CAN總線與PROFIBUS總線比較

1、CAN總線與PROF舊U盈、線比較摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了CAN總線與PROF舊US、線，。從兩種總線的特點(diǎn)，優(yōu)缺點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域行了比照，并對(duì)兩者的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。關(guān)鍵詞：CAN總線，PROF舊US、線，發(fā)展趨勢(shì)Abstract:ThispapersimplyintroducestheCANbusandthePROFIBUSfieldbus.Comparedthistwofieldbusfromthecharacteristicsoftwokindsofbus,characteristics,workingprincipleandapplicationfieldline.Andsta

2、tethedevelopmenttendencyofthetwokindsofbus.Keywords:CANBUS,PROFIBUS,developmenttrend1兩種總線簡(jiǎn)單介紹控制器局域網(wǎng)總線CAN,ControllerAreaNetwork是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的申行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN協(xié)議由德國(guó)的RobertBosch公司開(kāi)發(fā)，用于汽車中各種不同元件之間的通信1,以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的申行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同

3、時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力2。CAN總線是一種多主方式的申行通訊總線，基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求有高的位速率，高抗電子十?dāng)_性，并且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤3。CAN總線可以應(yīng)用于汽車電控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域囹。PROFIBUS是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線ProcessFieldBus的縮寫(xiě)，于1989年正式成為現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前在多種自動(dòng)化的領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位,全世界的設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)超過(guò)2000萬(wàn)5。它由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBU&DPDecentralizedPeriphery.PROFIBUSPAProcessAutomation.PRO

4、FIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。其中PROFIBUSDP應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊6,總線周期一股小于10ms,使用協(xié)議第1、2層和用戶接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行。；PROFIBUAPA適用于過(guò)程自動(dòng)化，可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，可應(yīng)用于本征安全領(lǐng)域；PROFIBUSFMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)7,它是令牌結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)完成控制器和智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信以及控制學(xué)習(xí)文檔僅供參考器之間的信息交換。主要使用主-從方式，通常周期性地與傳動(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換8。2.1 2工作

5、原理CAN總線工作原理CA隘、線使用申行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40湖勺雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CA陽(yáng)I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收9。每組報(bào)文開(kāi)頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU務(wù)要

6、發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CA此片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)1。CANS片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAW、線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置11。我們可以很容易地在CAW、線中加進(jìn)一些新站而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都

7、有自己獨(dú)立的傳感器12。PROFIBUS總線工作原理PROF舊US-DP使用了第1層（物理層）、第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）和用戶接口層，由于工業(yè)上的特殊需要省略了36層。模型的第1層相同，其主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，以透明地傳送比特流。它采用RS-485協(xié)議,其傳輸技術(shù)為半雙工通彳方式，傳輸速率在9.6k12Mbit-s-1之間可選，對(duì)應(yīng)的通訊距離在100m1200m,根據(jù)最大傳輸速率的不同，可選用雙絞線或光纖2種傳輸電纜佝。一般來(lái)說(shuō)在電磁十?dāng)_很大的環(huán)境下可使用光纖導(dǎo)體以增長(zhǎng)高速傳輸?shù)淖畲缶嚯x。數(shù)據(jù)鏈路層:PROF舊US-DP的數(shù)據(jù)鏈路層是比較復(fù)雜的一部分，它主要是通過(guò)數(shù)據(jù)

8、鏈路層協(xié)議，在不可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。PROF舊US-DP網(wǎng)包括兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線方式和主-從方式可選用。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議媒體訪問(wèn)控制(MAC育S分采用受控訪問(wèn)的令牌總線和主從方式。主站問(wèn)數(shù)據(jù)傳輸采用令牌總線方式。令牌在總線上的各主站問(wèn)傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權(quán),該主站依照關(guān)系表與從站或其它主站進(jìn)行通信。主站與從站之間的周期性數(shù)據(jù)傳輸采用主從方式，主站向從站發(fā)送或索取信息。應(yīng)用層：PROF舊US-DP網(wǎng)沒(méi)有使用OSI參考模型的應(yīng)用層，而是自己定義了第8層用戶層，這一層與用戶接觸比較多，它主要定義了DP的功能、行規(guī)及擴(kuò)展功能15。3兩種總線特點(diǎn)CAN總線的特點(diǎn)具有實(shí)時(shí)

9、性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁十?dāng)_能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；采用雙線申行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲十?dāng)_環(huán)境中工作；具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)；可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文；可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制；發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能；報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。PROFIBUS總線特點(diǎn)由于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，因而它的應(yīng)用范圍已滲透擴(kuò)散到電力拖動(dòng)的電力電子技術(shù)(如變頻調(diào)速器)等領(lǐng)域中。(2)PROFIBUS可遠(yuǎn)距離高速度傳輸

10、數(shù)據(jù)。PROF舊US-DP/FMS通信介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜或光纖傳輸速率為9.6k12Mbit-s-1傳輸距離為1001200m，通過(guò)中繼器后傳輸距離還可加長(zhǎng)。PROF舊US根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象可靈活選取不同規(guī)格的總線系統(tǒng)。如簡(jiǎn)單的設(shè)備一級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送，可選用PROF舊US-D即主站系統(tǒng)；稍微復(fù)雜一些的設(shè)備級(jí)高速數(shù)據(jù)傳送可選用PROFI2BUS-DP多主站系統(tǒng);比較復(fù)雜一些的系統(tǒng)可以將PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS昆合選用，兩套系統(tǒng)可方便地在同一根電纜上同時(shí)操作，無(wú)需附加任何轉(zhuǎn)換裝置。PROF舊US具有本征安全的優(yōu)勢(shì)。目前各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中考慮本征安全的只有PROF舊US與FF

11、。而FF的部分協(xié)議及成套硬件支撐尚未完善，可以說(shuō)目前過(guò)程自動(dòng)化中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟解決方案是PROF舊US-PA。它只需一條雙絞線就既可傳送信息乂向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電，由于總線的操作電源來(lái)自單一供電裝置，它就不再需要絕緣裝置和隔離裝置，設(shè)備在操作過(guò)程中進(jìn)行的維修、接通或斷開(kāi)，即使在潛在的爆炸區(qū)也不會(huì)影響到其它站點(diǎn)。使用分段式耦合器PROF舊US-PA可以很方便地集成到PROF舊US-DFW絡(luò)上使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。PROF舊US-D恣線上可掛接的設(shè)備有PROF舊US-PA總線變送器和執(zhí)行器等。經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的PROF舊US-DP診斷能對(duì)故障進(jìn)行快速定位，診斷信息在總線上傳達(dá)輸出并由主站采集，診

12、斷信息分為3級(jí):本站診斷操作、模塊診斷操作和通道診斷操作。PROF舊US具有硬件支持。由于PROFI2BUS協(xié)議芯片具有廣泛的系列，故PROF舊US®、議的具體實(shí)現(xiàn)既簡(jiǎn)單乂廉價(jià)。原則上，PROFIBUS、議在任何微處理器上都可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在微處理器內(nèi)部或外部裝上異步申行口即可，但當(dāng)傳輸速度超過(guò)500kbit/s或需要聯(lián)接使用IEC1158-2傳輸技術(shù)時(shí)，要用西門(mén)子公司ASIC協(xié)議芯片16。4應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性價(jià)比據(jù)定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應(yīng)用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現(xiàn)場(chǎng)起一個(gè)總線拓?fù)涞碾娔X局域網(wǎng)的作用。不管在什么場(chǎng)合

13、，它負(fù)擔(dān)的是任一節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高速、抗十?dāng)_、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢(shì)。CAN總線最初是為汽車的電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車中CAN的應(yīng)用已非常普遍，不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)已推廣到火車、輪船等交通工具中。應(yīng)用CAN總線，可以減少車身布線，進(jìn)一步節(jié)省了成本，由于采用總線技術(shù)，模塊之間的信號(hào)傳遞僅需要兩條信號(hào)線。布線局部化，車上除掉總線外其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN總線具有線間十?dāng)_小、抗十?dāng)_能力強(qiáng)的特點(diǎn)。CAN總線專為汽車量身定做，充分考慮到了汽車上惡劣工作環(huán)境，比方點(diǎn)火線圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反充電壓，電渦流緩沖器

14、切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)100C左右的高溫。隨著安全性能日益受到重視，安全氣囊也將逐漸增多，以前是在駕駛員前面安裝一個(gè)，今后側(cè)面與后座都會(huì)安裝安全氣囊，這些氣囊通過(guò)傳感器感受碰撞信號(hào)，通過(guò)CAN總線將傳感器信號(hào)傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。同時(shí)，先進(jìn)的防盜設(shè)計(jì)也正基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先，確認(rèn)鑰匙合法性的校驗(yàn)信息通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，改良了加密算法，其校驗(yàn)的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富；其次,車鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相互儲(chǔ)存對(duì)方信息，而且在校驗(yàn)碼中攙雜隨機(jī)碼，無(wú)法進(jìn)行破譯，從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)一不借助CAN總線來(lái)完成，CAN

15、總線成為汽車智能化控制的定海神針”。目前的普遍觀點(diǎn)是將來(lái)肯定會(huì)出現(xiàn)許多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的情況，這是由各種總線技術(shù)的特點(diǎn)、適用場(chǎng)合及大公司、集團(tuán)的既得利益所決定的。各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相互融合、合理搭配真正形成開(kāi)放的互聯(lián)系統(tǒng)將是現(xiàn)場(chǎng)總線下一步的發(fā)展趨勢(shì)。在單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)使用的PROF舊US和在管理級(jí)使用的工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP構(gòu)成一個(gè)自上而下的統(tǒng)一和透明的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PROFIBUS與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合、與安全技術(shù)的結(jié)合，將是未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的兼容使得PROF舊US在更多方面如生產(chǎn)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化、驅(qū)動(dòng)技術(shù)和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，證明其強(qiáng)大、靈活的功能

16、，并在眾多的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中占據(jù)首要地位。在近幾年內(nèi)，國(guó)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用主要是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及儀表領(lǐng)域。主要產(chǎn)品可能是與電力驅(qū)動(dòng)有關(guān)的產(chǎn)品，如傳感器類、專用控制設(shè)備及分布式控制系統(tǒng)。PROF舊US產(chǎn)品開(kāi)發(fā)已有適用的。但國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的PROF舊US產(chǎn)品還很少?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的概念早己被市場(chǎng)所認(rèn)知。國(guó)外產(chǎn)品力求在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝并占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)，雖然稱為開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線，但是其核心技術(shù)卻只對(duì)成員開(kāi)放，我們?cè)谀承┥顚哟蔚募夹g(shù)和應(yīng)用仍依賴于國(guó)外公司，在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展越來(lái)越困難。因此，開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PROF舊US接口卡件和上位機(jī)軟件,構(gòu)建自己的基于PROFIBUS的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)勢(shì)在必

17、行。6結(jié)術(shù)語(yǔ)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還難以統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此仍然會(huì)保持幾種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)并存的局面。這不僅會(huì)給用戶的選擇帶來(lái)不便，而且也會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)總線間的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇。目前，由于這兩種總線的自身性能等各方面的優(yōu)勢(shì)以及PLC各大生廣冏的支持，再加上其他總線的標(biāo)準(zhǔn)遲遲得不到完善，CAN總線與PROFIBUS總線將會(huì)有更大的發(fā)展空間，有望成為在國(guó)際上推廣速度最快、用戶最多、應(yīng)用范圍最廣及最有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線參考文獻(xiàn).夏德海，現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀及應(yīng)用一.中國(guó)儀器儀表。2005.1.饒運(yùn)濤，鄒建軍，鄭勇蕓現(xiàn)場(chǎng)總線原理與應(yīng)用技術(shù)【M】。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.吳愛(ài)國(guó)，梁瑾，金文，工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)

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