RS和CAN總線與以太網(wǎng)比較

1、集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#以太網(wǎng)、CAN總線、RS485總線都屬于現(xiàn)場總線范疇，用戶根據(jù)不同的場合和應(yīng)用需求而采 用不同的現(xiàn)場總線方式，每種總線有不同的標(biāo)準(zhǔn)特性，通過下列描述了解各種總線的特性以 及各種總線優(yōu)缺點(diǎn)。一、RS485接口標(biāo)準(zhǔn)0 RS-485的電氣特性:邏輯T以兩線間的電壓差為+ (2-6) V表示；邏輯”0“以兩線 間的電壓 差為-(2-6)V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該 電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。0 RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps0 RS-485

2、接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾 性好。0 RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS- 232-C接 口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多 達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè) 備網(wǎng)絡(luò)。但RS-485總線上任何時(shí)候只能有一發(fā)送器發(fā)送。因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首 選的串行接口。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線

3、 傳輸。二、CAN總線接口標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級現(xiàn)場總線，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高；。傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)lOKm），傳輸速率快（最高1MHz bps）；。單條總線最多可接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可方便的擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)；。多主結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)的地位平等，方便區(qū)域組網(wǎng)，總線利用率高；。實(shí)時(shí)性高，非破壞總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)無延時(shí)；。出錯(cuò)的CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；。報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；。自動(dòng)檢測報(bào)文發(fā)送成功與否，可硬件自動(dòng)重發(fā)，傳輸可靠性很高；。硬件報(bào)文濾波功能，只接收必要信息，減輕cpu負(fù)寸日，簡化軟件編制；。通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線，同

4、軸電纜或光纖等；0 CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，有極高的性價(jià)比。三、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢及存在問題基于TCP/IP的以太網(wǎng)是一種標(biāo)準(zhǔn)開放式的網(wǎng)絡(luò)，由其組成的系統(tǒng)兼容性和互操作性好，資源 共享能力強(qiáng)，可以很容易的實(shí)現(xiàn)將控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)上的資源共享；數(shù)據(jù)的傳輸距 離長、傳輸速率高；易與Internet連接，低成本、易組阿與計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的接口十分方便， 受到了廣泛的技術(shù)支持。以太網(wǎng)采用的是帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA/CD）,無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí) 時(shí)性要求，是一種非確定性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；安全可靠性問題，以太網(wǎng)采用超時(shí)重發(fā)機(jī)制，單點(diǎn)的 故障容易擴(kuò)散，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓；對工業(yè)環(huán)境的適

5、應(yīng)能力問題，目前工業(yè)以太網(wǎng)的 魯棒性和抗干擾能力等都是值得關(guān)注的問題，很難適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場；本質(zhì)安全問 題，在存在易燃、易爆、有毒等環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場必須要采用安全防爆技術(shù)；總線供電問題。在環(huán)境惡劣危險(xiǎn)場合，總線供電具有十分重要的意義。四、RS485、CAN總線與以太網(wǎng)的比較1、RS485總線與CAN總線比較。速度與距離：CAN與RS485以1 Mbit/S的高速率傳輸?shù)木嚯x都不超過100米，可謂高速 上的距離差不多。但是在低速時(shí)CAN以5Kbit/S時(shí)，距離可達(dá)10KM，而485再低的速 率也只能到1219米左右（都無中繼）?？梢奀AN在長距離的傳輸 上擁有絕對的優(yōu) 勢。以太網(wǎng)百兆無中繼最

6、遠(yuǎn)120米（如使用AMP可達(dá)300米）?？偩€利用率：RS485是單主從結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)總線上只能有一臺主機(jī)，通訊都由它發(fā)起 的，它沒有下命令，下面的節(jié)點(diǎn)不能發(fā)送，而且要發(fā)完即答，受到答復(fù)后，主機(jī)才向 下一個(gè)節(jié)點(diǎn)詢問，這樣是為了防止多個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，而造成數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。而 CAN-bus和以太網(wǎng)是多主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有CAN控制器，多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，以 發(fā)送的ID號自動(dòng)進(jìn)行仲裁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)不錯(cuò)亂，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)完， 另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以探測到總線空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機(jī)的詢問，提高了總線 利用率，增強(qiáng)了快速性。所以在汽車等實(shí)性要求高的系統(tǒng)，都是用CAN總線，或者 其他類似的總線。錯(cuò)

7、i吳檢測機(jī)制，RS485只規(guī)定了物理層，而沒有數(shù)據(jù)鏈路層，所以它對錯(cuò)誤是無法識 別的，除非一些短路等物理錯(cuò)誤。這樣容易造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞了，拼命向總線發(fā)數(shù)據(jù)（一直發(fā)1）.這樣造成整個(gè)總線癱瘓。所以RS485 一旦壞一個(gè)節(jié) 點(diǎn)，這個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)都 掛。而CAN總線有CAN控制器，可以對總線任何錯(cuò)誤進(jìn)行檢測，如果自身錯(cuò)誤超過 128個(gè)，就自動(dòng)閉鎖。保護(hù)總線。如果檢測到其他節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤或者自身錯(cuò)誤，都會(huì)向總 線發(fā)送錯(cuò)誤幀，來提示其他節(jié)點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)i吳的。大家小心。這樣CAN總線 一旦有一個(gè)節(jié)點(diǎn)CPU程序跑飛了，它的控制器自動(dòng)閉鎖。保護(hù)總線。所以在安全性 要求高的網(wǎng)路，CAN是很強(qiáng)的。價(jià)格與培訓(xùn)成本：CAN

8、器件的價(jià)格大約是485的2倍這樣,485的通訊從軟件上是很方便的，只要懂串行通訊，就可以編程，而CAN需要底層工程師了解CAN復(fù)雜的層， 編寫上位機(jī)軟件也要了解CAN的協(xié)議?？芍^培訓(xùn)成本較高。0 CAN總線通過CAN控制器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總 線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸 浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)出現(xiàn)象在RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向 總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在 錯(cuò)i吳嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響， 從而保證

9、不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中.因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。0 CAN具有完善的通信協(xié)議，可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn)，從而大大 降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無 法比擬的。特性RS485CAN單點(diǎn)成本低廉稍高系統(tǒng)成本高較低總線利用率低 a網(wǎng)絡(luò)特性單主網(wǎng)絡(luò)多主網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率低 * 圖容錯(cuò)機(jī)制無可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制通訊失敗率 國極低節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的影導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓無任何影響響通訊距離<1.5KM可達(dá) 10KM (5kbps)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy非常容易開發(fā)難度標(biāo)準(zhǔn)Modbus標(biāo)準(zhǔn) CAN-bus后期維護(hù)成本低2、CAN現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及

10、局限性0 CAN現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。主要表現(xiàn)在CAN為 多主方式工作;CAN總線的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級;采用非破壞仲裁技術(shù);報(bào)文采用短 幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低;節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的惜況下可自動(dòng)關(guān)閉輸出。0 CAN現(xiàn)場總線作為一種面向工業(yè)底層控制的通信網(wǎng)絡(luò)，其局限性也是顯而易見的。首 先，它不能與Internet互連，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息共享。其次，它不易與上位控制 機(jī)直 接接口，現(xiàn)有的CAN接口卡與以太網(wǎng)網(wǎng)卡相比大都價(jià)格昂貴。還有,CAN現(xiàn)場總線 無論是其通信距離還是通信速率都無法和以太網(wǎng)相比。3、工業(yè)以太網(wǎng)和CAN現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范比較工業(yè)以太網(wǎng)和CAN現(xiàn)場總線的

11、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范都遵循ISO/OSI參考模型的基本層次結(jié)構(gòu)。工 業(yè)以太網(wǎng)采用IEEE802參考模型,相當(dāng)于OSI模型的最低兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，其中 數(shù)據(jù)鏈路層包含介質(zhì)訪問控制子層(MAC)和邏輯鏈路控制子層(LLC) o CAN現(xiàn)場總線 的 ISO/OSI參考模型也是分為兩層，并與工業(yè)以太網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)完全相同，但是二者在各層的 物理實(shí)現(xiàn)及通信機(jī)理上卻有很大的差別。工業(yè)以太網(wǎng)和CAN現(xiàn)場總線的各層在具體網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議實(shí)現(xiàn)上的分析比較如下表所示。特性以太網(wǎng)CAN單點(diǎn)成本稍高系統(tǒng)成本較低總線利用率 a高網(wǎng)絡(luò)特性多主網(wǎng)絡(luò)多主網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率 聞高容錯(cuò)機(jī)制可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制通訊失敗率低極低節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的影導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓無任何影響響通訊距離<1.5KM可達(dá) 10KM (5kbps)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy非常容易后期維護(hù)成本 a低多接點(diǎn)通信需要中繼Hub或路由器總線最多110個(gè)物理層TP5類線雙絞線編碼同步RZ、曼徹斯特編碼異步NRZ插件RJ45BNC 或 WAGO總線供電無有傳輸速率10-100M5