工业通信协议Modbus,Profibus-DP,Devicenet和Ethernet

工业通信协议Modbus，Profibus-DP，Devicenet和Ethernet

工业通信协议Modbus，Profibus-DP，Devicenet和Ethernet

目前在工业领域使用较为广泛的RS485接口，很多支持Modbus，Profibus-DP，

Devicenet和Ethernet这几种协议；不知道大家是否对这些协议有没有研究，小弟愿意与

你一起切磋切磋！

还有那个4－20mA，支持HART协议方面的！

谢谢，互助合作，相互提高！

通信协议

所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、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。

因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于ISO'S OSI七层参考模型中的数

据链路层。

目前，采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符和面向

比特以及面向字节计数三种。其中，面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体

系结构中。

一、物理接口标准

1.串行通信接口的基本任务

（1）实现数据格式化：因为来自CPU的是普通的并行数据，所以，接口电路应具有

实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口自动生成起止式

的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的数据块前加上同步字符。

（2）进行串－并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理数据是

并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转换为并行数才能送

入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。

（3）控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率——波特率进行

选择和控制的能力。

（4）进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他

校验码。在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传送错误。

（5）进行TTL与EIA电平转换：CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑，它们与EIA

采用的电平及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。

（6）提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线：远距离通信采用MODEM时，

需要9根信号线；近距离零MODEM方式，只需要3根信号线。这些信号线由接口电路

提供，以便与MODEM或终端进行联络与控制。

2、串行通信接口电路的组成

为了完成上述串行接口的任务，串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波

特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。其中，串行接口芯片，随着

大规模继承电路技术的发展，通用的同步(USRT)和异步（UART）接口芯片种类越来越多，

如下表所示。它们的基本功能是类似的，都能实现上面提出的串行通信接口基本任务的大

部分工作，且都是可编程的。才用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片，会使电路

结构比较简单。

芯片

同步(USRT)

异步(UART)（起止式）

传输速率b/s

面向字符

HDLC

同步

异步

INS8250

56K

MC6850

1M

MC6852

1.5M

MC6854

1.5M

Int8251A

64K

19.2K

Int8273

64K

Z-80 SIO

800K

3.有关串行通信的物理标准

为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通，现在，已经对串行通信建立了几个一

致的概念和标准，这些概念和标准属于三个方面：传输率，电特性，信号名称和接口标准。

1、传输率：所谓传输率就是指每秒传输多少位，传输率也常叫波特率。国际上规定了

一个标准波特率系列，标准波特率也是最常用的波特率，标准波特率系列为110、300、

600、1200、4800、9600和19200。大多数CRT终端都能够按110到9600范围中的

任何一种波特率工作。打印机由于机械速度比较慢而使传输波特率受到限制，所以，一般

的串行打印机工作在110波特率，点针式打印机由于其内部有较大的行缓冲区，所以可以

按高达2400波特的速度接收打印信息。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别

设置，而且，可以通过编程来指定。

2、RS-232-C标准：RS-232-C标准对两个方面作了规定，即信号电平标准和控制信

号线的定义。RS-232－C采用负逻辑规定逻辑电平，信号电平与通常的TTL电平也不兼容，

RS-232-C将-5V～-15V规定为“1”，+5V～+15V规定为“0”。图1是TTL标准和

RS-232-C标准之间的电平转换。

图1

二、软件协议

协议和TCP/IP协议

图2

（1）OSI协议

OSI七层参考模型不是通讯标准，它只给出一个不会由于技术发展而必须修改的稳定

模型，使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。

一般的通讯协议只符合OSI七层模型的某几层，如： EIA-RS-232-C：实现了物理层。

IBM的SDLC（同步数据链路控制规程）：数据链路层。ANSI的ADCCP（先进数据通讯规

程）：数据链路层IBM的BSC（二进制同步通讯协议）：数据链路层。应用层的电子邮件协

议SMTP只负责寄信、POP3只负责收信。

（2）TCP/IP协议

实现了五层协议。

（1）物理层：对应OSI的物理层。

（2）网络接口层：类似于OSI的数据链路层。

（3）Internet层：OSI模型在Internet网使用前提出，未考虑网间连接。

（4）传输层：对应OSI的传输层。

（5）应用层：对应OSI的表示层和应用层。

2.串行通信协议

串行通信协议分同步协议和异步协议。

（1）异步通信协议的实例——起止式异步协议

图3

特点与格式：

起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开

始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图3所示。每一个字符

的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值0），字符本身有5～7位数据位组成，接着字符

后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后是一位，或意味半，或二位停止位，停止位

后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值），这样就保证起始位

开始处一定有一个下跳沿。

从图中可以看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为

起始式协议。传送时，数据的低位在前，高位在后，图4表示了传送一个字符E的ASCAII

码的波形1010001。当把它的最低有效位写到右边时，就是E的ASCII码1000101=45H。

图4

起／止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平时，告

诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。而停止位标志一

个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收

发，何时结束的标志。传送开始前，发收双方把所采用的起止式格式（包括字符的数据位

长度，停止位位数，有无校验位以及是奇校验还是偶校验等）和数据传输速率作统一规定。

传送开始后，接收设备不断地检测传输线，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”（停

止位或空闲位）之后，检测到一个下跳沿，说明起始位出现，起始位经确认后，就开始接

收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉，把数据位拼装成一

个并行字节，并且经校验后，无奇偶错才算正确的接收一个字符。一个字符接收完毕，接

收设备有继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一个字符的开始，直到全部数据传送

完毕。

由上述工作过程可看到，异步通信是按字符传输的，每传输一个字符，就用起始位来

通知收方，以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者的时钟频率略有偏

差，这也不会因偏差的累积而导致错位，加之字符之间的空闲位也为这种偏差提供一种缓

冲，所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在每个字符的前后加上起始位和停止位这样

一些附加位，使得传输效率变低了，只有约80%。因此，起止协议一般用在数据速率较慢

的场合（小于19.2kbit/s）。在高速传送时，一般要采用同步协议。

（2）面向字符的同步协议

特点与格式：这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议(BSC）。它的特

点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符

作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字。

由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议。

特定字符（控制字符）的定义：由上面的格式可以看出，数据块的前后都加了几个特

定字符。SYN是同步字符(synchronous Character），每一帧开始处都有SYN，加一个SYN

的称单同步，加两个SYN的称双同步设置同步字符是起联络作用,传送数据时,接收端不断

检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。接着的SOH是序始字符（Start Of

Header），它表示标题的开始。标题中包括院地址、目的地址和路由指示等信息。STX是

文始字符(Start Of Text），它标志着传送的正文（数据块）开始。数据块就是被传送的正

文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符ETB（End Of Transmission Block）或

文终字符ETX(End Of Text)，其中ETB用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在

不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用文终字符ETX。一帧的最后是校验码，

它对从SOH开始到ETX（或ETB）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC。

另外，在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制字，它们的名称如下表所示：

名 称

ASCII

EBCDIC

序始(SOH)

0000001

00000001

文始（STX)

0000010

00000010

组终(ETB)

0010111

00100110

文终（ETX)

0000011

00000011

同步(SYN)

0010110

00110010

送毕(EOT)

0000100

00110111

询问(ENQ)

0000101

00101101

确认(ACK)

0000110

00101110

否认（NAK)

0010101

00111101

转义(DLE)

0010000

00010000

数据透明的实现：面向字符的同步协议，不象异步起止协议那样，需要在每个字符前

后附加起始和停止位，因此，传输效率提高了。同时，由于采用了一些传输控制字，故增

强了通信控制能力和校验功能。但也存在一些问题，例如，如何区别数据字符代码和特定

字符代码的问题，因为在数据块中完全有可能出现与特定字符代码相同的数据字符，这就

会发生误解。比如正文有个与文终字符ETX的代码相同的数据字符，接收端就不会把它当

作为普通数据处理，而误认为是正文结束，因而产生差错。因此，协议应具有将特定字符

作为普通数据处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。为此，协议中设置了转移字符

DLE(Data Link Escape)。当把一个特定字符看成数据时，在它前面要加一个DLE，这样接

收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符，而不会把它当作控制字符来处理了。

DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块中时，也要在它前面加上另一个DLE。这种方

法叫字符填充。字符填充实现起来相当麻烦，且依赖于字符的编码。正是由于以上的缺点，

故又产生了新的面向比特的同步协议。

（3）面向比特的同步协议

特点与格式：面向比特的协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程

SDLC（Synchronous Data Link Control),国际标准化组织ISO(International Standard

Organization）的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data link Control),美国国

家标准协会(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规程

ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure)。这些协议的特点是所传

输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧

的开始和结束，故称“面向比特”的协议。这中协议的一般帧格式如图5所示：

图5

帧信息的分段：由图5可见，SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场(Filed），所有

场都是从有效位开始传送。

（1）SDLC/HDLC标志字符：SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一个标志

字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是 01111110，称标志场(F)。从开始标志

到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧(Frame)。所有的信息是以帧的形传输

的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索“01111110”来探知帧的开

头和结束，以此建立帧同步。

（2）地址场和控制场：在标志场之后，可以有一个地址场A(Address）和一个控制

场C(Control)。地址场用来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若干个命令。SDLC

规定A场和C场的宽度为8位或16位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为

“0”，则后面跟着另一个地址字节；若为“1”，则该字节就是最后一个地址字节。同理，

如果控制场第一个字节的第一位为为“0”，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字

节。

（3）信息场：跟在控制场之后的是信息场I(Information)。I场包含有要传送的数据，

并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为0，当它为0时，则这一帧主要是控制命

令。

（4）帧校验信息：紧跟在信息场之后的是两字节的争校验，帧校验场称为FC(Frame

Check)场或称为帧校验序列FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC均采用16位循

环冗余校验码CRC（Cyclic Redundancy Code)。除了标志场和自动插入的“0”以外，

所有的信息都参加CRC计算。

实际应用时的两个技术问题：

（1）“0”位插入/删除：如上所述，SDLC/HDLC协议规定以01111110为标志字节，

但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，为了把它与标志区分开来，所以采取了

“0”位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇

到连续5个“1”，就自动插入一个“0”，当接收端在接收数据时（除标志字节）如果连

续收到5个“1”，就自动将其后的一个“0”删除是，以恢复信息的原有形式。这种“0”

位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。

（2）SDLC/HDLC异常结束：若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协议常用异

常结束(Abort)字符，或称为失效序列使本帧作废。在HDLC规程中，7个连续的“1”被

作为失效字符，而在SDLC中失效字符是8个连续的“1”。当然在试销序列中不使用“0”

位插入/删除技术。SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧之间，

发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲（Idle)信号。

IEC 61158 8种类型现场总线

IEC 61158标准包括8种类型的现场总线，构成了8种现场总线控制系统体系结构。

3．1 Type 1 现场总路线

1999年1季度出版的IEC 61158 TS 技术规范全面定义的现场总线称作Type 1现场

总线。该现场总线的网络协议是按照ISO OSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、

应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。

3．2 Type 2现场总线

Type 2现场总线得到Contro1Net International(CI)组织的支持。ContrlNet的基础

技术最早于1995年面世。该总线网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确

定性网络，同时，它允许传送无时间苛求的报文数据。由Type 2现场总线构成的系统结构

可以看出，从工厂到设备的五层结构简化为信息层（ethernet）、控制层（controlNet）

和现场层（deviceNet）三层结构。

3．3 Type 3 现场总线

Type 3 现场总线得到Profibus用户组织PNO的支持，德国西门子公司则是Profibus

产品的主要供应商。由该总线构成的系统体系结构可以看出，通信网络体系结构共分4级，

最低一级执行器/变送器级采用ASI位总线（IEC TC17B标准），现场一级采用Profilbus-DP

现场总线，车间单元一级采用Profibus-FMS总线，工厂一级使用工业Ethernet网络。

3．4 Type 4 现场总线

Type 4现场总线由丹麦Process-Data Sikebory Aps 从1983年开始开发，主要应

用于啤酒、食品、农业和饲养业，现已成为EN50170欧洲标准的第1部分。它得到P—NET

（Process automation Net）用户组织的支持，在现场大约有5000个应用系统。

3．5 Type 5现场总线

Type 5现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责

开发，并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed ethernet

HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps

到1Gbps或更高。HSE完全支持Type 1现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语

言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装

置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1

装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。

HSE总线成功地采用CSMA/CD链路控制协议和TCP/IP传输协议，并使用了高速以

太网IEEE802.3μ标准的最新技术。

3．6 Type 6现场总线

Type 6 Swiftnet现场总线由美国SHIP STAR协会主持制定，得到美国波音公司的支

持，主要用于航空和航天等领域。该总线是一种结构简单、实时性高的总线，协议仅包括

物理层和数据链路层，在标准中没有定义应用层。

3．7 Type 7现场总线

成立于1987年的WorldFIP协会制定并大力推广Type 7现场总线。WorldFIP协议

是EN50170欧洲标准的第3部分，物理层采用IEC 61158.2标准，其产品在法国占有60%

市场，在欧洲市场占有大约25%份额。它们广泛用于发电与输配电、加工自动化、铁路运

输、地铁和过程自动化等领域。

3．8 Type 8现场总线

Type 8现场总线由德国Phoenix Contact公司开发，Interbus Club俱乐部支持。它

是一种串行总线系统，适用于分散输入/输出，以及不同类型控制系统间的数据传输。协议

包括物理层、数据链路层和应用层，它已成为德国DIN19258标准。

4．市场和技术发展需要单一的现场总线

5．现场总线转向Ethernet网络

Ethernet网络出现于1975年，随后3 COM公司致力于使以太网的使用成为一个多

供应商标准。1990年国际标准化组织采纳了其1982年定的标准，正式成为ISO/IEC802.3

国际标准。Ethernet从最初10Mbps以太网，过渡到100Mbps 快速以太网和交换式以

太网，直至发展到今天的千兆以太网和光纤以太网。可以说，开放的Ethernet是20多年

来发展最成功的网络技术，并导致了一场信息技术的革命。

过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，在工业自动化领域只能得到有限

应用，这是由于：

①Ethernet采用CSMA/CD碰撞检测方式，在网络负荷较重（大约40%）时，网络

的确定性（determinism）不能满足工业控制的实时要求；

②Ethernet所用的接插件（connector）、集线器（hub）、交换机（switches）和电

缆（cable）等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求；

③在工厂环境中，Ethernet抗干扰（EMI）性能较差。若用于危险场合，以太网不具

备本质安全性能；

④Ethernet网还不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。

随着网络技术的发展，上述问题正在讯速得到解决。为了促进Ethernet在工业领域的

应用，国际上成立了工业以太网协会（Industrial Ethernet Association），并与美国ARC

Advisory Group、AMR Research研究中心和Gartner Group等机构合作开展工业以太

网关键技术的研究。加上各大网络公司、自动化公司（如西门子公司）等的努力，可以预

见，象当年PC进入工业自动化领域一样，Ethernet/IP将会十分迅速地进入工业控制系统

的各级网络

匈奴未灭！： 引用 加为好友 发送留言 2005-6-8 14:57:00

当前流行的几类现场总线

5．3．1 基金会现场总线FF

基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技

术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门

子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定

的World FIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开

发出国际上统一的现场总线协议。

基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25Kbps，通

信距离可达1.9km，可支持总线供电和本质安全防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps

和2.5Mbps两种，通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线，

其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取

其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言

规定了通用的功能块集。FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2～7层通信协议的通栈、

用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典，用于实现测量、控制、

工程量转换的应用功能块，实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系

统、网络系统的系统集成技术。

5．3．2 CAN总线

CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据

通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制

领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，

提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点

可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报

文，每一帧有效字节数为8个；当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。

5．3．3 LonWorks总线

LonWorks技术是美国ECHELON公司开发，并与Motorola和东芝公司共同倡导的

现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的核心是具

备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的

LonWorks的LonTalk通信协议。其上集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模

型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个CPU是应用处理器，运行操作系统与

用户代码。还有一个CPU为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、

路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。LonWorks

支持多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，其IS－78本安物理通道使得它可

以应用于危险区域。LonWorks应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布

式监控网络方面有较优越的性能。

5．3．4 PROFIBUS总线

PROFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括

PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只采用了OSI模型的

物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。

主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，

可向从站发送、获取信息。PROFIBUS－DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工

自动化领域。FMS型适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则

是用于过程自动化的总线类型。

PROFIBUS – DP

１．PROFIBUS –Dp用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并

周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周

期性

用户数据传输外，PROFIBUS-Dp还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组

态．诊断和报警处理。

①传输技术：RS－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。

②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。支持单主或多主系统。

总线上最站点（主－从设备）数为126。

③通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非

循环主－主数据传送。

④运行模式：运行．清除．停止。

⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。

⑥功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。各DP从站的动态激活和可激

活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或 输出的同步。通

过总线给DP从站赋予地址。通过部线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入

和输出数据最大为246字节。

⑦可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD＝４进行。DP从站带看门狗定

时器（Watchdog Timer）。对DP从站的输入／输出进行存取保护。DP主站上带可变定

时器的用户数据传送监视。

⑧设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程．组态．诊断的设备。第一类

DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC．PC等。DP从站是带二进制值或模拟

量输入输出的驱动器．阀门等。

（１） PROFIBUS – DP基本特征

① 速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512

bit/s 输入和512bit/s输出，在12Ｍbit/s时只需１毫秒。

② 诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总

线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：

（本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高．压力过低。

（模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。

（通过诊断操作：一个单独输入／输出位的故障。

（２）PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126

个站点。系统配置的描述包括：站数．站地址．输入／输出地址．输入／输

出数据格式．诊断信息格式及所使用的总线参数。每个 PROFIBUS-DP系统可包括以

下三种坏同类型设备：

① 一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散

的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

② 二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器．组态设备或操作面板，在DP系

统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

③ DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I／O设备．驱

动器．HMI．阀门等）。

④ 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。

⑤ 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。

每个子系统包括一个DPMI．指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读

取DP从站的输入／输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。

（３） 系统行为

系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。

主要有以下三种状态：

（停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。

（清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安

全状态。

（运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段,循环数据通信时，DPM1从DP站

读取输入信息并向从站写入输出信息。

① DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周

期性地发送到每一个有关的DP从站。

② 如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出

数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1转入清除状态。

（４） DPM1和DP从站间的循环数据传输

DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进

行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP

从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。

DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定．组态．数据交换。在参数

设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数

据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传

输阶段。因此，设备类型．数据格式．长度以及输入输出数量必须与实际组态

一致。

（５） DPM1和系统组态设备间的循环数据传输

除主－从功能外，PROFIBUS－DP允许主－主之间的数据通信，这些功能使组态和诊

断设备通过总线对系统进行组态。

（６） 同步和锁定模式

除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单独的DP从

站．一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使

用这一功能将打开DP从站的同及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。

主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出

数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到

输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数

据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。

锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前

状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁模

式。

（７） 保护机制

对DP主站DPM1使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用

独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定

时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使

能”，DPM1将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态，

并进入清除状态。

2.扩展DP功能

DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。

（１） DPM1与DP从站间非循环的数据传输。

（２） 带DDLM读和DDLM写的非循环读／写功能，可 读写从站任何希望数据。

（３） 报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而

新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。

（４） DPM2与从站间的非循环的数据传输。

3．电子设备数据文件（GSD）

为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电

子设备数据库文件）方式将这些品的功能参数（如I／O点数．诊断

信息．波特率．时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根

据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。

GSD文件可分为三个部分：

（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称．硬件和软件版本．波特率．监视时间间隔．总

线插头指定信号。

（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数．上装／下装

能力。

（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入／输出通道数．类

型．诊断数据等。

4．PROFIBUS-DP行规

PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含

义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS

－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂

操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精

确的规定说明。下面是PROFIBUS－DP行规，括弧中数字是文件编号：

（１） NC／RC行规（3.052）

（２） 编码器行规（3.062）

（３） 变速传动行规（3.071）

（４） 操作员控制和过程监视行规（HMI）

Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。

ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA组成

了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS

意为现场信息规范， 适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，

而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门 子

公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路

层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7 层，而增加了直接数据

连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。

PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输 技术遵从IEC1158-2 (1 )标准，可实现总

线供电与本质安全防爆。

Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具

有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之 间采用令牌方式传递信

息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各

主站中循环一周的最长时间。按Profibus的 通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，

沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，

实现点对点通信。主站可采 取对所有站点广播 (不要求应答 ),或有选择地向一组站点广

播。

Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps

时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多

可挂接 127个站点。

请问modbus profibus tcp/ip通讯协议的差别？

悬赏分：15 解决时间：2008-12-06 11:51

请了解的大虾指点一下 这三种协议具体是怎么通信的，他们的传输方式各是怎么样

的，各有什么优点，各自用在什么方面，感激不尽。献上仅有的15分，等过几天有了分

再给您加上 谢谢了。

modbus profibus都用在现代工业的现场总线中

/cdbbs/2007-8/31/

/cdbbs/2008-1/18/

/cdbbs/2007-8/31/

TCP/IP 被确定为因特网的通信协议，是一组通信协议的代名词。TCP/IP是OSI七层

模型的简化，共分为4层：应用层，传输层，IP层和物理网络接口 层。 a） 互联网络层

（IP层）互联网络层提供无连接的分组交换服务，其任务是允许主机将分组放在网上，让

每个分组独立的道达目的地。 b） 传输层 （TCP）传输控制协议（TCP），是一个可靠的

面向连接的协议，保障某一机器的字节流准确无误的投递到互联网上的另一个机器。用户

数据报协议 （UDP），提供无连接的服务，无重发和纠错功能，不保障数据的可靠传输。

在快速交付重于准确交付的应用中广泛应用。 c） 信息流动过程下面以试用 TCP协议传送

文件为例说明TCP/IP的工作原理。 1） 在源主机上应用层上将一串字节流传给传输

层； 2） 传输层将子节流分成TCP段，加上 TCP包头交给互联网络（IP）层； 3） IP层

生成一个包，将TCP段放入其数据域，并加上源和目的主机的目的地址。将IP包交给数

据链路 层； 4） 数据链路层在其帧的数据部分装入IP包，发往目的主机或者IP路由

器。 5） 在目的主机，数据链路层将数据链路层帧头去掉，将IP包交给 IP层； 6） IP层

检查IP包头，如果包头中的校验与计算出来的不一致，则丢弃该包； 7） 如果校验和一致，

IP层去掉IP头，将TCP段交给 TCP层，TCP层检查顺序好来判断是否为正确的TCP

段； 8） TCP层为TCP包头计算TCP头和数据。如果不对，TCP层丢弃这个包，若对，

则向 源主机发送确认； 9） 在目的主机，TCP层去掉 TCP头，将字节流传给应用程

序； 10） 于是目的主机收到了源主机发来的字节流，就像直接从源主 机发来的一样。 d） 网

络互连路由器互联网络需要某些计算机能自动的把报文以分组形式（IP数据报）从一个网

络转发到另一个网络。互连两个网络并且将报 文分组从一个网络传递到另一个网络的计算

机叫做Internet路由器。在一个TCP/IP网络上，路由器提供所有物理网络之间的互连，

路由器负责为报文 分组选择路由，送往目的地。路由选择是基于目标网络，而不是基于目

标主机，所以路由器需要保存的信息量与TCP/IP网络中的网络数成比例。 e） IP 地址划

分网络号由网络信息中心（NIC,Network Information Center）分配。五类IP 1字节 2

字节 3字节 4字节 A类 地址 0 网络标示 主机标示 B类地址 1 0 网络标示 主机标示 C类

地址 1 1 0 网络标示 主机标示 D类地址 1 1 1 0 多投点地 址 E类地址 1 1 1 1 0 保留将

来试用 特殊IP地址 网络号 主机号本机 全0 本网主机 00….00 主机号局域网广播 全1 向

网络定 向广播 网络号 全1 回路 127 随机（通常是1） f） 子网掩码说明IP地址中的主

机地址段如何被划分成子网地址本地主机地址两部分。子网掩码为 一个32位的数字。其

中所有的1表示IP地址中的网络地址段和子网地址段，所有的0表示IP地址中的主机地

址段。 g） 直接/间接路由通信将位于同一 IP网上的两台计算机之间的通信称为直接路由

通信；不位于同一网上的两台计算机之间的通信称为间接路由通信。判断一目标地址是否

在与本计算机直接连接的一 个物理网络上的方法是：发送者抽出目标IP地址的网络部分，

与自己IP地址的网络部分比较，如果相同，就直接投递。对于间接路由，帧发送到路由器，

路由器 抽出分组，路由选择程序选择下一个通往目的地主机路径的下一个路由器，如此继

续下去，直到该IP分组可以直接投递为止。

/cdbbs/2006-8/18/

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。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。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。它描述了一

控制器请求访问其它设备的过程，如果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。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。

标准的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、

信号 位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。控制器通信使用

主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设 备）根据主

设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：

可编程控制器。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和 所有从设备通信。如果单

独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus

协议建立了主设备查询的格式：设备（或 广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一

错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回

的数据、和一错误检测 域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，

从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。

2.（1） PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。

广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。

（2） PROFIBUS 由三个兼容部分组成，即 PROFIBUS－DP

（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-

FMS (Fieldbus Message Specification )。

（3） PROFIBUS–DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O

的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。

（4） PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线

上，并有本征安全规范。

（5） PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。

（6） PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的

现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而

为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

（7） 与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准

EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加 工制造．过

程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功

应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS占开放性工业现场总线

系统的市场超过40％。PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具

有各自的技术优势并能提 供广泛的优质新产品和技术服务。

/IP其实是两个网络基础协议：IP协议、TCP协议名称的组合。

IP协议

IP（Internet Protocol） 协议的英文名直译就是：因特网协议。从这个名称我们就可

以知道IP协议的重要性。在现实生活中，我们进行货物运输时都是把货物包装成一个个的

纸箱或者是集 装箱之后才进行运输，在网络世界中各种信息也是通过类似的方式进行传输

的。IP协议规定了数据传输时的基本单元和格式。如果比作货物运输，IP协议规定了 货

物打包时的包装箱尺寸和包装的程序。 除了这些以外，IP协议还定义了数据包的递交办法

和路由选择。同样用货物运输做比喻