MODBUS通讯和PROFIBUS现场总线在地铁直流牵引配电系统中的应用

现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。

本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。

ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。

在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。

每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。

通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。

在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。

PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。

这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。

CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。

在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。

通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。

在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。

航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。

CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。

ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。

Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。

modbus协议于地铁直流牵引供电系统的作用摘要：Modbus协议规定由施耐德公司早在1987年，由于其结构简单、精致得到大多数厂家的支持。

目前Modbus协议在地铁直流牵引供电系统也得到了广泛的应用，但由于Modbus协议本身的特点有不符合电力系统中使用的地方，仍然有一些问题Modbus协议、参数选择的地址、函数代码和应用程序功能需要实现。

讨论一些问题Modbus协议实现的特殊功能和常见的应用程序功能来分析地铁直流牵引供电系统应用程序。

关键词：地铁；modbus协议；直流牵引供电系统1前言城市轨道交通直流牵引供电系统的电气保护是否完善，保护价值合理是地铁运行安全与人生活的重要事件。

为了更好地促进和利用Modbus规约，本文从检测实践入手，在使用Modbus规约的目标语篇中，应注意实践中存在的问题，使Modbus规约地铁直流牵引供电系统的信息交换。

2 Modbus协议简介Modbus协议是MODICON公司推出的一种开放的现场总线通信协议，可以实现RS232和RS485，以太网，光纤，异步串行通信的无线介质，以及不同厂家的控制设备可以集成到一个工业网络中。

Modbus协议是一种具有强调试能力、大数据传输和良好实时性的请求/响应协议。

标准的Modbus协议定义了255个功能代码。

在矿山设备电气控制系统的设计中，常用的函数代码为03、16。

函数代码用于读取一个或多个寄存器的数据。

函数代码用于为多个寄存器编写数据。

通过该协议，控制器可以通过网络和其他设备进行通信。

Modbus协议是一种标准、开放、可支持多种电气接口、简单紧凑的数据帧格式、大量的数据传输和实时性能等特点，已广泛应用于工业控制系统中，已成为通用的行业标准。

深入分析Modbus协议的实施原则及其安全性，对于提高工业控制系统的安全性具有重要的现实意义。

3 Modbus协议原理Modbus协议使用主从结构，在连接到不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。

关于MODBUS和PROFIBUS的应用一、Modbus协议Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。

此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。

许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。

有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。

如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus协议发送给询问方。

Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。

此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。

标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。

Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master 端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

二、PROFIBUS协议RS485接口(1) PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。

广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。

(2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP( Decentralized Periphery)．PROFIBUS－PA(Process Automation )．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。

现场总线及PROFIBUS总线技术在电厂的应用【摘要】概述现场总线特点及现状，对比PROFIBUS现场总线和其它总线，阐述电厂过程控制及基于PROFIBUS现场总线自动化系统构成。

【关键词】现场总线技术；FROFIBUS总线；电厂应用1 现场总线技术的特点及现状单片机技术的发展导致了现场仪表和装置的数字化革命，也使得现场仪表和装置之间的数字通讯成为可能。

数字化、智能化的现场仪表和装置（如传感器、执行器等）不仅替代了4～20mA模拟系统，更主要的是可以在现场设备中实现控制功能和设备管理功能，而且有了数字通讯，在控制室可以获得现场设备的诸多信息，如诊断、量程、组态和标识等。

现场总线技术的出发点就是要为用户提供开发性、具有可互操作性、可互换性和统一标准的测量和控制产品，克服传统DCS和PLC等含有专利性技术的控制系统所带来的封闭性问题，择优选择不同公司的产品，集成最佳的生产过程控制系统，降低工程项目的建造和运营成本，提高企业的竞争力。

2 基于PROFIBUS现场总线与其它现场总线比较PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus）缩写。

1991年，PROFIBUS 成为德国国家标准DIN19245，1999年FORFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分，2001年被批准成为中华人民共和国工业自动化领域行业标准中唯一的现场总线标准。

目前除了过程现场总线PROF IBUS以外，较为流行的现场总线主要还有以下3种：基金现场总线FF，控制局域网CAN，HART总线。

FF总线功能强大，支持本安装系统，实时性好，总线供电，但如果主设备失效将使整个网络瘫痪，总线虽然性能突出，成本却较高，协议也复杂，主要应用于流程控制领域。

CAN总线简单可靠，抗干扰性强，成本低，非常适合用作传感器/执行器总线，但它的速度慢，传输距离也有限，不能满足有严格实时性要求的场合，其主要应用于汽车检测和控制。

HART总线目前广泛采用的模拟系统上，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要，其技术本身还在不断完善与更新，如需提高传输率，与以上总线技术相比，PROFIBUS在以下几方面显现了它的应用优势。

现场总线在城市轨道交通信号系统中的应用作者：王小可来源：《中国新通信》2013年第18期【摘要】介绍了目前应用在城市轨道交通系统中的现场总线技术，通过对西门子计算机联锁系统系统配置和硬件结构的分析，阐述了PROFIBUS总线在城市轨道交通信号系统中的应用情况。

【关键词】现场总线城市轨道信号系统一、引言随着计算机和通信技术大量应用于信号系统中，传统的集中控制模式的信号系统逐渐被淘汰，采用现场总线技术的分散控制模式的信号系统逐步应用于城市轨道交通中。

二、现场总线技术的分类目前城市轨道交通信号系统中使用的现场总线主要有以下几种：PROFIBUS、CAN、LONWORKS等。

其主要技术特点如下：（1）PROFIBUS现场总线。

PROFIBUS是一种国际性的、开放式的、不依赖于生产商的现场总线标准。

它诞生于1987年，由德国SIEMENS公司等组织开发，先后成为德国和欧洲的现场总线标准（EN50170），并于2000年成为IEC61158中的现场总线国际标准之一。

（2）CAN现场总线。

CAN是控制器局域网（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，其总线规范被ISO国际标准组织制定为国际标准。

CAN总线在国内应用非常广泛，在目前的轨道交通有大量应用实例。

三、现场总线技术在城市轨道交通信号系统中的应用城市轨道交通信号系统主要由计算机联锁子系统、列车自动防护子系统、列车自动驾驶子系统和列车自动监控子系统组成。

本文讨论西门子计算机联锁子系统中现场总线的应用。

SICAS ECC基本配置：（1）操作与显示控制系统：包括计算机单元操作控制台、中央操作与显示功能、服务与诊断（S&D）设备。

（2）IC（联锁计算机）系统：包括用于联锁的信号和安全逻辑，多样化的微机、冗余设计和到EIM-ECC的总线连接。

（3）SICAS ECC（元件控制计算机）：带有3取2计算机系统的故障-安全EIM-ECC，用于室外设备和轨道空闲检测的接口连接）。

profibus总线应用实例Profibus总线应用实例Profibus是一种广泛应用于工业自动化领域的通信总线协议，它提供了高效可靠的数据传输方式，广泛应用于各种工业设备和系统中。

本文将介绍几个使用Profibus总线的实际应用实例，以展示其在工业领域中的重要性和作用。

实例一：自动化生产线在现代工业生产中，自动化生产线已成为提高生产效率和质量的重要手段。

Profibus总线在自动化生产线中起到了关键的作用。

通过将各个设备和传感器连接到Profibus总线上，可以实现实时数据的高速传输和监控。

工业机器人、传感器、PLC等各种设备可以通过Profibus总线相互通信，实现自动化生产线的协调运行。

这样不仅提高了生产效率，还降低了维护和管理的成本。

实例二：智能仪表系统在工业过程控制系统中，智能仪表起到了监测和控制的关键作用。

Profibus总线可以与各种智能仪表连接，实现对温度、压力、流量等参数的准确测量和控制。

通过Profibus总线，智能仪表可以将实时数据传输到控制室，实现对工艺过程的实时监测和调整。

同时，控制室也可以通过Profibus总线向智能仪表发送控制指令，实现对工艺过程的远程控制。

这样可以提高工厂的生产效率和产品质量。

实例三：楼宇自动化系统楼宇自动化系统是现代建筑中不可或缺的一部分。

Profibus总线在楼宇自动化系统中的应用范围广泛，包括电力管理、照明控制、空调控制等。

通过Profibus总线，各个子系统可以实现相互之间的数据交换和协调控制。

例如，照明系统可以根据人员的实时需求进行智能调光，节约能源；空调系统可以根据室内温度和湿度实时调整温度和湿度，提供舒适的室内环境。

Profibus总线的应用使楼宇自动化系统更加智能化和高效。

实例四：能源监测系统能源监测系统是实现能源管理和节能减排的重要手段。

Profibus总线可以与各种传感器和仪表连接，实现对能源的监测和控制。

通过Profibus总线，能源监测系统可以实时采集并传输电力、水、气等各种能源的数据，实现对能源消耗的实时监测和分析。

现场总线技术PROFIBUS 在电厂的应用
引言对于老电厂的改造系统，由于大量采用非智能仪表和执行机构，全面更换、更新可能性很小，对于这样的系统，PROFIBUS 也可以提供很好的解决方案。

可以采用远程I/O 的方式，通过常规I/O 模块采集非智能仪表的信号，然后通过PROFIBUS-DP 总线连接到中央控制器。

仪表和执行机构可以按设备生命周期逐批更换。

安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控装置之间的数字式、串
行和多点通信的数据总线称为现场总线。

由于现场总线技术的出现，推动了现
场智能设备和智能仪表的发展，促进了传统DCS 系统和PLC 系统的融合，并推动了FCS（以现场设备为基础形成的网络集成式全分布控制系统）的出现、发展和广泛应用。

自现场总线概念提出以来，全球各大知名自控和仪表公司开发了数十种现场
总线，目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括：
PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET 等十大总线系统。

随着电力改革的深入，实行厂网分开、竞价上网的政策，各电厂为降低运行
成本、减少设备检修维护成本、缩短维护周期、实行状态检修，就需要对设备
状态进行监视，并将各工艺段自动化系统整和在一起。

现场总线系统的出现，
彻底解决了自动化孤岛问题，使电厂基于设备状态的检修成为可能。

PROFIBUS 现场总线系统介绍
PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成
为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。

PROFIBUS 现场总线通讯协议包括三个主要部分：。

3 PROFIdrive_v4.1定义的设备分类和它们之间的通信关系PROFIdrive 的驱动设备（P-设备）根据轴的数目，一般有一制造执行系统（MES ）--计划执行系统（ERP ）可视化 HMI / SCADA / DCS中央 HMI工程工具/ HMI本地HMI传动装置现场器件被控过程（例如，驱动设备）通信系统（例如，现场总线）通信系统（例如，以太网）装置参数装置参数（例如，非周期传送）I/O 数据（周期传送）路由器控制装置通用PDS 接口控制器上位控制装置控制器应用处理驱动应用处理驱动应用处理参数访问参数访问通信系统实际值实际值设定值驱动装置驱动装置由应用类型定义的接口图2 PROFIdriv 行规定义的通用驱动应用模型控制器控制器上位监控装置P-设备P-设备通信关系通信“伙伴”P-设备---P 设备控制器---P 设备上位监控装置---P 设备控制器---P 设备上位监控装置---P 设备控制器---P 设备图4 驱动轴或PROFIdrive 驱动目标（DO ）中的数据模型和数据流情况图5 在等时模式中的处理器同步化图6 PROFIdrive 驱动轴的基本状态机总线层通信帧通信服务服务行规参数数据层过程数据层（驱动层）非周期数据通道周期数据通道报警通道时钟同步设定值实际值过程数据故障事件过程处理驱动 / 轴写写读读参数管理行规周期数据映像行规（报文）故障码行规装置 = 时钟主站主时钟举例，位置控制举例，速度控制举例，插补控制驱动 / 轴从时钟同步（触发）同步（触发）从时钟任务1任务n任务n任务1控制器禁止开关接通准备开关接通开关接通运行状态开关断开快停斜坡停停机检测或禁止操作禁止操作操作使能惯性停机或快停惯性停机快停快停通通断优先权排序断惯性停机停机检测或禁止操作惯性停机或快停断开无惯性停机无快停控制器（PLC ）控制器（PLC ）控制器（PLC ）控制器（NC ）控制器（PLC / NC ）工艺技术工艺技术工艺技术工艺技术工艺技术路径插补，位置控制速度设定值设定值速度实际值设定值实际值实际值实际值开环速度控制，或闭环速度控制开环速度控制，或闭环速度控制编码器（选项）编码器（选项）编码器（选项）编码器（选项）编码器编码器编码器编码器编码器编码器驱动器驱动器驱动器驱动器工艺 + 速度控制工艺 + 速度控制应用类型 1应用类型 2应用类型 3应用类型 4和5应用类型 6定位控制字定位状态字插补 +位置控制 + 速度控制插补 +位置控制 + 速度控制速度设定值 +…实际位置 +…时钟时钟工艺+ 位置控制+ 闭环速度控制工艺+ 位置控制+ 闭环速度控制*）闭环速度控制对PLC 应用的时钟同步运行*）闭环速度控制对NC / RC 应用的时钟同步运行闭环速度控制 *驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器应用类型 1: 标准驱动应用类型；应用类型 2: 标准驱动加工艺功能应用类型；图7 PROFIdrive 定义的6种驱动应用类型根据图2，一个驱动类型由以下要素决定：图9 PROFIdrive 行规诊断功能路径插补传输延迟位置控制插补（T PC )速度滤波速度控制速度计算驱动控制器主控制器（NC ）零偏置和补偿n cmd : 速度命令X cmd ：位置命令X err : 位置误差命令X act : 实际位置T sc ：速度控制器采样时间T pc : 位置控制器采样时间DSC 控制器n cmdX cmd X errn DriveX act,NCX act,NCX act,DriveT pcT pcT scX act图8 动态伺服控制（DSC ）概念PROFIBUS / PROFINET报警通道故障分类机制PROFIdrive 故障分类提供特有的实际状态表示当前警告表示当前故障和故障历史故障确认故障缓冲机制当前故障故障历史选择项驱动功能正常不正常警告映像至故障分类故障映像至故障分类驱动警告机制图10 PROFIdrive 故障缓冲区说明3　附加行规驱动故障缓冲机制当前故障故障历史故障号故障号故障号故障代码故障代码故障代码地址值地址值地址值故障时间故障时间故障时间安全和驱动控制的共享控制选择项选择和不选择安全功能驱动行规安全架构（周期通信）驱动行规附加安全信息（周期通信）速度设定值指令驱动行规标准架构（周期通信）驱动控制处理驱动装置基于安全功能的驱动安全状态机制驱动安全接口PROFIsave 驱动PROFIsave 驱动F-控制安全用户程序协调驱动控制用户程序，运动控制基于安全功能的驱动处理驱动行规接口驱动控制变流器状态机制设定值通道信机制和程序编写，待以后再撰文详细介绍。