工业传感器与变送器详解：13 工业传感器与Modbus/CAN/工业以太网

第13章 工业传感器与Modbus/CAN/工业以太网

——从现场数据采集到智能工业网络

在前面的章节中，我们完成了工业仪表通信技术的发展路线：

传感器 → 模拟信号 → 4–20 mA → HART → PROFIBUS PA / FOUNDATION Fieldbus

这些技术主要服务于过程自动化领域，例如压力、温度、流量、液位和分析仪表。

但工业现场还有另一大类设备：PLC远程I/O、电机驱动器、机器人、数控设备、视觉系统、智能传感器和工业执行机构。这些设备具有更高的数据量、更强实时性和更复杂的控制需求。因此工业通信进一步发展：

简单仪表通信 → 设备级通信 → 运动控制通信 → 工业以太网

本章重点分析RS-485物理基础、Modbus设备通信、CAN实时控制网络、CANopen智能设备模型、PROFINET工业以太网、EtherCAT高速运动控制以及IO-Link智能传感器接口，最终建立：

传感器 → 通信接口 → 协议模型 → 工业网络 → 控制系统

的完整认知体系。

13.1 工业传感器通信的发展

——从模拟量到网络化设备

工业传感器的发展经历了四个阶段：

第一阶段：模拟输出
例如压力传感器：压力 → 4–20 mA → PLC。特点是简单可靠，缺点是信息量有限。

第二阶段：数字通信
例如Modbus：传感器 → RS-485 → PLC。优势是可传输多个变量、状态和参数。

第三阶段：智能设备网络
例如CANopen：传感器 → CAN总线 → 控制器。设备具备对象模型、参数管理和状态机。

第四阶段：工业以太网
例如PROFINET：设备 → Ethernet → PLC。支持高速通信、大数据和实时控制。

13.2 RS-485物理层

——工业数字通信的基础道路

RS-485不是协议，而是一种电气接口标准。类似道路（物理层）与车辆（协议）的关系。RS-485规定电压、信号方式、传输距离和节点数量。

13.2.1 RS-485差分传输

RS-485采用差分信号，两根信号线为A和B。发送端比较A-B电压：逻辑1时A > B，逻辑0时A < B。结构为：发送端TX → 差分驱动器 → A/B → 接收端差分比较器。

13.2.2 为什么采用差分？

工业现场存在电机、变频器和电磁阀等大量干扰。单端信号（信号 + 地）容易