工业上的几种通讯协议.docx

每个仪表都有自己独特的通讯协议，常见的有modbus通讯协议、RS-232通讯协议、RS-485通讯协议、HART通讯协议等等，那么这些通讯协议究竟是怎么工作的，有哪些优缺点呢？本文将重点介绍目前常见的几种通讯协议！帮助仪表人学习。通讯协议：又称通信规程，是指通讯双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程。常用的仪表通讯协议有： modbus通讯协议 RS-232通讯协议 RS-485通讯协议 HART通讯协议。 MPI通信 串口通信 PRoF工BUS通信 工业以太网 AS工通信 PPI通信远程无线通信 TCP.UbP S7 profibus pofinet MPI PPI Profibus-DP Devicenet EthernetModbus通讯协议1Modbus协议最初由Modicon公司开发出来,在1979年末该公司成为施耐德自动化部门的一局部，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232.RS-422、R5-485和以太网设备。由于modbus协议是完全公开透明的，所需的软硬件又非常简单,这就使它成为了一种通用的工业标准。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。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。特点Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络例如以太网和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。modbus通讯协议是一种主从式异步半双工通信协议，采用主从式通讯结构，可以使一个主站对应多个从站进行双向通信。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如何回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。Modbus协议包括ASCH、RTU等通讯方式，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的ModbusoMOdbUS的ASCLRTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用主-从方式，主站发出数据请求消息，从站接收到正确消息后就可以发送数据到主站以响应请求；主站也可以直接发消息修改从站的数据，实现双向读写。主/从原理当在一Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反应信息并用Modbus协议发出。在其它网络上,包含了ModbUS协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。当在网络上通信时,Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某从站点断开后如故障或关机，主端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又可自动接通。因此，MOdbUS协议的可靠性较好。Modbus与OS工参考模型Modbus之ASCTl通讯方式数据帧播送模式只用于写操作）非播送模式Modbus之RTU通讯方式RS-232通讯协议2RS-232是美国电子工业协会EIAElectronicIndustryAssociation)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号通常。RS-232接口以9个引脚(D通9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现,一般个人计算机上会有两组R5-232接口，分别称为COMl和COM2。RS-232接口RS-232标准设有25条信号线和9条信号线两种，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。传输速率RS-232标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特率。远程通信连接数据终端RS-232标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE数据通信设备DCE而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机更准确的说，是计算机接口与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。“发送和"接收”RS-232标准中所提到的,发送和“接收，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和工/0设备之间传送信息，两者都是DTE,因此双方都能发送和接收。电气特性E工A-RS-232对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和Rxb上：逻辑I(MARK)=-3V-15V逻辑O(SPACE)=+3M5V在RTS、CTSsDSRsDTR和DCD等控制线上：信号有效接通，ON状态，正电压=÷3V-÷15V信号无效断开，OFF状态，负电压)=-3V-15VR5-232接口定义9芯)RS-232接口定义(25芯)1频蔽地线2发送数据TXb3接收数据RXD4请求发送RTS5允许发送CTS6数据准备好DSR7信号地SG8载波检测DCD9发送返回(十)10未定义U数据发送(一)12-17未定义18数据接收(+)19未定义20数据终端准备好DTR21未定义22振铃RI23-24未定义25接收返回(一)R5-232串口通信接线方法三线制)串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连。接收数据针脚或线与发送数据针脚或线相连，彼此交叉，信号地对应相接。9针D型串口：2*XD",3uTXD,z,5“逻辑地”。25针串口通信接线方法RS-232缺点：1接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。2传输速率较低，在异步传输时，波特率a20Kbps°3接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。4传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺实际d5米.RS-485通讯协议3RS-485标准是在RS232的根底上开展来的，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。RS-485的电气特性:逻辑“1以两线间的电压差为+(2-6)V表示；逻辑“0以两线间的电压差为-2一6V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。传播速率：RS-485的数据最高传输速率为IOMbpsRS-485接口:是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。波特率：1200bps、2400bps、4800bpsx9600bpss19200bpsx38400bpsx125K通信接口方式：RS485接口：异步，半双工,串行数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验1位起始位、8位数据位、1位停止位、奇校验1位起始位、8位数据位、1位停止位、偶校验当与现场总线适配器Profibus连接时采用默认数据格式。RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米（理论上的数据，在实际操作中，极限距离仅达1200米左右,另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。9针型接口：RS485接口信号含义3 RXD-接收数据4 RXD+接收数据5 TXD+发送数据7 TXD-发送数据缺点：很多情况下,连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“、*端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往无视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7+12V,只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。HART协议4HART(HighWayAddreSSabIeRemoteTransducer),可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的开展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-2OmA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。协议根本情况420mA模拟信号+数字控制信号FSK技术支持双绞线全数字通信，可构成15个站网络支持OS工开放体系结构，1、2、7、层通信模型：物理层：基于Bell202通信标准的FSK技术，根本内容：波特率1200bps速度较慢逻辑11200HZ逻辑02400HZ数据链路层通信方式：D主从式通信由主设备来控制数据帧的传送最多允许15个从设备连接到一条多点通讯线上2突发模式从设备定时重复发送数据帧3半双工通讯方式寻址范围：015当地址为。时，处于420mADC与数字通信兼容状态。当地址为1-15时,那么处于全数字通信状态。规定通信数据的结构，每个字符由11位组成：Ib汁起始位÷8b汁数据+Ib汁奇偶校验位÷Ibit停止位应用层：通用命令： 对所有符合HART协议的现场设备都适用的命令。包括以下内容： 读变送器的量程、单位以及阻尼时间常数； 读出传感器串联数目及其线制； 读出制造厂及产品型号； 读出主变量及单位； 读出电流的输出及百分比输