几种称重/测力仪表常用通讯标准和协议（上篇）

几种称重/测力仪表常用通讯标准和协议（上篇）

关键词：通讯接口 通讯协议 RS232-C RS422 RS485 MODBUS-RTU Profibus Profinet EtherNet CANopen DeviceNet CC-Link 

     现在随着工业信息生产制造技术的发展和国家政府振兴制造业的决心，智能制造正在以前所未有的趋势席卷神州大地，工业4.0、工业互联网、物联网、云计算等新名词如雨后春笋一般层出不穷。而所有这一切实现的基础就是制造流程的互联互通。如何实现各个环节能够互联互通呢，那就是需要今天提到的通讯技术了。

一、         通讯物理接口和通讯协议

      在称重/测力仪表选购时，经常会碰见有人在描述自己需要的通讯协议时将物理接口标准和通讯协议混为一谈。比如当一款仪表具备RS485接口时，核实他是需要支持什么通讯协议时，客户有时候会说就是RS485通讯啊，难道这不是就是通讯协议吗？

      设备之间的通讯打个比方，就和两个不同语种的人在聊天一样，我们需要首先有一个物理系统—嘴和耳朵来进行表达和接收，而如果是两个不同语种的人在一起，还需要统一一下交流时所用的语种，都说英语或是都说中文，这样两个人才能够有效的建立联系，进行聊天。

      图1-1

     上面提到的物理系统就是设备的通讯物理接口标准，而语言种类就是通讯协议标准。我们经常说的RS232/485都属于物理接口标准，而和他们经常一块出现的“厂商自定义协议”、MODBUS-RTU等都属于通讯协议。

图1-2  物理接口

1，      物理接口，只是对应于物理层的一种规范，只对其接口的电气特性作出规定，不对通讯协议做统一要求。比如RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。如UNIPULSE的F701+称重控制仪表不管是使用RS-232还是RS-485的物理接口，都是支持使用MODBUS-RTU的通讯协议的。但F701虽具备RS-232和RS-485物理接口，却只支持厂家的自定义协议。

2，       通信协议，指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。如MODBUS-RTU就是典型的通讯协议。

通信协议主要由以下三个要素组成：

语法：即如何通信，包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等。

语义：即通信内容，包括数据内容、含义以及控制信息等。

定时规则（时序）：即何时通信，明确通信的顺序、速率匹配和排序。

                                                               图1-2 MODBUS

 

从上可见，不同设备之间想建立通讯关系，首先要有同样的物理接口，同时还需要遵循同样的通讯协议才能实现。

一、         工业通讯常见四种类型

工业现场通讯常见的可大致分为四种，并行通讯，串行通讯，高速工业现场总线和工业以太网。

图2-1 F160选配BCD接口

1，    并行通讯，又称并口通讯。并行通讯按字(16位的二进制数)或字节（8位二进制数）为单位进行传送，字中各位是同时进行传送的。除了地线外，N位必须要N根线。其特点是传送速度快、通讯线多、成本高，但不适宜长距离数据传输。称重仪表上的BCD接口就属于并行通讯，但随着串口和总线通讯方式的兴起，BCD逐步被取代，目前在一些老旧设备上还有应用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2-2 BX11MB

2，   串行通讯，又称串口通讯。串行通讯是以二进制的位（bit）为单位的数据进行传输方式，每次只传输一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线即作为数据线又作为通信联络控制线，数据和联络信号在这根线上按位进行传送。串行通讯需要的信号线少（最少的只需要两三根线），适用于距离较远的场合。称重/测力仪表上常见的RS232C/RS485都属于串口通讯

 

图2-3 TX2系列数字式变送器

3.高速工业现场总线，现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线具有简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点。  

           

此处之所以将其称为高速工业现场总线，是为了区分低效率的485低速总线和以以太网技术为基础的工业以太网。如Can open、Profibus-DP等。BAYKON的TX2系列数字变送器提供了多种规范高速工业现场总线接口。

 

图2-4 TX2PN（ProfINet接口）

4，    工业以太网，是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。工业以太网， 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。其特点是应用广泛，通讯速率高，资源共享能力强，可持续发展潜力大。

目前而言，还没有统一的应用层协议，但受到广泛支持并已经开发出相应产品的有4种主要协议：HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。 

 

上篇我们只是讲了什么是物理接口，什么是通讯协议和几种常用的工业通讯方式及其特点。下篇我们会具体介绍各具体通讯接口或协议的特点和区别。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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