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1、 广州致远电子有限公司 文库资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 1 工业通讯 -CAN bus通信产品 第 7章 CAN总线应用层协议 DeviceNet 1.1 DeviceNet规范 DeviceNet 是全球使用最广泛的现场总线之一 。 DeviceNet 是基于 CAN 总线技术并符合全球工业标准的开放型通信网络。虽然定位于工业控制的设备级网络，但是 它采用了先进的通信概念和技术， 仅 通过一根电缆将工业设备 接成网络。 网络中不仅有 底端的工业设备，还有像变频器
2、、 HMI 这样复杂的设备 ，这样 不仅 降低了系统的复杂性， 还 减少了设备通信的电缆硬件接线， 提高系统可靠性，降低安装、维护成本， 是分布式控制系统的理想解决方案 ， 因而在世界范围内获得了大力 推广和广泛应用， 并 已成为国际标准、欧洲标准和我国的国家标准 。 1.1.1 DeviceNet规范 简介 DeviceNet 规范定义了一个网络通信标准，以便组成工业控制系统的各个设备之间可以进行数据通信。 DeviceNet 规范 除了提供 ISO 模型的应用层定义之外，还定义了部分 物理层和数据链路层 。 规范中不仅 对 DeviceNet 节点的物理连接也作了 规定 ，连接器、电缆类型
3、、长度 以及与通信相关的指示器、开关、相关的室内铭牌都作了详细规定。 DeviceNet 是建立在 CAN 协议基础之上，沿用了 CAN 协议所规定的物理层和数据链路层，并补 充了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和隔离方法。 DeviceNet 的功能和特点如 表 7.1 所示。 表 7.1 DeviceNet特点 网络容量 最多 64个节点 总线拓扑结构 主干 -分支结构，电源和信号在同一电缆中 网络长度 网络长度随网络传输速率变化而变化 波特率 干线长度 125kb/s 500m 250kb/s 250m 500kb/s 100m 数据包大小 0 8Byte（大数据量时支持分段报
4、文） 总线寻址 支持多点及点对点传送，多主和主从通信方式 系统特性 支持设备热插拔，无需网络断电 DeviceNet 的应用层协议则采用的是通用工业协议（ CIP）。 CIP 是一个在高层面上严格面向对象的协议。每个 CIP 对象具有属性（数据），服务（命令），连接和行为（属性值与服务间的关系），其主要功能有两个：一是面向连接的通信； 二是定义了标准的工业应用对象 。下文详细介绍通信部分。 CIP 通信最重要的特点是它用不同的方式传输不同类型的报文，根据报文质量 要求将需要发送的报文分为：显式报文和隐式报文。 CIP 另一个重要特点是通信基于连接的。因此 DeviceNet 网络上任意 两 个
5、节点通信之前必须建立起连接，且连接是可以动态建立和撤销。请注意这里的“连接”是逻辑上的关系，而非物理层的连接。 DeviceNet 支持两种类型的连接：显式 信息 连接和 I/O 连接。 显式 信息 连接是点对点的连接方式，报文接收方必须对接到的报文做出相应的响应，通常 广州致远电子有限公司 文库资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 2 工业通讯 -CAN bus通信产品 这类报文对时间要求不高，主要用于上传 /下载程序、修改设备参数、趋势分析和诊断等。 I/O连接则用于传
6、送实时性要求较高的 I/O报文，可以 一对一、一对多的数据传送。 DeviceNet支持多种 I/O 数据触发方式，如位选通（ Bit strobe）、轮询（ Poll）、 状态改变（ COS:Change Of State） /循环（ Cyclic）等。 位选通： 利用 8 字节的广播报文，每一位分别对应着网络上 64 个节点，指定要求响应的从节点，响应报文最大为 8 个字节。 轮询： 这种触发方式适用于绝大多数设备，相比位选通的少量 I/O 数据，轮询命令可传送任意数量的数据。轮询命令依次发送到各从站设备，从站接收到命令后做出应答。 状态改变： 此方式多用于离散的设备，当设备状态 发生改变
7、时，使用事件触发方式，发生通信，而不是依靠主设备不断查询。为了防止设备掉线，增加了心跳报文，定时获取设备运行状态。 循环： 适用于一些模拟设备，可以根据设备信号发生快慢，灵活的设定循环通信的时间间隔，可以降低不必要的网络流量， 循环时间设定值应小于模拟量输入发生变化的时间值 。每台设备中，循环和状态改变是互斥的，同一时刻只能使用一种连接方式。 下面通过 图 7.1 介绍 DeviceNet 网络中两台设备建立通信的一般流程。 图 7.1 DeviceNet通信基本流程 DeviceNet 网络上最多可有 64 个节点 ， 节点 地址 （ MAC ID） 可为 063， 每一个节点都具有唯一的
8、MAC ID。因此 每个 节点在上电之后、上线之前必须进行重复 MAC ID 检测 ，以确认其 MAC ID 是否已被网络上其它节点 使用 。节点在上电之后，将发送重复 MAC ID 检测 报文，间隔一秒， 如果连续两次发送都没有 接收 到来自其它节点的重复 MAC ID 响应报文，那么该节点可以使用 此 MAC ID 并转为在线状态 ，否则表示该 MAC ID 已被其它节点占用，该节点 为离线状态 。 然后，通过未连接显式信息建立显式信息连接，主从站通过显式信息进行各种配置和信息交换， 主站通过 显式信息 读取从站的标识信息，并与预先保存的配置信息进行对比，只 有完全一致时主站才会对从站进行
9、下一步操作，否则主站将会主动释放 显式信息连接 。最后，建立 I/O 连接，并通过 I/O 连接进行实时数据收发。 注：不同的主站模块建立 I/O连接的流程有所差别，上文强调的是 DeviceNet网络是基于连接的一种通信网络。 广州致远电子有限公司 文库资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 3 工业通讯 -CAN bus通信产品 1.1.2 DeviceNet设备及网络拓扑 DeviceNet 网 络是一种设备级的现场总线网络，它的拓扑结构是比较自由的， 典型拓扑结构 是
10、主干 -分支方式 ， 如 图 7.2 所示 。 图 7.2 典型 DeviceNet网络拓扑图 在 实际 应用中， Devicenet 网络 基本上都采用主 /从连接通信 方式，因此网络中 的 设备有主从设备之分，下面将介绍这两类设备。 主站设备 目前有二种形式的主站，一种是可编程控制器 （ PLC） 中的一个单元，它的内部集成了DeviceNet 的主站功能，这个单元能连接到 DeviceNet 总线，同时因为它是 PLC 中的一个 单元，它能与 PLC 的 CPU 交换数据，因此通过 编写 PLC 程序对它所连接的 DeviceNet 从站进行管理和控制，这种主站使用最 为 普遍 。国外知
11、名厂家有： AB、 OMRON 等等。 另一种 是 主站计算机 使用一个 集成了 DeviceNet 的主站功能 PCI 或 USB 接口卡 ，并通过 相应的设备 总线与计算机的 CPU 交换数据 ， 实现对从站的管理和控制 。 它可以使 PC 机快速连接到 DeviceNet 网络，可以在最短时间内实现可视化、参数化的网络分析及控制。通 常 也 有两种方式使用 PCI/USB 主站卡，一种是使用组态软件，另一种方式就是自己 编写上位机程序。 目前，这类主站 国内外知名的厂家有：罗克韦尔 、广州致远电子股份有限公司（ PCI-5010-D / USBCAN-E-D）。 现代控制系统中由上位机提
12、供的人机界面也是必不可少的， DeviceNet 总线主站设备无论采用 PLC 的单元模块或 PCI/USB 接口卡，对外都具有开放的通信接口，可以适用于市面上绝大多数的组态、监控软件。 图 7.2 中主站卡 PCI-5010-D 不仅提供了 提供免费 ZOPC 服务器接口，可直接运行于常用的组态软件（组态王、 MCGS、 Intouch 等）， 还 提供了标准的应用程序接口（ API）、 DeviceNet 扫描模块动态链接库、配套的程序示例，等等。 从站设备 如 图 7.2 所示，从站有马达驱动器、 I/O 设备、传感器、按钮组、 HMI 等等。通常，从站设备的控制比较简单，大多数都采用轮询方式工作 。为了 方便用户 快速设计出符合 DeviceNet规范的从站设备 ，为此广州致远电子股份有限公司 推出了一款 嵌入式 DeviceNet 从站模块 广州致远电子有限公司 文库资料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 4 工业通讯 -CAN bus通信产品 XGate-DVN10。它适用于各种干扰强、实时性要求高的工业场合， 具有小巧的体积和灵活的应用方式，可以非常方便的嵌入到用户的设备中 。
