RS485总线与CAN总线应用比较

　第 8 卷 第 5 期 　2005 年 10 月 上 海 电 机 学 院 学 报 J OU RNAL OF SHAN GHA I DIANJ I UN IV ERSIT Y Vol. 8 No. 5 　 Oct . 2005 　 收稿日期 :2005209209 作者简介 :范 　辉 (19732) ,男 ,助理 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师 ,专业方向 :工程管理。 文章编号 　167122730 (2005) 0520054203 RS 485 总线与 CAN 总线应用比较 范　辉 (上海电机学院 设备科 ,上海 , 200240) 　　摘 　要 　作为在工业自动化领域应用日益广泛的 RS 485 总线与 CAN 总线 ,由于结构简单、应用 方便而成为许多网络拓扑结构的应用总线。从 RS 485 总线、CAN 总线的通信机理与网络性能来比较 他们应用的不同。 　　关键词 　现场总线 ; RS 485 ; CAN 总线 　　中图分类号　TN 710 　　　文献标识码 　A Comparing the Application of Bus RS 485 With that of Bus CAN Fan Hui ( Equip ment Office , Shanghai DianJi U niversity , Shanghai , 200240) 　　Abstract 　Bus RS 485 and Bus CAN , which are increasingly applied in the field of indust rial auto2 mation , have become t he application bus of many st ruct ures of network topology because of t heir sim2 ple st ructure and convenient application. This paper compares t he differences in their respective appli2 cation in terms of t he communication mechanism and network performance of Bus RS 485 and Bus CAN. 　　Key words 　field bus ; RS 485 ; bus CAN 　　随着自动控制技术的应用和发展 ,控制系统越 来越复杂。许多单机控制系统已逐渐向多机联网的 方向发展 ,如 :数据采集、消防、门禁、消费等控制系 统 ,这就需要将各单机控制系统进行组网以进行相 互通信。作为工业控制数字化、智能化与网络化典 型代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的现场总线技术发展迅速、影响巨大 ,是工业 自动化领域具有革命性的新技术。 1 　现场总线 现场总线 ,是指将现场设备 (如数字传感器、变 送器、仪表与执行机构等) 与工业过程控制单元、现 场操作站等互连而成的通信网络 ,具有全数字化、分 散、双向传输和多分支的特点 ,是工业控制网络向现 场级发展的产物。国际电工委员会 ( IEC) 对现场总 线有以下 3 点 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 : (1) 同一数据链路上过程控制单元 ( PCU ) 、 PL C 等与数字 I/ O 设备互连。 (2) 现场总线控制器可对总线上的多个操作 站、传感器及执行机构等进行数据存取。 (3) 通信媒体安装费用较低。 国际电工委员会 ( IEC) 提出的两种现场总线结 构模型是 : (1) 星型现场总线用短距离、廉价、低速率电缆 取代模拟信号传输线。 (2) 总线型现场总线数据传输距离长、速率高 , 采用点—点、点 —多点和广播式通信方式。 现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术 与通信技术的集成 ,技术特征如下 : (1) 现场设备已成为以微处理器为核心的数字 化设备 ,彼此通过传输媒体 (双绞线、同轴电缆或光 纤)以总线拓扑相连。 (2) 网络数据通信采用基带传输 (即数字数据 传输) ,数据传输速率高 (为 1 Mb/ s 或 10 Mb/ s) ,实 时性好 ,抗干扰能力强。 (3) 废弃了集散控制系统 (DCS) 中的 I/ O 控制 站 ,将这一级功能分配给通信网络完成。 (4) 分散的功能模块 ,便于系统维护、管理与扩 展 ,提高可靠性。 (5) 开放式互连结构 ,既可与同层网络相连 ,也 可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网 络相连。 (6) 互操作性 ,在遵守同一通信协议的前提下 , 可将不同厂家的现场设备产品统一组态 ,构成所需 要的网络。 现场总线通信协议基本遵照 ISO/ OSI 参考模 型 ,主要实现第 1、2、7 层功能。 (1) 物理层采用 EIA2RS 232、EIA2RS 422/ RS 485 等协议。由于在某些情况下 ,现场传感器、变送 器要从现场总线“窃取”电能作为它们的工作电源 , 因此对总线上数字信号的强度 (驱动能力) 、传输速 率、信噪比以及电缆尺寸、线路长度等都提出一定要 求。 (2) 数据链路层考虑到现场设备故障较多 ,更 换频繁 ,所以数据链路层媒体访问控制多采用受控 访问 (包括轮询和令牌) 协议 ,通常各 PCU 、PL C 作 为主站 ,传感器、变送器等作为从站。另外 ,须支持 点 —点、点 —多点和广播通信方式。 (3) 应用层解决应用什么样的高级语言 (或过 程控制语言)来作为面向用户的编程 (或组态)语言 , 其中包括设备名称、网络变量与配置 (捆绑)关系 ,参 数与功能调用及相关说明等 ,一般应具有符合 IEC 113123 标准的图形用户界面 ( GU I) 。 2 　EIA2RS 485 总线 在自动化领域 ,随着分布式控制系统的发展 ,迫 切需要一种总线能适合远距离的数字通信。为此 , EIA 在 RS 422 标准的基础上 ,研究出了一种支持 多节点、远距离和接收高灵敏度的 RS 485 总线标 准。RS 485 总线是工业领域广泛应用的 L SO/ OSI 模型物理层标准协议之一 ,采用平衡式发送、差分式 接收的数据收发器来驱动总线。具体规格要求如 下 : (1) 机械特性。采用 RS 232/ RS 485 连接器 (如 ADAM 4520) 将 PC 串口 RS 232 信号转换成 RS 485 信号 ,或接入 T TL/ RS 485 转换器 (如 MA X 485)将 I/ O 接口芯片 T TL 电平信号转换成 RS 485 信号 ,进行远距离高速双向串行通信。 (2) 电气特性。信号负逻辑 , + 2～ + 6 V 表示 “0”, - 6～ - 2 V 表示“1”,二线双端半双工差分电 平发送与接收 ,无公共地线 ,能有效克服共模干扰、 抑制线路噪声 ,传输距离 1. 2 km ,最高数据传输速 率可达 10 Mb/ s ( < 40 m) 。 (3) 功能与规程特性。网络媒体采用双绞线、 同轴电缆或光纤 ;每条总线上的节点数可达 128 个 , 如果节点数大于 128 ,须加中继器 (每个中继器可延 长线路 1. 2 km) 。 RS 485 总线的数据链路协议 ,除有的采用符合 ISO 高级数据链路控制协议 ( HDL C) 的数据链路处 理器件或专有接口器件执行外 ,多数是参照 HDL C 或其他一些标准自行定义而成。开发 RS 485 总线 数据链路协议较好的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是以字节式异步通信为基 础 ,相应的帧格式如图 1 所示。 图 1 　RS 485 总线数据链路协议一般帧格式 Fig. 1 　Frame format of RS 485 bus data link protocol 　　利用 RS 485 总线构成的网络 ,其设备间的相互 通信 ,需经过“主”设备中转才能实现 ,这个主设备通 常是 PC 机。由于在这种网络中只允许存在一个主 设备 ,其余全部是“从”设备 ,因而存在通信的吞吐量 较低、实时性较差、从机的系统开销大且从机间通信 难度大等缺点。 55　2005 年第 5 期 范 　辉 :RS 485 总线与 CAN 总线应用比较 　　 3 　CAN总线 CAN 总线是德国 Bosch 公司为解决现代汽车 中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的 一种串行数据通信协议。它是一种多主总线 ,通信 介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维 ,通信速率 可达 1 Mb/ s ,通信距离可达 10 km。CAN 协议的 一个最大特点是废除了传统的站地址编码 ,而代之 以对通信数据块进行编码 ,使网络内的节点个数在 理论上不受限制。由于 CAN 总线具有较强的纠错 能力 ,支持差分收发 ,因而适合高干扰环境 ,并具有 较远的传输距离。目前 ,CAN 已成为 ISO 11898 标 准 ,其特性如下 : (1) CAN 是一种有效支持分布式控制和实时 控制的串行通信网络。 (2) CAN 协议遵循 ISO/ OSI 模型 ,采用了其中 的物理层、数据链路层与应用层。 (3) CAN 可以多主方式工作 ,本质上也是一种 CSMA/ CD 方式 ,网络上任意一个节点均可以在任 意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息 ,而不 分主从 ,节点之间有优先级之分 ,因而通信方式灵 活 ;CAN 采用非破坏性位仲裁技术 ,优先级发送 ,可 以大大节省总线冲突仲裁时间 ,在重负荷下表现出 良好的性能 ;CAN 可以点对点、一点对多点 (成组) 及全局广播等几种方式传送和接收数据。 　　(4) CAN 的直接通信距离最远可达 10 km (传 输速率为 5 Kb/ s) ;最高通信速率可达 1 Mb/ s (传 输距离为 40 m) ;传输媒体是屏蔽双绞线或光纤。 (5) CAN 上的节点数实际可达 110 个。 (6) CAN 数据链路层采用短帧结构 ,每帧为 8 byte ,易于纠错 ;CAN 每帧信息都有 CRC 校验及 其他检错措施 ,有效地降低了数据的错误率 ; CAN 节点在错误严重的情况下 ,具有自动关闭的功能 ,使 总线上其他节点不受影响。 (7) 信号调制解调方式采用 NRZ 编码/ 解码方 式 ,并且采用插入填充位 (位填充)技术。 (8) 数据位具有支配“0”和退让“1”两种逻辑 值 ,采用时钟同步技术 ,具有硬件自同步和定时时间 自动跟踪功能。 CAN 总线系统通过相应的 CAN 接口连接工 业设备 (如限位开关、光电传感器、管道阀门、电机启 动器、过程传感器、变频器、显示板、PLC 和 PC 工作 站等)构成低成本网络。直接连接不仅提供了设备级 故障诊断方法 ,而且提高了通信效率和设备的互换 性。 CAN 总线数据链路层协议采用平等式通信方 式 ,即使主机出现故障 ,系统其余部分仍可运行 (当 然性能受一定影响) 。CAN 总线是一个基于报文而 不是基于站点地址的协议。CAN 总线的信息传输 通过报文进行 ,报文帧有 4 种类型 :数据帧、远程帧、 出错帧和超载帧 ,其中数据帧格式如图 2 所示。 图 2 　CAN总线数据帧组成 Fig. 2 　Bus CAN data formation 　　CAN 总线是针对相对少量信息的发送而优化 设计的一种串行通信协议 ,不像以太网或 U SB ,是 针对大块数据的传输。CAN 总线上的所有节点其 可靠性都是一致保证的。它有非常优异的总线共享 和仲裁性能 ,能够快速、强有力地交换信息 ,具备故 障界定隔离能力使得即便像那些“时延关键”的通信 也能容易实现。 4 　结 　语 在自动化应用系统中 ,虽然 RS 485 总线型“一 主多从”式的多机串行通信模式得到了广泛应用 ,但 随着科学技术的发展 ,RS 485 的不足与缺陷也日显 突出。CAN 总线采用多主对等系统 ,支持竞争 ,使 得工业生产自动化水平有了实质性的提高 ,符合工 业控制网络化、信息化的时代需求 ,因而具有良好的 发展前景。 参考文献 [1 ] 　阳宪惠. 现场总线技术及其应用 [ M ]. 北京 :清华大学 出版社 ,1999. [2 ] 　邬宽明. CAN 总线原理和应用系统设计 [ M ] . 北京 :北 京航空航天大学出版社 ,1996. 65 上 　海 　电 　机 　学 　院 　学 　报 2005 年第 5 期