我們都熟悉串行通信；計(jì)算機(jī)上的USB連接使用串行通信來(lái)連接鼠標(biāo)、鍵盤和內(nèi)存條。雖然無(wú)線和藍(lán)牙部分取代了實(shí)際的電纜，但原理仍然是一樣的。

然而，當(dāng)談到變頻器時(shí)，許多用戶仍然喜歡簡(jiǎn)單的硬接線控制連接。這些在小型的安裝應(yīng)用中是很好的，并且很容易排除故障，但是在更復(fù)雜的安裝應(yīng)用中，串行通信有很大的意義，可以替換大量的電纜，并且可以從筆記本電腦上輕松設(shè)置。幾乎所有的變頻器都內(nèi)置了串行通信作為標(biāo)準(zhǔn)，因此轉(zhuǎn)移到串行通信通常不會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。

它們是什么？它們是如何工作的？好吧，最簡(jiǎn)單的，串行通信包括發(fā)送一串?dāng)?shù)字脈沖——1和0，變頻器將解釋它們，對(duì)它們采取行動(dòng)，并可能發(fā)回一個(gè)信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們需要定義硬件，例如1或0是多少伏特。然后，我們需要決定一個(gè)協(xié)議，以確定誰(shuí)發(fā)送什么以及何時(shí)發(fā)送，否則這些信號(hào)將全部混淆。我們還需要決定如何構(gòu)造我們的信號(hào)，以便它到達(dá)正確的位置，并進(jìn)行某種形式的檢查。最后，我們需要定義1和0的含義。

定義硬件非常簡(jiǎn)單。我們可以使用無(wú)線或光纖電纜，但對(duì)于低水平的工業(yè)應(yīng)用，我們通常使用RS485定義的簡(jiǎn)單電纜和信號(hào)，RS485是為工業(yè)中的噪聲環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的成熟標(biāo)準(zhǔn)。圖1顯示了兩條電纜中的信號(hào)相對(duì)于0V，如何以相反的方式相互切換的。

圖1 RS 485 基礎(chǔ)功能

這提供了很高的抗噪性，但必須確保整個(gè)系統(tǒng)中的接地是相同的，比如通過(guò)把兩根信號(hào)線，裝入雙端接地的屏蔽層，然后再來(lái)連接不同的點(diǎn)或可尋址位置（節(jié)點(diǎn)）。

現(xiàn)在我們需要決定信號(hào)協(xié)議。一種方法是定義主從系統(tǒng)。主機(jī)總是開(kāi)始一段“對(duì)話”；從機(jī)只有在和主機(jī)對(duì)話時(shí)才回答。這個(gè)系統(tǒng)很容易理解，并且允許向所有從機(jī)廣播消息，前提是它們不回復(fù)“廣播”消息。許多工業(yè)通訊都使用這個(gè)系統(tǒng)。主從系統(tǒng)的一種變化是令牌系統(tǒng)；擁有令牌的人就是主系統(tǒng)，但它可以被傳遞。這些系統(tǒng)可以避免信號(hào)沖突從而導(dǎo)致?lián)p壞。

但是，對(duì)于以太網(wǎng)類型的傳輸（在internet上使用的系統(tǒng)），允許沖突?；旧?，系統(tǒng)上的任何東西都可以嘗試發(fā)送信號(hào)；如果發(fā)生沖突，則停止發(fā)送，然后重試。如果網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)有信號(hào)已損壞，則會(huì)再次發(fā)送該信號(hào)。以太網(wǎng)已經(jīng)被優(yōu)化為非?？焖俚牟僮?，并使用許多不同的媒體，如光纖，無(wú)線，當(dāng)然還有熟悉的以太網(wǎng)電纜?；ヂ?lián)網(wǎng)基本上就是利用這一原理擴(kuò)展到萬(wàn)維網(wǎng)的。以太網(wǎng)系統(tǒng)在工業(yè)中越來(lái)越流行，因?yàn)樗S著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展了技術(shù)，降低了價(jià)格。但是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)路由器來(lái)檢測(cè)和控制沖突。

雖然速度很快，但時(shí)間并不是以太網(wǎng)的決定因素。也就是說(shuō)，你總得需要或短或長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)抓住總線并發(fā)送信號(hào)，而在主從系統(tǒng)中，主機(jī)在時(shí)間上有完美的控制；尤其是在控制復(fù)雜的機(jī)器時(shí)，這一點(diǎn)很重要。以太網(wǎng)系統(tǒng)在此方面還有很多工作要做。

Canbus系統(tǒng)（一個(gè)為車內(nèi)使用而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，現(xiàn)在在工業(yè)上也很流行）允許信號(hào)具有優(yōu)先順序；雖然你抓住了總線，但是一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的信號(hào)會(huì)接管你?？刂浦苿?dòng)系統(tǒng)時(shí)非常重要。

因此，不管怎樣，我們都有一個(gè)協(xié)議，它允許信號(hào)在不被破壞的情況下傳播——或者，如果它們被破壞了，就像在以太網(wǎng)中一樣，那么它就被挑選出來(lái)了。我們現(xiàn)在需要準(zhǔn)確地定義我們的信號(hào)意味著什么。當(dāng)然，如果我們想的話，我們可以自己制造串行通信系統(tǒng)，但是如果我們采用現(xiàn)有的串行通信系統(tǒng)，就很容易找到硬件和軟件來(lái)幫助我們。不久前，一些使用自己串行通信的公司決定，定義信號(hào)的結(jié)構(gòu)然后向所有人發(fā)布這些定義，從而鼓勵(lì)人們使用它們，因?yàn)檫@符合他們的利益。這些系統(tǒng)被稱為開(kāi)放式或現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，通常由一個(gè)正式的文件定義，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)。例如Profibus、Canbus、Devicenet、Bacnet和Modbus；大多數(shù)這些現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)現(xiàn)在也有以太網(wǎng)的變形。

大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從定義硬件開(kāi)始，通常是RS485，但越來(lái)越多的是使用以太網(wǎng)電纜的系統(tǒng)或著光纖。然后他們定義了協(xié)議——通常是主從協(xié)議，但對(duì)于以太網(wǎng)，沖突系統(tǒng)具有確定時(shí)間的定義區(qū)域。最后，它們定義了一個(gè)報(bào)文結(jié)構(gòu)——一個(gè)承載信息的數(shù)據(jù)塊。

讓我們看幾個(gè)例子。Modbus是一種通用的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，它使用RS485硬件和主從系統(tǒng)。圖2顯示了基本的報(bào)文結(jié)構(gòu)。

圖2  Modbus 報(bào)文格式

在報(bào)文的開(kāi)頭和結(jié)尾有一個(gè)空格，然后信號(hào)的前8位定義了目的地地址——只有8位，所以系統(tǒng)上只有有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)。然后是一個(gè)函數(shù)代碼；在最簡(jiǎn)單的形式中，這是一個(gè)代碼，比如“03”表示讀，“06”表示寫。然后是數(shù)據(jù)；這可能是一個(gè)參數(shù)值，一個(gè)設(shè)定點(diǎn)，或者別的什么。最后，有一個(gè)校驗(yàn)，以確保整個(gè)報(bào)文沒(méi)有被破壞。

Modbus的工作方式是，主設(shè)備將向從設(shè)備寫入請(qǐng)求讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)，而從設(shè)備將按照指示返回信息或?qū)懭霐?shù)據(jù)。這些讀或?qū)懖僮魇鞘褂弥鳈C(jī)或從機(jī)中的寄存器塊來(lái)執(zhí)行的。主機(jī)或從機(jī)將這些寄存器中的數(shù)據(jù)解釋為參數(shù)值、測(cè)量值（如輸出頻率、負(fù)載電流）等。

以太網(wǎng)報(bào)文是一種更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，但具有相同的基本信息。

圖3 以太網(wǎng)報(bào)文格式

現(xiàn)在我們有了一個(gè)源和目標(biāo)MAC地址（世界上每臺(tái)機(jī)器都是唯一的?。┒x信號(hào)類型的兩個(gè)字，然后是數(shù)據(jù)包和有效數(shù)據(jù)。最后是一個(gè)校驗(yàn)，以確保信號(hào)正常。憑借以太網(wǎng)的速度我們可以傳輸大量的數(shù)據(jù)，但是以太網(wǎng)的一個(gè)缺點(diǎn)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)路由器。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)定義了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)區(qū)域之間的短時(shí)間“通道”，可用于關(guān)鍵的時(shí)間相關(guān)控制。這使得Modbus TCP和Profinet等現(xiàn)場(chǎng)總線衍生產(chǎn)品在工業(yè)環(huán)境中使用以太網(wǎng)具有極大的優(yōu)勢(shì)。

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的串行通信系統(tǒng)在整個(gè)工業(yè)中相當(dāng)普遍。諸如Modbus、Canbus和Profibus等成熟系統(tǒng)的年增長(zhǎng)率仍保持在7%左右，但工業(yè)以太網(wǎng)的增長(zhǎng)速度更快，通常為20%。

英泰變頻器支持一些常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，并且可以安裝簡(jiǎn)單的適配器與其他多種設(shè)備一起工作。