ModBus通信協(xié)議主從查詢—回應Modbus協(xié)議是一個master/slave架構的協(xié)議。有一個節(jié)點是master節(jié)點，其他使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點是slave節(jié)點。每一個slave設備都有一個唯一的地址。ModBus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)和錯誤檢測域。從設備回應消息也由ModBus協(xié)議構成，包括確認要行動的域、要返回的數(shù)據(jù)和錯誤檢測域。所有設備都會收到命令，但只有指定位置的設備會執(zhí)行及回應指令。所有的Modbus命令包含了檢查碼，以確定到達的命令沒有被破壞。基本的ModBus命令能指令一個RTU改變它的寄存器的某個值，控制或者讀取一個I/O端口，以及指揮設備回送一個或者多個其寄存器中的數(shù)據(jù)功能代碼告之從設備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設備要執(zhí)行功能的任何附加信息。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。常用ModBus協(xié)議ASCII方式起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)LRC校驗結束符1個字符2個字符2個字符N個字符2個字符2個字符RTU方式起始位設備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗結束符T1-T2-T3-T48位8位N個字符2個字符T1-T2-T3-T4數(shù)據(jù)的校驗的方式有兩種，LRC（縱向冗余校驗）和CRC（循環(huán)冗余校驗）。以太網(wǎng)格式常用ModBus協(xié)議主設備查詢格式從設備響應格式現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放的通信網(wǎng)絡，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能設備連接為網(wǎng)絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。這是一項以智能傳感器、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡為主要內容的綜合技術。現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，是以數(shù)據(jù)通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)4~20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemount公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），ModBus，SDS，Arcnet，國際標準組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化、醫(yī)藥領域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農業(yè)和樓宇等領域，大概不到十種的總線占有80%左右的市場。現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線除具有一對N結構、互換性、互操作性、控制功能分散、互連網(wǎng)絡、維護方便等優(yōu)點外，還具有如下特點：網(wǎng)絡體系結構簡單綜合自動化功能容錯能力強提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和測控精度現(xiàn)場總線-FF總線基金會現(xiàn)場總線FF（FoundationFieldbus）FF的參考模型具備ISO/OSI參考模型中的三層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，并按照現(xiàn)場總線的實際要求，把應用層劃分為兩個子層——總線范圍子層與總線報文規(guī)范子層。此外，F(xiàn)F增加了用戶層，因此可以將通信模型看作是四層。物理層規(guī)定了信號如何發(fā)送；數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定如何在設備間共享網(wǎng)絡和調度通信；應用層規(guī)定了在設備間交換數(shù)據(jù)、命令、事件信息以及請求應答中的信息格式；用戶層用于組成用戶所需要的應用程序，如規(guī)定標準的功能塊、設備描述，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理、系統(tǒng)管理等。現(xiàn)場總線-過程現(xiàn)場總線ProfiBusProfiBus是PROCESSFieldbus的縮寫。ProfiBus針對不同的應用需要推出了三種類型：ProfiBus-DP(DecentralizedPeriphery)、ProfiBus-PA(ProcessAutomation)和ProfiBus-FMS(FieldbusMessageSpecification)。這三種類型均使用統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，其中PROFIBUS-DP采用經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備級的分散I/O之間通信設計，能滿足設備級分布式控制系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性和可靠性的要求；PROFIBUS-PA專為過程自動化設計，數(shù)據(jù)傳輸采用IEC11582標準，支持本質安全要求和總線供電；PROFIBUS-FMS用來解決車間級通信任務，完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務，較DP通信量大，使用更靈活，服務復雜多樣，但實時性能稍低。所以，PROFIBUS覆蓋了制造業(yè)自動化、樓宇自動化和過程自動化等多個自動化領域。現(xiàn)場總線-過程現(xiàn)場總線ProfiBus過程現(xiàn)場總線Profibus傳輸速度可在9.6Kbps～12Mbps范圍內選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。Profibus-DP（DecentralizedPeriphery)和Profibus-PA（ProcessAutomation)是目前最常用的兩種類型現(xiàn)場總線。它們主要使用主-從方式，通常周期性地與總線設備進行數(shù)據(jù)交換。Profibus-DP，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。可實現(xiàn)高速傳輸，適用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，用于連接Profibus-PA和加工自動化。該協(xié)議定義了第一、二層和用戶接口，第三層到第七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同Profibus-DP設備的設備行為。Profibus-DP采用RS-485作為物理層的連接接口，網(wǎng)絡的物理連接采用屏蔽單對雙絞銅線的A型電纜。Profibus-PA，專為過程自動化設計，可使傳感器（變送器)和執(zhí)行機構連在一根總線上。十分適合防爆安全要求高、通信速度低的過程控制場合，可以提供總線供電。該協(xié)議定義了第一、二、七層，第三層到第六層未加描述。現(xiàn)場總線-過程現(xiàn)場總線ProfiBus隨著商務、辦公領域的IT技術在企業(yè)信息化中的影響越來越大，ProfiBus又提出了結合Ethernet的解決方案——ProfiNet，ProfiNet采用了對象模型（COM/DCOM)，通過TCP/IP很容易實現(xiàn)對外信息的交換，原有的PROFIBUS設備通過代理接口也可以方便地集成到ProfiNet中。ProfiNet可以看作ProfiBus結合IT技術后的縱向向上拓展，這一拓展對實現(xiàn)企業(yè)的管控一體化具有重大意義。需要注意，在一些數(shù)據(jù)量較大、實時性要求不十分嚴格的車間級通信中ProfiNet已經(jīng)逐漸取代了原來ProfiBus-FMS的地位。所以在談到ProfiBus技術時，主要指PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及ProfiNetPROFIBUS-DP的協(xié)議結構EngineControlTransmissionControlAnti-lockBrakesActiveSuspensionLightingPowerSeatsAirConditionPowerLocksPowerWindowAirbagDashBoardEngineControlTransmissionControlAnti-lockBrakesActiveSuspensionLightingPowerSeatsAirConditionPowerLocksPowerWindowAirbagCANCANCANCANCANCANCANCANCANCANDashBoardCANCAN現(xiàn)場總線-CANCAN是ControllerAreaNetwork的縮寫，中文稱為控制局域網(wǎng)。它是德國Bosch公司在1986年為解決現(xiàn)代汽車中眾多測量與控制部件之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線，已成為ISO國際標準ISO11898。雖然該技術最初是服務于汽車工業(yè)，但由于其在技術與性價比方面的優(yōu)勢，在眾多領域得到了應用。CAN總線規(guī)范了任意兩個CAN節(jié)點之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)揭示協(xié)議。CAN協(xié)議分為兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實際傳送過程中的電氣特性，在同一網(wǎng)絡中，所有節(jié)點的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織形式，總線仲裁和檢錯、錯誤報告及處理，確認哪個信息要發(fā)送，確認接收到的信息以及為應用層提供接口等。CAN總線控制系統(tǒng)的結構常用CAN節(jié)點的結構物理層數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場總線-CANCAN在可靠性、實時性與靈活性方面具有獨特的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下7個方面：（1）CAN總線網(wǎng)絡上的任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。（2）CAN采用載波監(jiān)聽多路訪問、逐位仲裁的非破壞性總線仲裁技術。一是先聽再說，二是當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送報文而引起沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線仲裁時間。（3）通信靈活，可方便地構成多機備份系統(tǒng)及分布式檢測、控制系統(tǒng)。（4）網(wǎng)絡上的節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級以滿足不同的實時要求。采用非破壞性總線仲裁技術，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。（5）具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能。通信距離最遠可達10km（速率為5Kbps），在400m通信距離內，通信速率最高可達1Mbps。網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)實際可達110個。（6）每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低；每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低，可靠性極高。在傳輸信息出錯嚴重時，節(jié)點可自動切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。（7）通信介質可采用雙絞線、同軸電纜或光纖。現(xiàn)場總線-DeviceNetDeviceNet是由Allen-Bradley公司（Rockwell自動化）開發(fā)的一種基于CAN的開放的現(xiàn)場總線標準。DeviceNet用戶組織（ODVA）負責發(fā)布DeviceNet規(guī)范以及對DeviceNet標準進行維護。就像其他的協(xié)議一樣，DeviceNet協(xié)議最基本的功能是在設備及其相應的控制器之間進行數(shù)據(jù)交換。因此，這種通信是基于面向連接的（點對點或多點傳送）通信模型建立的。這樣，DeviceNet既可以工作在主從模式，也可以工作在多主模式。DeviceNet的報文主要分為高優(yōu)先級的進程報文（I/O報文）和低優(yōu)先級的管理報文（直接報文）。兩種類型的報文都可以通過分段模式來傳輸不限長度的數(shù)據(jù)。DeviceNet的通信和應用都是基于對象模型的。預先定義好的對象簡化了不同廠商的不同設備間的數(shù)據(jù)交換。通過建立不同設備的子集，用戶可以從進一步的規(guī)范化中獲益。現(xiàn)場總線-ControlNetControlNet基于改型CANBUS技術，用于PLC與計算機之間的通信網(wǎng)絡。它可連接拖動裝置、穿并行設備、PC、人機界面等。它還可以溝通邏輯控制和過程控制系統(tǒng)，傳輸速率為5Mb/s。控制網(wǎng)網(wǎng)絡是一種高速確定性網(wǎng)絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸。它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。它作為控制器和I/O設備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有各種網(wǎng)絡的能力。控制網(wǎng)是一種現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡，它提供如下功能：對在同一鏈路上的I/O實時互鎖、進行對等通信報文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬；對于離散和連續(xù)過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性。現(xiàn)場總線應用領域ProfiBusInterBusDeviceNetControlNet制造業(yè)自動化

汽車制造（機器人、裝配線、沖壓線等），造紙，紡織；過程控制自動化

石化，制藥，水泥，食品，啤酒。電力

發(fā)電，輸配電：樓宇

空調，風機，照明；鐵路交通

信號系統(tǒng)。現(xiàn)在是歐洲標準，應用在汽車、印刷等領域。DeviceNet的應用包括：汽車，半導體芯片制造，電子產品制造，食品和飲料，批量生產化學處理，裝配，包裝和物料轉移ControlNet總線由Allen-Bradley公司于1997年推向市場，主要應用于汽車、化工、發(fā)電、過程控制、自動化制造等領域。信息層控制層設備層EtherNet以太網(wǎng)ControlNet控制網(wǎng)DeviceNet設備層Rockwell自動化系統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)的構成CAN總線是現(xiàn)場總線的一種，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡，隸屬于控制網(wǎng)絡的范疇。從原理和實現(xiàn)的角度，只要有兩