Modbus、RS232、RS485、Ethernet/IP、CAN和EtherCAT
对比表格
| 特性 | Modbus | RS232 | RS485 | Ethernet/IP | CAN | EtherCAT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 类型 | 通信协议 | 硬件接口标准 | 硬件接口标准 | 工业以太网协议 | 通信协议 | 工业以太网协议 |
| 应用领域 | 工业自动化 | 数据通信 | 工业控制、数据采集 | 工业自动化 | 汽车电子、工业自动化 | 工业自动化 |
| 传输介质 | 串行（RS232, RS485）或以太网 | 串行电缆 | 双绞线 | 以太网 | 双绞线 | 以太网 |
| 拓扑结构 | 主从 | 点对点 | 多点 | 星形、树形等 | 总线型 | 菊花链、星形、树形 |
| 通信速率 | 9600 bps 到 115200 bps（串行） | 最多1 Mbps，但通常为9600 bps到115200 bps | 最多可达10 Mbps | 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps | 最多1 Mbps | 100 Mbps |
| 传输距离 | 取决于传输介质 | 最多15米 | 最长1200米 | 取决于网络设备 | 最长40米（1 Mbps），最长1公里（5 Kbps） | 取决于网络设备 |
| 抗干扰能力 | 中等 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 |
| 实时性 | 低 | 低 | 中等 | 高 | 高 | 非常高 |
| 同步性 | 低 | 低 | 中等 | 高 | 高 | 非常高 |
| 节点数 | 通常最多247个（RS485） | 2个（点对点） | 最多32个节点（标准），扩展可达256个 | 理论上无限制 | 最多110个节点（标准），扩展可达2048个 | 理论上无限制 |
| 错误检测 | CRC | 奇偶校验、校验和 | CRC | CRC、帧校验 | CRC、位填充 | CRC、帧校验 |
| 优点 | 简单、开放、易于实现 | 简单、成本低、广泛使用 | 抗干扰能力强、传输距离远 | 高速、支持实时通信 | 高可靠性、实时性强、抗干扰能力强 | 实时性强、低延迟、高精度同步 |
| 缺点 | 数据传输速率较低，不适合实时性要求高的应用 | 传输距离和速率有限，抗干扰能力差 | 实现复杂度较高，需要终端电阻匹配 | 实现成本较高，需要专业网络设备 | 传输速率较低，适用于中小规模数据传输 | 实现成本较高，网络配置复杂 |
| 常见应用 | PLC、传感器、HMI | 计算机串口、调制解调器 | 工业自动化、楼宇控制 | 工业控制、机器人 | 汽车电子、工业自动化 | 高精度运动控制、机器人 |
| 标准/规范 | Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP | EIA/TIA-232 | EIA-485 | ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) | ISO 11898-1, ISO 11898-2 | EtherCAT Technology Group (ETG) |
更多技术细节
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Modbus:
- 帧结构: 起始位、地址域、功能码、数据域、校验码、结束位。
- 数据类型: 支持离散输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。
- 功能码: 常用功能码包括读输入状态（0x02）、读保持寄存器（0x03）、写单个线圈（0x05）、写单个寄存器（0x06）。
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RS232:
- 信号电平: 正负电压，通常+12V和-12V。
- 连接器类型: 常用DB9和DB25。
- 通信模式: 全双工。
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RS485:
- 信号电平: 差分信号，通常+5V和0V。
- 连接器类型: 通常使用螺丝接线端子或RJ45。
- 通信模式: 半双工或全双工。
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Ethernet/IP:
- 协议栈: 基于TCP/IP和UDP/IP。
- 实时性: 支持CIP Sync和CIP Motion用于时间同步和运动控制。
- 服务: 支持Explicit Messaging和Implicit Messaging。
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CAN:
- 帧结构: 起始位、仲裁域、控制域、数据域、CRC域、ACK域、结束位。
- 错误处理: 具有错误检测和自动重传机制。
- 优先级: 通过仲裁机制实现消息优先级。
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EtherCAT:
- 帧结构: 基于以太网帧，包含EtherCAT数据包。
- 实时性: 支持分布时钟机制，实现微秒级同步。
- 拓扑结构: 支持灵活的拓扑结构，包括菊花链、星形和树形。
帧协议内容
当然，以下是对Modbus、RS232、RS485、Ethernet/IP、CAN和EtherCAT的帧结构的更详细解释：
Modbus
Modbus有多种变体，包括Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP。以下是Modbus RTU的帧结构：
- 起始位: 通常是一个静默时间间隔（3.5个字符时间）。
- 地址域: 1字节，标识从设备地址。
- 功能码: 1字节，指定请求的操作类型（如读写寄存器）。
- 数据域: 可变长度，包含与功能码相关的数据（如寄存器地址和数量）。
- 校验码: 2字节，CRC校验码，用于错误检测。
- 结束位: 通常是一个静默时间间隔（3.5个字符时间）。
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RS232
RS232是一个硬件接口标准，没有特定的帧结构，但常用的帧格式如下：
- 起始位: 1位，表示帧的开始，低电平。
- 数据位: 5到8位，表示实际的数据。
- 奇偶校验位: 1位，可选，用于错误检测。
- 停止位: 1到2位，高电平，表示帧的结束。
RS485
RS485也是一个硬件接口标准，常用于实现Modbus RTU等协议。其帧结构取决于上层协议，如Modbus RTU的帧结构：
- 起始位: 通常是一个静默时间间隔（3.5个字符时间）。
- 地址域: 1字节，标识从设备地址。
- 功能码: 1字节，指定请求的操作类型（如读写寄存器）。
- 数据域: 可变长度，包含与功能码相关的数据（如寄存器地址和数量）。
- 校验码: 2字节，CRC校验码，用于错误检测。
- 结束位: 通常是一个静默时间间隔（3.5个字符时间）。
Ethernet/IP
Ethernet/IP基于标准以太网帧，以下是其帧结构：
- 以太网帧头:
- 目的MAC地址: 6字节。
- 源MAC地址: 6字节。
- 以太网类型: 2字节，通常为0x0800表示IPv4。
- IP头:
- 版本和头部长度: 1字节。
- 服务类型: 1字节。
- 总长度: 2字节。
- 标识符: 2字节。
- 标志和片偏移: 2字节。
- 生存时间: 1字节。
- 协议: 1字节，通常为0x11表示UDP或0x06表示TCP。
- 头部校验和: 2字节。
- 源IP地址: 4字节。
- 目的IP地址: 4字节。
- TCP/UDP头:
- 源端口: 2字节。
- 目的端口: 2字节。
- 长度: 2字节（仅UDP）。
- 校验和: 2字节。
- CIP消息:
- 命令: 1字节。
- 路径: 可变长度。
- 数据: 可变长度。
CAN
CAN帧结构分为标准帧和扩展帧，以下是标准帧的结构：
- 起始位: 1位，表示帧的开始。
- 仲裁域: 11位，标识符，用于仲裁优先级。
- 控制域: 6位，包含数据长度码（DLC），表示数据字段的字节数。
- 数据域: 0到8字节，实际传输的数据。
- CRC域: 15位，CRC校验码，用于错误检测。
- ACK域: 2位，确认位。
- 结束位: 7位，表示帧的结束。
EtherCAT
EtherCAT帧结构基于以太网帧，以下是其结构：
- 以太网帧头:
- 目的MAC地址: 6字节。
- 源MAC地址: 6字节。
- 以太网类型: 2字节，通常为0x88A4表示EtherCAT。
- EtherCAT数据包:
- EtherCAT命令: 1字节，表示EtherCAT命令类型。
- 长度: 2字节，表示数据长度。
- 循环计数: 1字节，表示帧的循环次数。
- 数据: 可变长度，实际传输的数据。
- 工作计数: 2字节，表示处理节点数。
- 帧校验序列（FCS）: 4字节，标准以太网帧的CRC校验码。
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