DeviceNet现场总线协议讲解

DeviceNet现场总线协议讲解Devicenet简介:DeviceNetRockwellCAN而避开了昂贵和繁琐的硬接线。DeviceNet是一种简洁的网络解决方案，在供给和时间。DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时供给了相当重要的设备级诊断功能。现场总线的历史和进展2080年月中期在国际上进展起来的。随着微处理器系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的孤岛制造了条件。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。(l)ISASP50中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程掌握领域的根本掌握设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动掌握领域的自动化掌握设备(即车间级设备)之间的联系。掌握器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。(2)依据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场6个方面：的通讯网路。现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器电源线等，并可依据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。互操作性：现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以各制造商性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，实现即接即用；用户期望才能自由地集成FCS。FCSDCS的输入／输出单元和掌握站,把DCSPID掌握和运算功能PlD掌握和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在系统，实现彻底的分散掌握。通讯线供电：通讯线供电方式允许现场仪表直接从通讯线上摄取能爆标准。现场总线设备也不例外。开放式互连网络：现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。现场总线的构造特点现场总线的网络构造现场总线网络构造是依据国际标准化组织〔ISO〕制定的开放系统互连〔OSI：OpenSystemInterconnection〕参考模型建立的。OSI参考模型共分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，该标准规定了每一层的功能以及对上一层所供给的效劳。从OSIOSI参考模式的第1-2所示。1-2现场总线的构造现场总线主要特点是使底层的掌握部件、设备更加智能化，把在传统DCS中的掌握功能，下移到现场仪表。在此，现场总线的网络通讯起了重要作省略了一般网络构造的3~6〔表达层、会话层、传递层和网络层〕.物理连接。DCS系统中处于掌握室的掌握模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通讯能掌握。Devicenet正是目前几十种现场总线中得到广泛应用的一种。构、节约硬设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用制造了条件。1-3Devicenet掌握系统示意图３.Devicenet技术背景和特点多年来，过程工业始终致力于开发一种单一的、开放的标准对现场的各类设备进展编址。标准的最初目标是用单一的数字标准取代4-20mA标准。当范围扩展到寻址简单的、高难度的效劳时〔如：掌握器间的高速通讯、大量快速扫描设备间的时间同步〕单一标准的开发变得延迟了。同时，通讯技术的本钱近几〔SP50现场总线〕的本钱由此变得经济。简洁设备的这种标准要求同现存的120/220VAC和24VDC离散、硬接线I/ODevicenet在允很多个简单设备互连接的同时，允许简洁设备的互换性。除了读取离散设备的状态外，DeviceNet还可以报告马达启动器内温度、读取负载电流、转变驱动器加减速速率、或统计前一小时通过传输带传送的包裹计数。Devicenet的主要技术特点如下表所示1-1Devicenet技术特点４Devicenet的应用1997年底，Devicenet162022年，DeviceNet300ODVA218而且只有制造业才能参与。在工业市场中，已有1498个注册的符合DeviceNet协议标准的产品。DeviceNet的应用包括：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，包装和物料转移。Devicenet进入中国时间不长，但是在中国已有很多应用。据RockwellAutomation市场部供给的数据，上海通用汽车有一条DevicetNet的生产线，另外，生产可口可乐的上海申美饮料公司也局部承受了DeviceNet技术。信任随着DeviceNet技术的进一步完善和推广，DeviceNet有相当可观的应用前景，这也正是基于DeviceNet的智能设备和远程检测系统获得国家高技术产业化工程示范工程的缘由。Producer/Consumer网络通讯模型显性报文和I/O报文〔ExplicitandI/Omessaging〕要传送实时的输入/输出(I/O)掌握信息及整个掌握系统中各掌握器互锁信息等。我们用显性报文和I/O报文来分别表示。显性报文用来上载和下载程序，修改设备组态，记载数据日志，作趋〔设备〕必需解释每个显性报文，操的数据上必需有较大一块的附加量(overhead)。这种类型的报文在数据量的大小和使用频率上都是格外不确定的。I/O报文在本质上是隐性的〔Implicit〕，因而有时也称为隐性报文，它的数据域中常不包括协议信息，仅仅是实时的I/O掌握数据，这些数据的含义是预定义的。因而在节点中对处理这些数据所需的时间大大减小，I/O报文的一I/O块设备〔I/OBlock〕，然后I/O块按照它的输入数据响应给掌握器。为解释这种类型的报文而必需引入的附加量(overhead)小，数据短，使用频率全都，并且需要高的性能：对I/O报文传送的牢靠性，送达时间确实定性及可重复性有很高的要求。I/O掌握的网络不能处理发送显性报文时在发送数据的时间种不同报文类型的不同要求。RockwellAutomation/AB公司的DataHighway/RemoteI/O网络和西门子的ProfibusFMS/ProfibusDP网络就是这种状况的表现。吞吐量〔throughput〕是来自设备的输入数据传送到需要它的全部节〔依据用户的规律程序产生传送到需要它的全部节点的速率。节点可以是传感器、人机界面(Human-MachineInterfaces-HMI)、掌握效率和网络模型打算。下面我们简要争论一下这些因素。波特率〔BandRate〕是把数字信号放到网上去的原始速率，通常用解，对于现在的网络，它是影响吞吐量的三个因素中最不重要的一个。〔protocolefficiency〕2个或多个数据包来完成，跟只需1个数据包相比，假设一个网络比另一个网络的协议效率高25%就没有任何意义了。网络模型〔NetworkModel〕现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生产者/消费者(Producer/Customer)模型。典型的源/目的地模型的一个数据包如下所示：源地址目的地址数据循环冗余检验码源地址目的地址数据循环冗余检验码在主//从是一个层次体系，系统中包含一个发起全部通讯的主机，从机只能跟主机通讯并且以“只答”的方式〔speakonlywhenspokento〕，I/O信息时，这种网络就只能限于这种功能。/从构造，供给更多的敏捷性，在点对点的系统中，设备既可以发起通讯，也可以响应系统中其它设备的恳求。由于所要求的敏捷性，支持点对点的网络使用显性报文进展通讯。应的时间随着网络的负载、需传送信息的节点与当前令牌持有者之间的“距离”有很大的不定性。//目的地的网络在把同式将一个设定值同时送达不同的驱动器将更加困难，由于数据到达每个驱动器(目的地)ControlNet中承受了一个全的生产者/消费者网络模型。一个典型的生产者/消费者模型的数据包构造如下：标识符标识符数据循环冗余检验码/消费者模型中，信息按内容来标识，假设一个节点要接收一位和目标地址位。费同一数据。消费者节点之间可实现准确的同步，而且提高了带宽的有效使用的信息，当节点时，对发送多个数据组时，对每个数据组使用不同的标识符。1.生产者/消费者模型报文#1来自传感器I/O1，掌握2和人机界面设备。报文#2速度指令可多点传送给全部三个驱动器和人机界面设备。同样操作〔假设单向报文传送〕7个报文。I/O触发机制除了传统的轮询方法〔polling〕外，生产者/消费者模型还允许用两种I/O触发方法:状态转变发送〔Change-Of-State〕和周期I/O发送〔Cyclic〕/目的地模型产生的，它本质上是一种两个报文的双向处理〔发送方输出数据命令，接收节点收到后作出响应并把反响送回的数据铺张了大量网络带宽。时一个作为背景的心跳〔heartbeat〕信息可以周期地发送，消费者可用它来区分41个真正数据。〔基于时间〕时，数据可依据用户选择的速度来产生，数据的更速度与节点和应用相匹配。例如在优化的PID掌握中，传感器的信息可操作员接口的反响速度进展发送。这样，可为快速变化的I/O信息的节点保存了带宽。源／目的地模型-Ethernet-InterbusS-ModbusPlus-AS-I-RemoteI/O-DateHighwayPlus-Profibus(FMS,DP,PA等)/消费者模型-ControlNet-Devicenet-FoundationFieldbus现场总线系统的技术特点现场总线系统在技术上具有以下特点：系统的开放性开放是指对相关标准的全都性、公开性，强调对标准的构筑自动化领域的开放互连系统。息传送与沟通，而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替掌握等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动掌握的根本功能，并可随时诊断设备的运行状态。系统构造的高度分散性现场总线已构成一种的全分散性掌握系统的体系构造。从根本上转变了现有DCS集中与分散相结合的集散掌握系统体系，简化了系统构造，提高了牢靠性。对现场环境的适应性工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场足本质安全防爆要求等。一对Ｎ构造一对传输线，Ｎ台仪表，双向传输多个信号。这种一对Ｎ现场设备，只需并行挂到电缆上，无需架设的电缆。可控状态操作员在掌握室即可以了解现场设备或现场仪表的工作状视与可控状态，提高系统的牢靠性、可控性和可维护性。互换性用户可以自由选择不同制造商所供给的性能价格比最优的现场其它品牌的同类仪表，系统仍能照常工作，实现即接即用。实现了一表多用，不仅便利了用户，也节约了本钱。为现场设备或现场仪表的不同而承受不同的组态方法。现场总线的国际标准Profibus,Rockwell自动化公司的Devicenet，ControlNet，现场总线基金会的FF,BoschCAN以及美国EchelonLONWorks等。由于不同行业，不同的应用场所需求各异，加上要考虑开放互联系统，是现在总线技术进展的大势所趋。自1988年开头，国际电工委IEC/SC65C/WG6SP50委员会本着协商全都的原则联合在很大分歧，所以标准制定的进程格外缓慢。目前市场上正在应用的各种现场总线有数十种，主要归类在两个标准IEC/SC65CIEC61158标准，另一个为IEC17B的有关低压开关设备与掌握设备、掌握器与电气设备接口的IEC62026标准。而IEC61158是制129次投票表决，两次提交IEC20221月4IEC1999年底最一轮投票结果才说明该标准已获通过。但从标准的内容看，该标准已与人们最初的期望大相径庭。人们制订IEC61158IEC61158最终容纳了八种互不兼容的协议。这八种协议在IEC61158中分别为八种类型：1IEC技术报告〔即FFH1〕2ControlNet〔Rockwell公司支持〕3Profibus〔德国西门子公司支持〕4P-Net〔ProcessData公司支持〕5FFHSE〔即原FFH2FisherRosemount公司支持〕6SwiffNet〔美国波音公司支持7WorldFIP〔Alsthom公司支持〕8Interbus〔德国PhoenixContact公司支持〕与SC65C的针锋相对、讨价还价相比，IEC17B的标准制订者们要“文明”多了。从1996年成立工作组开头，IEC17B制订的总线标准主要涉及设备层的现场总线，相关的标准有：IEC62026低压开关设备与掌握设备：掌握器与电器设备接口。-传感器接口〔AS-i〕Devicenet〔SDS〕第六局部Seriplex〔串行多任务掌握总线〕CDFDIS文件，20226月进展投票表决，各成员国只能表示同意或不同意，不能对文件的某一局部提出修改要求。IEC62026〔LontalkP因这两个协议不适宜作为设备层的通用协议目前暂被挪走。IEC17B还有一个有关现场总线的标准草案，那就是IEC61915“低压开关设备与掌握设备棗网络化工业设备的描述〔Profilesfornetworkedindustrialdevices〕”CD文件阶段。工业自动化网络与办公自动化网络的区分智能车用系统，高级系统等。依据网络上交换信息的类型，这些网络可分为两掌握网络的关键因素是看网络是否具有支持实时应用的力量。〔增加节点或者删除节点和网络负载的转变而影响。例如掌握网是一种高速确定性网络，承受令牌总线协离散和连续过程掌握应用场合均有确定性和可重复性的功能。令牌环〔TokenRing,IEEE802.5〕,掌握器局部网〔CAN,CSMA/AMP〕。掌握网络一般基于CAN协议〔例如智能分布式系统,SmartDistributedSystem；设备网,Devicenet；CANKingdom〕和令牌协议〔例如过程现场总线，Profibus；制造自动化协议，ManufacturingAutomationProtocol；掌握网，Controlnet；分布式光纤数据接口，FiberDistributedDataInterface〕。MAC工作方式简述如下：CSMA/CD(IEEE802.3)为冲突检测载体监听多重访问，承受总线网络，其掌握策略是竞争发送、播送式传输、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送；TokenBus(IEEE02.4)将令牌传给下一站；TokenRing(IEEE802.5)为令牌环掌握技术，令牌在环形网络上传送，收到令牌的站，打算是否发送或接收，然后再将令牌传给下一站。自动化网络三层体系构造掌握系统的通讯中往往要考虑以下几个问题。产品怎样互联在一起？系统中不同产品间要有牢靠的互操作性及不同供货商的同类产品要有可互换性。产品将要交换什么样类型的数据？是掌握数据(如I/O等)还是信息数据。系统能否在将来可以进一步扩大？据的要求是不同的。字节或位来计算。负载量的变化对网络的带宽有不同要求。I/O信息，状态转变的信息或显式报文〔ExplicitMessaging〕，程序的上载/下载，诊断信息等。拟量，对工业掌握网络特别要求确定性和可重复性。/设备诊断力量、削减接线、安装、系统调试时间，提高纠错力量〕1-4所示。图1-4自动化网络三层体系机构三层网络体系的特点