工业化计算机网络10-3 DeviceNet 典型的现场总线-CAN总线系统

5.4.4.3 DeviceNet设备里的对象类
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6.
7.
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。 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。 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。
表5.4.1 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 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 线性（干线/支线），总线供电 距离 500m 250m 100m




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。
总线寻址
系统特性
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
5.4.1 DeviceNet技术概述
源节点地址 目的节点地址 标识符 数据 数据 校验 校验
DeviceNet的通信模式 在现场总线领域常用的通信模式有两种：
(a) 源/目的模式：
(b) 生产者/消费者模式：


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。
5.4.2 DeviceNet的物理层—传输介质

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。
5.4.4.4 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。
5.4.1 DeviceNet技术概述
1. 2.
3.
4. 5. 6.
通信特性： 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服务； 重复节点地址（MAC ID）的检测。
5.4.4.1 连接的概念

计算机网中“连接”可以分为不同的层次：
(1)
(2)
(3)
实际物理媒介连接：典型的点对点连接 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。 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。
5.4.4.1 连接的概念


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：
5.4.3 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控制芯片实现。 MAC帧：在CAN定义的4种帧格式（数据帧、 远程帧、超载帧、错误帧）里面，DeviceNet不 使用远程帧。 总线仲裁机制：


CSMA/NBA（带非破坏性逐位仲裁的载波侦听 多址访问），即CAN的仲裁机制
CAN总线系统
5.4 DeviceNet简介
5.4.1 DeviceNet技术概述
DeviceNet 是在 1994 年由美国的 Allen
Bredly公司开发的，是基于 CANBUS 的一种现 场总线。可实现低成本高性能的工业设备的网络 互连。
5.4 DeviceNet简介
5.4.1 DeviceNet技术概述
5.4.4.4 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。
5.4.2 DeviceNet的物理层—媒体访问单元
媒体访问单元包 括收发器、连接 器、误接线保护 电路、稳压器和 光隔离器。 收发器可采用市 面上的集成CAN 收发器。 注意需保证所选 符合DeviceNet 规范。
5.4.2 DeviceNet的物理层—媒体访问单元

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。
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。
5.4.1 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）。

1. 2.
源/目（点对点）通信模式的缺点：
多个节点间同步动作困难； 浪费带宽，源节点必须多次发送给不同节点。

1. 2.
生产者/消费者模式的特点：
一个生产者，多个消费者； 数据更新在多个节点同时发生； 提供多级优先，适用于实时I/O数据交换。
3.
5.4.1 DeviceNet技术概述

DeviceNet的通信模型：
5.4.1 DeviceNet技术概述
1. 2. 3. 4.
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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。
地 址 最 低 最 高
节点
类 实例 属性
0
1 0 1
63
65535 65535 255
5.4.4.3 DeviceNet设备里的对象类
1.
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3.
4.
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。 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。 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。 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。
5.4.2 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
5.4.2 DeviceNet的物理层—传输介质
5.4.4.2 DeviceNet的对象模型
对象模型为管理和实现DeviceNet 产品的属性（可 见特性的描述）、服务（支持的功能）和行为（如 何响应特定事件）提供了一个模板。
5.4.4.2 DeviceNet的对象模型



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：

错误诊断和故障界定机制：同CAN。
5.4.4 DeviceNet的应用层
5.4.4.1 连接的概念 OSI 7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。
DeviceNet 具有多种特点 1. DeviceNet 基于 CANBUS 技术，用于 PLC 与现场设备之间的通信网络。它可连 接开关、变频调速设备、固态过载保护装置 条形码阅读器 I/O 和人机界面等，传输 速率为 125～500kbps。 2. DeviceNet 使用的通信模式是 消息产生者(Producer)和消息使用者(Consumer) 。 传统的通信在消息传送上采用的技术是指定数据源和目标地址。DeviceNet 使用的 模型更为有效，它可使控制数据同时到达控制的每一个单元，可以更有效地利用网 络的频带宽度。消息产生者一次发送的数据可被多个消息使用者使用 从而更有效的 传送数据。 3. DeviceNet 使用的通信协议为 11 位表示符，即所有的 I/O 消息都有自己的 11 位 标识符 ID。标识符ID 分成四个消息组 各有不同用途。 ID 中同时提供了多重优先权 工作时，总线上的设备监听网络上消息当设备辨识出正确的标识符后将接受该消息 4. DeviceNet 上的每一个设备可以随时连接或断开，而不会影响其他设备的正常运 行，真正的开放性使系统扩充和改型非常方便。 5. 利用 Device manager 软件可以灵活地对 DeviceNet 进行管理和试运行。所有设 备只使用一台PC机进行调校和排错。DeviceNet manager 提供图形方式的现场设备 列表 可对每一个设备进行调试。 6. 所有设备可通过 DeviceNet 自我识别。操作者可方便的读到设备附带资源块中的 其他信息，得到排错帮助，缩短停车和调试时间。