介紹幾種常見(jiàn)的通訊協(xié)議

一、接口的物理結(jié)構(gòu)

1、RS232接口：

計(jì)算機(jī)通訊接口之一，通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。

2、RS485

RS485無(wú)具體的物理形狀，根據(jù)工程的實(shí)際情況而采用的接口。

二、接口的電子特性

1、RS232：傳輸電平信號(hào)接口的信號(hào)電平值較高(信號(hào)“1”為“-3V至-15V”,信號(hào)“0”為“3至15V”)，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平(0~“<0.8v”,1~“>2.0V”)不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。另外抗干擾能力差。

2、RS485：傳輸差分信號(hào)邏輯“1”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(hào)電平比RS-232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。

三、通訊距離長(zhǎng)短

1、RS232：RS232傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為15米，且只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，最大傳輸速率最大為20kB/s。

2、RS485：RS485最大無(wú)線傳輸距離為1200米。最大傳輸速率為10Mbps，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離。

采用阻抗匹配、低衰減的專用電纜可以達(dá)到1800米！超過(guò)1200米，可加中繼器（最多8只），這樣傳輸距離接近10Km。

四、能否支持多點(diǎn)通訊

RS232：RS232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，不能支持多站收發(fā)能力，所以只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不支持多點(diǎn)通訊。

RS485：RS485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站通訊能力，這樣用戶可以利用單一的RS485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

五、通訊線的差別

RS232：可以采用三芯雙絞線、三芯屏蔽線等。

RS485：可以采用兩芯雙絞線、兩芯屏蔽線等。在低速、短距離、無(wú)干擾的場(chǎng)合可以采用普通的雙絞線，反之，在高速、長(zhǎng)線傳輸時(shí)，則必須采用阻抗匹配（一般為120Ω）的RS485專用電纜（STP-120Ω（用于RS485 & CAN）一對(duì)18AWG），而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜（ASTP-120Ω（用于RS485 & CAN）一對(duì)18AWG）。

補(bǔ)充：即然RS232傳輸距離只有15米這么短，那么有什么作用呢？

其實(shí)它的應(yīng)用非常廣泛，可以連接各種設(shè)備，例如監(jiān)控、其它的設(shè)備升級(jí)或調(diào)試等都可能需要用到它。功能與USB比較接近，隨著USB端口的越來(lái)越普遍，將會(huì)出現(xiàn)更多的把USB轉(zhuǎn)換成RS-232或其它接口的轉(zhuǎn)換裝置。

通過(guò)USB接口可連接更多的RS-232設(shè)備，不僅可獲得更高的傳輸速度，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用，同時(shí)解決了USB接口不能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娜秉c(diǎn)(USB通訊距離在5米內(nèi)）。

幾種常見(jiàn)的通訊協(xié)議

在開(kāi)始這個(gè)問(wèn)題之前，我們應(yīng)該了解一個(gè)之前我一直混淆的問(wèn)題。

RS485和MODBUS的區(qū)別：

RS485是一個(gè)物理接口，簡(jiǎn)單的說(shuō)是硬件。

MODBUS是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，用于不同廠商之間的設(shè)備交換數(shù)據(jù)（一般是工業(yè)用途）；所謂協(xié)議，也可以理解為上面有人說(shuō)的“語(yǔ)言”吧，簡(jiǎn)單的說(shuō)是軟件。

一般情況下，兩臺(tái)設(shè)備通過(guò)MODBUS協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)：最早是用RS232作為硬件接口，（也就是普通電腦上的串行通訊口（串口））；也有用RS422的，也有常用的RS485，這種接口傳輸距離遠(yuǎn)，在一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的比較多。

MODBUS協(xié)議又分MODBUS RTU，MODBUS ASCII和后來(lái)發(fā)展的MODBUS TCP三種模式。

其中前兩種（MODBUS RTU，MODBUS ASCII）所用的物理硬件接口都是串行（Serial）通訊（RS232，RS422，RS485）。而MODBUS TCP則是為了順應(yīng)當(dāng)今世界發(fā)展潮流，什么都可以用Ethernet網(wǎng)或Internet來(lái)連接，傳送數(shù)據(jù)。所以又產(chǎn)生MODBUS TCP模式，該模式的硬件接口就是以太網(wǎng)（Ethernet）口了，也就是我們電腦上一般用的網(wǎng)絡(luò)口了。

然后我們可以通過(guò)一張圖片了解 S7-200 PLC支持的幾種通訊協(xié)議。

一、PPI通訊

是西門(mén)子公司專為s7-200系列plc開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議。內(nèi)置于s7-200CPU中。PPI協(xié)議物理上基于RS-485口，通過(guò)屏蔽雙絞線就可以實(shí)現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主-從協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不能主動(dòng)發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接來(lái)與從站通訊。PPI協(xié)議并不限制與任意一個(gè)從站的通訊的主站的數(shù)量，但在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過(guò)32個(gè)。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門(mén)子Step7-Micro/Win編程軟件上傳和下載程序和西門(mén)子人機(jī)界面與PC通信。

二、MPI通訊

MPI (multipoint interface)是SIMATIC s7多點(diǎn)通信的接口，是一種適用于少數(shù)站點(diǎn)間通信的網(wǎng)絡(luò)，多用于連接上位機(jī)和少量plc之間近距離通信。通過(guò)Profibus電纜和接頭，將控制器s7-300或s7-400的CPU自帶的MPI編程口及s7-200CPU 自帶的PPI通信口相互連接，以及與上位機(jī)網(wǎng)卡的編程口（MPI/DP 口）通過(guò)Profibus或MPI電纜連接即可實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)然也可以不包括PC機(jī)而只包括plc。

MPI的通信速率為19.2k～12mbit/s ，但直接連接s7-200CPU通信口的MPI網(wǎng)，其最高速率通常為187.5kbit/s （受s7-200CPU最高通信速率的限制）。在MPI網(wǎng)絡(luò)上最多可以有32個(gè)站，一個(gè)網(wǎng)段的最長(zhǎng)通信距離為50米（通信波特率為187.5kbit/s時(shí)），更長(zhǎng)的通信距離可以通過(guò)rs-485中繼器擴(kuò)展。MPI允許主－主通信和主－從通信，每個(gè)s7-200CPU通信口的連接數(shù)為4個(gè)。

MPI協(xié)議不能與一個(gè)作為PPI主站的s7-200CPU通信，即s7-300或s7-400與s7-200通信時(shí)必須保證這個(gè)s7-200 CPU不能再作PPI主站，Micro/Win也不能通過(guò)MPI協(xié)議訪問(wèn)作為PPI主站的s7-200CPU。s7-200CPU只能做MPI從站，即s7-200CPU之間不能通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)互相通信，只能通過(guò)PPI方式互相通信。

三、Modbus 通訊

Modbus是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。為更好地普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在我國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：截止到2007年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了1000萬(wàn)個(gè)。

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其它設(shè)備的過(guò)程,如何回應(yīng)來(lái)自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。Modbus是一種單主站的主/從通信模式。一條Modbus網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)只能有一臺(tái)主站，從站可以有若干個(gè)。

Modbus具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1、標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過(guò)400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過(guò)600種。

2、Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。

3、Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。

注：S7-200只支持Modbus RTU協(xié)議，不支持Modbus ASCII協(xié)議；

四、ProfiBus 通訊

作為眾多現(xiàn)場(chǎng)總線家族的成員之一ProfiBus是在歐洲 工業(yè)界得到最廣泛應(yīng)用的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國(guó)際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一。ProfiBus是屬 于單元級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的SIMITAC網(wǎng)絡(luò)，適用于傳輸中、小量的數(shù)據(jù)。其開(kāi)放性可以允許眾多的廠商開(kāi)發(fā)各自的符合ProfiBus協(xié)議的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以連接在同一個(gè) ProfiBus網(wǎng)絡(luò)上。

ProfiBus是一 種電氣網(wǎng)絡(luò)， 物理傳輸介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖、無(wú)線傳輸。于1989年正式成為現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，傳送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。PROFIBUS廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS也是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

五、USS通訊

USS (Universal Serial Interface, 即通用串行通信接口) 是西門(mén)子專為驅(qū)動(dòng)裝置開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議，多年來(lái)也經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展、完善的過(guò)程。最初 USS 用于對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行參數(shù)化操作，即更多地面向參數(shù)設(shè)置。在驅(qū)動(dòng)裝置和操作面板、調(diào)試軟件（如DriveES/STARTER）的連接中得到廣泛的應(yīng)用。

近來(lái) USS 因其協(xié)議簡(jiǎn)單、硬件要求較低，也越來(lái)越多地用于和控制器（如 PLC）的通信，實(shí)現(xiàn)一般水平的通信控制。（注意：USS 提供了一種低成本的，比較簡(jiǎn)易的通信控制途徑，由于其本身的設(shè)計(jì)，USS 不能用在對(duì)通信速率和數(shù)據(jù)傳輸量有較高要求的場(chǎng)合。在這些對(duì)通信要求高的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)選擇實(shí)時(shí)性更好的通信方式，如 PROFIBUS-DP 等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到 USS 的這一局限性。

例如，如果在一些速度同步要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合（如造紙生產(chǎn)線），對(duì)十幾甚至數(shù)十臺(tái)變頻器采用 USS 通信控制，其效果可想而知。

所有的西門(mén)子變頻器都帶有一個(gè)RS485通訊口，PLC作為主站，最多允許31個(gè)變頻器作為通訊連路中的從站，根據(jù)各變頻器的地址或者采用廣播方式，可以訪問(wèn)需要通訊的變頻器，只有主站才能發(fā)出通訊請(qǐng)求報(bào)文，報(bào)文中的地址字符指定要傳輸數(shù)據(jù)的從站，從站只有在接到主站的請(qǐng)求報(bào)文后才可以向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在使用USS協(xié)議之前，需要先安裝西門(mén)子的指令庫(kù)。USS協(xié)議指令在STEP7—MICRO/WIN32指令樹(shù)的庫(kù)文件夾中，STEP7—MICRO/WIN32指令庫(kù)提供14個(gè)子程序、3個(gè)中斷程序和8條指令來(lái)支持USS協(xié)議。調(diào)用一條指令時(shí)，將會(huì)自動(dòng)地增加一個(gè)或幾個(gè)子程序。

USS 協(xié)議的基本特點(diǎn)如下：

USS 的工作機(jī)制是，通信總是由主站發(fā)起，USS 主站不斷循環(huán)輪詢各個(gè)從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否、以及如何響應(yīng)。從站永遠(yuǎn)不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。

從站在以下條件滿足時(shí)應(yīng)答：

1、接收到的主站報(bào)文沒(méi)有錯(cuò)誤；

2、并且本從站在接收到主站報(bào)文中被尋址。