1 引言

DeviceNet是基于CAN總線技術的符合全球工業(yè)標準的開放型通信網絡。CAN總線具有布線簡單、典型的總線型結構、穩(wěn)定可靠、實時、抗干擾能力強、傳輸距離遠、布線成本低等特點，廣泛應用于自動化儀表、工業(yè)生產現場、數控機床等系統(tǒng)中，被認為是最有前途的現場總線之一。雖然DeviceNet是工業(yè)控制的設備級網絡，而它采用了先進的通信概念和技術，通過一根電纜將工業(yè)設備接成網絡，網絡中不僅有低端的工業(yè)設備，還有像變頻器、HMI這樣復雜的設備，這樣降低了系統(tǒng)的復雜性，減少了設備通信的電纜硬件接線，并提高系統(tǒng)可靠性，降低安裝、維護成本，是分布式控制系統(tǒng)的理想解決方案。

2 DeviceNet規(guī)范簡介

DeviceNet規(guī)范定義了一個網絡通信標準，以便組成工業(yè)控制系統(tǒng)使各個設備之間可以進行數據通信。DeviceNet規(guī)范除了提供ISO模型的應用層定義之外，還定義了部分物理層和數據鏈路層。規(guī)范中對DeviceNet節(jié)點的物理連接也作了規(guī)定，連接器、電纜類型、長度以及與通信相關的指示器、開關、相關的室內銘牌都作了詳細規(guī)定。

DeviceNet是建立在CAN協(xié)議基礎之上，沿用了CAN協(xié)議所規(guī)定的物理層和數據鏈路層，并補充了不同的報文格式、總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和隔離方法。DeviceNet的功能和特點如圖1所示。

DeviceNet的應用層協(xié)議則采用的是通用工業(yè)協(xié)議(CIP)。CIP是一個在高層面上嚴格面向對象的協(xié)議。每個CIP對象具有屬性(數據)、服務(命令)、連接和行為(屬性值與服務間的關系)，其主要功能有兩個:一是面向連接的通信；二是標準的工業(yè)應用對象。下文詳細介紹通信部分。

CIP通信最重要的特點是它用不同的方式傳輸不同類型的報文，根據報文質量要求將需要發(fā)送的報文分為顯式報文和隱式報文。

CIP另一個重要特點是基于連接進行通信的。因此DeviceNet網絡上任意兩個節(jié)點通信之前必須建立起連接，且連接可以動態(tài)建立和撤銷。請注意這里的“連接”是邏輯上的關系，而非物理層的連接。

DeviceNet支持兩種類型的連接:顯式報文連接和I/O連接。

顯式報文連接是點對點的連接方式，報文接收方必須對接到的報文做出相應的響應，通常這類報文對時間要求不高，主要用于上傳/下載程序、修改設備參數、趨勢分析和診斷等。

I/O連接則用于傳送實時性要求較高的I/O報文，可以一對一、一對多地傳送數據。DeviceNet支持多種I/O數據觸發(fā)方式，如位選通(Bit strobe)、輪詢(Poll)、狀態(tài)改變(COS)/循環(huán)(Cyclic)等。

位選通:利用8字節(jié)的廣播報文，每一位分別對應網絡上64個節(jié)點，指定要求響應的從節(jié)點，響應報文最大為8字節(jié)。

輪詢:這種觸發(fā)方式適用于絕大多數設備，相比位選通的少量I/O數據，輪詢命令可傳送任意數量的數據。輪詢命令依次發(fā)送到各從站設備，從站接收到命令后做出應答。

狀態(tài)改變:此方式多用于離散的設備，當設備狀態(tài)發(fā)生改變時，使用事件觸發(fā)方式發(fā)生通信，而不是依靠主設備不斷查詢。為了防止設備掉線，增加了心跳報文，定時獲取設備運行狀態(tài)。

循環(huán):循環(huán)方式適用于一些模擬設備，可以根據設備信號發(fā)生的速度，靈活地設定循環(huán)通信的時間間隔，可以降低不必要的網絡流量，在模擬量輸入發(fā)生變化的時間內即可。每臺設備中，循環(huán)和狀態(tài)改變是互斥的，同一時刻只能使用一種連接方式。

下面通過圖2介紹DeviceNet網絡中兩臺設備建立通信的一般流程。

DeviceNet設備在進行信息交換前，首先要通過重復的MAC ID檢測，如果通過MAC ID檢測，則設備轉為在線狀態(tài)；否則為離線。然后通過未連接顯示報文建立顯式報文連接，主從站通過顯式報文進行各種配置和信息交換。最后，建立I/O連接，并通過I/O連接進行數據收發(fā)。不同的主站模塊建立I/O連接的流程有所差別，這里強調的是DeviceNet網絡是基于連接的一種網絡。

3 DeviceNet設備及組網

DeviceNet網絡是一種設備級的現場總線網絡，它的拓撲結構是比較自由的，典型拓撲結構是主干-分支方式，如圖3所示。

在實際應用中，Devicenet網絡基本上都采用主/從連接通信方式，因此網絡中的設備也有主從之分。

(1)主站設備

簡單來說，DeviceNet主站(掃描器)是集中管理I/O數據的設備。目前有兩種形式的主站，一種是可編程控制器(PLC)中的一個單元，它的內部集成了DeviceNet的主站功能，這種主站使用最為普遍。另一種是主站PC使用一個集成DeviceNet的主站功能PCI或USB接口卡，并通過PCI/USB總線與PC的CPU交換數據，實現對從站的管理和控制。

現代控制系統(tǒng)中由上位機提供的人機界面也是必不可少的，DeviceNet主站無論采用PLC單元模塊或PCI/USB接口卡，對外都具有開放的通信接口，可以適用于市面上絕大多數的組態(tài)、監(jiān)控軟件。

廣州致遠電子有限公司日前推出了人機界面(HMI)主站設備，PCI和USB兩種類型接口的DeviceNet主站卡，分別是PCI-5010-D和USBCAN-E-D。它們可以使PC機快速連接到DeviceNet網絡，在最短時間內實現可視化、參數化的網絡分析及控制。主站卡不僅提供了免費ZOPC服務器接口，可直接運行于常用的組態(tài)軟件(組態(tài)王、MCGS、Intouch等)，而且還提供了標準的應用程序接口(API)、DeviceNet掃描模塊動態(tài)鏈接庫、配套的程序示例等。

(2)從站設備

如圖3所示，從站設備有馬達驅動器、I/O設備、傳感器、按鈕組、HMI等等。通常，從站設備的控制比較簡單，大多數都采用輪詢方式工作。為了方便用戶快速設計出符合DeviceNet規(guī)范的從站設備，廣州致遠電子有限公司推出了一款嵌入式DeviceNet從站模塊——XGate-DVN10。它適用于各種干擾強、實時性要求高的工業(yè)場合，具有小巧的體積和靈活的應用方式，可以非常方便地嵌入到用戶的設備中。

4 小結

使用DeviceNet總線產品構成系統(tǒng)是非常方便的，只要產品符合DeviceNet規(guī)范，就可以方便地接入系統(tǒng)。如果你只提供從站設備，那么可以自由選用不同廠商的從站、主站、上位機軟件，可以方便地配置連接構成穩(wěn)定、健碩的DeviceNet網絡，這就是開放式現場總線的優(yōu)點。目前DeviceNet已經是中國國家標準，其一致性測試中國測試中心也已經成立，為國內開發(fā)、生產、銷售、應用DeviceNet現場總線設備提供了橋梁。

廣州致遠電子有限公司提供各種接口的DeviceNet接口卡、DeviceNet終端設備(包括數據采集，電機控制等)、DeviceNet分析儀、網關及網橋、OPC服務器以及基于DeviceNet協(xié)議的整套組網方案及應用開發(fā)。

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