DeviceNet现场总线的电源配置解读

IB(A)
8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
50
100
150 200 250 300 350 400 450 图3 使用粗缆时最大电流与网络长度的关系曲线
500 L(m)
DeviceNet网络支线的最大电流I取决于支线的长度l（见表1），且通过下式描述： I = 4.57/ l 式中，I和l的单位分别为A和m。 表1 支线的最大允许电流
电源分接器
V+
电源
节点1 0. 0.25A
节点5 0.1A
214m
图4 单电源终点连接
由图4
IA= 0.1A+0.15A+0.05A+0.25A+0.1A=0.65A
根据图3，网络长度L为214m时所对应的最大电流 IB为1.5A，因IB大于IA，故此网络电源配置方案合理。
DeviceNet 电源电压为 DC24V。通常， DeviceNet 网 络只需配置一个电源。若应用系统对电流容量要求较高而 单电源无法满足时， 可将DeviceNet网络配置为多电源供 电。 干线可由任何类型电缆构成，但选择的电缆类型、连 接器类型以及收发器会在一定程度上限制网络电流。电源 的电流必须大于网络上负载所需要的电流。 电源配置的步骤如下： （1）将网络上每一个节点需要的电流值相加，得到总 电 流IA，配置的电源电流必须大于IA 。 （2）测得网络长度L 。 （3）根据L和所使用电缆的类型，由所用电缆对应的最大 电流 IB 与网络长度 L 关系曲线可获得最大（干线）电流， 若IB大于IA, 则网络电源安装位置合理。若IB小于IA，则需 重新选择网络电源的安装位置，直到满足IB大于IA。图3为 使用粗缆时最大电流与网络长度的关系曲线。
L1
电源分接器
V+
L2
节点3
节点2
节点1
电源
节点4
节点5
节点6
1.1A
1.25A
0.5A
0.25A V-
0.25A
0.85A
122m
图5 超载的单电源中心连接
122m
图5中, L1 = L2 = 122m, IA1= 1.1A+1.25A+0.5A=2.85A, IA2= 0.25A+0.25A+0.85A=1.35A 。 通过图3，网络长度为122时IB1= IB2=2.63A 。因IB1小 于IA1，而IB2大于IA2，故在此网络电源配置中，L1段处于 超载状态，L2段未处于超载状态，需重新对电源进行配 置。将电源向过载方向移动，进而重新进行计算和分析。 图6为经过调整的网络电源配置。
4 双电源/多电源配置
DeviceNet 网络可通过两个或两个以上的电 源同时对总线供电，以满足大电流工业控制系统 应用的要求。双电源配置可为双电源两终端连接、 双电源一终端连接、双电源非终端连接。多电源 配置具有电源共享、冗余供电、可靠性高等优点。 在多电源的配置中，每个电源均需通过串接二极 管给总线供电，如图 7 所示。串接二极管的作用 是防止各个电源因电压不同而导致电流向电源的 倒灌。多电源配置时，应注意只能有一点接地。 多电源配置的原则和方法与单电源配置的原 则和方法相同。
2 电源配置
总线供电时 DeviceNet 网络的节点连接如图 1 所示。
电源 分接器 24V 电源 电源线 信号线
节点
节点
节点
节点
节点
节点
图1 总线供电的DeviceNet节点的连接
DeviceNet干线可长达500m（1641ft）; 支线可长达6m (20ft); 支线累加长度可达156m（512ft）。 DeviceNet可使用粗缆和细缆作为总线的 干线和通过分接器（图1中未给出）将节点连 接到干线的支线。粗缆的外径为12.2mm、额 定电流为8A，细缆的外径为6.9 mm、额定电 流为0.75~3A。
3.2 单电源中心连接 单电源中心连接是将网络电源配置在网络长 度的中心处，如图 5 所示。网络电源因其所处的 位置而将DeviceNet网络在物理上分成两部分：L1 段和L2段。为确定网络电源配置的合理性，分别 计算L1段和L2段上所有网络节点所需要的电流之 和IA1、IA2 。根据L1和L2，通过图3得到它们所对 应的最大电流 IB1 和 IB2。若 IA1 和 IA2 均小于其相应 的 IB1 和 IB2，则该电源配置合理；若 IA1 和 IA2 有一 个大于其相应的IB1和IB2，则需重新配置网络电源： 将电源沿着超载的方向移动，再分析网络电源配 置的合理性；若 IA1 和 IA2 均大于其相应的 IB1 和 IB2， 则只能考虑双电源/多电源配置方案。
L1
电源分接器 V+
L2
节点3
节点2
电源
节点1
节点4
节点5
节点6
1.1A
1.25A V-
0.5A
0.25A
0.25A
0.85A
91m
153m
图6 调整后的单电源中心连接
图6中，L1=91m，L2=153m，IA1=1.1A+1.25A+=2.35A， IA2= 0.5A+0.25A+0.25A+0.85A=1.85A 。 通过图3，网络长度为91m和153m时，IB1和IB2分别为 3.51A和2.10A。IA1和IA2 均小于相应的IB1和IB2 ，因此调整 后的电源配置合理。
24V 电源 电源分接器
电源线 信号线
24V 电源 电源分接器
节点
节点
节点
节点
节点
节点
图7 DeviceNet的双电源/多电源网络供电
5 结论 （1）DeviceNet现场总线具有开放、低价、可靠 等优点，其电源配置是保证其网络可 靠工作的重 要条件之一。 （2）DeviceNet网络电源配置灵活，可配置为单 电源或双电源/多电源。 （3）DeviceNet网络电源的配置需根据一定的原 则和方法进行，主要依据是负载电 流总和、所用电缆类型和网络长度这三个因素； 当然电源电流必须满足负载要求。
参考文献： [1] 佟为明，林景波. 现场总线概述. 低压电器, 2002, (4)：34-39 [2] 佟为明, 陈向阳, 李凤阁. DeviceNet现场总线技术. 微 处理机, 2002, (1)：1-3,7
作者简介： 佟为明，1964年10月生，哈尔滨工业大学电 器教研室主任，博士，教授，博士生导师，中国 电源学会理事，中国电源学会特种电源专业委员 会理事，《低压电器》编委会委员；发表学术论 文80余篇；主要研究方向：变频电源与谐波抑制， 现场总线技术，永磁电器，继电保护，电磁兼容 技术。 孙凡金，1977年5月生，哈尔滨工业大学电机 与电器学科博士生；研究方向：现场总线技术。
支线长度(m) 0.3 0.9 1.5 2.3 3.0 4.5 6.0 最大允许电流(A) 3.0 3.0 3.0 2.0 1.5 1.0 0.75
3 单电源配置
DeviceNet总线的单电源配置可分为单电源终 端连接、单电源中心连接、单电源非终端连接或 中心连接。使用单电源终端连接或单电源中心连 接可大大降低配置复杂度和网络配置费用。下面 给出使用粗缆时DeviceNet单电源的配置方法。 3.1 单电源终端连接 单电源终端连接是将网络电源配置在网络的 终端位置，如图 4 所示。它是最简单、也是比较 常用的网络电源配置方案。
1 引言
作为工业控制网络的现场总线，是控制技术、计算 机技术和通信技术发展的结合点，是当今自动化领域技 术发展的热点之一[1]。与其它现场总线相比，由罗克韦 尔自动化公司推出的 DeviceNet 现场总线具有开放、成 本低、可靠性高等独特的优点，现已成为国际标准、欧 洲标准和中国标准，特别适合于高实时性要求的工业现 场的底层控制[2]。在应用DeviceNet现场总线时，为保证 其系统正常可靠工作，必须合理地解决网络设备的供电 问题。 现场总线网络设备的供电方式分为网络设备（节 点）自行供电和网络供电（ DeviceNet 支持这两种供电 方式）。网络设备自行供电可保证设备供电独立、安全 可靠，单一设备的电源出现故障或断线不会影响其它设 备的正常运行。但因每个设备均有自己独立的电源模块， 均需相应的电源电缆及连接器，故设备成本较高、体积
较大，整个网络的安装布线较为繁琐；特 别是当网络设备较多时，这些问题尤为突 出。网络供电只需一个或几个电源通过总 线向网络设备进行供电。与设备自行供电 相比，它不需要过多的电源连接器和电缆， 故具有成本低、安装布线简单、占用空间 小等优点。但网络供电需要解决电源配置 问题。 DeviceNet 现场总线一般采用网络供 电方式，本文对其电源配置问题进行了研 究。
DeviceNet现场总线的电源配置*
佟为明 孙凡金
哈尔滨工业大学罗克韦尔实验室 150001
摘要：DeviceNet现场总线是一种性能优异的 工业控制网络。DeviceNet网络设备供电问题是在 实际应用其系统时必须解决的一个关键问题 。 DeviceNet网络一般采用网络供电方式，因此必须 对其电源配置进行研究。给出了DeviceNet网络电 源配置的基本原则和方法，并以单电源终端连接 和中心连接为例介绍了网络电源的配置过程。 关键词：DeviceNet， 电源配置，终端连接， 中心连接

DeviceNet 总线使用五芯电缆，其中电源线、 信号线各为两芯，另外一芯用于屏蔽，如图 2 所 示。总线电源的配置极其灵活，可根据实际需要 配置为单电源或双电源/多电源。
Red White Bare Blue Black
CAN_H Shield CAN_L
图2 DeviceNet使用的5芯电缆