常见的工业通讯协议有哪些

您所在的位置:网站首页 通信协议包括什么 常见的工业通讯协议有哪些

常见的工业通讯协议有哪些

2024-06-29 08:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

  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!

  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:

  · 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

  · PROFIBUS通信

  · 工业以太网

  · ASI通信

  · PPI通信

  · 远程无线通信

  · TCP

  · UDP

  · S7

  · profibus

  · pofinet

  · MPI

  · PPI

  · Profibus-DP

  · Devicenet

  · Ethernet

  Modbus通讯协议1

  Modbus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部分,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、RS-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ASCII、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Modbus。Modbus的ASCII、RTU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,控制器将生成反馈信息并用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OSI参考模型

  Modbus之ASCII通讯方式

  数据帧

  广播模式(只用于写操作)

  非广播模式

  Modbus之RTU通讯方式

  RS-232通讯协议2

  RS-232是美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustry Association)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 (DB-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RS-232 接口,分别称为 COM1 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I/O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

  EIA-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RxD上:

  逻辑1(MARK)=-3V~-15V

  逻辑0(SPACE)=+3~+15V

  在RTS、CTS、DSR、DTR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~-15V

  RS-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 TXD

  3接收数据 RXD

  4 请求发送RTS

  5允许发送 CTS

  6 数据准备好 DSR

  7信号地 SG

  8 载波检测 DCD

  9 发送返回(+)

  10 未定义

  11 数据发送(-)

  12~17 未定义

  18 数据接收(+)

  19 未定义

  20 数据终端准备好 DTR

  21 未定义

  22 振铃 RI

  23~24 未定义

  25 接收返回(-)

  RS-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“RXD”,3“TXD”,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≤20Kbps。

  (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≤15米)。

  RS-485通讯协议3

  RS-485标准是在RS232的基础上发展来的,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—6)V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10Mbps

  RS-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、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、125K

  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“A”、“B”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。但人们往往忽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4

  HART(HighwayAddressable Remote Transducer),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多年的发展,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4-20mA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。

  协议基本情况

  · 4~20mA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OSI开放体系结构,1、2、7、层

  通信模型:

  物理层:

  基于Bell 202 通信标准的FSK 技术,基本内容:

  波特率 1200bps (速度较慢)

  逻辑1 1200HZ

  逻辑0 2400HZ

  数据链路层

  通信方式:

  1)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:0 ~ 15

  当地址为0时,处于4~20mADC与数字通信兼容状态。

  当地址为1~15时,则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:

  1bit起始位 + 8bit数据 + 1bit奇偶校验位 + 1bit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出;

  · 读写8个字符的标牌号,16个字符的描述内容以及日期等;

  通用命令适用于大部分符合HART协议的产品,但不同公司的HART产品可能会有少量区别,如写主变量单位,微调DA的零点和增益等:

  · 写入阻尼时间常数;

  · 写入变送器量程;

  · 标定(设置零点和量程);

  · 微调主变量零点;

  · 微调DAC的零点和增益;

  · 完成自检及主机复位;

  特殊命令:

  仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品自己所特有的命令,不互相兼容,如特征化,微调传感头校正等。:

  · 读出或写入开方小流量截断值;

  · 启动、停止或清除累积器;

  · 选择主变量(质量流量或密度);

  · 读出或写入组态信息资料;

  · 微调传感器的标定;

  HART通讯模式:

  第一种“问答式”:2次/秒,适用于点对点,多站连接

  第二种“成组模式”:3.7次/秒,只适用于点对点连接

  HART协议的优点:

  · 模拟信号带有过程控制信息,数字信号允许双向通信;

  · (智能化现场仪表+模拟仪表、记录仪及控制器)混合系统;

  · 支持多主站数字通信,节省导线,减少安装费;

  · 通过租用电话线连接仪表,使远方的现场仪表使用相对便宜的接口设备;

  · 允许“问答式”及“成组模式”通信方式;

  · 报文结构灵活、规范、一次通信可携带4个过程变量。

  HART通信的应用通常有三种方式:

  · 最普通的是用手持通信终端(HHT)与现场智能仪表通信。

  · 带HART通信功能的控制室仪表,可与多台HART仪表进行通信并组态。

  · 第三种方式是与PC机或DCS操作站进行通信。

  在智能变送器与HART协议通讯器之间互联需要遵循负载电阻之和在250~600 Ω之间,太小了不能通讯,太大了变送器无法工作。实践中,一般在校验室内都至少要串接一个250 Ω以上的标准电阻,但在现场中如果系统基本满足负载电阻要求,可以直接在控制室内接线端子上跨接HART通讯器。如图1所示

  由于HART仪表与原4-20mA标准的仪表具有兼容性,HART仪表的开发与应用发展迅速,特别是在设备改造中受到欢迎。HART协议与FF等协议相比,较为简单,而且由于速度慢及低功耗的要求,数据链路层及应用层一般均由软件实现。物理层应用原有的Bell-202调制解调器。为解决不同厂家设备的互换性及互操作性问题,HART采用了设备描述语言(DDL)。



【本文地址】


今日新闻


推荐新闻


CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3