现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III_2.现场总线技术基础.docx

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2.现场总线技术基础

现场总线技术是现代工业自动化领域中的一种重要通信技术，它通过标准化的通信协议，将现场设备（如传感器、执行器、控制器等）连接起来，形成一个网络，实现数据的高效传输和设备的智能控制。本节将详细介绍现场总线技术的基本原理、常见类型及其在工业自动化中的应用。

2.1现场总线技术概述

现场总线（Fieldbus）是一种全数字、双向、多点通信的网络技术，用于连接现场设备和控制设备。与传统的4-20mA模拟信号传输方式相比，现场总线技术具有以下优势：

减少布线成本：通过一根总线连接多个设备，减少了布线的复杂性和成本。

提高系统可靠性：数字信号传输减少了信号干扰和衰减，提高了系统的可靠性和稳定性。

增强系统灵活性：支持设备的即插即用，便于系统扩展和维护。

实现数据共享：多个设备可以共享同一网络中的数据，便于系统的集成和优化。

提高诊断能力：支持设备状态的实时监控和故障诊断，便于快速定位和解决问题。

2.1.1现场总线的基本结构

现场总线系统通常由以下几部分组成：

主站（Master）：负责网络的管理和控制，通常是PLC、DCS或其他控制系统。

从站（Slave）：连接在网络上的现场设备，如传感器、执行器、变频器等。

通信介质：用于数据传输的物理介质，常见的有双绞线、光纤、无线等。

通信协议：定义了数据传输的格式、速率、错误检测和恢复机制等。

2.1.2现场总线的工作原理

现场总线的工作原理基于以下几点：

数据传输：主站通过总线向从站发送控制命令和数据，从站则通过总线向主站反馈状态信息和数据。

轮询机制：主站通常采用轮询机制，依次访问各个从站，确保每个设备都能及时响应。

数据帧结构：现场总线的数据传输通常采用帧结构，每个帧包含帧头、数据、校验码等部分。

实时性和可靠性：现场总线技术通过优化的通信协议和错误检测机制，确保数据传输的实时性和可靠性。

2.2常见的现场总线类型

现场总线技术有多种标准和类型，每种类型都有其特定的应用场景和技术特点。以下是一些常见的现场总线类型：

2.2.1CAN（ControllerAreaNetwork）

CAN总线是一种广泛应用于汽车和工业自动化领域的现场总线技术。它具有以下特点：

高可靠性：采用差分信号传输，抗干扰能力强。

实时性：支持优先级调度，确保重要数据优先传输。

多主站结构：允许多个主站同时存在，实现冗余和容错。

2.2.1.1CAN总线的数据帧结构

CAN总线的数据帧结构包括以下部分：

帧头：包含标识符（ID）、控制字段等。

数据字段：包含实际传输的数据。

校验字段：用于数据的错误检测。

帧尾：包含帧结束标志。

//CAN消息帧结构

typedefstruct{

uint32_tid;//消息标识符

uint8_tlength;//数据长度

uint8_tdata[8];//数据字段

uint8_trtr;//远程传输请求标志

}CAN.Message;

//发送CAN消息

voidsendCANMessage(CAN.Message*msg){

//初始化CAN控制器

CAN.init();

//设置消息标识符

CAN.setIdentifier(msg-id);

//设置数据长度

CAN.setDataLength(msg-length);

//设置数据字段

CAN.setData(msg-data);

//发送消息

CAN.send();

}

//接收CAN消息

voidreceiveCANMessage(CAN.Message*msg){

//接收消息

CAN.receive();

//读取消息标识符

msg-id=CAN.getIdentifier();

//读取数据长度

msg-length=CAN.getDataLength();

//读取数据字段

CAN.getData(msg-data);

}

2.2.2Profibus

Profibus是一种广泛应用于过程控制和制造业的现场总线技术。它具有以下特点：

高速传输：支持高达12Mbit/s的传输速率。

多种通信模式：包括DP（DecentralizedPeriphery）、PA（Proc