德国百格拉现场总线技术 沈阳莱茵机电有限公司 作者： 李刚 地址：沈阳经济技术开发区星海路16号 邮编：110041 电话：024-25370781 传真：024-25817012 随着微处理器技术，计算机技术和网络通讯技术的发展，自动化领域发生了巨大的变革。现场总线是这种变革中的重要产物，它被视为“控制领域新纪元时代的起点”。 现场总线在国际标准IEC61158中是被这样定义的：“现场总线是安装在生产过程区域的现场设备或仪表与控制室的自动控制装置或系统之间的一种串行的、数字式的、多点通信的数据总线”。现场总线协议是一种互联现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信的协议。 现场总线的优点 1、 高效率、高可靠性 现场总线采用全数字信号传输、并实现了高速、双向、多变量、多站点之间的通信。 2、 开放、互操作、适应性强 现场总线通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具备相互可操作性。 3、 实现真正的分散和实时系统 由于现场总线上的设备都是智能化的设备，设备中都带有微处理器，因此现场设备能完成检测、变换、补偿和运算等简单的控制功能。 4、 现场总线中多个设备使用同一条信号线传输数据，许多现场总线支持多种拓扑结构，可以使用多种介质，这给网络带来了更多的灵活性。 CAN总线介绍 CAN是控制局域网（Control Area Network）的简称，最早由德国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。由于它具有成本低、实时处理能力较高和在劣势的强电磁干扰环境下仍能可靠的工作等突出的特点，于是除了汽车制造商外也被企业用于生产线及机床。由于得到了Motorola、Intel、Philip、NEC等公司的支持，CAN广泛应用在离散控制领域。 CAN总线规范已被ISO国际标准组织订为国际标准ISO11898，CAN是唯一被ISO国际标准组织批准为标准的现场总线。CAN协议也是CAN是唯一被ISO国际标准组织批准为标准的现场总线。 CAN信号传输介质为双绞线（在合适时也可以选择其它传输介质），通信最高可达1 Mbps，直接传输出距离最远可达10 Km。 CAN的信号输出采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。 德国百格拉公司现场总线的通讯协议 任意两个单元间传输数据时要有一个双方事先约定好的格式，就是通讯协议。百格拉公司定义的现场总线通讯协议支持Profibus-DP, Interbus, CAN, RS232/RS485。 8字节的短帧结构适用于多种现场总线类型。 百格拉公司定义的通讯协议如下： 传输每一帧的格式都相同，由8个字节组成，每个字节有8位。如下图1所示第1字节表示是接收还是发送。 第3和4字节表示通讯协议中帧号，第2字节表示子帧号，它们确定了要传输或接收数据的具体详细的约定。第5到8字节表示特定通讯帧要传输或接收的数据。格式如下图所表示： 第1字节中的第3位为1时表示读数据Read，第3位为0时表示写数据Write。 第4到7字节表示通讯协议中帧号和子帧号，这里有数百个命令，每个命令有自己特有的帧号和子帧号，下面是3个例子： 点到点运动命令的帧号是35，子帧号是1到5。如： 35：1 表示点到点的绝对运动 35：3表示点到点的相对运动 电子轮运动命令的帧号是38，子帧号是1到14。可以是立即就进行电子轮运动，也可以在转动几转后进行电子轮运动等，共有14种可能性。如： 38：7 表示电子轮的分子 38：8 表示电子轮的分母 回参考电运动命令的帧号是40，子帧号是1到8。如： 40：1 表示启动回参考点操作 40：4 表示返回参考点的速度 40：5 表示到限位后回退的速度 编程时要把所需命令的中帧号和子帧号及对应的数据完整无误地添入。主从控制器双方根据命令的帧号和子帧号所对应数据格式来理解所收到的数据。这一过程花费时间较长，又占有很大的程序存储空间。为了大量简化编程，百格拉公司定义了过程数据通讯，这里共有256个双字，每个字共32位，分别命名为MD0到MD255。帧号是1300和子帧号分别是0到255。就是说MD0的子帧号是0 ，MD1的子帧号是1，以此类推到MD255的子帧号是255。 每个双字可以定义为两个16位的字。如MD0可定义为MW1和MW0。MW0和MW1各有16位，如MW1的各位又可定义为MX1.0到MX1.15，每个字或位可以任意定义为任意类型的变量，并给出任意可读性好的名字，如： mxReady AT %MX1.0 : BOOL; mxError AT %MX1.1 : BOOL; mPosiNo AT %MW0 : DINT; mxStart AT %MX0.0 : BOOL; mdiVelocity AT %MD1 : DINT; mdiAcceleration AT %MD2 : DINT; mdiPosition AT %MD3 : DINT; 德国百格拉公司定义的通讯协议除适用于百格拉TLC6系列伺服电机外，还适用于BERGER LAHR公司开发和生产的各种通用嵌入式控制系统，该系统把PLC功能、点位运动控制功能、 测量功能、 PID调节(如温度) 功能、人机界面功能、现场总线通讯功能和高级语言编程及大量通用的库函数集成在一起形成系列通用控制系统EMD。它支持Profibus-DP, Interbus, CAN, RS232/RS485。带有很多CAN扩展模块，它自带CPU，可以独立脱机工作，节省主CPU的开销。第一种CAN扩展模块带有16/16路数字输入输出口、1 路CAN接口及32 个LED 状态指示灯；第二种CAN扩展模块带有8/8 路数字输入输出口、1 路CAN接口和16 个LED 状态指示灯；第三种CAN扩展模块带有16/16路数字输入输出口和1 路CAN接口. 第四种CAN扩展模块带有8/8路数字输入输出口和1 路CAN接口; 第五种CAN扩展模块带有8/2路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第六种CAN扩展模块带有8/8路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第七种CAN扩展模块带有4/4路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第八种CAN扩展模块带有4/2路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 输入口速度分别为2ms和1.1 µs。 支持百格拉公司通讯协议的产品应用广泛，深圳新松公司在雷天电池生产线机器人项目上采用了百格拉公司的直角坐标机器人，每个机器人单元使用6台TLC634伺服电机。这6台伺服电机通过Profibus –DP连接，作为从控制器，总控制器为一个西门子S7 325 PLC。这里采用MD0作为数据交换。其中仅用MD0中的低16位MW0。MW0被定义为WRITEDATEN，存储要发送的数据，这个数据是要运动位置的号码。这里共有110个位置。TLC634收到MW0后取出运动位置的号码，并把它赋值给TLC634上运行程序中的运动位置号码变量。TLC634把运行结果（如运动是否到位，是否产生错误号码等）进行编码，并把它赋值给MW0。在每个运行周期把MW0传给S7 325。S7 325对MW0的数据进行分析，如没有错误就接着运行，如有错误就根据错误类型采取相应的对策。 德国百格拉现场总线技术及其产品，广泛应用于工业机器人、自动化生产线、数控机床、纺织机械、塑窗机械、分析仪器、包装机械、印刷机械、广告机械等行业，在中国自动控制领域有着巨大的发展潜力。