现场总线技术-第5章-DeviceNet--现场总线技术及其应用-教学课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,,*,*,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,单击此处编辑母版标题样式,,*,*,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,单击此处编辑母版标题样式,,*,*,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,现场总线技术及其应用,第,5,讲,,胡青松,2024/11/27,1,第,5,章,DeviceNet,,5.1 DeviceNet,概述,,5.2 DeviceNet,的网络模型,,5.3 DeviceNet,的物理层和传输介质,,5.4 DeviceNet,的数据链路层,,5.

2、5 DeviceNet,的应用层,,5.6 DeviceNet,组网,,5.7 DeviceNet,应用实例,2024/11/27,2,,1,、,DeviceNet,的发展,DeviceNet,在,1994,年,3,月由美国罗克韦尔自动化公司推出，,1995,年成为开放协议，首先在北美推广，逐渐在亚太地区乃至全世界应用。,2000,年,2,月，,DeviceNet,进入中国。,,DeviceNet,是应用日益广泛的一种底层设备现场总线，目前有包括罗克韦尔自动化公司在内的,300,多家自动化设备制造商的产品支持这种协议，在欧美和日本的现场总线市场占有很大的份额。,,另据世界著名的市场调查公

3、司,VDC,于,1999,年,3,月,12,日发布的“工业分布式远程,I/O,的全球市场和用户需求”研究报告称在分布式控制系统应用,CAN,总线,(DeviceNet),的市场份额占世界第二位到,2003,年仍将占第三位,,2000,年,6,月，,DeviceNet,成为有关低压开关设备与控制设备、控制器与电器设备接口的,IEC62026,现场总线标准之一，同月成为,IEC61158,标准。,,2002,年,10,月成为我国国家现场总线标准之一。,2024/11/27,3,,2,、,DeviceNet,简介,DeviceNet,是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于,CAN,总线技术的符合全

4、球工业标准的开放型通信网络，它是一种低成本的通信总线。,,它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作员终端这样的复杂设备。,,它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。（见图）,,直接互连性改善了设备间的通信，同时又提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线,I/O,接口很难实现的。,2024/11/27,4,,2024/11/27,5,,,DeviceNet,是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了硬接线和安装工业自动化设备的成本和时间。,,它

5、是分布式控制系统的理想解决方案。这种网络虽然是工业控制网的低端网络，通信速率不高，传输的数据量也不太大，但它采用了先进的通信概念和技术，具有低成本、高效率、高性能、高可靠性等优点。,,DeviceNet,规范还允许制造商提供电子数据文档（,EDS,），以文件的形式记录的一些具体操作参数信息，便于在配置设备时使用。便于第三方产品连接到,DeviceNet,上。,,,2,、,DeviceNet,简介,2024/11/27,6,,DeviceNet,可以提供,,低端网络设备的低成本解决方案,,低端设备的智能化,,主,/,从以及对等通讯的能力,,DeviceNet,有两个主要的用途,,传送与低端设备相

6、关联的面向的控制信息,,传送与被控系统间接关联的其他信息例如配置参数,,,2024/11/27,7,,,1,、同一网段上最多可以容纳,64,个节点，每个节点支持的,I/O,数量没有限制。,,2,、采用主干,-,分支结构。,,3,、三种可选数据传输速率：,125kbit/s,、,250kbit/s,和,500kbit/s,。网络端到端距离会因网络速度的不同而有所变化。,,4,、,DeviceNet,使用的通信模式是消息产生者,(Producer),和消息使用者,(Consumer),，消息产生者一次发送的数据可被多个消息使用者使用从而更有效的传送数据。,,5,、采用带非破坏性逐位仲裁的载波侦听多

7、址访问（,CarrievSense Multiple Access With Nondes truct Nondestructive Bit-Wise Arbitration—CSMA/NBA,）总线技术。,,DeviceNet,的主要技术特点,2024/11/27,8,,6,、支持位选通（,Bit-Atrobe,）、轮询（,Poll,）、状态改变（,Change of State,）和循环（,cylic,）的通信方式。,,7,、,DeviceNet,使用的通信协议为,11,位标识符，标识符,ID,分成四个消息组，各有不同用途，总线上的设备监听网络上消息，当设备辨识出正确的标识符后，将接受该消

8、息,,8,、采用,CAN,的物理层和数据链路层协议，采用,CAN,控制芯片，得到国际上主要芯片制造商的支持。,,9,、采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低，具有极好的检错效果。具有通信错误分级检测机制及通信故障的自动判别和恢复功能。,,10,、通信介质为独立双绞线，,总,线信号与电源承载于同一电缆。,DeviceNet,的主要技术特点,2024/11/27,9,,,,11,、支持设备热插拔，可带电更换网络节点（不用中断网络就可以解除节点），在线修改网络配置。,,12,、接入,DeviceNet,的设备可选择光隔离设计，由外部供电的设备与总线供电的设备共享总线电缆。,,13,、总线的电源结构

9、和容量可调，以满足各分类应用的需要，每个电源的最大容量为,16A,。电源插头可以连接符合,DeviceNet,标准的不同制造商的供电装置，内置式过载保护。,,,,,DeviceNet,的主要技术特点,2024/11/27,10,,DeviceNet,的主要特点和功能,,网络大小,最多,64,个节点,,,,网络长度,可选的端,-,端网络长度随网络传输速度而变化,,,波特率,距离,,125kbit/s,500m (1640ft),,250kbit/s,250m (820ft),,500kbit/s,100m (32ft),数据包,0~8B,,总线拓扑结构,线性（干线,/,支线）；电源和信号在同一网

10、络电缆中,,总线寻址,带多点传送（一对多）的点对点；多主站和主,/,从；轮询或状态改变,,系统特性,支持设备的热插拔，无需网络断电,,2024/11/27,11,,DeviceNet,通讯,DeviceNet,协议最基本的功能是在设备及其相应的控制器之间进行数据交换。因此，这种通信是基于面向连接的（点对点或多点传送）通讯模型建立的。这样，,DeviceNet,既可以工作在主从模式，也可以工作在多主模式。,,DeviceNet,的报文主要分为高优先级的进程报文（,I/O,报文）和低优先级的管理报文,(,直接报文,),。两种类型的报文都可以通过分段模式来传输不限长度的数据。,,2024/11/27

11、,12,,所谓的“预定义主,/,从连接集”适用于简单的,DeviceNet,从站设备。作为,DeviceNet,协议的子集，它支持从主站到从站传送的直接报文，轮询,I/O,报文，位选通,I/O,报文以及由从站向主站传送的状态变化,/,循环,I/O,报文。,,“非连接报文管理端口（,UCMM,）”以及动态生成“直接及,I/O,连接”则适用于从站比较复杂的情况，这些从站可支持多个主站并能与其他设备维持点到点互联。设备启动报文和设备关闭报文是特别为安全相关系统设计的“离线连接设置”则简化了对非常规组件的配置工作。,,DeviceNet,的通信和应用都是基于对象模型的。预先定义好的对象简化了不同厂商的

12、不同设备间的数据交换。通过建立不同设备的子集，用户可以从进一步的规范化中获益。,2024/11/27,13,,DeviceNet,标准化,DeviceNet,总线的组织机构是“开放式,DeviceNet,供货商协会”（,ODVA,）。,ODVA,是一个独立组织，制定并管理着,DeviceNet,规范（,DeviceNet Specification,），促进,DeviceNet,在全球的推广和应用。,,中国的,ODVA,机构设在上海电器科学研究所。,,DeviceNet,规范定义了一个网络通信标准，规范分为两卷，内容如下：,2024/11/27,14,,卷,1,：,,DeviceNet,通信协

13、议和应用（第,7,层,—,应用层）。,,CAN,以及它在,DeviceNet,中的应用（第,2,层,—,数据链路层）,,DeviceNet,物理层和介质（第,1,层,—,物理层）,,卷,2,：,,为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进行设备描述,2024/11/27,15,,除第,7,层（应用层）外，,DeviceNet,规范还对一部分第,1,层（收发器）以及第,0,层（传输介质）进行了规定，这就为,DeviceNet,节点的物理连接提供了标准。协议对连接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。,,和,CANopen,协议相比较后可以看出，两种协

14、议可以实现相类似的功能，但,DeviceNet,更强调不同的优先权。,,CANopen,的通信机制更加简单，从而可以降低设备的复杂程度。使用,DeviceNet,可以提供更高的安全性，但这也需要耗用更多的资源。,,,2024/11/27,16,,媒体访问控制（,MAC,）,逻辑链路控制（,LLC,）,应用层,物理层信号（,PLS,）,传输介质,媒体访问单元（,MAU,）,5.2DeviceNet,的网络模型,图,1 DeviceNet,协议层次结构,ISO,物理层,,（层,1,）,ISO,介质层（层,0,）,ISO,数据链路层,,（层,2,）,ISO,应用层（层,7,）,2024/11/27,

15、17,,DeviceNet,与,CAN,的联系,DeviceNet,建立在,CAN,协议基础上,,沿用,CAN,物理层信号和数据链路层协议,,自定义应用层和物理访问单元协议,,增加有关传输介质的协议规范,2024/11/27,18,,DeviceNet,与,CAN,的联系,媒体访问控制（,MAC,）,逻辑链路控制（,LLC,）,应用层,物理层信号（,PLS,）,传输介质,媒体访问单元（,MAU,）,DeviceNet,协议规范,CAN,协议规范,DeviceNet,协议规范,图,2 DeviceNet,中,CAN,的活动范围,2024/11/27,19,,DeviceNet,各层简介,——,

16、介质层,,DeviceNet,的介质层主要定义了传输介质的电气及机械接口，总线拓扑结构及网络元件。,具体包括：,,系统接地,,粗缆和细缆混合结构,,网络接地,,电源分配,2024/11/27,20,,DeviceNet,各层简介,——,物理层,,DeviceNet,的物理层包括两部分：,物理层信号（,PLS,）,,媒体访问单元（,MAU,）,2024/11/27,21,,物理层信号（,PLS,）：采用,CAN,的物理层信号。,DeviceNet,各层简介,——,物理层,媒体访问单元（,MAU,）包括：,收发器,,连接器,,误接线保护电路,,调压器,,光隔离器,2024/11/27,22,,De

17、viceNet,各层简介,——,数据链路层,DeviceNet,数据链路层遵循,CAN,协议规范，,,通过,CAN,控制芯片实现。,媒体访问控制子层（,MAC,）－目标层,,逻辑链路控制子层（,LLC,）－传送层,其中,MAC,是通信协议的核心部分。,2024/11/27,23,,DeviceNet,各层简介,——,数据链路层,MAC,子层的功能主要是传送规则，即：,控制帧结构,,执行仲裁,,错误检测,,出错标定,,故障界定,2024/11/27,24,,DeviceNet,各层简介,——,数据链路层,LLC,子层的主要功能是：,,,为数据传送和远程数据请求提供服务,,控制报文滤波，报文处理,

18、,为恢复管理和通知超载提供信息,,提供应用层的接口,2024/11/27,25,,DeviceNet,各层简介,——,应用层,DeviceNet,应用层定义了传输数据的语法和语义，,,大大增强了总线通信连接能力，降低了硬件成本。,,规范详细定义了连接、报文传送和数据分割等方,,面的内容，采用的是,CIP,（,Common Industrial Protocal,）。,应用层主要功能：,建模,,设备描述功能,2024/11/27,26,,5.3.1,.,媒体访问单元,2024/11/27,27,,1.,收发器,传送和接收,CAN,信号的物理组件,,选择收发器必须保证符合,DeviceNet,规范

19、,,例如：,Philips,的,82C250,和,82FC251,就是常见的两款兼容,DeviceNet,协议的,CAN,总线收发器,2024/11/27,28,,2.,误接线保护,(MWP),DeviceNet要求结点能承受连接器上5根线的各种组合的接线错误。,2024/11/27,29,,3.,接地隔离问题,为防止地线形成回路，DeviceNet网络必须只在一处接地，任一设备都必须有接地隔离栅,2024/11/27,30,,4.,非隔离的物理层,如果结点含有非隔离物理层，该结点的所有部件必须或以V-为参考接地，或者接地隔离。,2024/11/27,31,,5.,隔离的物理层,在带隔离物理层

20、的结点内，其中一部分部件不以DeviceNet网络的V-为接地参考，而是连接到接地点。,2024/11/27,32,,5.3.2,.,传输介质,拓扑结构*,：干线,—,分支结构,,终端电阻：固定规格、必须安装在干线两端,,连接器*,：保证不切断网络即可移走设备,,设备分接头：设备端子与干线的连接点,,电源分接头*,：电源与干线的连接点,,网络接地*,：靠近网络物理中心处一点接地,,临时终端支持,2024/11/27,33,,拓扑结构图,,2024/11/27,34,,,DeviceNet只允许在支线上有分支结构；,,在设备连接方式上，可灵活选用开放式和密封式的连接器；,,网络干线的长度有数据传

21、输速率和所使用的电缆类型决定；,,DeviceNet允许在干线系统中混合使用不同类型的电缆。,2024/11/27,35,,电源分接头,,2024/11/27,36,,5.3.3,.,物理层信号,采用,CAN,的物理层信号,,逻辑电平的物理状态,,,隐性,—,逻辑,0—,电位差,0V,,,显性,—,逻辑,1—,电位差,2.5V,2024/11/27,37,,5.4DeviceNet,的数据链路层,数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层进行可靠、有效通信的方法。,,数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。,,数据链路

22、层通过物理层从一台计算机到另一台计算机无差错的传输数据帧，允许网络层通过网络连接进行虚拟无差错传输。,2024/11/27,38,,Devicenet,的数据链路层,Devicenet,的数据链路层遵循,CAN,协议规范，并通过,CAN,控制器芯片实现。,,Devicenet,的数据链路层分为媒体访问控制（,MAC,）子层和逻辑链路控制（,LLC,）子层。,,传送规则，亦即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。,为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由,LLC,子层接受的报文实际已被接受，并为恢复管理和通知超载提供信息,2024/11/27,39,,CAN,在,MAC,子层定义了

23、四种帧格式：,,数据帧,,远程帧,,超载帧,,出错帧,,MAC,子层介绍,在,Devicenet,上传输数据。由帧起始、仲裁域、控制域、数据域、,CRC,域、,ACK,域和帧结束构成,用来进行数据流的控制,,在,Devicenet,中没使用，也没禁用,用于错误和意外情况的处理。由不同节点的错误标志叠加给出的场和错误定界符场构成,2024/11/27,40,,LLC,数据帧由三个位场组成：,,标识符场、,DLC,场和,LLC,数据场。,,LLC,远程帧由两个位场组成：,,标识符场和,DLC,场。,,LLC,子层包括三个功能：,,帧接收滤波,,超载通告,,恢复管理,LLC,子层介绍,2024/11

24、/27,41,,主要功能,,数据链路的建,,立、维持和释放,帧的分届,,和同步,差错检测,,和控制,顺序控制及,,层内管理,流量控制,数,,据,,链,,路,,层,传送帧,2024/11/27,42,,主要功能,为何分帧？,,1.,分帧可减少差错扩散,;,,设信道误码率为,\alpha,,分,帧帧,长为,f,,则误侦率为,1-(1-\alpha)^f,,,分帧有额外负担,,,所以需要,权,衡,,2.,分帧可以实现时分复用,;,,,综合而言,,,资源效率、信道状况和纠错形式是分帧与否的根本原因,,,2024/11/27,43,,什么是帧同步？,,,接收方要检查校验和，就必须能从物理层收到的比特流中

25、明确区分出一帧的开始和结束在什么地方。这是一个看起来简单，实现起来却并不容易的问题。这个问题就是帧同步。,主要功能,2024/11/27,44,,主要功能,帧同步的四种方法：,,,字节计数法,首先用一个特殊字符来表示一帧的开始，然后使用一个字段来标明本帧内的字节数。当目标机的数据链路层读到字节计数值时，就知道了后面跟随的字节数，从而可确定帧结束的位置。,使用字符填充的首尾定界符方法,这种方法用一些特定的字符来定界一帧的开始和结束。为了不将信息位中出现的特殊字符被误判为帧的首尾定界符，可以在前面填充一个转义字符（,DLE,）来区分。,违例编码法,在物理层采用特定的比特编码的方法时采用。比如说，曼

26、彻斯特编码方法，将数据比特,1,编码成高,-,低电平对，而将数据比特,0,编码成低,-,高电平对。高,-,高或低,-,低电平对在数据比特的编码中都是违例的，可以借用这些违例编码的序列来定界帧的开始和结束。,使用比特填充的首尾标志方法,这种方法用一组特定的比特模式（如,01111110,）来标志一帧的开头和结束。为了不使位中出现的该特定比特模式被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填充的方法来解决。,2024/11/27,45,,为什么,需要差错检测和纠正？,,,全部把差错控制交给上层容易降低效率。,,设端到端传输经过,n,个链路,,,误帧率为,f_e,，则：,,没有链路层差错控制,,所消耗的额外重

27、传资源为,n*f_e,,,有链路层差错控制,,误帧的检测时间减少,n,倍以上,,,所消耗的额外重传资源为,f_e,主要功能,2024/11/27,46,,流量控制：,,假设：,链路是理想化的，所传输的数据不会出错也不会丢失。,,协议思想：,协调、控制接收方、发送方的速度,,主要功能,DATA1,DATA0,ACK,ACK,ACK,DATA2,协议算法,等待；,,将收到的数据帧上交主机；,,发送应答信息；,,转到第一步,发出一帧；,,等待；,,直到收到,ACK,,才发送下一帧,发送方,接收方,2024/11/27,47,,5,.,5,.,1,DeviceNet,的连接和报文组,DeviceNet

28、,通过一系列参数和属性对连接进行描述，不仅允许预先设置或取消连接，也允许动态建立或撤消连接，使通信具有更大的灵活性。,,连接标识符：,MAC ID，Message ID,,DeviceNet,的报文分组,,2024/11/27,48,,DeviceNet,的报文分组,标识符,,,,,,,,,,,,十六进制范围,,标识符分组,,10,9,8,7,6,5,4,,3,2,1,0,,,0,组1报文,ID,,,,,源,MAC ID,,,,,,,,000-3,FF,,报文组,1,,1,0,MAC ID,,,,,,,,组2报文,ID,,,,400-5,FF,报文组,2,,1,1,组3报文,ID,,,,源,M

29、AC ID,,,,,,,600-7,BF,报文组,3,,1,1,1,1,1,组4报文,ID（0-2f）,,,,,,,,7,C0-7EF,报文组,4,,1,1,1,1,1,1,,1,X,X,X,X,7,F0-7FF,无效,CAN,标识符,2024/11/27,49,,（1）,报文组1,在组1的传输中，总线访问优先权被均匀地分配到网络的所有设备上。当两个或多个组1报文进行,CAN,总线访问仲裁时，小数字的组1报文,ID,值的报文将赢得仲裁，并获得总线访问权。,如果两个或多个message ID的组1报文进行仲裁，那么来自MAC ID值较低的设备的发送将赢得仲裁。,2024/11/27,50,,（2

30、）,报文组2,在组2内，,MAC ID,可以是源也可以是目的，进行组2连接时要确定源还是目的。当两个或多个组2报文进行,CAN,总线访问仲裁时，,MAC ID,数值较小的报文将获得总线访问权。,2024/11/27,51,,（3）,,报文组3,在组3内，报文,ID,描述了一个特定,端,点交换的各种组3报文。动态建立的显示报文连接在组3传输，并将（响应）和/或（请求）置于,CAN,标识区的组3报文,ID,部分。这些报文被认为是未连接显示报文，它由未连接报文管理器（,UCMM）,进行处理。,,当两个或多个组,3,报文进行,CAN,总线访问仲裁时，,MAC ID,数值较小的报文将获得总线访问权。,2

31、024/11/27,52,,（4）报文组4,在组4中，报文,ID,,2C-2F,将全部用于离线连接组报文。,,显示报文连接是无条件点对点连接。 动态,I/O,连接是通过先前建立的显示报文连接的连接分类接口而建立的。可以是点对点也可以是多点连接。,2024/11/27,53,,动态,I/O,连接所必须完成的任务,,（1）与将建立,I/O,连接的一个端点建立显示报文连接。,,（2）通过向,DeviceNet,连接分类发送一个创建请求来创建一个,I/O,连接对象。,,（3）配置连接实例。,,（4）应用,I/O,连接对象执行的配置。,,（5）在另一个端点重复这一步骤。,2024/11/27,

32、54,,应用对象,链路生产对象,链路消费对象,链路生产对象,链路消费对象,链路消费对象,链路生产对象,链路消费对象,链路生产对象,应用对象,应用对象,客户机传输分类,2,或,3,连接对象,客户机传输分类,2,或,3,连接对象,服务器传输分类,2,或,3,连接对象,服务器传输分类,2,或,3,连接对象,MAC ID,＝,9,MAC ID,＝,11,查询命令信息,,,CID=44D,查询命令信息,,,CID=3C9,查询命令信息,,,CID=45D,查询命令信息,,,CID=3CB,连接示意图,MACID=01,2024/11/27,55,,DeviceNet,连接的特点,,（1）建立连接就是明确

33、一个信息交换关系，明确信息源，目的地址，所使用的信息通道及识别这个信息的11,bit,标识符。,,（2）,,连接是单方向的，如果需要双向交换，要建立两个连接。,,（3）一个节点只有一个,MAC ID，,但在一个节点上可以对多个节点建立连接，也可以对一个节点建立多个连接。,,（4）,DeviceNet,对连接定义了多种属性，通过属性的定义规定一个连接的行为。,,（,5,）连接可以动态建立和撤消。,,2024/11/27,56,,5,.,5,.,2,DeviceNet,的报文,DeviceNet,定义了两种报文：,I/O,报文和显,式,报文,,I/O,报文,适用于实时性要求高和面向控制的数据，它提

34、供了在报文发送过程和多个报文接收过程之间的专用通信路径。通常使用优先级高的连接标识符，通过一点或多点连接进行信息交换。,I/O,报文有时也称为隐式报文，由于它的数据域中常常不包含协议信息，因而节点处理这些报文所需的时间大大缩短。,,显,式,报文,适用于设备间多用途的点对点报文传递。一个显示报文的分段包括报文头，分段协议，分段报文体三部分。,2024/11/27,57,,5,.,5,.,3,UCMM,服务,未连接报文管理器（,UCMM）,提供动态建立显,式,报文连接。,UCMM,处理两种服务：一是打开显示报文连接，建立一个显示报文连接；二是关闭连接服务代码，删除一个连接对象并解除所有相关资源。,

35、2024/11/27,58,,UCMM,相关的术语,,（1）具有,UCMM,功能的设备,,（2）仅限组2服务器,：无UCMM功能，必须通过预定义主/从连接组建立通信的从机(服务器)。,,（3）仅限组2客户机,：仅作为组2客户机对组2服务器进行操作的设备。,2024/11/27,59,,5.5.4.,DeviceNet I/O,数据触发方式,位选通方式：主站发送,8B,广播报文，通过位的标识，指定要求响应的从设备,,轮询方式：主站以一定周期发送报文到从设备,,循环方式：根据设备信号发生快慢，设定一个循环进行数据通信的时间间隔,,状态改变方式：仅当主站或从站状态改变时进行通信,,2024/11/2

36、7,60,,位选通方式,利用,8B,，,64,个二进制位值对应网络上的,64,个节点,，通过位的标识，指定要求响应的从设备,,主站向网络中每个从站发送,1,位输出数据，选中从站向主站回应：返回最大,8,字节的输入数据或状态信息,,8B,广播报文中，最低字节最低位分配给,MAC ID(,媒体访问控制符,)=0,，最高字节最高位分配给,MAC ID=63,2024/11/27,61,,位－选通命令,,主机通过位选通命令向从机发送,(,每个从站一个位,),，表示是否需要它发送数据。选 中的从机向主机返回最大,8,个字节输入数据和,/,或状态信息。,,MAC ID=9,,从机,,,接近开关,,MAC

37、ID=11,,从机,,,接近开关,,MAC ID=12,,从机,,,接近开关,,MAC ID=13,,从机,,,接近开关,,MAC ID=62,,从机,,,接近开关,,0,,1,,2,,…...,,9,,10,,11,,12,,13,,14,,15,,16,,…...,,61,,62,,63,,PLC,,扫描器,,主机,,MAC ID=01,,位,-,选通命令的数据部分,,位码,2024/11/27,62,,轮询方式,I/O,报文以点对点方式，依次直接发送到从设备,,主站可将任意数量的数据发送到从设备,,轮询命令报文是由主站发往从站的命令和数据。从站可以忽略命令、消费命令和数据或仅消费命令而忽

38、略数据,,轮询响应报文是从站对轮询命令的应答,,2024/11/27,63,,轮询命令,/,响应,通过轮询命令和响应可以在主机与从机之间双方传递任意数量的数据。,,轮询命令是从主机发往从机的命令和输出数据。,,响应是从机接到主机的轮询命令后的回答，它可以设置为下列动作：,,* 忽略查询命令,,* 消费查询命令和输出数据,,* 消费查询命令仅把当成一个触发信息，但忽略输出数据。,,2024/11/27,64,,循环,利用主站或从站的循环产生触发器，来触发数据的传递,,循环报文可以有应答或无应答,,循环方式适用于一些模拟设备，可以,根据设备信号发生的快慢，灵活设定循环进行数据通信的时间间隔，,降低

39、对网络带宽的要求,,循环可降低不必要的通信流和包处理,,只保证在模拟量输入发生变化的可能时间内进行检测，而不是不断的快速采样,2024/11/27,65,,状态改变,利用主站或从站的状态改变产生触发器，来触发数据的传递,,状态改变报文可以有应答或无应答,,状态改变方式用于离散设备，有主站状态改变和从站状态改变的区分,2024/11/27,66,,5.5.5.,DeviceNet,的对象模型,一个,DeviceNet,网络节点被看作是一个对象集合的模型化,,每个设备的组件分为组件属性、服务和行为三部分。可按如下对象描述：连接对象、标识对象、,DeviceNet,对象、报文路由对象、汇编对象、参数

40、对象、应用对象等。,,DeviceNet,提供了,MAC ID,、类标识符、实例标识符和属性标识符,2024/11/27,67,,2024/11/27,68,,连接对象,：,DeviceNet,产品至少包括两个连接对象。每个连接对象代表网络上两个节点间虚拟连接中的一个端点,,DeviceNet,对象,：具有节点地址或其,MAC ID,、波特率、主站,MAC ID,等属性,,标识对象,：包括供货商,ID,、设备型号、产品代码、版本、序列号等信息,,报文路由对象,：将显示报文传送给其他相应对象,,汇编对象,:,将来自不同应用对象的多个属性编为一个属性,,,以便一条报文发送,,参数对象,:,带有设备

41、配置参数,,,提供访问所有参数的标准组态工具。为可选项,,应用对象,:,配备了汇编对象或参数对象的,DeviceNet,网络通常至少包含一个应用对象。,对象描述,2024/11/27,69,,5.5.6.,DeviceNet,设备描述,DeviceNet,定义了标准的设备模型，保证了不同制造商生产的同一类设备之间的互换性和互操作性,,设备描述包括：,,设备的内部构造（设备对象模型、设备行为详细描述）,,I/O,数据格式（数据交换的内容和格式、设备内部的映射所表示的含义）,,可组态的属性和公共接口（属性如何被组态和组态数据的功能）,,允许制造商提供电子数据文档（,EDS,）,2024/11/27

42、,70,,DeviceNet,对象模型,设备中使用的对象组指设备的对象模型。同类设备必须具有相同的对象模型，从而实现设备之间的互操作性,,对象模型建立规则如下：,,,1,）标识设备存在的所有对象类；,,,2,）表明各对象类中存在的实例数；,,,3,）说明对象是否影响设备的行为；,,,4,）定义每个对象的接口,,,2024/11/27,71,,DeviceNet,对象模型内容,DeviceNet,设备包括必须对象和可选对象。 必须指定的对象类实例有：连接对象类、标识对象类、,DeviceNet,对象类以及报文路由器对象类。,,DeviceNet,对象模型同时必须指出哪些对象影响设备的行为，哪些设

43、备不影响,,对象接口定义表明设备内对象是如何连接的,2024/11/27,72,,对象,必需,/,可选,实例数,对行为的影响,接口,标识,必需,1,支持复位服务,报文路由器,报文路由器,必需,1,无影响,显示报文连接实例,DeviceNet,必需,2,配置端口属性,报文路由器,连接,必需,1,包含进出设备的逻辑端口数,报文路由器,组合,必需,1,定义,I/O,数据格式,,I/O,连接或报文路由器,参数,可选,1,提供访问设备配置数据的公共端口数,报文路由器,存在传感,必需,1,影响输出值,报文路由器或参数对象、组合对象,例 限位开关示例的对象模型,2024/11/27,73,,I/O,数据格式

44、,设备,I/O,数据格式的定义等效于用于组合,I/O,数据的组合实例的定义。,,I/O,组合可以是输入或输出型。一台设备可以包含多个,I/O,组合,,I/O,组合实例定义包括：,I/O,组合实例、,I/O,组合数据属性的格式、,I/O,组合数据属性分量映射,2024/11/27,74,,I/O,组合实例定义,I/O,组合实例用实例编号、类型和名称标识,I/O,组合,,,,,I/O,组合数据属性的格式遵循：大于,1B,的数据分量，低字节列在前面；小于,1B,的数据分量，在一个字节中右对齐；明确预留位的状态,编号,类型,名称,1,输入,输入数据,例,I/O,组合实例,实例,字节,位,7,位,6,位

45、,5,位,4,位,3,位,2,位,1,位,0,1,0,保留,保留,保留,保留,保留,保留,诊断,输出,,例,I/O,组合数据属性格式,2024/11/27,75,,I/O,组合实例定义,I/O,组合数据属性分量映射包括数据分量的分类、实例和属性,ID,规范。如果有多个,I/O,组合实例，应建立一个映射表,数据分,,类名称,类,,实例,属性,,数据,,类型,,名称,编号,编号,名称,编号,,诊断,存在探测,OEhex,1,诊断,4,UNIT,输出,存在探测,OEhex,1,输出,,1,BOOL,,,例,I/O,组合数据属性分量映射,2024/11/27,76,,设备配置,设备中的可配置参数直接影

46、响设备的行为。同类设备必须以相同的方式动作，所以必须具有相同的配置参数。,,如果设备具有扩展功能，上电时，应是该功能以某种形式默认，以保证同类设备必须以相同的方式动作,,到相同配置参数的公共接口必须一致,,设备配置的定义还包括：配置参数数据、每个参数对象实例的所有属性值、,EDS,参数部分的所有值、参数对设备行为的影响、设备配置的公共接口等,2024/11/27,77,,扩展的设备描述,扩展设备描述使制造商既能在设备描述中定义产品基本行为，又能提供扩展功能，从而使其产品与对手竞争,,扩展描述不应改变基本设备描述的定义，且扩展功能不能与基本设备描述相冲突,,扩展设备描述规则应遵循：,,,1,）所

47、有描述中的新对象、属性和服务都是可选的,,,2,）设备上电时，所有新增属性必须默认,,,3,）不能改变基本,I/O,格式，但可以扩展,I/O,格式,,4）不能改变基本配置，但可提供扩展的配置参数,,5）附加组合实例只能定义在供应商专用地址范围,2024/11/27,78,,5.5.7.,DeviceNet,预定义主,/,从连接,DeviceNet,网络中，许多对象的应用情况很简单，常用主,/,从方式足以满足要求。为节省成本、简化设备配置，,DeviceNet,定义了预定义主,/,从连接组和仅限组,2,的从站,,预定义主,/,从连接组用于预定义主,/,从连接通信，并预先定义好各报文组内一些通信的

48、功能。,,使用前，主站须通过预定义主,/,从连接组，分配请求服务和从站的应答来明确主从关系，明确所采用的报文传送机制（位选通、轮询、状态改变、循环、显示）,2024/11/27,79,,预定义主,/,从连接组的标识符分配,预定义主,/,从连接组的标识符分配过程中涉及的报文类型有：,,,1,）,I/O,位选通命令,/,响应报文,,,2,）,I/O,轮询命令,/,响应报文,,,3,）,I/O,状态改变,/,循环应答报文,,,4,）,I/O,多点轮询响应报文,,,5,）显式响应,/,请求报文,,,6,）未连接响应报文,,,7,）仅限组,2,未连接显式响应,/,请求报文,,,8,）重复,MAC ID,

49、检查报文,2024/11/27,80,,重复,MAC ID,检查报文格式,其中，,R/R,位为请求,/,响应标志；物理端口编号是分配给每个物理连接的一个识别值。制造商,ID,包含分配给报文发送设备的制造商识别码；系列号包含由制造商分配给设备的系列号,字节,7,6,5,4,3,2,1,0,0,R/R,物理端口编号,,,,,,,1,低字节,制造商,ID,,,,,,,2,高字节,,,,,,,,3,低字节,序列号,,,,,,,4,,,,,,,,,5,高字节,,,,,,,,6,,,,,,,,,2024/11/27,81,,5.6DeviceNet,组网,组态配置所需软硬件,,,网络配置,,2024/11

50、/27,82,,组态配置所需硬件,24V,直流电源,,扫描器模块,,适配器模块,,,,DeviceNet,到,RS232,串口的适配器,1770-KFD,2024/11/27,83,,组态配置所需软件,DeviceNet Manager,,,RS Networx,for DeviceNet,2024/11/27,84,,5.6.2.,网络配置,2024/11/27,85,,网络配置,使用,DeviceNet,电缆将各模块挂接至网络，并用,1770,－,KFD,模块连接计算机串口与,DeviceNet,。点击打开配置软件,DeviceNet Manager,。,2024/11/27,86,,网络

51、配置,,2024/11/27,87,,网络配置,,2024/11/27,88,,网络配置,,2024/11/27,89,,网络配置,,2024/11/27,90,,网络配置,,2024/11/27,91,,网络配置,,Flex I/O,外观图,2024/11/27,92,,网络配置,,2024/11/27,93,,网络配置,,2024/11/27,94,,网络配置,,2024/11/27,95,,网络配置,,2024/11/27,96,,网络配置,,2024/11/27,97,,网络配置,,2024/11/27,98,,网络配置,,2024/11/27,99,,网络配置,,2024/11/27

52、,100,,网络配置,,2024/11/27,101,,网络配置,,2024/11/27,102,,网络配置,,2024/11/27,103,,5.7DeviceNet,应用实例,DeviceNet,进入我国比较晚，但因其突出的优点而受到了有关部门和单位的高度重视。,,2002年10月8日，,DeviceNet,被批准为中国国家标准,GB/T18858.3—2002，,并于2003年4月1日开始实施，推动了,DeviceNet,现场总线技术在我国的推广与应用。,,DeviceNet,可广泛应用于各行各业 ，,包括：汽车，半导体芯片制造，电子产品制造，食品和饮料，批量生产化学处理，装配，包装和物

53、料转移,等。,2024/11/27,104,,DeviceNet,应用概述,以中国的汽车工业为例，,DeviceNet,已应用于一汽-大众汽车有限公司的,AUDI A6、BORA A4、JETTA,的焊装生产线、总装生产线，张家港牡丹汽车厂的焊装生产线、总装生产线，青岛颐中汽车厂的涂装生产线，长春客车厂转向架涂装线，哈飞汽车厂的焊装生产线、涂装生产线、总装生产线，等等。现介绍,DeviceNet,在一汽-大众,BORA A4,总装生产线的应用。,2024/11/27,105,,总装生产线设计目标,满足,BORA A4,和,JETTA,两种车型混线生产的要求，以达到生产节拍90,s/,辆、年产十

54、五万辆的生产能力；,,总装生产线工艺设计采用国际上先进的模块化工艺装配技术以及多种车型混线生产的柔性生产线技术，并配备高效、可靠、维护方便的控制系统，以提高整车装配质量,2024/11/27,106,,控制系统,采用以,DeviceNet,为底层网络的现场总线控制系统。,,DeviceNet,网络上连接的输入设备有按钮、急停开关、接近开关、光电开关、行程开关等，输出设备有指示灯、控制阀、变频器等。,,系统通过,ControlNet,实现不同,PLC,之间的互相通信, 完成在中央控制室的监视、控制、故障报警、管理信息交换等功能 。,2024/11/27,107,,,以,DeviceNet,为底层

55、网络的总装生产线现场总线控制系统,2024/11/27,108,,所有现场生产设备的工作状态、工作参数、故障信息等均通过,DeviceNet,网络传送至位于中控室的控制器；,,控制器对现场生产设备实施的各种控制也是通过,DeviceNet,网络进行的；,,系统中连接到,EtherNet,上的监视计算机应用组态软件,RSView32，,以文字、图形显示各生产设备的运行状态、参数、自动弹出故障报警画面、记录故障点、调出相关的控制程序及电控图纸;,控制系统,2024/11/27,109,,可进行生产信息的自动记录、统计管理等;,,可将报警信息传送至维修部门的远程终端上；,,可通过连接到,EtherN

56、et,上的控制器控制生产线的起停、改变控制参数等；,,系统通过远程,I/O,在控制柜上安装了人机接口,HMI，,用于显示生产设备的工作状态、工作参数、调节控制参数等；,,系统具有完善的,PLC,故障自动诊断程序和,HMI,报警系统，使设备故障的查询快速、方便、准确。,控制系统,故障点故障原因,,故障时间等,2024/11/27,110,,系统采用电流闭环自动控制技术解决了单链多驱动同步控制的技术难题，保证了生产线的正常、安全运行。,,系统控制层采用冗余的,ControlNet,网络实现与车门分装线、升降机控制系统、仪表盘安装系统等的,PLC,处理器进行实时的控制信息交换。,控制系统,2024/

57、11/27,111,,现场的所有信号通过,DeviceNet,网络实时传输到控制器，控制器控制信号也是通过,DeviceNet,网络传输到现场设备中，因此,DeviceNet,网络的构建是整个控制系统的基础，其构建步骤如下： （1）进行总体规划，合理布线； （2）将,DeviceNet,网络节点设备连接到网络上； （3）安装通信软件,RSLinx,和网络组态工具软件,RSNetworx for DeviceNet,或,DeviceNet Manager；,系统构建与调试,2024/11/27,112,,（4）给添加到,DeviceNet,网络上的每个设备分配节点地址并设置正确的通信波特率

58、，,DeviceNet,网络上每个网段所有节点的通信波特率须一致，且不允许有节点地址重复的设备；,,,（5）将编程终端（计算机或专用编程设备）连接到网络上（通过计算机通信板卡或外置通信模块）并建立通信，即在,RSLinx,下配置,DeviceNet,驱动程序：,DeviceNet Driver(1784-PCD/PCIDS、1770-KFD、SDNPT driver)（,该操作只能在在线模式下进行）；,系统构建与调试,2024/11/27,113,,（6）通过网络（,DeviceNet,或上层网络,ControlNet、EtherNet）,配置,DeviceNet,设备运行参数，如设备的,I/

59、O,数据触发方式、设备,I/O,报文的大小及设备本身的运行参数（如变频器的启动方式、最大频率及其它运行参数）；,,,（7）将设备配置参数下载到节点设备和,DeviceNet Scanner（1791-SDN）,中，并保存到网络组态工具软件的配置文件中（用于离线查看网络信息或配置相同的网络）。,系统构建与调试,2024/11/27,114,,DeviceNet,网络的硬件布线及软件组态十分简便，因此系统的安装调试周期大大缩短。,,在进行,DeviceNet,网络硬件安装调试时应注意：,,a.,推荐选用罗克韦尔自动化等公司的,DeviceNet,总线电缆及连接组件,,b.,每个网段供电电源只能有一点接地；,,c.,网络总线两端应安装正确的终端电阻,系统构建与调试,2024/11/27,115,,结论,基于,DeviceNet,现场总线的汽车总装生产线控制系统，总线长度（3000,m）、,节点数量（200多个）等均为目前全国之最，系统总体技术达到了国际先进水平。,,三年来的系统运行实践表明，系统功能强大、安全可靠、操作灵活，为一汽-大众公司创造了明显的经济效益，并大大提高了生产效率、自动化生产水平和管理水平，使得公司在激烈的市场竞争中处于领先地位,,2024/11/27,116,,