现场总线协议转换的原理
现场总线及通讯协议
现场总线及通讯协议现场总线的现状和未来发展一、引言计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。
现场总线(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。
二、现场总线的产生纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。
1、模拟仪表控制系统模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。
其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。
2、集中式数字控制系统集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。
采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。
集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。
3、集散控制系统（DCS）集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。
其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。
因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。
在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用，遗憾的是，不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统且DCS造价昂贵。
《基金会现场总线》课件
系统集成与测试
系统集成是将多个设备和系统连接在 一起，形成一个完整的自动化系统。
系统测试是对自动化系统进行全面检 测和评估的过程，以确保系统的性能 和可靠性。
在基金会现场总线上，系统集成需要 考虑不同设备和系统之间的通信和数 据交换，以确保整个系统的协调运行 。
系统测试包括功能测试、性能测试、 安全测试等方面，以确保系统在各种 工况下的稳定性和可靠性。
可靠性挑战
由于基金会现场总线系统通常应用于工业环境中，因此需要 具备高可靠性和稳定性，能够应对各种恶劣环境和意外情况 。
06 基金会现场总线案例分析
CHAPTER
案例一：智能制造系统中的应用
总结词
智能制造系统通过基金会现场总线实现设备间的实时通信和数据共享，提高生产效率和设备利用率。
详细描述
在智能制造系统中，基金会现场总线技术被广泛应用于各种设备和传感器之间的通信。通过该技术， 设备可以实时地共享和传输数据，使得生产过程中的各种信息能够得到及时、准确的传递。这不仅提 高了生产效率，还降低了设备的故障率，提高了设备利用率。
用于记录和存储总线网络中的数据，以便于分析和处理。
04 基金会现场总线的软件技术
CHAPTER
设备描述语言
设备描述语言是用于描述设备功能、特性和参数的一种语言，它能够使设备在基金 会现场总线上进行互操作。
设备描述语言采用XML格式，通过定义设备的属性和方法，实现对设备的描述和配 置。
设备描述语言是基金会现场总线软件技术的重要组成部分，它能够提高设备的互操 作性和可维护性。
标准化与互操作性
标准化
基金会现场总线技术需要遵循统一的国际标准，以确保不同厂商的设备能够互 操作和兼容。
互操作性
现场总线技术及应用课件：现场总线技术概述
现场总线技术概述
现场总线的主要任务，就是通过自动化系统的数据信息 来完成生产的执行。这些数据信息包括电机的电流、电机的 转速、管道的流量、阀门的状态、温度的高低、压力的大小 等，还包括控制电机的启动和停止、打开和关闭阀门、发送 警报等。现场总线传递的数据信息，是现场控制流程能够正 常进行下去的基础，也是企业级网络非常重要的部分。
接上。 现场总线的主站和子站有内置或外加的通信模块、通信
卡，而且支持相同的通信协议以实现互连。
现场总线技术概述
当然，如果现场总线的规模较大，也可能出现包含多个 不同通信协议的子网的情况，但每个子网使用的一定是同一 个通信协议。子网和子网之间，可以通过网关来实现协议的 转换，以组成大的主网。主站除了具备通信能力之外，还具 有强大的运算能力，因为在每一个扫描周期，主站都需要对 通信的数据进行处理并做出响应。通信的速度越快，主站的 运算能力的需求就越大，否则通信的实时性就无法体现出来。 子站作为受控设备，相对来说运算能力的要求比主站要小得 多，但也要能够及时执行主站的控制命令、监视命令并及时 反馈信息。当
现场总线技术概述
最后是降低了生产的稳定性。开关量信号和模拟量信号 都是纯粹的电信号，极易受到干扰。如果现场设计或施工不 当，则在信号受到干扰时很容易出现设备误动、信息错误、 无法安全停机等问题。如果是在施工阶段，技术人员尚可花 费大量的时间对其进行排查；如果已进入生产阶段才发现类 似问题，则需要花费大量的人力和物力来进行二次改造。
现场总线技术概述
现场总线的安全性则分为两个方向，一个是面向安全设 备的，另一个是面向通信本身的。面向安全设备方面，现在 很多通信协议都在自己的规范中单独加入了安全设备的部分， 牵涉安全设备的冗余、自检等，其目的是和安全设备做到更 优的适配，保证在出现安全问题时可以正常地停机。面向通 信本身方面，在前面稳定性的部分有必要的设置，如数据校 验、心跳协议等，其目的是保证通信自身信息的安全，并在 出现故障时可以做出正确的动作，如停机、报警等。得益于 通信速度的加快，目前这一部分的内容在整个通信协议的交 换信息中的占比越来越大，就是为了提高通信自身的安全性。
(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。
现场总线技术及其应用-概述
Date: 2020/7/4
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4.现场总线系统的优点
• 节省维护开销 1）现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的
能力，可通过数字通信将相关诊断维护信息发送 到控制室，便于用户查询分析故障原因并快速排 除，缩短了维护停工时间；
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基地式仪表特点：
（1）综合与集中：基地式仪表把必要的功能部件全 集中在一个仪表之内，只需配上调节阀便可构成一 个调节系统；
（2）基地式仪表系统结构简单，不需要变送器，使 用维护方便、防爆。由于安装在现场，因而测量和 输出的管线很短。基地式仪表减少了气动仪表传送 带滞后的缺点，有助于调节性能的改善；
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第1章 概述
1.现场总线的产生、本质与发展 2.现场总线的结构及其特点 3.几种有影响的现场总线 4.现场总线面临的挑战
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学习目标
1.掌握现场总线的概念 2.了解目前市场上最常见的现场总线及 其主要特点 3.了解现场总线技术对未来自动控制系 统的影响
执行器是控制系统必不可少的环节。 手
执行器工作/使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节。
原因：执行器与介质直接接触；
(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、深冷、高压。
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① 分类－－按使用的能源形式：
气动执行器
电动执行器
液动执行器
气动阀
电动阀
论文-现场总线概述
现场总线概述1 前言现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。
用现场总线将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统，已被称为第五代过程控制系统。
而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。
现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication 通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
2 现场总线控制系统的结构及其特点国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、PLC 等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。
现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）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。
现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。
其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。
其总线接口，有时可以称为扫描器。
可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。
总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。
总线接口的缺省地址通常设为“0”电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必需的。
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程篇一：基金会现场现场总线(Fieldsite/Field Service总线)是一种现场设备的通信协议,旨在提供一种简单、高效、可靠的通信方式,使设备能够在不连接中央服务器的情况下进行通信。
基金会现场现场总线最初由思科公司开发,并于1997年首次发布。
基金会现场现场总线的定义是指一组定义在通信协议中的规则,用于指导设备和网络之间的通信。
这些规则通常包括设备地址、通信协议、数据格式和错误处理等。
基金会现场现场总线的优点是可以在分布式系统中实现高效的通信和可靠的数据传输,因此被广泛应用于物联网、工业自动化、医疗设备、交通运输等领域。
基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段。
第一阶段是早期的基金会现场现场总线,主要用于连接小型设备,如交换机、路由器等,这些设备通常是集中部署的。
第二阶段是2000年左右出现的现场总线,它允许不同类型的设备(如交换机、路由器、集线器等)通过标准化接口进行通信。
第三阶段是近年来发展的趋势,即基于云的基金会现场现场总线,它允许设备和云服务之间进行通信,并提供更高的安全性和灵活性。
基金会现场现场总线的应用非常广泛,包括工业自动化、医疗设备、交通运输、智能家居、智能城市等领域。
在实际应用中,基金会现场现场总线通常与其他通信协议和系统相结合,以实现更复杂的网络结构和更高的性能。
除了提供通信协议和规则外,基金会现场现场总线还可以用于管理设备和网络。
基金会现场现场总线提供了一些标准的功能,如设备配置、故障排除、网络监控等,这些功能可以帮助管理员更好地管理和维护设备和网络。
此外,基金会现场现场总线还可以与其他工具和软件相结合,以提高网络管理和监控的效率和质量。
总之,基金会现场现场总线是一种简单、高效、可靠的通信协议,它在实际应用中得到了广泛的应用。
随着云计算、物联网等技术的不断发展,基金会现场现场总线也在不断演进,以适应不断变化的市场需求。
篇二：基金会现场现场总线(Field Service Communication总线)是一种现场设备与远程服务器之间进行通信的标准接口。
现场总线技术概述
现场总线技术概述现场总线技术（Fieldbus）是指在工业自动化系统中，用于连接现场设备和控制系统的一种通信协议和架构。
它通过将数据和控制命令从控制系统传输到现场设备，并将现场设备反馈的数据传输回控制系统，实现实时监控和控制。
现场总线技术的发展起源于20世纪80年代，旨在解决传统控制系统中布线复杂、成本高昂、可靠性低等问题。
与传统控制系统相比，现场总线技术具有可编程、分布式、开放性强等优点，是实现工业自动化和智能化的重要手段之一现场总线技术的核心是通信协议，常见的现场总线协议包括Profibus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet等。
这些协议定义了数据格式、通信速度、错误检测和纠正等通信规范，保证了不同设备之间的互通性和稳定性。
现场总线技术的架构通常由控制层、总线层和现场设备层组成。
控制层包括控制器和上位机，负责发送控制命令和接收反馈数据；总线层是控制器与现场设备之间的通信介质，包括总线线缆、连接器和信号转换设备；现场设备层包括传感器、执行器等各种设备，负责感知和执行现场操作。
现场总线技术在工业自动化中的应用广泛，涵盖了各个行业和领域。
它可以实现对现场设备的远程监控和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
同时，现场总线技术还可以对现场设备进行参数配置和诊断，减少了故障排除时间和维护成本。
然而，现场总线技术也存在一些挑战和限制。
首先，不同的现场总线协议之间，通常不能直接互联互通，需要通过网关或转换器进行数据的转换和交换。
其次，现场总线技术对硬件设备的要求较高，需要选择与总线兼容的设备进行接入。
此外，现场总线技术的通信速度相对较慢，对于一些对实时性要求较高的应用场景可能不够满足。
总的来说，现场总线技术是工业自动化领域的重要技术和工具，具有广泛的应用和发展前景。
随着工业互联网的兴起，现场总线技术将继续推动工业自动化向智能化、高效化的方向发展。
现场总线与工业以太网融合的技术路径
现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。
现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。
而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。
一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。
现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。
工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。
它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。
二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。
现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。
而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。
因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。
然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。
首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。
其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。
此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。
三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。
这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。
485转can原理
485转can原理485转CAN原理一、引言485总线和CAN总线是常用的工业现场总线通信协议，它们在工业自动化领域具有广泛的应用。
本文将重点介绍485总线向CAN 总线的转换原理。
二、485总线简介485总线是一种串行通信协议，它采用差分信号传输，具有抗干扰能力强、传输距离远等特点。
485总线是一对多的通信方式，可以连接多个设备，实现设备之间的数据传输。
三、CAN总线简介CAN总线是一种高速串行通信协议，它采用差分信号传输，具有高可靠性和实时性。
CAN总线采用多主从结构，可以连接多个设备，实现设备之间的数据传输。
四、485转CAN原理485转CAN是一种将485总线信号转换成CAN总线信号的设备。
其原理如下：1. 信号电平转换由于485总线和CAN总线的电平标准不同，需要通过信号电平转换电路将485总线的信号转换成CAN总线所需的信号电平。
这一步通常使用电平转换芯片来完成。
2. 数据格式转换485总线和CAN总线的数据格式也不同，需要将485总线的数据格式转换成CAN总线的数据格式。
这一步通常使用微控制器或专用的转换芯片来完成。
3. 数据速率转换485总线和CAN总线的数据传输速率也不同，需要将485总线的数据速率转换成CAN总线所支持的数据速率。
这一步通常使用时钟频率转换电路来完成。
4. 协议转换485总线和CAN总线的通信协议也不同，需要将485总线的协议转换成CAN总线的协议。
这一步通常使用嵌入式软件来完成。
五、485转CAN应用场景485转CAN广泛应用于工业自动化领域，例如：1. 工业控制系统将485总线的设备接入CAN总线的工业控制系统，实现设备之间的数据交互。
2. 智能楼宇系统将485总线的传感器设备接入CAN总线的智能楼宇系统，实现对楼宇设备的监控和控制。
3. 汽车电子系统将485总线的汽车电子设备接入CAN总线的汽车电子系统，实现车载设备之间的数据传输。
六、总结485转CAN是一种将485总线信号转换成CAN总线信号的设备，通过信号电平转换、数据格式转换、数据速率转换和协议转换等步骤，实现了不同总线之间的通信。
以太网与现场总线CAN协议转换桥设计
以太网与现场总线CAN协议转换桥设计【摘要】本设计在CAN总线物理层和数据链路层基础上实现了扩展的应用协议，使CAN总线系统具有良好的扩展性，并通过以太网电路接口实现CAN 总线数据与以太网数据互相传输，实现了网桥功能。
【关键词】现场总线；CAN总线；以太网；单片机1.前言在大型企业自动化系统中，在上层企业管理层和生产监控层采用的都是以太网和PC机，而在下层车间现场都是采用现场总线，如RS-485、CAN、lonWorks 等，而连接上下两层的沟通通常采用工业控制机加以太网卡再加上PC机插槽上的与现场总线对应的接口卡或并行打印口的EPP接口卡来实现，这种连接方式成本高，开发周期长，接口卡成为系统上下两层的通信瓶颈一旦出现故障上下两层的联系就将中断；为此利用廉价的基于单片机的以太网-CAN网桥取代昂贵的工控机加接口卡，实现以太网和CAN总线网的直接连接具有重要意义。
2.系统方案设计由于系统中有以太网网和CAN总线数据处理，因此需要采用大容量RAM 进行暂存网络数据，采用集成有8KRAM和64K Flash的P89C668型高速控制器，如图1所示，系统采用芯片RTL8019进行网络数据收发，采用芯片SJA1000处理CAN总线数据，同时为了方便对转换桥系统调试和进行参数设置（CAN ID、CAN波特率，以太网物理地址，IP地址，网关地址，子网掩码）和保存，增大系统使用的范围和使用灵活性，系统还扩展串口通信RS232接口和24C256串口存储电路。
图1 以太网与现场总线CAN协议转换桥系统框图3.系统硬件设计3.1 以太网接口电路设计以太网接口电路如图2所示，电路中36脚～43脚为数据输入输出口直接连接到单片机P0口。
RTL8019AS有三个分别反映其工作状态的输出脚，分别LED0、LED1、LED2，分别输出网络的连接性、数据发送和数据输出状态；IOCS16是16位或8位I/O的选择脚，当上电复位的时，该引脚为低电平时，网卡将选择8位模式，为高电平时，网络控制器将选择16位的模式，电路用了个电阻R9（27K）下拉，在复位时引脚为低电平，因此网卡选择8位模式。
现场总线第四章HART通信协议-图
展望
01
hart通信协议概述
hart通信协议的定义
总结词
hart通信协议是一种用于工业自动化的通信协议，它使用无线信号传输数据，支持多种数据传输速率和通信距离。
hart通信协议的技术发展趋势
无线通信技术融合
随着无线通信技术的发展，Hart通信协议正逐步实现与其他无线通信技术的融合，以 提高现场总线的无线化程度和通信效率。
安全性增强
随着工业网络安全问题的日益突出，Hart通信协议正在加强安全机制的研究和应用， 以提高系统的安全性。
智能化发展
随着物联网、云计算等技术的发展，Hart通信协议正朝着智能化方向发展，以实现更 高级别的自动化和智能化。
hart通信协议的未来展望
更广泛的应用领域
01
随着工业自动化程度的不断提高，Hart通信协议有望在更多领
域得到应用，如智能家居、智能交通等。
更高级别的自动化和智能化
02
随着物联网、云计算等技术的发展，Hart通信协议有望实现更
高级别的自动化和智能化功能。
更完善的安全机制
03
随着网络安全问题的日益突出，Hart通信协议有望在未来推出
详细描述
hart通信协议是一种专为工业现场设备之间的通信而设计的协议。它使用无线信号传输数据，使得设备之间的连 接更加灵活，无需布线。hart通信协议支持多种数据传输速率和通信距离，以满足不同工业应用的需求。
hart通信协议的特点
总结词
hart通信协议具有可靠性高、实时性强、互操作性好的特点。
详细描述
要点一
现场总线协议转换机理及实现
现场总线协议转换机理及实现The Mechanism and Imple mentation of F ield Bus Protocol Conversion丁 磊 费敏锐 陈维刚(上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072)摘 要 总结了现场总线的发展现状,指出了研究现场总线协议转换技术的必要性,描述了常见现场总线协议转换的机理。
最后介绍了采用协议转换原理研究开发的一种支持工业以太网与多种现场总线技术转换的多协议转换器。
关键词 工业以太网 现场总线 系统集成 协议转换Abstract The current status of development of fieldbus is summarized and the necessity of studying technology of protocol conversion is indicated.The comm on used mechanisms of field bus protocol conversion are described.A multiple protocol converter developed by using protocol conversion principle is introduced finally,it supports industrial E thernet and multiple field bus technology conversion.K eyw ords Industrial E thernet Fieldbus System integration Protocol conversion0 现场总线的发展现状现场总线是20世纪80年代中期发展起来的一种先进的控制技术,被誉为20世纪90年代工业控制领域的一场革命[1]。
与其他工业控制网络相比,现场总线采用串行的数字通信方式,具有实时性好、稳定性高等特点,迅速发展成为工业控制网络中使用最广泛的通信网络。
现场总线协议转换网关的研究
功能 更加 强大 ， 动性 也有 所提 高。 能
现 场总 线技 术 的发展极 大 的改 变 了企 业控 制 系统 的结构 ， 它
具有开 放 、分散 、数 字化 、可操 作等特 点 ， 利于 企业 自动 化系 有 统 与信 息管 理系统 的集 成 。然 而 ， 目前 国际上 流行 的现 场总 线协 议 有 十几种 ， 异类 现场 总线 系统 之 间的 互操 作难 以进 行 ， 法直 无
１３ 混合 式转 换方 法 。 混 合 式 转 换 方 法 是 业 务 级 方 法与 协 议 及 方 法转 换 方法 的转 换器 的集 成处 理开 始 于业 务级 ， 采 延 伸至 协议 级 ， 既反 映 了对 协议 级的 处理 ， 也反 映 了对 业 务级 的
线协议 转换 网 关。
Ｉ络 议转 换 原 理 及办 法 舣 Ｊ
２ １ 场总 线协 议转换 网关 的概 念 ．现 般 同种 总线 的 网关 采用 中继 器 或网桥 来 实现连 接 与扩 展 ， 在结 构复 杂的 分布 式 网络环境 中 ， 出现不 同网络协 议 之间 会 的 不兼 容问题 。协 议转 换可 解决协 议 的不 兼容 问题 ， 实现 不 同网 不 同类 型 的现 场 总线 网段 之 间采 用 网 关。 网 关是 用于 实 现数 据
Ａ Ｐ ＣＡ ＴＩ ＰＬＩ ＯＮ
■ ＿
现场总线协议转换网关 的研究
摘 要 ： 针对 目前 多种 现场 总线 协议 共存 的 现状 ， 入 了现 难 ： 因为协 议 层转 换 忽略 了对 网络 间业 务级 用 户的 所有 处理 ， 引 有
场 总线 协 议 转换 网 关 的概 念 。通 过 已在 工 业控 制 领 域广 泛 应 用 所 以在 行 为上缺 乏主 动性 ， 换器 只能在 不 兼容 的协议 间进 行端 转 的现 场 总 线 Ｐ ＲＯＦ ＢＵＳ Ｉ －ＤＰ与 ＭＯＤＢ ＵＳ协议 为 例 ，提 出 了 一 到端 的数 据翻 译与 转换 ， 法在 转换期 间创 建功 能 。 无 种现 场 总 线协 议 之 间 的网 关通 信 模 型 。通 过对 现 场 总线 协 议转 换 方法 的 介 绍 以及 对 Ｐ Ｆ Ｂ Ｓ Ｉ Ｒ０ Ｉ Ｕ － ） Ｐ与 ＭＯ Ｂ Ｓ总线 协 议转 Ｄ Ｕ 换 网关 模 型 的研 究 ， 为其 它 种 类现 场 总 线协 议 网 关 的研 究 和 可 开发 提供参 考 。
现场总线模块原理
现场总线模块原理
现场总线模块是现代自动化系统中常用的一种通信模块，它的作用是将不同的设备和组件连接并进行数据交换。
现场总线模块可以通过一根物理总线连接多个设备，并且这些设备可以双向通信，实现数据的传输和控制。
现场总线模块的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 总线通信协议：现场总线模块通过一种特定的通信协议与其他设备进行通信。
这个通信协议定义了数据的格式和传输方式，确保各个设备之间的数据交换可靠和准确。
2. 数据传输：现场总线模块可以将控制命令、传感器数据、状态信息等数据传输到其他设备。
它会以一定的频率从传感器或其他设备读取数据，并将这些数据通过总线发送给其他设备。
3. 设备地址和识别：现场总线模块在通信过程中，需要知道要发送数据的设备或者接收数据的设备。
每个设备都有一个唯一的地址，通过这个地址，现场总线模块可以将数据准确地发送给对应的设备。
4. 主从节点：现场总线模块中，通常会存在一个主节点和多个从节点。
主节点负责控制总线上的数据传输和通信，而从节点则负责接收和处理主节点发送的数据。
总的来说，现场总线模块通过定义通信协议、进行数据传输、设置设备地址和识别、以及主从节点的工作模式，实现了多个
设备之间的数据交换和控制。
这种模块化的设计使得自动化系统更加灵活和可扩展，提高了系统的运行效率和可靠性。
Profibus与CAN现场总线转换接口及从站单元设计
８ Ｃ ２负 责 控制 Ｓ Ｃ ， 现 Ｐｏｉｓ ＤＰ总线 数 据 的 转 换 ９５ Ｐ ３实 ｒｆ — ｕ 和共享 。 Ｐ Ｓ Ｃ３集 成 了完 整 的 Ｄ Ｐ协 议 ， 中包 括 方 式 寄 存 器 ， 其 状 态寄存 器， 中断 寄 存 器 ， 种 缓 冲 器 指 针 和 缓 冲 区 等 。Ｓ Ｃ３集 各 Ｐ 成 了 １ Ｋ的双 口 Ｒ ． ５ ＡＭ， 为 Ｓ Ｃ３与 用 户 程 序 之 间 的接 口 。 作 Ｐ
址 设 置 和 显 示 电路 ， 据 存 储 电 路 ， 口通 讯 电路 ， 门 狗 及 复 数 串 看 位 电路 等 。 ｒｆ ｕ — Ｐ从 站 的 微 处 理 器 采用 的是 ８ Ｃ ２ 通 讯 Ｐｏｉ ｓ Ｄ ｂ ９５。 及 ＤＰ接 口电路 是 由 Ｐ ｏｉｕ — Ｐ通 信控 制器 协 议 芯 片 Ｓ Ｃ ｒｆ ｓ Ｄ ｂ Ｐ ３，
徐 丹 赖 晓 阳 （ 海 交通 大 学一飞利浦 联合 实验 室 ， 上 上海 ２ ０ ４ ） ０ ２ ０
摘 要 提 出 了基 于 双 ＣＰ 结 构 的 Ｐ ｏ ｉｕ — Ｕ ｒｆ ｓ ＤＰ与 ＣＡ 现 场 总 线 网 关 的 设 计 方 法 ，并介 绍 了 Ｐ ｏ ｉｕ — Ｐ从 站 及 ＣＡ 节 点 ｂ Ｎ ｒｆ ｓ Ｄ ｂ Ｎ
一
为 了避 免 总线 上 的 信 号 影 响 电 路 ， Ｓ Ｃ３与 Ｒ ４ ５之 间 在 Ｐ Ｓ８ 采 用 光 电隔 离 。Ｔ Ｄ、 Ｘ 信 号 的 隔离 器件 采 用 １ Ｍ 高 速 光 耦 ｘ ＲＤ ２ Ｈ Ｐ ７ ０ Ｒ Ｓ信 号 的 隔 离 器件 采 用 ６ ３ 。 Ｃ— Ｌ １ ， Ｔ Ｎ１ ７
现场总线Profibus-DP与CAN互连的转换接口设计
现场总线Profibus-DP与CAN互连的转换接口设计随着工业自动化的快速发展，现场总线技术在工业控制领域中扮演着重要的角色。
现场总线技术通过将传感器、执行器和控制器相互连接，实现了工业设备的智能化和自动化。
而Profibus-DP和CAN作为两种常见的现场总线协议，各自具有一定的优势和应用范围。
为了实现不同现场总线之间的互联互通，设计一种转换接口是必要的。
本文将以现场总线Profibus-DP和CAN互连的转换接口设计为主题，介绍其基本原理和设计方案。
首先，我们需要了解Profibus-DP和CAN总线的特点和工作原理。
Profibus-DP是一种高速的串行总线协议，广泛应用于自动化控制系统中。
它具有高可靠性、高实时性和高扩展性的特点，能够满足复杂工业控制系统的需求。
CAN总线是一种低成本、高可靠性的串行总线协议，适用于中小型自动化设备和汽车电子系统。
它具有可靠的错误检测和纠正机制，能够实现多个节点之间的高效通信。
基于Profibus-DP和CAN总线的特点，我们可以设计一种转换接口来实现两种总线之间的互联。
该转换接口应该具备以下功能：1. 总线协议转换：将Profibus-DP和CAN总线之间的数据进行转换，使得两者能够相互通信。
2. 数据传输：实现数据的可靠传输和接收，保证信息的准确性和完整性。
3. 时序控制：根据两种总线的不同时序要求，对数据进行时序控制和同步。
4. 硬件电路设计：根据Profibus-DP和CAN总线的电气特性，设计适当的电路来实现数据的传输和信号的转换。
在设计转换接口时，需要考虑到硬件电路的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
同时，还需充分考虑软件设计，实现数据的解析和处理，确保转换接口的性能和可靠性。
总之，现场总线Profibus-DP与CAN互连的转换接口设计是工业自动化领域中的一个重要问题。
通过合理的硬件电路和软件设计，可以实现两种总线之间的互联互通，提高工业控制系统的效率和可靠性。
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现场总线协议转换的原理
现场总线协议转换的原理
1、引言
多种现场总线标准的并存实际上意味着没有标准，各种现场总线的协议标准的不同以及总线协议的多样性和互不兼容性，使得不同总线的控制网络之间的互联和互操作性大大降低。
由于现场总线协议众多且通信协议差异很大，要实现不同现场总线产品的互联非常困难。
面对众多的国内用户，巨大的市场发展潜力，不管从当前的经济利益还是长远的战略意义上来说，研究不同现场总线协议的转换解决方案具有着重要的现实意义。
因而，多种现场总线综合网络的研究越来越多的关注和重视。
多现场总线综合网络涉及到异构控制网络的互联问题，即不同通信协议的相互转换问题。
2、协议转换的原理及方法
协议转换技术可以为异构互连网络提供普通的通信服务，其设计机理主要取决于进行转换的协议之间的兼容程度。
不同的兼容程度采用的转换方法存在着一定的差异。
无论哪一种总线协议，都要对总线的物理特性、机械特性、电气特性、信号特性等内容进行规范。
不论是简单的还是复杂的总线协议都会对“物理、电气、逻辑、处理过程”这四个
方面给出定义，从而构成一个总线协议的基本内容。
在物理方面，必须规定物理设备和物理媒体之间的接口标准；在电气方面，规定了接口电路的信号电平、阻抗和传输速率等；在逻辑方面，规定了如何把数据位或字符变换成传输过程中的数据帧或数据包，规定传输控制字符的功能及使用方法等；在处理过程方面，规定了使用通信控制字符的顺序、数据帧中各字段内容的含义以及控制数据流穿越接口的命令和应
答方式等。
因此，要实现两异构现场总线协议的互通互联，就要从这四个方面分析它们的不同点和相同点，根据各自总线传输所实现的功能和条件，定义总线互连设备的具体功能，通过这个互连设备使两个不同的现场总线网络能够互联、互操作。
物
理、电气两方面的特性属于硬件的范畴，而逻辑、处理过程两方面属于软件的范畴，说明所有实现协议转换的总线互连设备都是由硬件和软件两大部分组成的。
硬件部分，根据设备工作在ISO/OSI 参考模型的层次，可以把互连设备划分为中继器、网桥、路由器和网关。
中继器又称放大器或转发器，执行物理层协议，实现电气信号的“再生”，只能用于连接同一种现场总线的网络。
使用网桥时，要求数据链路层以上的协议完全一致，用于连接同一种现场总线网络或者两种仅在物理层和数据链路层有差异的总线网络。
凡是在应用层协议不相同的两个网络系统的互联都需要使用网关。
对于两个异构的现场总线，由于它们的数据链路层和应用层协议是截然不同的，只有采用网关类型的互连设备才能实现互联。
网关工作在协议的最高层，通常采用软件的
方法实现，经过不断解包数据实现从一类协议接收信息，经翻译后再打包送往另一类协议，其作用是将一个现场总线设备的底层信息逐层向上传递，得到真正的的用户数据，再逐层向下传递，通过最下层的信道，到达另一个现场总线设备。
软件部分，要解决的是两种或多种总线协议的传输数据的封装（打包）和解封（解包）问题。
如果互连的两种总线协议在传输速率方面差异较大，则还要考虑数据缓冲的问题。
针对当前现场总线的发展趋势，协议转换主要应用在现场总线之间、现场总线与以太网之间。
3、现场总线之间的协议转换
如前所述，对于两个异构的现场总线，只有采用网关类型的互连设备进行协议的转换。
这种互连设备，在硬件方面，必须包含一个符合总线协议A的物理接口和一个符合总线协议B的物理接口，通过这两个不同的物理接口连接总线设备1和总线设备2，如图2-10所示。
在软件方面，网关内将总线设备1发送来的数据按总线协议1自底向上逐层次解包，得到其中的用户数据；然后按照总线协议2将用户数据自顶向下逐层打包，发送到总线设备2。
反向的数据传输，与此同理。
从而完成不同总线协议数据的交互任务，达到协议转换的目的。
对这两种现场总线网络来说，实现协议转换的互连设备（网关）相当于集成网络中的一个互联设备。
图2-10 网关的工作原理
4、现场总线与以太网之间的协议转换
现场总线与以太网之间的互联常采用类似隧道技术（Tunneling）的方法实现。
隧道技术是一种通过使用互联网在网络之间传递数据的方式，类似于点到点的连接，它可以使来自众多信息源的数据在互联网中通过不同的隧道进行
传输。
通过隧道传递的数据可以是不同协议的数据帧或包，不同协议的数据帧或包需要重新封装再通过隧道发送。
现场总线与以太网互联时，隧道技术工作在现场总线的数据链路层，与以太网的传输控制层相连。
它们的互联模型如图2-11 所示。
图2-11 现场总线与以太网互联模型
在模型中，路由器的现场总线接口一侧，连接的现场总线协议都具有物理层和数据链路层。
当路由器现场总线侧的数据链路层将数据帧向路由器以太网侧发送时，首先把数据帧添加到IP分组的载荷字段中，再以预先约定的传输服务访问点（TSAP）向以太网广播。
在以太网中，需要从现场总线接
收数据的主机则对特定TSAP进行监听，如果收到符合要求的报文，就取出其中的数据并转交给传输层以上的应用程序。
当以太网中的主机需要向现场设备传输数据时，从系统管理模块处获取该现场设备的信息，并申请一个在现场总线上的
虚拟地址。
主机虚拟站点层根据现场总线协议生成数据包，其中包含数据链路层协议控制信息，数据包的内容和现场总线中的发送数据完全一样。
生成的数据包按照以太网协议方式再次封装打包并通过以太网发送到路由器，路由器中经解包得到原来的总线协议数据包，通过路由器的现场总线接口侧发往现场总线网络之中。
数据在现场总线设备与以太网主机上虚拟站点层间的传输
过程，类似于两个同构网络使用隧道技术通过中间异构网络传输数据的过程。
与多层次的网络互连相比，它的结构简洁，操作灵活。
具体实现的方法有两种：
① 封装法
将现场总线的报文作为“用户数据”原封不动地嵌入到TCP/ IP
的数据帧中，在以太网中进行传送。
该方法可以保持现场总线协议不变，用以太网同时传输几种不同现场总线协议的数据，从而用以太网兼容众多的现场总线网络。
② 拆分法
对于较长的TCP/ IP
数据帧，按照规定的大小拆分后嵌入到总线协议的报文中，在现场总线网络中进行传送，被分割的数据包在接收方重新装配从而恢复为原来的数据。