现场总线-DeviceNet
工业控制网络(现场总线)——DEVICENET信息协议
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.1 报文头
Frag (段位) -此区表明该发送是否为一 个分段的显式报文。
值
含义
0
非分段。该发送包含一个完整的显式报 文。下一个字节包含服务区。
1
分段。该发送不包含一个完整的显式报 文。下一个字节包含分段协议。
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.1 报文头
MAC ID -它包含源MAC ID或目的MAC ID。
如果：
那么：
目 的 MAC ID 在 连 接 源MAC ID就在报文头 ID(CAN标识符区)中被 的MAC ID区中被说明。 说明，
源 MAC ID 在 连 接 目的MAC ID就在报文
ID(CAN标识符区)中被 头的MAC ID区中被说
R/R位（0）-表明这是一个请求报文。
服务代码 接服务。
(4Bh)-标
识
此
为一
个开
放显
式信
息
连
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.4 UCMM服务
论据：
保留位-待被开发。这些位当前被接收器忽略， 并应被发送器设置为0。
请求报文体格式-此区被客户机用于随后在此连 接上发送的显式报文申请一个特定的报文体格 式。
说明，
明。
当一个显式报文被接收时，此报文头中的MAC ID区即被 检验。若这些检测中的任一个失败，则此报文被废弃。
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.2 报文体
一个报文体包含一个服务区和服务特有 论据。
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.2 报文体
DeviceNet
每个数据包不再需要源地址位和目标地址位。
因为数据是按内容进行标识的，数据源只需将数据 发送一次。许多需用此数据的节点通过在网上同时 识别这个标识符，可同时地从同一生产者取用此消 费同一数据。
生产者/消费者模式 (Producer/Consumer)
兼容了所有“源/目的地”模式所具备的通讯能 力，同时具备更高的数据传输效率
Drive1
Drive2
Drive3
源/目（点对点）通信模式的缺点： 1.多个节点间同步动作困难； 2.浪费带宽，源节点必须多次发送给不同节点。 生产者/消费者模式的特点： 1.一个生产者，多个消费者； 2.数据更新在多个节点同时发生； 3.提供多级优先，适用于实时I/O数据交换。
DeviceNet的通信参考模型：
DeviceNet技术介绍
杨海超 142050381
1.DeviceNet技术基础
1.1概论 DeviceNet是一种基于CAN技术的开放型通信网络，
主要用于构建底层控制网络，其网络节点由嵌入 了CAN通信控制器芯片的设备组成。 DeviceNet将工业设备（如限位开关，光电传感器， 阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器， 变频驱动器，面板显示器和操作员接口）连接到 网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。
Access to any data, any where, any time (Design, Operate, Maintain)
三层网络各自的任务：
信息层（例如：使用Ethernet)
高速报文传送、高容量数据共享
控制层（例如：使用ControlNet)
支持I/O信息，报文的传输和诊断功能；开放性技 术；能够设置信息的优先级支持多主机、广播式 和进程对进程(Peer-to-Peer)的通信方式；高速 I/O信息和报文的传送；有效地数据共享；确定性 和可重复性(Determinism & Repeatability)
DeviceNet现场总线协议讲解
场总线的两种有代表性的定义。
(l)ISA SP50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，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备(即车间级设备)之间的联系。
这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。
(2)根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网路。
现场总线的本质含义表现在以下6个方面：a)现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。
b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。
c)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提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。
用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用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；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。
这些就是现场总线设备互操作性的含义。
现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。
d)分散功能块：FCS废弃了DCS的输入／输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。
例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。
调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，也可以有PlD控制和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。
由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，实现彻底的分散控制。
DeviceNet总线网络诊断介绍课件
DeviceNet总线特点
开放性：DeviceNet总线是一种开放的现场总 线标准，允许不同厂商的设备进行互操作。
实时性：DeviceNet总线具有实时性，可以满 足工业控制系统对实时性的要求。
灵活性：DeviceNet总线支持多种传输介质， 如双绞线、光纤等，可以根据实际需求进行选择。
网络连接问题： 检查网络连接是 否正常，如有问 题，重新连接或 更换设备。
02
设备故障问题： 检查设备是否正 常工作，如有问 题，更换设备或 联系设备供应商。
03
网络配置问题： 检查网络配置是 否正确，如有问 题，重新配置网 络或联系网络管 理员。
04
数据传输问题： 检查数据传输是 否正常，如有问 题，检查数据传 输协议或联系软 件供应商。
系统。
DeviceNet总线网络支持多种设备 类型，如传感器、执行器、控制器 等，可以方便地实现设备之间的数
据通信和监控。
DeviceNet总线网络采用CAN （Controller Area Network）协 议，具有实时性、可靠性和灵活性。
DeviceNet总线网络广泛应用于 工业自动化、智能建筑、智能家
DeviceNet总线网络 优化
网络优化原则
01
减少网络延迟：优 化网络拓扑结构， 降低数据传输延迟
02
提高网络带宽：优 化网络带宽分配， 提高数据传输速率
03
保证网络稳定性： 优化网络设备配置，
提高网络稳定性
04
降低网络能耗：优 化网络设备能耗， 降低网络能耗成本
优化方法
减少网络延迟：优化 网络拓扑结构，缩短
可靠性：DeviceNet总线具有较高的可靠性， 可以保证工业控制系统的稳定运行。
(完整版)DeviceNet现场总线协议讲解
DeviceNet 现场总线协议讲解Devicenet 简介: DeviceNet 是由美国Rockwell 公司在CAN 基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。
它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。
DeviceNet 是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同量，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。
DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。
现场总线系统的结构和技术特点1. 现场总线的历史和发展现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运产生的。
它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。
由于标准实质上并未统一，所以对现场总线的定义也是各有各的定义。
下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。
（l） ISA SP50 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，它沟通了过程控制领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。
Devicenet现场总线的一些普及知识
典型的半双工RS－485结构如图2所示，半双工485芯片除电源外有两个操纵端和DE，TTL（CMOS）数据接收端RO和发送端DI，和一对RS－485信号端A和B（A，B对应差分信号＋、－端）。
当且DE＝0时，485芯片处于数据接收状态，现在信号通过传输线差分信号抵达A端和B端，经转换后变成TTL（CMOS）信号抵达RO端；当=1且DE=1时，485芯片处于数据发送状态，使TTL（CMOS）信号经驱动器平稳后变成差分信号送A端和B端；当且DE＝0时，R和D全数关闭处于高阻状态；当＝0且DE＝1时，R和D同时打开，这对半双工接口是不许诺的。发送时，当DI＝1时，内部驱动电路使A线的电压比B线高（发送逻辑1）；当DI＝0时，内部驱动电路使A线的电压比B线低（发送逻辑0）。接收时，若是A线电压高于B线至少200 mV，那么接收电路使RO
2．4对接口失效的爱惜
2．4．1对开路失效的爱惜
正常情形下，在规定的电缆长度（1200 m）接收有效信号A，B两头电压差的绝对值不小于200mV，接收数据准确无误。当A，B电压在±200 mV中间时，接收器输出状态不确信，即所谓的“失效”。由于串行异步通信接口（UART）以一个前导“0”触发一次接收动作，因此接收器的不定态就会使UART错误地接收数据，这是系统所不许诺的。为解决失效问题，当总线空闲或开路时都有可能显现两线电压差低于200 mV的情形，因此，必需采取必然方法幸免接收器处于不定态。
devicenet现场总线
• Devicenet网络最大可以操作64个节点，可用的通讯波特率分别为 125kbps、250kbps和500kbps三种。设备可由DeviceNet总线供电 （最大总电流8A）或使用独立电源供电。 DeviceNet网络电缆传 送网络通讯信号，并可以给网络设备供电。宽范围的应用导致规 定了不同规格的电缆：粗电缆、细电缆和扁平电缆，以能够适用 于工业环境。 • Devicenet设备的物理接口可在系统运行时连接到网络或从网络断 开，并具有极性反接保护功能。可通过同一个网络，在处理数据 交换的同时对DeviceNet设备进行配置和参数设置，这样使复杂系 统的试运行和维护变得比较简单；而且现在有许多的高效工具供 系统集成者使用，开发变得容易。 • Devicenet使用"生产者-消费者"通讯模型以及CAN协议的基本原理。 DeviceNet发送节点生产网络上的数据，而DeviceNet接收节点则消 费网络上的数据；两个或多个设备之间的通信总是符合基于连接 的通讯模式。
多主或主/从通信方式；采用CAN的物理和数据链路层规约。
三、Devicenet现场总线协议
Devicenet协议是一个简单、廉价而且高效的协议，适用于最低层的 现场总线，例如：过程传感器、执行器、阀组、电动机起动器、条形码 读取器、变频驱动器、面板显示器、操作员接口和其他控制单元的网络。 可通过DeviceNet连接的设备包括从简单的挡光板到复杂的真空泵各种半 导体产品。DeviceNet也是一种串行通信链接，可以减少昂贵的硬接线。
二、Devicenet现场总线简介
Devicenet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备（如：限位 开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取 器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口）连接到网络，从而消 除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时 提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实 现的。 Devicenet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类 部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成 本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯， 更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的 I/O上是很难实现的。
现场总线技术 第5章 DeviceNet 现场总线技术及其应用 教学课件
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
15
除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
2020/7/2
37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
DeviceNet总线的现场应用及分析
DeviceNet总线的现场应用及分析0 引言计算机控制技术迅速发展，特别是现场总线已经渗透到自动控制的各个领域，现场总线必将成为自动控制领域主要的发展方向之一。
作为一种国际化通用的标准，广泛应用于汽车制造、冶金、化工、石油、电力纺织等领域。
1 DeviceNet总线简介Devienet现场总线是由罗克韦尔自动化公司推出的一种开放、低价、可靠、高效的设备层工业控制网络。
它是安装在生产过程区域中现场设备与自动控制系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通讯的数据链路，沟通了生产过程领域的现场级设备之间以及更高层次自动控制领域的车间级设备之间的联系。
现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互联通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，在汽车涂装车间广泛使用。
2 现场使用郑州海马汽车生产基地涂装车间广泛采用Devienet现场总线，来实现对生产过程的控制，尤其是涂装车间的滑撬输送系统。
此控制系统的自动化程度高、现场检测信号多、逻辑关系复杂，各区域工艺设备和滚床输送线上有大量的联锁、互锁信号。
根据滑撬输送系统的工艺设计要求，此系统分为7个区域，每个区域通过2条DeviceNet现场总线构建整个系统的控制网络，连接生产现场的IP67分布式I/O模块、1734从站和所有的变频传动装置等，使得滑撬输送线控制稳定可靠，在控制性能方面具有极强的实时响应性和灵活性，易于维护和扩展。
输送线电控系统采用ControlLogix5000型PLC控制器，控制器通过以太网网络连接到中央控制室进行工位监控，而PLC控制器与现场设备之间的连接则全部通过DeviceNet网络来实现。
每台PLC控制器上配置了2个DeviceNet网络接口模块（1756-DNB），从而将整个控制系统分成14条DeviceNet网络，连接着生产现场不同的工艺段，将各区域的TURCK IP67分布式I/O模块和1734从站以及控制设备电机的SEW变频器、Mitsubishi FR―A700柜装变频器等连接到网络上，实现了对现场各区域的滚床、积放链、电动移行机、滑撬升降机等机械输送设备的精确控制。
CAN-bus现场总线基础教程【第7章】CAN总线应用层协议(DeviceNet)-DeviceNet规范及简介(28)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第7章 CAN 总线应用层协议——DeviceNet1.1 DeviceNet 规范DeviceNet 是全球使用最广泛的现场总线之一。
DeviceNet 是基于CAN 总线技术并符合全球工业标准的开放型通信网络。
虽然定位于工业控制的设备级网络，但是它采用了先进的通信概念和技术，仅通过一根电缆将工业设备接成网络。
网络中不仅有底端的工业设备，还有像变频器、HMI 这样复杂的设备，这样不仅降低了系统的复杂性，还减少了设备通信的电缆硬件接线，提高系统可靠性，降低安装、维护成本，是分布式控制系统的理想解决方案，因而在世界范围内获得了大力推广和广泛应用，并已成为国际标准、欧洲标准和我国的国家标准。
1.1.1 DeviceNet 规范简介DeviceNet 规范定义了一个网络通信标准，以便组成工业控制系统的各个设备之间可以进行数据通信。
DeviceNet 规范除了提供ISO 模型的应用层定义之外，还定义了部分物理层和数据链路层。
规范中不仅对DeviceNet 节点的物理连接也作了规定，连接器、电缆类型、长度以及与通信相关的指示器、开关、相关的室内铭牌都作了详细规定。
DeviceNet 是建立在CAN 协议基础之上，沿用了CAN 协议所规定的物理层和数据链路层，并补充了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和隔离方法。
DeviceNet 的功能和特点如表7.1所示。
表7.1 DeviceNet 特点DeviceNet 的应用层协议则采用的是通用工业协议（CIP ）。
CIP 是一个在高层面上严格面向对象的协议。
每个CIP 对象具有属性（数据），服务（命令），连接和行为（属性值与服务间的关系），其主要功能有两个：一是面向连接的通信；二是定义了标准的工业应用对象。
下文详细介绍通信部分。
CIP 通信最重要的特点是它用不同的方式传输不同类型的报文，根据报文质量要求将需要发送的报文分为：显式报文和隐式报文。
现场总线,第2章——设备层网络
CS1W-DRM21与 从站单元之间地址 自动分配关系
CIO3300 CIO3301
输入块1
CIO3362 CIO3363 CIO3400 CIO3401
输出块2
CIO3462 CIO3463 CIO3500 CIO3501
输入块2
CIO3562 CIO3563 CIO3600 CIO3601
波特率设置含义
DIP开关各位设置含义
• 通信连接器
接线柱颜色与信号类型关系
通信连接器用来连接各通信单元，以及总线中的24V DC电源 ；
DeviceNet网络连接时要使用专用电缆，分为粗缆和细缆两种。
常见的DeviceNet网络主站单元
2、从站单元
• 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连
的通信单元，如Ethernet单元、Controller Link单元、 DeviceNet单元 ； • 有多种机型支持相应的主站单元 ，如中型机系列C200H、CJ1 系列、中大型机的CS1、CV系列等； • 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连入 DeviceNet网络，成为网络的从站节点。
安装主站单元的PLC CPU之间能 执行专用指令SEND、RECV、CMND和IOWR， I/O报文(I/OMessage)，分别用于不同用途的数据传输； 地址 ，固定分配和用户设定。
的I/O存储区域中为每个从站单元分配
（1）固定分配 采用自动分配地址的方法，从单元的节点号就决定了从单元在 主站PLC中所占的数据区域
三、 DeviceNet的应用层
• 提出一种独特的应用层协议，定义了传输数据的语法和语义；
（1）DeviceNet网络的通信模型
Devicenet总线技术综述
一种基于CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络。
它最早由Allen-Bradley公司支持Device nt公司设计，并已于2000年6月15日正式成为IEC62026国际标准(有关低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口)之一。
在2002年12月1日发行的国家标准化管理委员会通报中，公布了DeviceNe t现场总线已于2002年10月8日被批准为国家标准，并于2003年4月1日正式开始实施。
DeviceNet 成为国家标准，为国内开发、生产、销售、应用DeviceNet现场总线技术的研制单位、生产企业、贸易和用户提供了技术桥梁。
Devicenet现场总线由于产生和发展的时间较晚，因此它采用了更为先进的通信概念和技术，相对于其他现场总线，具有较大的领先性，突出的高可靠性、实时性和灵活性。
DeviceNet是一个开放式的协议，目前有包括Rockwell等300多家自动化设备厂商的产品支持这种协议，DeviceNet在欧美和日本的现场总线市场占有很大的份额，在控制领域得到了广泛的应用。
DeviceNet进入中国时间不长，但是在中国已有许多应用。
据Rockwell Automation市场部提供的数据，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部分采用了DeviceNet技术。
２Devicenet总线的特点DeviceＮet是一种低成本的通信连接。
它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、电动机、起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而免去了昂贵的硬接线。
ＤeviceＮet是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。
Device Ｎet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的备级诊断功能，这是通过硬接线Ｉ/Ｏ接口很难实现的。
DeviceNet现场总线
辑上的关系,在物理上并不实际存在.
❖
在DeviceNet中,每个连接由11位的连接标识符<CID,
Connection ID>来标识,该11位的连接标识符包括媒体访
问控制标志符<MAC ID>、报文标识符<Message ID>和
CAN标识符区
10 9
❖
DeviceNet介质访问单元包括收发器、连接器、误接线保护电
路、调压器和可选的光隔离器.
DeviceNet节点
p / CAN
光电隔离器(可选)
调压
收发器
MWP
连接器
屏蔽
信号线
电源线
6.3.3 物理层信号
❖
DeviceNet的物理层信号规范完全相同.CAN规范定义了两种
互补的逻辑电平：显性<Dominant>和隐性<Recessive>,且同
❖
物理信号及MAC使用CAN；
基于连接概念的协议,要与设备交
换信息须先与它连接；
典型的请求/响应方式,适用于两个
设备间多用途的点对点报文传递；
I/O数据的高效传输；
为长度大于8字节的报文提供分段
❖
❖
❖
❖
DeviceNet的主要技术特点
网络大小
最多64个节点，每个节点可支持无限多的I/O
网络长度
端—端网络距离随网络传输速度而变化
帧；
DeviceNet使用标准数据帧而不使用远程帧,出
错帧和超载帧由CAN控制芯片控制,
DeviceNet规范中捕捉定义.
由于采用生产者/消费者通信模式, DeviceNet总
CAN-bus现场总线基础教程【第7章】CAN总线应用层协议(DeviceNet)-DeviceNet传感器从站设备的开发(29)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第7章 CAN 总线应用层协议——DeviceNet1.1 DeviceNet 传感器从站设备的开发传感器设备是工业自动化、仪器仪表及其它的生产活动中使用最广泛的设备之一。
使用传感器也是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
早期传感器设备都是直接与控制器进行连接，并且各个传感器设备之间无法进行通信。
在一个庞大的控制系统中，可能拥有各种各样的传感器设备，采用传统的点对点通信方式，会导致整个系统布线复杂、运行效率低、维护成本高等缺点。
CAN 总线的推出使得系统布线得到最大程度的改善，基于CAN 总线应用层的DeviceNet协议不仅改变了设备与控制系统之间的通信方式，更增加了设备级的诊断功能。
1.1.1 XGate-DVN10简介广州致远电子股份有限公司长期致力于DeviceNet 产品的研发，推出了一款非常易于使用、稳定可靠的DeviceNet 从站协议转换模块——XGate-DVN10。
作为通用DeviceNet 从站设备，其内部已经集成了从站协议栈代码，且所有功能通过ODVA 的一致性测试软件（A21）的测试，保证了与其它DeviceNet 设备的良好兼容性。
XGate-DVN10为DIP24封装，拥有较小的占位面积（6cm 2），使其更容易集成到用户设备中。
其硬件设计比较简单，图7.1所示为XGate-DVN10应用简图，用户只需要将模块嵌入到传感器设备中，与CPU 的串口连接便可完成设计。
图7.1 XGate 设计框图本小节将介绍如何利用XGate-DVN10模块设计一款基于DeviceNet 从站协议的多功能传感器模块。
1.1.2 传感器模块硬件设计本节所设计的传感器系统包含了4路温度和8路霍尔传感器信号。
温度传感器使用线性度较好的模拟温度传感器，并采用12位的模拟数字转换芯片（A/D ）对信号进行采集。
第7章 DeviceNet现场总线
第 7 章 DeviceNet现场总线
7.1.2 DeviceNet的特性
（9）大电流容量（每个电源最大容量可以达到16A） （10）可带电操作 （11）电源插头可以连接符合DeviceNet标准的不同制造商 的供电装置 （12）内置式过载保护 （13）总线供电：主干线中包括电源线及信号线 2．DeviceNet的通信特性 DeviceNet具有如下通信特性： （1）媒体访问控制及物理信号使用控制器局域网（CAN ） （2）有利于应用之间通信的面向连接的模式 （3）面向网络通信的典型的请求/响应
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第 7 章 DeviceNet现场总线
7.1.3 DeviceNet的通信模式
（3）适用于实时数据交换 标识符还提供了多级优先权，可以更高效地传送I/O数据。 当前广泛使用的现场总线中，采用生产者/消费者通信模式 的主要有FF、DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP等。
20/175
第 7 章 DeviceNet现场总线
7.2.2 DeviceNet的数据链路层
DeviceNet的数据链路层遵循CAN协议规范，并通过CAN控制 器芯片实现。 DeviceNet的数据链路层分为媒体访问控制（MAC）子层和 逻辑链路控制（LLC）子层。MAC子层的功能主要是传送规 则，亦即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和 故障界定。 LLC子层的主要功能是为数据传送和远程数据请求提供服务 ，确认由LLC子层接受的报文实际已被接受，并为恢复管理 和通知超载提供信息。
第 7 章 DeviceNet现场总线
DeviceNet是由AB（Allen-Bradly）公司于1994年3月在CAN 基础上推出的一种低成本现场总线。 AB公司现在已归属美国Rockwell公司。 目前有300多家自动化设备制造商的产品支持这种协议， 在日本和欧美的现场总线市场占有较大的市场份额。 1995年4月成立了ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）协会，负责DeviceNet现场总线协议的管理和 推广工作，2000年成为IEC62026标准。 2002年10月8日DeviceNet现场总线成为我国的国家标准 GB/T18858.2-2002（《低压开关设备和控制设备控制器-设 备接口（CDI）第3部分：DeviceNet》），并于2003年4月1 日开始实施。
DeviceNet-Modbus现场总线协议模块开发
DeviceNet-Modbus现场总线协议模块开发现场总线是工业自动化领域中常用的通信方式，它能够实现控制系统中各个设备之间的数据交换和通信。
DeviceNet和Modbus是两种常见的现场总线协议，它们在不同的工业场景中具有广泛的应用。
本文将介绍DeviceNet-Modbus现场总线协议模块的开发过程和关键技术。
DeviceNet是由Rockwell Automation公司推出的一种现场总线协议，它主要用于工业自动化领域中的设备连接和通信。
DeviceNet采用了主从式的通信方式，其中主站负责控制和管理整个网络，从站负责执行主站的指令并返回数据。
DeviceNet使用CAN（Controller Area Network）总线作为物理介质，支持多种数据传输速率，从而满足不同场景下的通信需求。
Modbus是一种通用的现场总线协议，它广泛应用于工业自动化和过程控制领域。
Modbus协议简单易懂、易于实现，可以在不同的硬件平台和操作系统上运行。
Modbus采用了主从式的通信方式，主站负责发送指令和接收数据，从站负责执行指令并返回数据。
Modbus可以通过不同的物理介质进行通信，如串口、以太网等。
DeviceNet和Modbus在不同的工业场景中具有广泛的应用，但它们的通信方式和协议规范有一定的差异。
为了实现DeviceNet和Modbus之间的互联互通，需要开发一个支持两种协议的现场总线协议模块。
该模块需要实现DeviceNet和Modbus协议的解析和封装功能，使得设备可以通过DeviceNet总线与Modbus设备进行通信。
在开发DeviceNet-Modbus现场总线协议模块时，需要考虑以下几个关键技术：1. 协议解析与封装：模块需要能够解析DeviceNet和Modbus 协议的数据帧，并根据协议规范封装成对应的数据帧进行传输。
2. 主从站功能：模块需要具备主站和从站的功能，能够作为主站向从站发送指令并接收返回的数据，也能够作为从站执行主站的指令并返回数据。
DeviceNet现场总线
连接标识符（CID） 由报文标识符 （Message ID）和介质访问控制标识符（简称 Media Access Identifier，简称MAC ID）组成。
6.4 DeviceNet连接
2. 重复MAC ID检测报文 DeviceNet协议预留了组2报文ID7作为重复
MAC ID检测的连接ID。
6.4 DeviceNet连接
二、建立连接 1. 显示信息连接
显示信息连接是点对点连接，组3报文ID6 和5作为未连接显示请求和响应报文的连接ID。 （1）建立显示信息连接请求报文
6.1 DeviceNet概述
三、DeviceNet的通信模式 1. 点对点模式 v 含有源/目的地址信息； v 基于连接，采用请求/响应方式； v 通信效率低，用于非实时数据传输； v 报文格式
6.1 DeviceNet概述
2. 生产者/消费者模式 v 信息报文不再专属于特定的源节点或目的节点 ，
6.2 DeviceNet通信模型
DeviceNet用连接标识符将优先级不同的报 文分为4组。
6.2 DeviceNet通信模型
2. DeviceNet的报文 （1）I/O报文 v I/O报文适用于实时数据传输； v 采用高优先级连接ID； v 生产者/消费者通信模式； v I/O报文数据帧中的数据场不包含任何与协议相 关的位，仅仅是实时的I/O数据。
触器、通用离散I/O、通用模拟I/O、HMI、接近 开关、限位开关、软启动器、位置控制器、流量 计等 ； v 实现不同制造商生产的设备的互换性和互操作 性； v 对设备在网络上交换的I/O数据的说明； v 提供可配置参数的定义和访问这些参数的公共接 口。
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4.1 连接的概念
• 计算机网中“连接”可以分为不同的层次： (1) 实际物理媒介连接：典型的点对点连接 (2) 虚电路：通过路由表、队列缓存和相关软件实 现。这种连接一般用于通信子网的连接，而在 控制网络中基本不用。 (3) 面向连接的服务：使用软件实现虚拟的连接， 与其他任何子层都没有关系。这种连接一般用 于应用层的连接，通过一定的技术措施来达到 “连接”的效果，给服务调用者造成存在“连 接”的“错觉”，其内部实现也许既无物理连 接也无虚电路连接。 • DeviceNet是基于“连接”的网络，两个节点在 开始通信前必须事先建立连接，这种连接是逻 辑上的关系，并不是物理上实际存在的。
1 DeviceNet技术概述
• 通信特性： 1. 物理信号及MAC使用CAN； 2. 基于连接概念的协议，要与设备交换信息须先 与它连接； 3. 典型的请求/响应方式，适用于两个设备间多用 途的点对点报文传递； 4. I/O数据的高效传输； 5. 为长度大于8字节的报文提供分段服务； 6. 重复节点地址（MAC ID）的检测。
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设备分接头：设备直接通过端子或通过支线连 接到网络。 电源分接头：电源分接头不同于设备分接头， 它包含 (1)连在电源U+上的肖特基二极管，(2) 两根熔丝或断路器，防止总线过电流而损坏电 缆和连接器。 干线的额定电流为8A。也允许外部供电的设备 （如电动机起动器、阀门驱动器等）连到总线， 但是要有光电隔离。 DeviceNet应该一点接地。如果多点接地会造成 接地回路；如果不接地将容易受到静电以及外 部噪声的影响。
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4.4 DeviceNet的报文
• • • DeviceNet 定义了两种不同类型的报文，称作I/O 报文和显式报文。 I/O 报文适用于传输应用和过程数据。I/O数据总 是从一个“生产”应用传输到多个“消费”应用。 I/O报文格式的最重要的特性是完全利用了CAN 数据场来传输过程数据。连接的端点通过CAN报 文标识符来识别过程数据的重要性。每个I/O报 文使用1个优先级高的CAN标识符。 I/O 报文通过一点或多点连接进行报文交换。报 文的含义由连接ID（CID，CAN 标识符）指示， 建立连接就是预先规定该报文的发送和接受设备， 包括源和目的对象的属性，以及数据生产者和消 费者的地址。
• 误接线保护（MWP）电路如图，要求节点能承 受连接器5根线的各种组合的接线错误。在U+ 电压高达18V时不会造成永久损害。VD1防止U端子误接了U+电压；VT1作为电源线上接入的 开关防止U-断开造成损害。
2 DeviceNet的物理层—传输介质
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拓扑结构：典型是干线—分支方式，如图。干线末端必须 有终端电阻。线缆包括粗缆（干线）、细缆（支线）。支 线最长6m，允许连接多个节点。只允许在支线上有分支 结构。总线线缆中包括24VDC电源线、信号线及屏蔽线。 总线支持有源和无源设备，对有源设备提供专门设计的光 隔离收发器。
4.4 DeviceNet的报文
• • DeviceNet 应用层定义了如何分配标识符，如何 用CAN 数据区指定服务、传送数据。 DeviceNet 使用更为有效的生产者—消费者模式， 取代了传统的源—目的传输方法。该模式要求对 信息打包，使它具有数据标识区。标识符还提供 仲裁的手段，以便更高效传送I/O 数据，并供多 个消费者使用。 拥有数据的设备生产数据报文，所有需要数据的 设备在总线上监听报文，识别出相应的标识符后 就消费此数据。采用生产者—消费者模式，报文 将不再专属于特定的源或目的，例如机组控制器 发出的一个报文，用很窄的带宽就可以供多个电 动机起动器使用。
表1 DeviceNet的主要技术特点
网络大小
网络长度
最多64个节点，每个节点可支持无限多的I/O
端—端网络距离随网络传输速度而变化 波特率 125kb/s 距离 500m
250kb/s
500kb/s 网络模型 数据包 总线拓扑结构 生产者/消费者模型 0～8字节
250m
100m
线性（干线/支线），总线供电
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4.4 DeviceNet的报文
• 显式报文则适用于两个设备间多用途的点对点传 送，采用典型的请求-响应通信方式，常用于节点 的配臵、问题诊断等。显式报文通常使用优先级 低的连接标识符。 显式报文传送通过显式连接对象来实现，在设备 中建立显式连接对象。显式报文请求指明了对象、 实例和属性，以及所要调用的特定分类服务。 显式报文格式最重要的特性是CAN标识符场的任 何一部分都不用于显式报文传输协议。所有协议 都包含在CAN数据场当中。CAN标识符场用作连 接ID。设备之间的每个显式连接通道需要2个 CAN标识符，一个用于请求报文，另一个用于响 应报文。标识符在连接建立时确定。
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4 DeviceNet的应用层
4.1 连接的概念 • OSI 7层协议中连接的概念： 层之间通过接口提 供两种服务：面向连接的服务和无连接的服务 面向连接：服务双方必须先建立可用连接，然后 利用该连接完成数据传送，最后还要释放建立连 接时所需资源。这种服务典型的例子是有线电话 系统。 无连接：要传递的数据自身携带目的地址信息， 因而可以有不同的路由选择。这种服务的典型例 子是邮寄系统。另外，为了增强服务的性能，可 以引入确认（acknowledgement）信息，这以牺 牲一定的传输时间和网络负载为代价。
属性
0
1
65535
255
4.3 DeviceNet设备里的对象类
1. 标识对象——类标识符=01；一般只包含一个实 例（1#实例） ，该实例的属性有：供货商ID、 设备类型、产品代码、版本、状态、序列号、 产品名称等。 2. 报文路由对象——类标识符=02；一般只包含 一个实例（1#实例），该对象向其他对象传送 显式报文。该对象一般不具有外部可视性。 3. DeviceNet对象——类标识符=03；提供了节点 物理连接的配臵及状态。一个物理网络接口对 应一个DeviceNet对象。 4. 组合对象——组合多个应用对象的属性，便于 访问。例如多个应用对象I/O数据的组合。
模型为每个属性提供了由4 个数字组成的寻址方案， 它们分别是节点地址（MAC ID）、对象类标识符、 实例编号和属性编号。这四级地址与显式报文连接 相结合，将数据从DeviceNet 网络上的一点传送到 另一点。下表列出四个地址组件的范围：
地 址 节点 类 最 低 0 1 最 高 63 65535
实例
1 DeviceNet技术概述
• 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 物理/介质特性 主干线—分支线结构； 最多支持64个节点； 无需中断网络即可解除节点； 同时支持网络供电（传感器）及自供电（执行 器）设备； 使用密封式或开放式连接器； 接线错误保护； 数据波特率可选125、250、500kbps； 标准电源插头，电源最大容量可达16A； 内臵式过载保护。
4.3 DeviceNet设备里的对象类
5. 连接对象——DeviceNet 产品一般至少包括两个 连接对象。每个连接对象代表DeviceNet 网络上 两节点间虚拟连接中的一个端点。两种连接类 型分别称为显式报文连接和I/O 报文连接。显式 报文包括属性地址、属性值和服务代码来描述 所请求的行为。I/O 报文只包含数据。I/O 报文 中，所有有关如何处理数据的报文都包含在与 该I/O 报文相关的连接对象中。 6. 参数对象——在带有可设臵参数的设备中要用 到参数对象。每个实例代表一个参数，每个参 数的属性包括它的值、范围、文本和限制等。 7. 应用对象——通常设备中至少有一个应用对象。 DN规范的对象库中有大量的标准应用对象。
2 DeviceNet的物理层—传输介质
• • 终端电阻：121Ω，1%金属膜电阻，1/4 W，终 端电阻不可包含在节点中。（如包含很容易错 误导致阻抗太高或太低） 连接器：5针，即1对信号线、1对电源线和1根屏 蔽线。包括密封式和非密封式连接器。
DeviceNet 连接器
2 DeviceNet的物理层—传输介质
4.1 连接的概念
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DeviceNet 的连接提供了“应用”之间的路径。当建立 连接时，与连接相关的传送会被分配一个连接ID （CID）。如果连接包含双向交换那么应当分配两个连 接ID值。 DeviceNet建立在标准CAN2.0A协议之上，并使用11位 标准报文标识符，可分成4个单独的报文组如下表：
DeviceNet简介
1 DeviceNet技术概述
如图，在 Rockwell 提出的三 层网络结 构中， DeviceN et处于最 底层，即 设备层。
1 DeviceNet技术概述
工业控制网络底层节点相对简单，传输数据量小， 但节点数量大，要求节点费用低。 针对以上通信要求，DeviceNet可以提供： • 低端网络设备的低成本解决方案； • 低端设备的智能化； • 主—从以及对等通信的能力。 DeviceNet有两个主要用途： 1. 传送与低端设备关联的面向控制的信息； 2. 传送与被控系统间接关联的其他信息（例如配 臵参数）。
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4.4 DeviceNet的报文
• 报文分段服务如下图所示：
总线寻址
系பைடு நூலகம்特性
点对点（或一对多）；多主站和主从；轮询或状态改变 （基于事件）
支持设备的热插拔，无需网络断电
1 DeviceNet技术概述
DeviceNet的通信模式 在现场总线领域常用的通信模式有两种： 校验 源节点地址 目的节点地址 数据 (a) 源/目的模式： (b) 生产者/消费者模式： • 源/目（点对点）通信模式的缺点： 1. 多个节点间同步动作困难； 2. 浪费带宽，源节点必须多次发送给不同节点。 • 生产者/消费者模式的特点： 1. 一个生产者，多个消费者； 2. 数据更新在多个节点同时发生； 3. 提供多级优先，适用于实时I/O数据交换。