第2章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

第二章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用廣泛，控制計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要組成部分，因而如何依據(jù)不同的需求選擇合適的控制計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)。本章主要從以下四部分介紹工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、選擇和有關(guān)的總線(xiàn)技術(shù)：

2.1、控制計(jì)算機(jī)的主要類(lèi)型；

2.2、IPC工控機(jī)的組成與特點(diǎn)；

2.3、IPC總線(xiàn)結(jié)構(gòu)；

2.4、MODBUS通信協(xié)議。2.1控制計(jì)算機(jī)的主要類(lèi)型控制器（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要部分）的種類(lèi)主要有：

1.可編程控制器

2.可編程調(diào)節(jié)器

3.總線(xiàn)式工控機(jī)

4.單片微型計(jì)算機(jī)

5.嵌入式處理器 6.嵌入式微控制器 7.數(shù)字信號(hào)處理器DSP

8.ARM處理器1.可編程控制器（PLC）——是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制結(jié)合的產(chǎn)物： 低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置， 高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。組成：CPU、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。1.可編程控制器（PLC）特點(diǎn)：數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)定；可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出；應(yīng)用廣泛，在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色；系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，抗干擾能力強(qiáng)。外觀如圖2-1所示。圖2-1可編程控制器2.可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器又稱(chēng)單回路調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器，主要由微處理單元、過(guò)程I／O（輸入/輸出）單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖2-2所示。圖2-2可編程調(diào)節(jié)器3.總線(xiàn)式工控機(jī)總線(xiàn)式工控機(jī)，是基于總線(xiàn)技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)IPC（IndustrialPersonalComputer）?？偩€(xiàn)式工控機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：小型化、模板化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化能滿(mǎn)足不同層次、不同控制對(duì)象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。應(yīng)用廣泛：廣泛應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是十幾到幾十個(gè)回路的中等規(guī)模的控制系統(tǒng)中。圖2-3總線(xiàn)式工控機(jī)

單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，它是將CPU、存儲(chǔ)器、串并行I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、甚至A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制器、圖形控制器等功能部件全都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有相當(dāng)控制功能的微控制器。具有較完善的接口，集成度高（見(jiàn)嵌入式微控制器）。

4.單片微型計(jì)算機(jī)5.嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)是將專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)嵌入被控設(shè)備中的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)體積、功能、可靠性、成本、功耗等綜合性能要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。具有以下特點(diǎn)：1）對(duì)實(shí)時(shí)和多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。2）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。3）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)。4）嵌入式微處理器的功耗很低。

6.嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Micro-controllerUnit，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU）一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，根據(jù)某些典型的應(yīng)用，在芯片內(nèi)部集成了ROM/EPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O口、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FLASHRAM、EEPROM等各種必要功能部件和外設(shè)。具有較完善的接口，集成度高。7.數(shù)字信號(hào)處理器DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是當(dāng)今的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，世界上各大半導(dǎo)體公司紛紛推出適用于不同場(chǎng)合的DSP芯片。在控制領(lǐng)域，比較有代表性的是TI公司的TMS320F240x系列。具有運(yùn)算功能強(qiáng)大、速度快的特點(diǎn)。8.ARM處理器ARM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名稱(chēng)，也可以認(rèn)為是對(duì)一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名詞。具有界面設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn)2.2IPC工控機(jī)的組成與特點(diǎn)

工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱(chēng)工控機(jī),也稱(chēng)為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC。（IndustrialPersonalComputer）。它主要用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。以工控機(jī)為核心的測(cè)量和控制系統(tǒng)，處理來(lái)自工業(yè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)，再根據(jù)控制要求將處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去控制生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督和管理。主要內(nèi)容有以下四部分:

1.工控機(jī)硬件組成

2.工控機(jī)的軟件組成

3.工控機(jī)的特點(diǎn)

4.IPC工控機(jī)的發(fā)展方向2.2.1IPC工控機(jī)硬件組成主機(jī)板（CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器）系統(tǒng)總線(xiàn)過(guò)程輸入輸出通道人機(jī)接口通信設(shè)備系統(tǒng)支持板磁盤(pán)系統(tǒng)。圖2-4工控機(jī)硬件組成結(jié)構(gòu)圖1.主機(jī)板是工業(yè)控制機(jī)的核心，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機(jī)板的作用是將采集到的實(shí)時(shí)信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時(shí)選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過(guò)程。2.系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)可分為內(nèi)部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，是一組信號(hào)線(xiàn)的集合。常用的內(nèi)部總線(xiàn)有IBMPC總線(xiàn)和STD總線(xiàn)。外部總線(xiàn)是工控機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道，常用外部總線(xiàn)有RS-232C、RS485和IEEE-488通信總線(xiàn)。3.人-機(jī)接口人-機(jī)接口包括顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)以及專(zhuān)用操作顯示臺(tái)等。通過(guò)人-機(jī)接口設(shè)備，操作員與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行信息交換。5.輸入/輸出模板輸入/輸出模板是工控機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間進(jìn)行信號(hào)傳遞和變換的連接通道。包括模擬量輸入通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入通道（DI）、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出通道（DO）。6.系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持功能主要包括：

①監(jiān)控定時(shí)器：俗稱(chēng)“看門(mén)狗”（Watchdog）。②電源掉電監(jiān)測(cè)：③后備存儲(chǔ)器：④實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘7.磁盤(pán)系統(tǒng)半導(dǎo)體虛擬磁盤(pán)，軟盤(pán),硬盤(pán)或USB磁盤(pán)。通信接口是工業(yè)控制機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的通道。4.通信接口2.2.2IPC工控機(jī)的軟件組成軟件是工業(yè)控制機(jī)的程序系統(tǒng)，可分為系統(tǒng)軟件、支持軟件、應(yīng)用軟件三部分。1.系統(tǒng)軟件:

系統(tǒng)軟件用來(lái)管理IPC的資源，并以簡(jiǎn)便的形式向用戶(hù)提供服務(wù)。2.工具軟件:

工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開(kāi)發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。3.應(yīng)用軟件:

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程而編制的控制和管理程序。通常包括過(guò)程輸入輸出程序、過(guò)程控制程序、人-機(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。2.2.3IPC工控機(jī)的特點(diǎn)IPC工控機(jī)主要有以下六個(gè)特點(diǎn)：

1.可靠性高

2.豐富的輸入輸出模板

3.實(shí)時(shí)性好

4.開(kāi)放性好

5.連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)

6.便于安裝2.3IPC總線(xiàn)結(jié)構(gòu)總線(xiàn)概述內(nèi)部總線(xiàn)2.3.1總線(xiàn)概述1.標(biāo)準(zhǔn)——一種接口信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。2.定義：一組信號(hào)線(xiàn)的集合，包括引線(xiàn)的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性等，是微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間、不同的計(jì)算機(jī)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送的通道。3.分類(lèi):內(nèi)部總線(xiàn)（系統(tǒng)總線(xiàn)）和外部總線(xiàn)（通信總線(xiàn)）?？偩€(xiàn)按功能或信號(hào)類(lèi)型可劃分為三類(lèi)總線(xiàn)：數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)。4.功能：數(shù)據(jù)傳輸、中斷、多主設(shè)備支持、錯(cuò)誤處理等功能。2.3.2內(nèi)部總線(xiàn)

內(nèi)部總線(xiàn)是指微機(jī)內(nèi)部各功能模塊間進(jìn)行通信的總線(xiàn)，也稱(chēng)為系統(tǒng)總線(xiàn)。它是構(gòu)成完整微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。常用的內(nèi)部總線(xiàn)主要有STD總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、ISA總線(xiàn)和PCI總線(xiàn)。1．STD總線(xiàn)2．VME總線(xiàn)3．ISA總線(xiàn)4．PCI總線(xiàn)1．STD總線(xiàn)1）、總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

STD總線(xiàn)即StandardBus，是一種規(guī)模最小，面向工業(yè)控制，設(shè)計(jì)周密的8位系統(tǒng)總線(xiàn)。1．STD總線(xiàn)2）、STD總線(xiàn)性能的特點(diǎn)支持8位微處理器；基本組成：小型、面向工業(yè)控制及測(cè)量，供56線(xiàn)；支持多處理器，分布式、主機(jī)式、多主總線(xiàn)式；中斷功能（最初2根）；CMOS化；局部總線(xiàn)擴(kuò)展能力；支持網(wǎng)絡(luò)功能；模板尺寸?。?.5英寸×6.5英寸（11.4cm×16.5cm）可靠性高2．VME總線(xiàn)（1）VME總線(xiàn)，VersamodelEurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工業(yè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，其主要特點(diǎn)是VME總線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)模仿Motorola公司生產(chǎn)的68000系列單片機(jī)信號(hào)線(xiàn)，由于其應(yīng)用的廣泛性被IEEE收為標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1014-1987,其標(biāo)準(zhǔn)文件為VMEbusspecificationRevC.1。（2）VME總線(xiàn)的插板一般有兩種尺寸，一種是3U高度的帶一個(gè)總線(xiàn)接口J1，高×長(zhǎng)為100mm*160mm，另一種是6U高度的帶2個(gè)總線(xiàn)接口J1、J2，高×長(zhǎng)為233mm×160mm。（3）一般每塊VME總線(xiàn)的插板上的接口J1、J2都有96針，每一個(gè)接口都是3排，按A、B、C排列，每排32針，J1一般用于直接與VME總線(xiàn)相連，J2的中間列用于擴(kuò)展地址總線(xiàn)或數(shù)據(jù)總線(xiàn)，另外兩列可由用戶(hù)定義及I/O、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)及其他外設(shè)等。因此VME總線(xiàn)已對(duì)未來(lái)的應(yīng)用擴(kuò)展預(yù)留了信號(hào)針，這也是VME總線(xiàn)將來(lái)可以靈活升級(jí)的原因。3．ISA總線(xiàn)

ISA總線(xiàn)(IndustrialStandardArchitecture)即AT總線(xiàn)，它是在8位的XT總線(xiàn)基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的16位的總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)。后來(lái)，在大多數(shù)Pentium系列的PC機(jī)主板上仍保留3～4個(gè)ISA總線(xiàn)擴(kuò)充槽，即可以插入8位ISA卡，又可以插入16位ISA卡。

ISA總線(xiàn)插槽有一長(zhǎng)一短兩個(gè)插口，長(zhǎng)插口有62個(gè)引腳，以A31～A1和B31～B1表示，分別列于插槽的兩面；短插口有36個(gè)引腳，以C18～C1和D18～D1表示，也分別列于插槽的兩面。ISA總線(xiàn)插槽如圖所示。ISA總線(xiàn)插槽4．PCI總線(xiàn)

PCI總線(xiàn)（PeripheralComponentInterconnect，外圍部件互連總線(xiàn)）具有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)特性及其優(yōu)異的性能，是現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中的佼佼者，并被多數(shù)現(xiàn)代高性能微機(jī)系統(tǒng)所廣泛采用。（1）PCI總線(xiàn)的主要特點(diǎn)：

1）傳輸率高；

2）采用數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線(xiàn)引腳數(shù)；

3）總線(xiàn)支持無(wú)限猝發(fā)讀寫(xiě)方式和并行工作方式；

4）總線(xiàn)寬度為32位（5V），可升級(jí)為64位（3.3V）；

5）PCI總線(xiàn)與CPU異步工作：PCI總線(xiàn)的工作頻率固定為33MHz，與CPU的工作頻率無(wú)關(guān)，使PCI總線(xiàn)不受處理器的限制；

6）提供了即插即用功能，允許PCI局部總線(xiàn)擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動(dòng)配置。（2）PCI總線(xiàn)的功能特性：連接到PCI總線(xiàn)上的設(shè)備分為兩類(lèi)：主控設(shè)備（Master）和目標(biāo)設(shè)備（Target）。PCI支持多主控設(shè)備，主控設(shè)備可以控制總線(xiàn)、驅(qū)動(dòng)地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)；目標(biāo)設(shè)備不能啟動(dòng)總線(xiàn)操作，只能依賴(lài)于主控設(shè)備向它進(jìn)行傳遞或從中讀取數(shù)據(jù)（3）PCI總線(xiàn)引腳信號(hào)定義，如圖2-9所示。圖2-9PCI總線(xiàn)引腳2.3.3外部總線(xiàn)外部總線(xiàn)是指用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其它智能外設(shè)之間的通信線(xiàn)路。常用的外部總線(xiàn)有IEEE-488并行總線(xiàn)、RS-232C串行總線(xiàn)和RS485通信總線(xiàn)。1．IEEE-488并行通信總線(xiàn)２．RS-232C串行通信總線(xiàn)3．RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)

圖2-10IEEE-488并行通信總線(xiàn)

1．IEEE-488并行通信總線(xiàn)目前RS-232C是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，在IBMPC機(jī)上的COM1、COM2接口就是RS-232C接口。利用RS-232C串行通信接口可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信；通過(guò)RS-232C口可與其他外設(shè)（如打印機(jī)、智能調(diào)節(jié)儀、PLC等）近距離串行連接；通過(guò)RS-232C口連接調(diào)制解調(diào)器可遠(yuǎn)距離地與其他計(jì)算機(jī)通信；將RS-232C接口轉(zhuǎn)換為RS-422或485接口，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)與多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信。２．RS-232C串行通信總線(xiàn)

RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義了主、輔兩個(gè)通信信道，輔助信道的傳輸速度比主信道低，其他功能與主信道相同。在實(shí)際應(yīng)用中，通常只使用一個(gè)主通信信道，因此就產(chǎn)生了簡(jiǎn)化的。RS-232的9針D型插頭，如圖2-11所示。RS-232C的連接插頭早期用25針EIA連接插頭座，現(xiàn)在用9針的EIA連接插頭座，引腳分配如表如表2-1所示：包括數(shù)據(jù)線(xiàn)、狀態(tài)線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。

端腳方向符號(hào)功能25針9針23輸出TXD發(fā)送數(shù)據(jù)32輸入RXD接收數(shù)據(jù)47輸出RTS請(qǐng)求發(fā)送58輸入CTS為發(fā)送清零66輸入DSR數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好75GND信號(hào)地81輸入DCD數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)204輸出DTR229輸入RI表2-1RS-232C串行口的針腳功能（1）RS-232C接口連接器圖2-11DB9串口連接器

RS-232C采用負(fù)邏輯電平，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端輸出的邏輯“0”表示正電平（+5V～＋15V），輸出的邏輯“1”表示負(fù)電平（-5V～-15V）。接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收端接收+5V～+15V高電平表示邏輯“0”，-5V～-15V低電平表示邏輯“1”。

RS-232C的噪聲容限是2V(因發(fā)送電平和接收電平的差為2V)，共模抑制能力較差?？梢?jiàn)，電路可以有效地檢查出傳輸電平的絕對(duì)值大于3V的信號(hào)，而介于-3～+3V之間的電壓信號(hào)和低于-15V或高于+15V的電壓信號(hào)認(rèn)為無(wú)意義。因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平的絕對(duì)值在(3～15)V之間。表2-2RS-232C接口電氣特性狀態(tài)-15V<V1<5V+5V<V1<+15V邏輯狀態(tài)10信號(hào)條件（數(shù)據(jù)線(xiàn)上）傳號(hào)（MARK）空號(hào)（SPACE）功能（控制線(xiàn)上）OFFON（2）RS-232C接口電氣特性

RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換，實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片，如圖2-12所示。圖2-12RS-232C與TTL的電平轉(zhuǎn)換（3）RS-232C與TTL的電平轉(zhuǎn)換（4）RS-232C的不足1）接口信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路芯片，且與TTL電平不兼容，需使用電平轉(zhuǎn)換電路才能與TTL電路連接。2）采用單端驅(qū)動(dòng)、單端接收的單端雙極性電路標(biāo)準(zhǔn)，一條線(xiàn)路傳輸一種信號(hào)。發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地，共模信號(hào)會(huì)耦合到信號(hào)系統(tǒng)。對(duì)于多條信號(hào)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，這種共地傳輸方式抗共模干擾能力很差，尤其傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)會(huì)在傳輸電纜上產(chǎn)生較大壓降損耗，壓縮了有用信號(hào)范圍，在干擾較大時(shí)通信可能無(wú)法進(jìn)行，故通信速度和距離不可能較高。3）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率最大為19200bps。4）傳輸距離有限，最大傳輸距離只有15米左右。

RS-485的工作方式為半雙工，在某一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送另一個(gè)接收。RS-485的一個(gè)發(fā)送器可驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器，總線(xiàn)上可連接多至32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，并且可采用二線(xiàn)。采用二線(xiàn)工作方式時(shí)可有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器連接至單總線(xiàn)，并且其中任何一個(gè)均可發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。RS-485的二線(xiàn)工作方式連線(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)控制及通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中使用普遍。表2-3是RS-485與RS-232C的比較。表2-3RS-485與RS-232C的比較接口RS-232CRS-485工作模式單端發(fā)，單端收雙端發(fā)，雙端收連接臺(tái)數(shù)1臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，1臺(tái)接收器32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，32臺(tái)接收器傳輸距離與速率15m，20kbps12m,10Mbps；120m，1Mbps；1200m，100kbps驅(qū)動(dòng)器輸出（最大電壓值）±25V-7V～+12V驅(qū)動(dòng)器輸出（信號(hào)電平）±5V(帶負(fù)載)±15V(未帶負(fù)載)±1.5V（帶負(fù)載）±5V(未帶負(fù)載)驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗3～7k?54?示意圖3．RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)2.4MODBUS通信協(xié)議概述兩種傳輸方式MODBUS消息幀錯(cuò)誤檢測(cè)方法MODBUS的編程方法

MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于PLC或其他控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器之間、控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)串行通信。該協(xié)議已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用MODBUS協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以互連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。

2.4.1概述1．MODBUS網(wǎng)絡(luò)上傳輸標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS接口使用RS-232C和RS-485串行接口，它定義了連接器的引腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蛲ㄟ^(guò)調(diào)制解調(diào)器組網(wǎng)。2．其他類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)上傳

在其他網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用“對(duì)等”技術(shù)通信，任何控制器都能初始化和其他控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。

控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS網(wǎng)絡(luò)通信。用戶(hù)選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)MODBUS網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。RTU模式如表2-4所示。表2-4RTU模式地址功能代碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)1···數(shù)據(jù)nCRC高字節(jié)CRC低字節(jié)2.4.2兩種傳輸方式

兩種傳輸模式中（ASCII或RTU），傳輸設(shè)備可以將MODBUS消息轉(zhuǎn)為有起點(diǎn)和終點(diǎn)的幀，這就允許接收的設(shè)備在消息起始處開(kāi)始工作，讀地址分配信息，判斷哪一個(gè)設(shè)備被選中（廣播方式則傳給所有設(shè)備），判斷何時(shí)信息已完成。使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開(kāi)始。在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)注了消息的結(jié)束，一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。一個(gè)典型的消息幀如表2-5所示。表2-5RTU消息幀起始位設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)結(jié)束符T1-T2-T3-T48bit8bitN個(gè)8bit16bitT1-T2-T3-T42.4.3MODBUS消息幀

標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。奇偶校驗(yàn)對(duì)每個(gè)字符都可用，幀檢測(cè)（LRC或CRC）應(yīng)用于整個(gè)消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過(guò)程中檢測(cè)每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。

2.4.4錯(cuò)誤檢測(cè)方法2.4.5MODBUS的編程方法由RTU模式消息幀格式可以看出，在完整的一幀消息開(kāi)始傳輸時(shí)，必須和上一幀消息之間至少有3.5個(gè)字符時(shí)間的間隔，這樣接收方在接收時(shí)才能將該幀作為一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀接收。另外，在本數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸時(shí)，幀中傳輸?shù)拿總€(gè)字符之間必須不能超過(guò)1.5個(gè)字符時(shí)間的間隔，否則，本幀將被視為無(wú)效幀，但接收方將繼續(xù)等待和判斷下一次3.5個(gè)字符的時(shí)間間隔之后出現(xiàn)的新一幀并進(jìn)行相應(yīng)的處理。因此，在編程時(shí)首先要考慮1.5個(gè)字符時(shí)間和3.5個(gè)字符時(shí)間的設(shè)定和判斷。在RTU模式中，1個(gè)字符時(shí)間是指按照用戶(hù)設(shè)定的波特率傳輸一個(gè)字節(jié)所需要的時(shí)間。例如，當(dāng)傳輸波特率為2400bps時(shí)，1個(gè)字符時(shí)間