的功能码。
图3-5 TSXCUSB485通信电缆
第3章 Modbus现场总线及其应用
ATS48的Modbus通信端口同样为RJ45接口，4号脚为信号 正，5号脚为信号负，7号脚为10 V电源，8号脚为0 V公共端。 其接口位置及端子定义如图3-6所示。
本实验中，PC和ATS48都有单独的电源供电，无需将10 V 信号引出，网络电缆只需要连接TSXCUSB485和ATS48的RJ45口 的4、5、8这三个引脚即可。
第3章 Modbus现场总线及其应用 3.2 Modscan软件与ATS48软启Modbus RTU通信实例
3.2.1 硬件连接 实验需要使用的硬件如表3-3所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用 TSXCUSB485通信电缆如图3-5所示，分别有一个USB接口
和一个RJ45接口，USB接口直接连接至PC，RJ45接口通过网络 电缆连接至ATS48软启。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2. Modbus RTU硬件连接 Modbus RTU的物理层是基于RS485的，它的标准连接方式 是二线制多点连接串行总线，如图3-2所示。 总线上的干线电缆类型、总线最大长度、最大站数量、分 接连线的最大长度、总线极化、线路端接器、公共端极性的具 体规定如表3-1所示。
第3章 Modbus现场总线及其应用
CRC16校验码计算方法如下： (1) 将CRC寄存器(16位)初始化为16#FFFF。 (2) 把通信信息帧的第一个字节(8位二进制数据)与CRC 寄存器的低8位相异或，并把结果储存于CRC寄存器的低8位， CRC寄存器的高8位数据不变。 (3) 将CRC寄存器的内容朝低位右移1位，并用0填补最高 位。 (4) 检查右移后的输出位，如果输出位为0，则重复步骤 (3)；如果输出位为1，则CRC寄存器和16#A001相异或。
第3章 Modbus现场总线及其应用
错误检测域为CRC循环冗长检测。 Modbus RTU的主要优点是在波特率相同的情况下可以比 Modbus ASCII传送更多的数据。施耐德的变频器、软启、电 机控制器等使用的Modbus都是Modbus RTU。
第3章 Modbus现场总线及其应用
2. Modbus ASCII传输方式 Modbus ASCII消息中每个8 bit字节都作为两个ASCII字 符发送。代码系统为十六进制，ASCII字符0，…，9，A，…， F；消息中的每个ASCII字符都是由一个十六进制字符组成。 每个字节的位包括： · 1个起始位。 · 7个数据位，最小的有效位先发送。 · 1个奇偶校验位，无校验则无。 · 1个停止位(有校验时)，2个bit(无校验时)。 错误检测域为LRC纵向冗长检测。 Modbus ASCII的主要优点是字符发送的时间间隔可以达 到1秒而不产生错误。
数据：主站发送的请求数据或者从站反馈的应答数据。 CRC16：循环冗余校验参数。
消息在标准的Modbus系列网络传输时，每个字符或字节 以如下方式发送，从左到右依次表示为最低有效位到最高有效 位。
第3章 Modbus现场总线及其应用 使用RTU字符帧时，有奇偶校验，位的序列是：
第3章 Modbus现场总线及其应用