DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議講解

DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議講解Devicenet簡介:DeviceNet是由美國Rockwell公司在CAN根底工業(yè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，從而避開了昂貴和繁瑣的硬接線。DeviceNet是一種簡潔的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在供給多供貨商同類部和時間。DeviceNet的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時供給了相當(dāng)重要的設(shè)備級診斷功能?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的構(gòu)造和技術(shù)特點現(xiàn)場總線的歷史和進(jìn)展2080微處理器與計算機(jī)功能的不斷增加和價格的急劇下降“信息孤島”層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換自動化、樓宇、交通等領(lǐng)域現(xiàn)場智能設(shè)備之間的互連通信網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場把握設(shè)備之間及其與更高把握治理層網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，為徹底打破自動化系統(tǒng)的信息孤島制造了條件。各的定義。下面給出的是現(xiàn)場總線的兩種有代表性的定義。(l)ISASP50中對現(xiàn)場總線的定義。現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊鏈路，它溝通了過程把握領(lǐng)域的根本把握設(shè)備(即場地級設(shè)備)之間以及與更高層次自動把握領(lǐng)域的自動化把握設(shè)備(即車間級設(shè)備)之間的聯(lián)系。表產(chǎn)品。(2)IECFF的6個方面：場儀表互連的通訊網(wǎng)路。擇不同類型的傳輸介質(zhì)。最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成在一起，實現(xiàn)就是現(xiàn)場總線設(shè)備互操作性的含義?，F(xiàn)場設(shè)備互連是根本的要FCS。FCS廢棄了DCS的輸入／輸出單元和把握站,把DCS加輸入模塊，而且有PID把握和運算功能塊。調(diào)整閥的根本功PlD種功能塊，構(gòu)成所需的把握系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散把握。也不例外。開放式互連網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，它既可與同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS?，F(xiàn)場總線的構(gòu)造特點現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造是依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織〔ISO〕制定的開放系統(tǒng)互連〔OSI：OpenSystemInterconnection〕參考模型建立的。OSI參考模型共分七層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會話層、表示層和應(yīng)用OSIOSI1-2所示。圖1-2現(xiàn)場總線的構(gòu)造現(xiàn)場總線主要特點是使底層的把握部件、設(shè)備更加智能化，把在傳統(tǒng)DCS中的把握功能，下移到現(xiàn)場儀表。在此，現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通訊起了重要作用?，F(xiàn)場總線構(gòu)造模型現(xiàn)統(tǒng)一為４層，3~6〔表達(dá)層、會話層、傳遞層和網(wǎng)絡(luò)層〕.現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)把握系統(tǒng)的構(gòu)造形式現(xiàn)場的測量變送器與位于把握室的把握器之間場的執(zhí)行器、開關(guān)、馬達(dá)之間均為一對一的物理連接。現(xiàn)場總線系統(tǒng)由于承受了智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于把握室的把握模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，計算機(jī)或把握儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散把握。Devicenet正是目前幾十種現(xiàn)場總線中得到廣泛應(yīng)用的一種。輸多個信號(包括多個運行參數(shù)值、多個設(shè)備狀態(tài)、故障信息)，同時又為多個設(shè)備供給電源；現(xiàn)場設(shè)備以外不再需要模擬／數(shù)節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護(hù)費用制造了條件。1-3Devicenet把握系統(tǒng)示意圖３.Devicenet技術(shù)背景和特點準(zhǔn)取代4-20mA〔〕明顯的降低，將簡潔設(shè)備直接連接到網(wǎng)絡(luò)上〔而不必考慮SP50現(xiàn)場總線120/220VAC24VDC離散、硬接線I/O標(biāo)準(zhǔn)具有一樣級別的互換性。Devicenet在允很多個簡潔設(shè)備互連接的同時，允許簡潔設(shè)備的互換性。除了讀取離散設(shè)備的狀態(tài)外，DeviceNet速速率、或統(tǒng)計前一小時通過傳輸帶傳送的包裹計數(shù)。Devicenet的主要技術(shù)特點如下表所示表1-1Devicenet技術(shù)特點４.Devicent應(yīng)用最終用戶期望獲得器件級網(wǎng)絡(luò)供給的利益1997年底，Devicenet16萬個以上經(jīng)過2023年，DeviceNet300萬，全部ODVA218會員均是工業(yè)領(lǐng)域，而且只有制造業(yè)才1498個注冊的符合DeviceNet協(xié)DeviceNet物料轉(zhuǎn)移。Devicenet進(jìn)入中國時間不長，但是在中國已有很多應(yīng)用。據(jù)RockwellAutomation市場部供給的數(shù)據(jù)，上海通用汽車有一條DevicetNet的生產(chǎn)線，另外，生產(chǎn)可口可樂的上海申美飲料公司也局部承受了DeviceNet技術(shù)。信任隨著DeviceNet技術(shù)的進(jìn)一步完善和推廣，DeviceNet有相當(dāng)可觀的應(yīng)用前景，這也正是基于DeviceNet的智能設(shè)備和遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)獲得國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程示范工程的緣由。Producer/Consumer網(wǎng)絡(luò)通訊模型顯性報文和I/O報文〔ExplicitandI/Omessaging〕工廠自動化網(wǎng)絡(luò)要傳送一般的計算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)中需傳送的/輸出(I/O)把握信息及整個把握I/O報文來分別表示。顯性報文用來上載和下載程序，修改設(shè)備組態(tài)，記載數(shù)據(jù)器中的五個定時器重寫默認(rèn)值或執(zhí)行自測試操作〔設(shè)備〕(overhead)類型的報文在數(shù)據(jù)量的大小和使用頻率上都是格外不確定的。I/O報文在本質(zhì)上是隱性的〔Implicit〕，因而有時也稱為隱性報文，它的數(shù)據(jù)域中常不包括協(xié)議信息，僅僅是實時的I/O些數(shù)據(jù)所需的時間大大減小，I/O報文的一個例子是把握器將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給一個I/O〔I/OBlock〕I/O塊依據(jù)它附加量(overhead)小，數(shù)據(jù)短，使用頻率全都，并且需要高的性I/O很高的要求。過去，用于I/O把握的網(wǎng)絡(luò)不能處理發(fā)送顯性報文時在發(fā)送數(shù)據(jù)的時間及報文尺寸上的不定性因素不使用不同的網(wǎng)絡(luò)來治理這兩種不同報文類型的不同要求。RockwellAutomation/AB公司的DataHighway/RemoteI/O網(wǎng)絡(luò)和西門子的ProfibusFMS/ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)就是這種狀況的表現(xiàn)?！瞭hroughput〕是來自設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)傳送到需要它的全部節(jié)點和節(jié)點產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)〔依據(jù)用戶的規(guī)律程序產(chǎn)生〕(Human-MachineInterfaces-HMI)絡(luò)模型打算。下面我們簡要爭論一下這些因素。波特率〔BandRate〕是把數(shù)字信號放到網(wǎng)上去的原始速吐量的三個因素中最不重要的一個。協(xié)議效率〔protocolefficiency〕〔網(wǎng)絡(luò)模型2個或多個數(shù)據(jù)包來125%就沒有任何意義了。網(wǎng)絡(luò)模型〔NetworkModel〕現(xiàn)今的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)中有和生產(chǎn)者/消費者(Producer/Customer)模型。典型的源/目的地模型的一個數(shù)據(jù)包如下所示：源地址目的地址數(shù)據(jù)循環(huán)冗余檢驗碼在主/從系統(tǒng)中常常用這種模型，主/從是一個層次體系，系統(tǒng)中包含一個發(fā)起全部通訊的主機(jī)”的方式〔speakonlywhenspokento〕，I/O信息時，這種網(wǎng)絡(luò)就只能限于這種功能。點對點構(gòu)造優(yōu)于主/通訊。為保證各節(jié)點設(shè)備都可有時機(jī)送信號到網(wǎng)絡(luò)使得把握器之間的互鎖問題更加簡潔化“距離”有很大的不定性。/從構(gòu)造，還是點對點通訊構(gòu)造?；谠?目的地的網(wǎng)絡(luò)在把同樣數(shù)據(jù)發(fā)往不同節(jié)點時都消耗了過多帶寬(目的地)的時間是不同的。ControlNet中承受了一個全的生產(chǎn)者/消費者網(wǎng)絡(luò)模型。一個典型的生產(chǎn)者/消費者模型的數(shù)據(jù)包構(gòu)造如下：標(biāo)識符 數(shù)據(jù) 循環(huán)冗余檢驗碼在生產(chǎn)者/點要接收一個數(shù)據(jù)，僅僅需識別與此信息相連的特定的標(biāo)識符，每個數(shù)據(jù)包不再需要源地址位和目標(biāo)地址位。由于數(shù)據(jù)是按內(nèi)容進(jìn)展標(biāo)識的，數(shù)據(jù)源只需將數(shù)據(jù)發(fā)送一同時地從同一生產(chǎn)者取用此消費同一數(shù)據(jù)標(biāo)識符。圖1.生產(chǎn)者/消費者模型#1來自傳感器I/O的參考位置信息可多點傳送給把握12和人機(jī)界面設(shè)備。報文#2速度指令可多點傳送給全部三個驅(qū)動器和人機(jī)界面設(shè)備。源/模型時實現(xiàn)同樣操作〔假設(shè)單向報文傳送〕7個報文。I/O觸發(fā)機(jī)制除了傳統(tǒng)的輪詢方法〔polling〕外，生產(chǎn)者/消費者模型還允許用兩種的功能強(qiáng)大的I/O觸發(fā)方法:狀態(tài)轉(zhuǎn)變發(fā)送〔Change-Of-State〕和周期I/O發(fā)送〔Cyclic〕。輪詢是從源/目〔發(fā)送方出數(shù)據(jù)，這些冗余的數(shù)據(jù)鋪張了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬?！不诖笫隆瞙eartbeat〕〔離線41個真正數(shù)據(jù)?！不跁r間PID可以收集大塊數(shù)據(jù)后以每秒假設(shè)干次且大于操作員接口的反響速I/O信息的節(jié)點保存了帶寬。市場上兩個模型的現(xiàn)場總線例子如下：源／目的地模型-Ethernet-InterbusS-ModbusPlus-AS-I-RemoteI/O-DateHighwayPlus-Profibus(FMS,DP,PA等)生產(chǎn)者/消費者模型-ControlNet-Devicenet-FoundationFieldbus現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特點現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術(shù)上具有以下特點：系統(tǒng)的開放性開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的全都性、公開性，強(qiáng)何地方遵守一樣標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)連接。通訊協(xié)議全都公是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)的需要和考慮，把來自不同供貨商的產(chǎn)品組成大小任憑的系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)?；タ刹僮餍耘c互用性互可操作性，是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、類似的設(shè)備可實現(xiàn)相互替換?，F(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)構(gòu)造的高度分散性現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種的全分散性DCS集中與分散相結(jié)合的集散把握系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)構(gòu)造，提高了牢靠性。對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性工作在生產(chǎn)現(xiàn)場前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾力氣等。一對Ｎ構(gòu)造一對傳輸線，Ｎ臺儀表，雙向傳輸多個信號。需架設(shè)的電纜。可控狀態(tài)操作員在把握室即可以了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對其進(jìn)展參數(shù)調(diào)整，還可以推想和查找事故，控性和可維護(hù)性?；Q性用戶可以自由選擇不同制造商所供給的性能價格比工作，實現(xiàn)即接即用。綜合功能現(xiàn)場儀表既有檢測、變換和補(bǔ)償功能，也有把握統(tǒng)一組態(tài)由于現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表都引入了功能塊的概念，不同的組態(tài)方法?，F(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)由于現(xiàn)場總線是工廠自動化領(lǐng)域的開放互聯(lián)系統(tǒng)的現(xiàn)場總線。目前在全球范圍內(nèi)有著幾十種不同的現(xiàn)場總線標(biāo)司的Profibus,美國Rockwell自動化公司的Devicenet，ControlNetFF,德國Bosch公司的CAN以及美國Echelon公司的LONWorks照舊會保持現(xiàn)在這種多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通訊的局面。但進(jìn)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放互聯(lián)系統(tǒng)，是現(xiàn)在總線技術(shù)進(jìn)展的大勢所趨。1988年開頭，國際電工委員會IEC/SC65C/WG6與美國儀表學(xué)會SP50委員會本著協(xié)商全都的原則聯(lián)合制定工業(yè)把握系統(tǒng)用術(shù)內(nèi)容上存在很大分歧，所以標(biāo)準(zhǔn)制定的進(jìn)程格外緩慢。目前市場上正在應(yīng)用的各種現(xiàn)場總線有數(shù)十種兩個標(biāo)準(zhǔn)族。一個為IEC/SC65CIEC61158標(biāo)準(zhǔn)，另一個為IEC17B的有關(guān)低壓開關(guān)設(shè)備與把握設(shè)備、把握器與電氣設(shè)備接口的IEC62026標(biāo)準(zhǔn)。而IEC61158是制訂時間最長、投票次數(shù)12年，9次投票表決，兩次提交IEC執(zhí)委會審議，直到202314日IEC1999年底最一輪投票結(jié)果才的期望大相徑庭。人們制訂IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的初衷是將雜亂紛呈的各種總線歸納成一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，既便利了制造商的產(chǎn)品生產(chǎn)，又便于用戶選用。但最終通過的IEC61158標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)多方爭吵和妥協(xié)，最終容納了八種互不兼容的協(xié)議。這八種協(xié)議在IEC61158中分別為八種類型：1IEC技術(shù)報告〔即FFH1〕2ControlNet〔美國Rockwell公司支持〕3Profibus〔德國西門子公司支持〕類型4P-Net〔丹麥ProcessData公司支持〕持〕國Alsthom公司支持〕8Interbus〔德國PhoenixContact公司支持〕與SC65CIEC17B的標(biāo)準(zhǔn)制訂低壓開關(guān)設(shè)備與把握設(shè)備：把握器與電器設(shè)備接口。IEC62026-1-傳感器接口〔AS-i〕Devicenet〔SDS〕Seriplex〔串行多任務(wù)把握總線〕CDFDIS20236同意或不同意，不能對文件的某一局部提出修改要求。IEC62026標(biāo)準(zhǔn)草案曾有過第四局部〔Lontalk〕和第七局部〔WorldFIP〕,因這兩個協(xié)議不適宜作為設(shè)備層的通用協(xié)議目前暫被挪走。IEC17B還有一個有關(guān)現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)草案，那就是IEC61915“低壓開關(guān)設(shè)備與把握設(shè)備棗網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)設(shè)備的描述〔Profilesfornetworkedindustrialdevices〕”CD文件階段。工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)與辦公自動化網(wǎng)絡(luò)的區(qū)分現(xiàn)代分布式系統(tǒng)是大量的設(shè)備依據(jù)某種操作要求連接起來把握網(wǎng)絡(luò)往往在很多節(jié)點之間高頻率的發(fā)送大量比較小的數(shù)據(jù)因素是看網(wǎng)絡(luò)是否具有支持實時應(yīng)用的力氣?！苍黾庸?jié)點或者刪除節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)用場合均有確定性和可重復(fù)性的功能。有很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都被提出來去滿足把握網(wǎng)絡(luò)的要求〔EtherneIEEE802.3CSMA/C〔TokenBus,IEEE802.4〕,令牌環(huán)〔TokenRing,IEEE802.5〕,把握器局部網(wǎng)〔CAN,CSMA/AMP〕。把握網(wǎng)絡(luò)一般基于CAN協(xié)議〔例如智能分布式系統(tǒng),SmartDistributedSystem；設(shè)備網(wǎng),Devicenet；CANKingdom〕和令牌協(xié)議〔例如過程現(xiàn)場總線，Profibus；制造自動化協(xié)議，ManufacturingAutomationProtocol；把握網(wǎng)，Controlnet；分布式光纖數(shù)據(jù)接口，F(xiàn)iberDistributedDataInterface〕。三種主要MAC工作方式簡述如下：CSMA/CD(IEEE802.3)為沖突檢測載體監(jiān)聽多重訪問，承受總線網(wǎng)絡(luò)，其把握策略是競爭發(fā)送、播送式傳輸、載體監(jiān)聽、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送；TokenBus(IEEE02.4)成一個規(guī)律環(huán)，令牌在總線網(wǎng)絡(luò)上傳送，收到令牌的站，打算是否發(fā)送或接收，然后再將令牌傳給下一站；TokenRing(IEEE802.5)上傳送，收到令牌的站，打算是否發(fā)送或接收，然后再將令牌傳給下一站。自動化網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)造把握系統(tǒng)的通訊中往往要考慮以下幾個問題。產(chǎn)品怎樣互聯(lián)在一起？系統(tǒng)中不同產(chǎn)品間要有牢靠的互操作性及不同供貨商的同類產(chǎn)品要有可互換性。(如I/O等)還是信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能否在將來可以進(jìn)一步擴(kuò)大？我們應(yīng)當(dāng)依據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇不同的網(wǎng)絡(luò)用需求對數(shù)據(jù)的要求是不同的。對數(shù)據(jù)量要求的不同。網(wǎng)絡(luò)上要求傳送的數(shù)據(jù)量可能要求。對數(shù)據(jù)類型要求不同。要求可能是I/O信息，狀態(tài)轉(zhuǎn)變的信息或顯式報文〔ExplicitMessaging〕，程序的上載/下載，診斷信息等。對網(wǎng)絡(luò)性能要求不同?？赡芤缶W(wǎng)絡(luò)主要處理高速離散量或者模擬量，對工業(yè)把握網(wǎng)絡(luò)特別要求確定性和可重復(fù)性。之間可以交換數(shù)據(jù)，對某一具體應(yīng)用可以選擇其中某層或某幾〔包/設(shè)備診斷力氣、削減接線、安裝、系統(tǒng)調(diào)試時間，提高糾錯力氣〕1-4所示。圖1-4自動化網(wǎng)絡(luò)三層體系機(jī)構(gòu)三層網(wǎng)絡(luò)體系的特點是：任何限制對任何人都是可用的技術(shù)產(chǎn)品的牢靠的互操作性產(chǎn)品組態(tài)及監(jiān)測/網(wǎng)關(guān)連接對每個特有的層只需關(guān)注一些關(guān)鍵的功能，例如：信息層使用以太網(wǎng)〔Ethernet〕，它是一個開放的