CAN-bus現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)教程【第7章】CAN總線應(yīng)用層協(xié)議(DeviceNet)-DeviceNet規(guī)范及簡(jiǎn)介(28)

1、 文庫(kù)資料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第7章 CAN 總線應(yīng)用層協(xié)議DeviceNet1.1 DeviceNet 規(guī)范DeviceNet 是全球使用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。DeviceNet 是基于CAN 總線技術(shù)并符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放型通信網(wǎng)絡(luò)。雖然定位于工業(yè)控制的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò),但是它采用了先進(jìn)的通信概念和技術(shù),僅通過(guò)一根電纜將工業(yè)設(shè)備接成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中不僅有底端的工業(yè)設(shè)備,還有像變頻器、HMI 這樣復(fù)雜的設(shè)備,這樣不僅降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性,還減少了設(shè)備通信的電纜硬件接線,提高系統(tǒng)可靠性,降低安裝、維護(hù)成本,是分布式控制系統(tǒng)

2、的理想解決方案,因而在世界范圍內(nèi)獲得了大力推廣和廣泛應(yīng)用,并已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1.1.1 DeviceNet 規(guī)范簡(jiǎn)介DeviceNet 規(guī)范定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn),以便組成工業(yè)控制系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。DeviceNet 規(guī)范除了提供ISO 模型的應(yīng)用層定義之外,還定義了部分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。規(guī)范中不僅對(duì)DeviceNet 節(jié)點(diǎn)的物理連接也作了規(guī)定,連接器、電纜類型、長(zhǎng)度以及與通信相關(guān)的指示器、開關(guān)、相關(guān)的室內(nèi)銘牌都作了詳細(xì)規(guī)定。DeviceNet 是建立在CAN 協(xié)議基礎(chǔ)之上,沿用了CAN 協(xié)議所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,并補(bǔ)充了不同的報(bào)文格式、總線

3、訪問(wèn)仲裁規(guī)則及故障檢測(cè)和隔離方法。DeviceNet 的功能和特點(diǎn)如表7.1所示。表7.1 DeviceNet 特點(diǎn) DeviceNet 的應(yīng)用層協(xié)議則采用的是通用工業(yè)協(xié)議(CIP 。CIP 是一個(gè)在高層面上嚴(yán)格面向?qū)ο蟮膮f(xié)議。每個(gè)CIP 對(duì)象具有屬性(數(shù)據(jù),服務(wù)(命令,連接和行為(屬性值與服務(wù)間的關(guān)系,其主要功能有兩個(gè):一是面向連接的通信;二是定義了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)應(yīng)用對(duì)象。下文詳細(xì)介紹通信部分。CIP 通信最重要的特點(diǎn)是它用不同的方式傳輸不同類型的報(bào)文,根據(jù)報(bào)文質(zhì)量要求將需要發(fā)送的報(bào)文分為:顯式報(bào)文和隱式報(bào)文。CIP 另一個(gè)重要特點(diǎn)是通信基于連接的。因此DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信

4、之前必須建立起連接,且連接是可以動(dòng)態(tài)建立和撤銷。請(qǐng)注意這里的“連接”是邏輯上的關(guān)系,而非物理層的連接。DeviceNet 支持兩種類型的連接:顯式信息連接和I/O 連接。顯式信息連接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式,報(bào)文接收方必須對(duì)接到的報(bào)文做出相應(yīng)的響應(yīng),通常 文庫(kù)資料 2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.這類報(bào)文對(duì)時(shí)間要求不高,主要用于上傳/下載程序、修改設(shè)備參數(shù)、趨勢(shì)分析和診斷等。I/O 連接則用于傳送實(shí)時(shí)性要求較高的I/O 報(bào)文,可以一對(duì)一、一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳送。DeviceNet 支持多種I/O 數(shù)據(jù)觸發(fā)方式,如位選通(Bit strob

5、e 、輪詢(Poll 、狀態(tài)改變(COS:Change Of State /循環(huán)(Cyclic 等。位選通:利用8字節(jié)的廣播報(bào)文,每一位分別對(duì)應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)節(jié)點(diǎn),指定要求響應(yīng)的從節(jié)點(diǎn),響應(yīng)報(bào)文最大為8個(gè)字節(jié)。輪詢:這種觸發(fā)方式適用于絕大多數(shù)設(shè)備,相比位選通的少量I/O 數(shù)據(jù),輪詢命令可傳送任意數(shù)量的數(shù)據(jù)。輪詢命令依次發(fā)送到各從站設(shè)備,從站接收到命令后做出應(yīng)答。狀態(tài)改變:此方式多用于離散的設(shè)備,當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),使用事件觸發(fā)方式,發(fā)生通信,而不是依靠主設(shè)備不斷查詢。為了防止設(shè)備掉線,增加了心跳報(bào)文,定時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。循環(huán):適用于一些模擬設(shè)備,可以根據(jù)設(shè)備信號(hào)發(fā)生快慢,靈活的設(shè)定循環(huán)通信

6、的時(shí)間間隔,可以降低不必要的網(wǎng)絡(luò)流量,循環(huán)時(shí)間設(shè)定值應(yīng)小于模擬量輸入發(fā)生變化的時(shí)間值。每臺(tái)設(shè)備中,循環(huán)和狀態(tài)改變是互斥的,同一時(shí)刻只能使用一種連接方式。下面通過(guò)圖7.1介紹DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)設(shè)備建立通信的一般流程。圖7.1 DeviceNet 通信基本流程DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上最多可有64個(gè)節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)地址(MAC ID 可為063,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有唯一的MAC ID 。因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)在上電之后、上線之前必須進(jìn)行重復(fù)MAC ID 檢測(cè),以確認(rèn)其MAC ID 是否已被網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)使用。節(jié)點(diǎn)在上電之后,將發(fā)送重復(fù)MAC ID 檢測(cè)報(bào)文,間隔一秒,如果連續(xù)兩次發(fā)送都沒(méi)有接收到來(lái)自其它節(jié)

7、點(diǎn)的重復(fù)MAC ID 響應(yīng)報(bào)文,那么該節(jié)點(diǎn)可以使用此MAC ID 并轉(zhuǎn)為在線狀態(tài),否則表示該MAC ID 已被其它節(jié)點(diǎn)占用,該節(jié)點(diǎn)為離線狀態(tài)。然后,通過(guò)未連接顯式信息建立顯式信息連接,主從站通過(guò)顯式信息進(jìn)行各種配置和信息交換,主站通過(guò)顯式信息讀取從站的標(biāo)識(shí)信息,并與預(yù)先保存的配置信息進(jìn)行對(duì)比,只有完全一致時(shí)主站才會(huì)對(duì)從站進(jìn)行下一步操作,否則主站將會(huì)主動(dòng)釋放顯式信息連接。最后,建立I/O 連接,并通過(guò)I/O 連接進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)。注:不同的主站模塊建立I/O 連接的流程有所差別,上文強(qiáng)調(diào)的是DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)是基于連接的一種通信網(wǎng)絡(luò)。 文庫(kù)資料 2017 Guangzhou ZHIYUAN

8、 Electronics Stock Co., Ltd.1.1.2 DeviceNet 設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銬eviceNet 網(wǎng)絡(luò)是一種設(shè)備級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò),它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是比較自由的,典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是主干-分支方式,如圖7.2所示。圖7.2 典型DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D在實(shí)際應(yīng)用中,Devicenet 網(wǎng)絡(luò)基本上都采用主/從連接通信方式,因此網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有主從設(shè)備之分,下面將介紹這兩類設(shè)備。 主站設(shè)備目前有二種形式的主站,一種是可編程控制器(PLC 中的一個(gè)單元,它的內(nèi)部集成了DeviceNet 的主站功能,這個(gè)單元能連接到DeviceNet 總線,同時(shí)因?yàn)樗荘LC 中的一個(gè)單元,它能與PL

9、C 的CPU 交換數(shù)據(jù),因此通過(guò)編寫PLC 程序?qū)λB接的DeviceNet 從站進(jìn)行管理和控制,這種主站使用最為普遍。國(guó)外知名廠家有:AB 、OMRON 等等。另一種是主站計(jì)算機(jī)使用一個(gè)集成了DeviceNet 的主站功能PCI 或USB 接口卡,并通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備總線與計(jì)算機(jī)的CPU 交換數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的管理和控制。它可以使PC 機(jī)快速連接到DeviceNet 網(wǎng)絡(luò),可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視化、參數(shù)化的網(wǎng)絡(luò)分析及控制。通常也有兩種方式使用PCI/USB 主站卡,一種是使用組態(tài)軟件,另一種方式就是自己編寫上位機(jī)程序。目前,這類主站國(guó)內(nèi)外知名的廠家有:羅克韋爾、廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司(PC

10、I-5010-D / USBCAN-E-D ?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)中由上位機(jī)提供的人機(jī)界面也是必不可少的,DeviceNet 總線主站設(shè)備無(wú)論采用PLC 的單元模塊或PCI/USB 接口卡,對(duì)外都具有開放的通信接口,可以適用于市面上絕大多數(shù)的組態(tài)、監(jiān)控軟件。圖7.2中主站卡PCI-5010-D 不僅提供了提供免費(fèi)ZOPC 服務(wù)器接口,可直接運(yùn)行于常用的組態(tài)軟件(組態(tài)王、MCGS 、Intouch 等,還提供了標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口(API 、DeviceNet 掃描模塊動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、配套的程序示例,等等。 從站設(shè)備如圖7.2所示,從站有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、I/O 設(shè)備、傳感器、按鈕組、HMI 等等。通常,從站設(shè)備的控制比較簡(jiǎn)單,大多數(shù)都采用輪詢方式工作。為了方便用戶快速設(shè)計(jì)出符合DeviceNet 規(guī)范的從站設(shè)備