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:DeviceNetRockwellCAN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。現(xiàn)場總線的歷史和進(jìn)展2080年月中期在國際上進(jìn)展起來的。隨著微處理器系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動化系統(tǒng)成為“信息孤島”。要實現(xiàn)整個企業(yè)的孤島制造了條件。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?，F(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊鏈路，它溝通了過程掌握領(lǐng)域的根本掌握設(shè)備(即場地級設(shè)備)之間以及與更高層次自動掌握領(lǐng)域的自動化掌握設(shè)備(即車間級設(shè)備)之間的聯(lián)系。掌握器、智能閥門、微處理器和內(nèi)存等各種類型的儀表產(chǎn)品。(2)依據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF的定義：現(xiàn)場6個方面：的通訊網(wǎng)路?，F(xiàn)場設(shè)備互連：現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變送器和執(zhí)行器電源線等，并可依據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)?；ゲ僮餍裕含F(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以各制造商性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成在一起，實現(xiàn)即接即用；用戶期望才能自由地集成FCS。FCSDCS的輸入／輸出單元和掌握站,把DCSPID掌握和運算功能PlD掌握和運算模塊，甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能。由于功能塊分散在系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散掌握。通訊線供電：通訊線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通訊線上攝取能爆標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線設(shè)備也不例外。開放式互連網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，它既可與同層網(wǎng)絡(luò)互能塊統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(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)用層，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每一層的功能以及對上一層所供給的效勞。從OSIOSI參考模式的第1-2所示。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掌握部件、設(shè)備更加智能化，把在傳統(tǒng)DCS中的掌握功能，下移到現(xiàn)場儀表。在此，現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通訊起了重要作省略了一般網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的3~6〔表達(dá)層、會話層、傳遞層和網(wǎng)絡(luò)層〕.物理連接。DCS系統(tǒng)中處于掌握室的掌握模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，加上現(xiàn)場設(shè)備具有通訊能掌握。Devicenet正是目前幾十種現(xiàn)場總線中得到廣泛應(yīng)用的一種。構(gòu)、節(jié)約硬設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護(hù)費用制造了條件。1-3Devicenet掌握系統(tǒng)示意圖３.Devicenet技術(shù)背景和特點多年來，過程工業(yè)始終致力于開發(fā)一種單一的、開放的標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)場的各類設(shè)備進(jìn)展編址。標(biāo)準(zhǔn)的最初目標(biāo)是用單一的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)取代4-20mA標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)范圍擴(kuò)展到尋址簡單的、高難度的效勞時〔如：掌握器間的高速通訊、大量快速掃描設(shè)備間的時間同步〕單一標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)變得延遲了。同時，通訊技術(shù)的本錢近幾〔SP50現(xiàn)場總線〕的本錢由此變得經(jīng)濟(jì)。簡潔設(shè)備的這種標(biāo)準(zhǔn)要求同現(xiàn)存的120/220VAC和24VDC離散、硬接線I/ODevicenet在允很多個簡單設(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還可以報告馬達(dá)啟動器內(nèi)溫度、讀取負(fù)載電流、轉(zhuǎn)變驅(qū)動器加減速速率、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1-1Devicenet技術(shù)特點４Devicenet的應(yīng)用1997年底，Devicenet162022年，DeviceNet300ODVA218而且只有制造業(yè)才能參與。在工業(yè)市場中，已有1498個注冊的符合DeviceNet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。DeviceNet的應(yīng)用包括：汽車，半導(dǎo)體芯片制造，電子產(chǎn)品制造，食品和飲料，批量生產(chǎn)化學(xué)處理，裝配，包裝和物料轉(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〕要傳送實時的輸入/輸出(I/O)掌握信息及整個掌握系統(tǒng)中各掌握器互鎖信息等。我們用顯性報文和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)日志，作趨〔設(shè)備〕必需解釋每個顯性報文，操的數(shù)據(jù)上必需有較大一塊的附加量(overhead)。這種類型的報文在數(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掌握數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的含義是預(yù)定義的。因而在節(jié)點中對處理這些數(shù)據(jù)所需的時間大大減小，I/O報文的一I/O塊設(shè)備〔I/OBlock〕，然后I/O塊按照它的輸入數(shù)據(jù)響應(yīng)給掌握器。為解釋這種類型的報文而必需引入的附加量(overhead)小，數(shù)據(jù)短，使用頻率全都，并且需要高的性能：對I/O報文傳送的牢靠性，送達(dá)時間確實定性及可重復(fù)性有很高的要求。I/O掌握的網(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)。吞吐量〔throughput〕是來自設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)傳送到需要它的全部節(jié)〔依據(jù)用戶的規(guī)律程序產(chǎn)生傳送到需要它的全部節(jié)點的速率。節(jié)點可以是傳感器、人機(jī)界面(Human-MachineInterfaces-HMI)、掌握效率和網(wǎng)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)上去的原始速率，通常用解，對于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)，它是影響吞吐量的三個因素中最不重要的一個?！瞤rotocolefficiency〕2個或多個數(shù)據(jù)包來完成，跟只需1個數(shù)據(jù)包相比，假設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)比另一個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議效率高25%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)中有兩種主要的網(wǎng)絡(luò)模型，即源/目的地模型(Source/Destination)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)冗余檢驗碼源地址目的地址數(shù)據(jù)循環(huán)冗余檢驗碼在主//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)，從機(jī)只能跟主機(jī)通訊并且以“只答”的方式〔speakonlywhenspokento〕，I/O信息時，這種網(wǎng)絡(luò)就只能限于這種功能。/從構(gòu)造，供給更多的敏捷性，在點對點的系統(tǒng)中，設(shè)備既可以發(fā)起通訊，也可以響應(yīng)系統(tǒng)中其它設(shè)備的懇求。由于所要求的敏捷性，支持點對點的網(wǎng)絡(luò)使用顯性報文進(jìn)展通訊。應(yīng)的時間隨著網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載、需傳送信息的節(jié)點與當(dāng)前令牌持有者之間的“距離”有很大的不定性。//目的地的網(wǎng)絡(luò)在把同式將一個設(shè)定值同時送達(dá)不同的驅(qū)動器將更加困難，由于數(shù)據(jù)到達(dá)每個驅(qū)動器(目的地)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)識符標(biāo)識符數(shù)據(jù)循環(huán)冗余檢驗碼/消費者模型中，信息按內(nèi)容來標(biāo)識，假設(shè)一個節(jié)點要接收一位和目標(biāo)地址位。費同一數(shù)據(jù)。消費者節(jié)點之間可實現(xiàn)準(zhǔn)確的同步，而且提高了帶寬的有效使用的信息，當(dāng)節(jié)點時，對發(fā)送多個數(shù)據(jù)組時，對每個數(shù)據(jù)組使用不同的標(biāo)識符。1.生產(chǎn)者/消費者模型報文#1來自傳感器I/O1，掌握2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。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〕/目的地模型產(chǎn)生的，它本質(zhì)上是一種兩個報文的雙向處理〔發(fā)送方輸出數(shù)據(jù)命令，接收節(jié)點收到后作出響應(yīng)并把反響送回的數(shù)據(jù)鋪張了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬。時一個作為背景的心跳〔heartbeat〕信息可以周期地發(fā)送，消費者可用它來區(qū)分41個真正數(shù)據(jù)。〔基于時間〕時，數(shù)據(jù)可依據(jù)用戶選擇的速度來產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的更速度與節(jié)點和應(yīng)用相匹配。例如在優(yōu)化的PID掌握中，傳感器的信息可操作員接口的反響速度進(jìn)展發(fā)送。這樣，可為快速變化的I/O信息的節(jié)點保存了帶寬。源／目的地模型-Ethernet-InterbusS-ModbusPlus-AS-I-RemoteI/O-DateHighwayPlus-Profibus(FMS,DP,PA等)/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)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。息傳送與溝通，而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實現(xiàn)相互替掌握等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動掌握的根本功能，并可隨時診斷設(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)成一種的全分散性掌握系統(tǒng)的體系構(gòu)造。從根本上轉(zhuǎn)變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散掌握系統(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)底層的現(xiàn)場足本質(zhì)安全防爆要求等。一對Ｎ構(gòu)造一對傳輸線，Ｎ臺儀表，雙向傳輸多個信號。這種一對Ｎ現(xiàn)場設(shè)備，只需并行掛到電纜上，無需架設(shè)的電纜?？煽貭顟B(tài)操作員在掌握室即可以了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀視與可控狀態(tài)，提高系統(tǒng)的牢靠性、可控性和可維護(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最優(yōu)的現(xiàn)場其它品牌的同類儀表，系統(tǒng)仍能照常工作，實現(xiàn)即接即用。實現(xiàn)了一表多用，不僅便利了用戶，也節(jié)約了本錢。為現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的不同而承受不同的組態(tài)方法?，F(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)Profibus,Rockwell自動化公司的Devicenet，ControlNet，現(xiàn)場總線基金會的FF,BoschCAN以及美國EchelonLONWorks等。由于不同行業(yè)，不同的應(yīng)用場所需求各異，加上要考慮開放互聯(lián)系統(tǒng)，是現(xiàn)在總線技術(shù)進(jìn)展的大勢所趨。自1988年開頭，國際電工委IEC/SC65C/WG6SP50委員會本著協(xié)商全都的原則聯(lián)合在很大分歧，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，主要歸類在兩個標(biāo)準(zhǔn)IEC/SC65CIEC61158標(biāo)準(zhǔn)，另一個為IEC17B的有關(guān)低壓開關(guān)設(shè)備與掌握設(shè)備、掌握器與電氣設(shè)備接口的IEC62026標(biāo)準(zhǔn)。而IEC61158是制129次投票表決，兩次提交IEC20221月4IEC1999年底最一輪投票結(jié)果才說明該標(biāo)準(zhǔn)已獲通過。但從標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容看，該標(biāo)準(zhǔn)已與人們最初的期望大相徑庭。人們制訂IEC61158IEC61158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〔Rockwell公司支持〕3Profibus〔德國西門子公司支持〕4P-Net〔ProcessData公司支持〕5FFHSE〔即原FFH2FisherRosemount公司支持〕6SwiffNet〔美國波音公司支持7WorldFIP〔Alsthom公司支持〕8Interbus〔德國PhoenixContact公司支持〕與SC65C的針鋒相對、討價還價相比，IEC17B的標(biāo)準(zhǔn)制訂者們要“文明”多了。從1996年成立工作組開頭，IEC17B制訂的總線標(biāo)準(zhǔn)主要涉及設(shè)備層的現(xiàn)場總線，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有：IEC62026低壓開關(guān)設(shè)備與掌握設(shè)備：掌握器與電器設(shè)備接口。-傳感器接口〔AS-i〕Devicenet〔SDS〕第六局部Seriplex〔串行多任務(wù)掌握總線〕CDFDIS文件，20226月進(jìn)展投票表決，各成員國只能表示同意或不同意，不能對文件的某一局部提出修改要求。IEC62026〔LontalkP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)備與掌握設(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)分智能車用系統(tǒng)，高級系統(tǒng)等。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)上交換信息的類型，這些網(wǎng)絡(luò)可分為兩掌握網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因素是看網(wǎng)絡(luò)是否具有支持實時應(yīng)用的力量?！苍黾庸?jié)點或者刪除節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的轉(zhuǎn)變而影響。例如掌握網(wǎng)是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，承受令牌總線協(xié)離散和連續(xù)過程掌握應(yīng)用場合均有確定性和可重復(fù)性的功能。令牌環(huán)〔TokenRing,IEEE802.5〕,掌握器局部網(wǎng)〔CAN,CSMA/AMP〕。掌握網(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；掌握網(wǎng)，Controlnet；分布式光纖數(shù)據(jù)接口，F(xiàn)iberDistributedDataInterface〕。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)，其掌握策略是競爭發(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)將令牌傳給下一站；TokenRing(IEEE802.5)為令牌環(huán)掌握技術(shù)，令牌在環(huán)形網(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。自動化網(wǎng)絡(luò)三層體系構(gòu)造掌握系統(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。產(chǎn)品將要交換什么樣類型的數(shù)據(jù)？是掌握數(shù)據(jù)(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？據(jù)的要求是不同的。字節(jié)或位來計算。負(fù)載量的變化對網(wǎng)絡(luò)的帶寬有不同要求。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。擬量，對工業(yè)掌握網(wǎng)絡(luò)特別要求確定性和可重復(fù)性。/設(shè)備診斷力量、削減接線、安裝、系統(tǒng)調(diào)試時間，提高糾錯力量〕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