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DeviceNet 高性能的设备级网络 DeviceNet概述 What is DeviceNet？ DeviceNet是美国Rockwell公司于1994年提出的一种总线结构 的设备级网络。它为简单工业设备(传感器、阀门、开关、 电机等)和高端设备(控制器)提供了确定的、可靠的网络连 接和通信。 目前，DeviceNet技术属“开放DeviceNet厂商协会”ODVA组织 (Open DeviceNet Vendor Associaiton)所有和推广。 基于标准的控制器局域网CAN技术。 DeviceNet是一种开放式的现场总线，采用了先进的通信概 念,具有低成本、高效率、高性能与高可靠性的优点。 DeviceNet的优点 互操作性：来自不同厂商的同类设备只要满足DeviceNet认 证，就具有互换性和互操作性。 通用网络：开放的网络提供了通用的、面向用户的解决方 案，降低了用户对于多种设备网络支持的需要。 基于一个可靠的标准：基于CAN总线技术，有助于设备网得 到更好的应用。 确定性和重复性：基于Producer/Consumer模式，可提供确定 性和可重复性的数据传输。 更低的维护成本：可以在不中断其他设备工作的情况下拿 掉或者替换某个设备。 诊断功能：DeviceNet为用户提供了完整的设备级诊断功能 ，这在传统的I/O上是很难实现的。 性价比更高的连线方式：一根电缆能同时提供数据通讯和 24VDC现场设备供电。 DeviceNet 应用 DeviceNet 设备 介质和连接器； AC/DC驱动器； 接近传感器； 气动阀； 控制器； 运动控制； 马达控制； I/O件； 显示设备； 条形码设备； 网关，协议转换器； 其它 DeviceNet网络协议 DeviceNet 网络模型 DeviceNet在网络模型上将ISO/OSI七层网络参考模型简化为三层： 应用层、数据链路层和物理层。其中DeviceNet定义了应用层规范 和物理层的连接单元接口规范和介质连接和介质规范，而在数据 链路层的介质访问控制层和物理层的信令服务规范则直接采用了 CAN总线技术。 DeviceNet 物理层 线性的网络结构； 最多可支持64 个节点； 使用二对双绞线的屏蔽电缆(分别连接信号和电源) ,可使用 干线电缆、支线电缆； 可使用密封连接器或开放式连接器； 不必切断电源就可以拆、装网络节点； 错接线保护，设备内建反接线保护； 125 kb/ s、250 kb/ s、500 kb/ s 三种可选波特率对应500100 m 允许干线长度； 电缆包含分离的电源线，同时支持网络供电及自供电设备 ； 高电源容量(每个电源最大可供应16A)； 同时支持绝缘和非绝缘设备； DeviceNet 线缆特性 5根连接导线：一对24V DC电源线，一对CAN通信线及一屏 蔽线。 粗缆及扁平电缆对于24V DC最大容许电流为8A，但按NEC 2 级要求粗缆不能超过4A(仅北美地区)。 细缆对于24V DC的最大容许电流为3A。 +24VDC ( V+ ) +0VDC ( V- ) CAN-H CAN-L ShieldBare Blue White Red Black Topology Zero DropShort DropsBranching Drop TerminatorTerminatorTap Trunk Daisy Chain max 20 feet NodeNode Node Node Node Node NodeNode Node Node Node Trunk Distance Trunk Length P/S 终端电阻 终端电阻参数：120/121 Ohms；1/4 Watt或更大； 在干线的每个终端的白线及蓝线之间必须安装终端 电阻； 终端电阻可以是封闭式和开放式的； 不要使用碳电阻，推荐使用金属片电阻。 DeviceNet 物理介质 “干线”和“支线” 干线是整个网络的主线； 支线是干线的分支，用于将设备连接至干线， 支线长度最大为20英尺。 有四种类型的线缆：粗缆、扁平电缆、细缆及1类 分支电缆。 粗缆，扁平电缆及1类分支电缆额定电流为8A； 在北美，粗缆仅为4A； 细缆额定电流为3A； 粗缆、扁平电缆及细缆用于干线； 1类分支电缆仅用于支线。 线缆参数粗缆 Data Rates125Kbits250Kbits500Kbits Trunk Distance 500m(1640f t) 250m(820ft ) 100m(328ft ) Max. Drop Length 20ft20ft20ft Cumulative Drop 512ft256ft128ft Number of Nodes 646464 线缆参数细缆 Data Rates125Kbits250Kbits500Kbits Trunk Distance 100m(328ft ) 100m(328ft ) 100m(328ft ) Max. Drop Length 20ft20ft20ft Cumulative Drop 512ft256ft128ft Number of Nodes 646464 线缆参数扁平电缆 Data Rates125Kbits250Kbits500Kbits Trunk Distance 420m(1378f t) 200m(656ft ) 75m(246ft) Max. Drop Length 20ft20ft20ft Cumulative Drop 512ft256ft128ft Number of Nodes 646464 连接器 Mini Quick Disconnect 18mm Micro Quick Disconnect 12mm “Terminal Strip” Style Connector Cable 典型封闭式接头 Multiport Taps Tee Taps Trunk line segments -molded mini-connectors Drop lines - molded connectors - 0 to 6 m (20 ft.) - mini or micro at device Field Installable trunk line connectors -screw type -crimp type 封闭式T型接头 Tee Tap Keyed left MACID。表示节点地址,6bit s。信息ID。使用36bit s 表示在一个信息组内所用的信息通道。 通过11位标识ID将网络上传递的信息报文分成四组：信息组1，信息组2 ，信息组3和信息组4；根据无损位仲裁算法，信息组1的优先级比信息 组2的高，信息组2比信息组3高，信息组3比信息组4高。 DeviceNet 连接 DeviceNet是基于连接的网络，网络上任何二个节点在开始 通讯之前，必须建立连接。DeviceNet 使用通信对象模型来 描述说明通信过程中各个环节之间的关系，用连接对象表 示两个物理节点之间的一个通信关系； 在DeviceNet中通过一系列参数和属性对连接对象进行描述, 如这个连接使用的标识符(连接标识符CID ，即DeviceNet 数 据帧中的11 位标识符) 、这个连接传送的信息的类型(显式 信息或I/ O 信息) 、数据长度、路径信息的生产方式、信息 包传送频率和连接的状态等。 DeviceNet Interface DeviceNet协议支持主/从、多主站及对等通讯多种模式； 现有的网络主站有：1771平台的1771-SDN扫描器模块，SLC- 500平台的1747-SDN模块，ControlLogix平台的1756-DNB模块 ,PC平台的1784-PCIDS模块及1788-CN2DN网桥； 网络主站将控制平台的数据输出到每个从属设备，并将每 个从属设备的数据输入到平台； PLC或PC中的用户程序使用平台中的数据在DeviceNet上对设 备进行实际的控制操作。 主扫描器数据流概述 From DeviceNet A B C D E A B C D E Discrete I/O Xfer Y Z X Output Image Ladder Processor Internal Input Data Storage Internal Output Data Storage Master Input Data Device Y Z X Output Data To DeviceNet Device A B C D E Y X Z CD EE CD Data Table CD E YZ X Input Image BA Data Table ( ) A 4 X 5 Discrete I/O Xfer 轮询和选通方式 DeviceNet协议支持轮询和选通方式的操作和响应。 选通操作/响应 选通操作：同时向网络上所有从站广播发送一个8字节 的I/O消息，每个可能的节点数占用输出数据的1位，8字节 消息可看作一个64位的位掩码，设备的节点数作为索引与 掩码相比较，以得到设备数据的1位 选通响应：若选通的从设备是输入设备，则这些从设备 将发送其输入数据作为响应 07815 Byte 0Byte 1 Byte 2Byte 3Byte 4Byte 5Byte 6Byte 7 2431 16 23393247 485556 6340 Strobe Transmission format Node/Bit # 轮询和选通方式 轮询操作/响应 轮询操作：直接向单个特定的从站(点对点)发 送一个I/O消息，主站必须向每个需要轮询的从 站进行单独的轮询操作。 轮询响应：若轮询到的从设备是输入设备，则 将发送其输入数据作为响应。 . (up to 63) Strobe/responsesPolls/Responses (up to 63) . P1 R1 P2 P3 R2 R3 ISD S S .packet processing . time New Cycle . P R 状态改变方式 设备在有事件发生导致状态改变时输入或输出数据； 优于主站通过轮询表进行查找 对于不连续的应用，状态改变方式更为有效； 网络通信量大幅度减少 性能大幅度提高 可以用于主/从，对等或多主站环境。 PLC I/O 1I/O 2I/O 3 #2 #1 #3 周期数据生成方式 设备基于一个用户设定的时间间隔进行数据的输入 输出； 周期数据生成模式对于变化缓慢的I/O数据(模拟量) 应用更为有效； 减少了网络通信量 网络性能是可重复的 可以用在主/从，对等通信及多主站环境中。 every 2000 ms PLC I/O 1I/O 2I/O 3 every 500 ms every 25 ms DeviceNet数据通讯方式概述 Strobe Message：选通方式下，利用8字节的报文广播，64个 二进制位的值对应着网络上64个可能的节点，通过位的标 识，指定要求响应的从设备。 Poll Message：查询方式下，I/O报文直接依次发送到各个从 设备(点对点)。 Change-of-State Message：使用事件触发方式，当设备状态发 生改变时才发生通讯，而不是由主设备不断的查询来完成 。 Cyclic Message：适用于一些模拟设备，可以根据设备的信号 发生的速度，灵活设定循环进行数据通讯的时间间隔，这 样就可以大大降低对网络的带宽要求。 DeviceNet 报文 DeviceNet 中定义了两类不同的报文，显式报文和I/ O 报文。 (1) 显式报文用于两个设备之间多用途的信息交换，一般用于 上载和下载程序、节点的配置、故障情况报告和故障诊断 。 (2) I/ O 信息是工业控制系统最主要的信息，它反映系统实时状 态的信息。 显式报文 DeviceNet 中定义了一组公共服务显式报文，如读取属 性、设置属性、打开连接、关闭连接、出错响应、起 动、停止、复位等。这类信息因为是多用途的,所以在 报文中要标明报文的类型,对应不同类型，报文格式也 不同。它是根据报文和预先规定的格式说明其含义的 ，显式报文是询问/回答式的。 显式报文中尚有一类未连接显式报文，专用于连接的 建立和撤消。 在报文组3，专门留了二个通道。 组3 信息ID5 未连接显式响应报文 组3 信息ID6 未连接显式请求报文 I/O 信息 I/ O 信息的含义是预先约定的,内容比较单纯。 由于控制系统实时性要求, I/ O 信息必须快速重复地传送、 刷新,因此数据量大,要求格式精简。 为了更有效地传送I/ O 信息,DeviceNet定义了多种传送规则, 可以根据应用对象信息的特点选用适当的方式：位选通、 轮询、状态变化及循环传送。 I/ O 信息可以选择应答或无应答传送,一般选择无应答方式 以节省时间。 可以是点对点或多点传送。 分段协议 DeviceNet每帧最大能传送8个字节数据，如果需要传送的数 据超过8个字节，可以使用分段传送协议，分成多个帧传送 。在使用分段协议时，每个帧有一个字节用于分段协议， 表示这个帧是第一分段(0)，中间分段(1)，最后分段(2)，分 段应答(3)，以及用六个Bit表示分段计数值，指示这是第几 个分段，通过分段中协议可以保证数据的分段和正确重组 。 显式报文的分段格式： DeviceNet设备 DeviceNet 设备 1770-KFD RS-232 PC I/F 1305, 1336 Drives SMP-3 Smart Motor Protector, SMC Dialog Plus Series 9000 Photoelectric 800T RediSTATION & 800 E Pushbutton Station PLC-5/xx 1771-SDN Scanner 1203 DeviceNet Interface 1747-SDN Scanner SLC-5/02, 5/03, 5/04 SMP3 DeviceLink I/O w/standard sensor 1794-ADN for Flex I/O 1791 CompactBlock I/O 100-DSA Auxiliary Starter RSNetWorx for DeviceNet 1784-PCD or 1784-PCIDS I/F ControlLogix 1756-DNB Scanner 802T Limit Switch DeviceNet 设备 PanelViews FlexPak 3000 & GV3000 Drives 825 Smart Motor Manager 1792 Armor Block MaXum I/O DeviceView IMC S-Class or 1394 GMC 150 Smart Motor Controller 160 Smart Speed Controller 1799 Embedded I/O Dodge EZlink sensorized bearing 1761-NET-DNI 871TM Prox 18mm & 30mm 1734 Point I/O and PointBlock I/O 855 Stack Light MSC-E3 Smart Motor Protector 1788-CN2DN CNet to DNet Bridge 42EF-RightSight Photoeye 842D Absolute Encoder 1770-KFD R