(完整版)DeviceNet现场总线协议讲解
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协议分析指南
广州致远电子有限公司修订历史目录1. DeviceNet协议分析插件简介 (1)1.1 DeviceNet协议及其插件简介 (1)1.2 DeviceNet协议插件安装说明 (1)1.3 DeviceNet数据分析结果的实例 (2)2. DeviceNet协议分析的方法 (3)2.1 分析DeviceNet协议帧 (3)2.2 发送DeviceNet协议帧 (5)3. 免责声明 (10)1. DeviceNet协议分析插件简介1.1 DeviceNet协议及其插件简介DeviceNet规范是基于CAN-bus总线的开放式应用层协议，由Rockwell公司发布并由ODV A协会管理，目前在北美、亚洲的工业控制市场现场总线应用中占据主导地位。
DeviceNet TM现场总线网络特别适用于工业自动控制。
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）通过DeviceNet连接构成网络。
DeviceNet协议分析插件是CANPro协议分析平台的一部分，与CAN分析仪配套使用。
用于分析DeviceNet网络的数据、错误状态、网络负载，或模拟DeviceNet应用终端的工作状态等，是DeviceNet网络开发工程师的好帮手，可以大大缩短开发周期，方便实现网络维护、查错、管理等复杂工作。
1.2 DeviceNet协议插件安装说明要使用DeviceNet协议插件分析DeviceNet网络，您需要两个安装包：CANPro协议分析平台安装包和DeviceNet协议分析插件安装包。
安装包可以从广州致远电子有限公司的网站上下载：/products/CANalyst/CANalyst.asp。
注意，安装DeviceNet协议分析插件之前，必须安装好CANPro协议分析平台软件，且CANPro协议分析平台需要1.40或更高的版本。
否则，安装时将出现下图所示的错误提示：图1-1 插件安装错误提示(1)图1-2 插件安装错误提示(2)安装1.40或更高版本的CANPro协议分析平台后，就可以成功安装DeviceNet协议分析插件，开始分析DeviceNet网络数据了。
CAN-bus现场总线基础教程【第7章】CAN总线应用层协议(DeviceNet)-DeviceNet网络的组建和配置(31)
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 网络的组建和配置DeviceNet 是20世纪90年代发展起来的，现阶段广泛应用于北美，亚洲等国家，以低成本、高效率、高性能、高可靠性等优点，在过程/工厂自动化占有主导地位。
我国工业自动化起步较晚，目前仍处于引进国外先进设备的阶段，这就要求我们不仅要了解DeviceNet 通信协议，同时能够使用现有的DeviceNet 设备组建一个适合的、特定应用的、稳定的DeviceNet 网络。
1.1.1 DeviceNet 主从站特点介绍在一个DeviceNet 网络中，主站是负责集中管理I/O 数据的设备，并具备UCMM（Unconnected Message Manager ，未连接报文管理）功能。
从站节点则是执行特定功能并将自己的I/O 数据传送给主站的设备，可以无UCMM 功能，但必须支持预定义主从显式报文连接。
● DeviceNet 从站特性DeviceNet 从站在网络中拥有唯一的节点地址，并且能独立完成特定的功能，例如I/O 设备、传感器、数据采集、电机控制等等。
对实时性要求高的数据通过I/O 连接进行传输，因此DeviceNet 从站应当支持至少一种I/O 连接，且每个DeviceNet 从站都有一个特定功能的应用对象类，该对象类描述了从站所具有的应用参数和功能。
● DeviceNet 主站特性DeviceNet 主站在网络所起的作用有别于DeviceNet 从站， DeviceNet 主站在网络中负责网络管理、从站配置以及数据处理，其并不一定具有特定的功能，但也有自己的独有的对象类和唯一的节点地址。
市场上主要有二种形式的主站，一种是可编程控制器（PLC ）中的一个单元，它的内部集成了DeviceNet 的主站功能。
devicenet协议简单理解
一、devicenet协议简介devicenet协议是一种用于工业控制领域的通信协议，它是由美国罗克韦尔自动化公司在1985年推出的一种基于CAN（Controller Area Network）总线的协议。
devicenet协议具有简单、灵活、可靠的特点，被广泛应用于自动化设备和机器人领域。
二、devicenet协议的工作原理1. 网络拓扑结构devicenet协议的网络拓扑结构主要包括总线型和树型两种，总线型拓扑结构适用于节点数量少、距离短的场景，而树型拓扑结构适用于节点数量多、距离长的场景。
2. 数据传输在devicenet协议中，数据的传输主要依靠数据帧的方式，在总线上通过CAN通信的方式实现。
每个节点都有自己的位置区域以及数据传输的时间槽，通过这些时间槽来控制数据的传输，保证数据的实时性和可靠性。
3. 节点类型在devicenet协议中，节点主要分为主设备和从设备两种类型。
主设备负责控制整个网络的行为，而从设备则是接受主设备的指令，并将数据传输到相应的设备中。
三、devicenet协议的应用范围devicenet协议在工业控制领域有着非常广泛的应用，它可以用于各种自动化设备、机器人、传感器等设备之间的通信与控制。
在工业生产线上，devicenet协议可以实现设备之间的数据交换和协同工作，提高生产效率和质量。
四、devicenet协议的优缺点1. 优点1）灵活性：devicenet协议的网络拓扑结构灵活，能够适应不同场景的需求。
2）可靠性：devicenet协议采用了CAN通信方式，具有较好的抗干扰能力和可靠性。
3）简易性：devicenet协议的配置和维护较为简单，大大减少了工程师们的工作量。
2. 缺点1）传输速率较低：由于devicenet协议是基于CAN总线的，其传输速率相对较低，在高速数据传输的场景下会受到一定的限制。
2）对网络稳定性要求高：如果网络中存在故障节点，会对整个网络的稳定性和可靠性产生影响。
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。
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
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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
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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。
第二部分 CAN总线使用说明
Device Net (CAN Open)现场总线一、 现场总线的组成及连接Device Net （CAN Open ）现场总线由传感器（节点）、三通接头、电缆线及终端匹配电阻等组成。
现场总线由一根四芯电缆就可将所有传感器均连通并完成所需信息的传输。
连接电缆的方法如下图：注意！（1） 三通接头下端是连接传感器用的。
（2） 电缆线、三通接头及终端匹配电阻连接以后， 应适当固定，尽可能减少电缆线所受的拉力。
三通接头（T 形接头）5~15M 电缆线二、Device Net（CAN Open）总线型传感器1．SK-8J04和SK-9N01组成总线型绞车传感器，SK-9N01是CAN总线绞车隔离栅，其接线端子如下图：2．SK-8B06F和SK-9N02组成总线型泵冲传感器，SK-9N02 CAN总线泵冲隔离栅，其接线端子如下图：3．SK-9N03，各类4~20mA模拟量传感器配上SK-9N03后即组成相应的总线型传感器，SK-9N03是CAN总线，4~20mA模拟量输入隔离栅，其接线端子如下图：三．CAN适配卡CAN适配卡插计算机PCI总线上。
CAN适配卡上有二个CAN口，每个CAN上最多可连接64个节点，总线长度不超过500米，通讯速率设定在125Kbps。
一般使用适配卡上面一个CAN口。
适配卡每个CAN口上均设有125Ω的电阻。
CAN信号通过DB9（针形插座）输出，其引脚定义为：DB9-2 CAN-LDB9-5 CAN ShieldDB7-7 CAN—H四、CAN总线电源使用24V开关电源，开关电源安装在计算机箱内。
24V电源通过YD20K5Z插座（安装在计算机后面板上）向CAN总线供电，其引脚定义为：YD20K5Z —2 +24V—3 0V—5 CAN—L—1 CAN Shield—4 CAN—H五、CAN0V（黑色）+24V（红色）CAN Shield（屏蔽线）现场总线使用说明书上海神开科技工程有限公司- 6 -六、CAN系统接线表1．CAN节点防爆接线盒接线按防爆盒背面铭牌上的标识进行连接。
DeviceNet现场总线详解
生产者/消费者网络模型
? DeviceNet采用开放网络技术的一种新发明的 解决方案：生产者/消费者（produce/consumer）通信模式。生产者是指发送数据的节 点设备，消费者是指接受数据的节点设备。每 个节点设备均可配置为生产者、消费者或两者 皆是。
? 可以是点对点或多点传送。
? 显式报文用于两个设备之间多用途的点对点的报 文交换，一般用于节点配置、故障情况报告和故 障诊断，是典型的请求 —响应通信方式。
? 显式报文利用 CAN的数据区来传递定义的报文， 包括报文头和报文体两部分。 >8bit分段
? 一个显式报文的分段包括报文头、分段协议、分 段报文体 3部分。
1 9 8 7 6 5 4 3 21 0
范围 0 (16进制)
标识使用
0 组1报文ID
源MAC ID
000-3ff 报文组1
10
MAC ID
组2报文ID 400-5ff 报文组2
1 1 组3报文 ID
源MAC ID
600-7bf 报文组3
1 1 1 11
组4报文ID（0-2f）
7c0-7ff 报文组4
111111 1
1 X XX
7f0-7ff 无效CAN标
识 表1 DeviceNet的11位连接标识符
? 这四种报文组优先级不同，其中报文组 1优先级最 高，通常用于发送设备的 I/O报文，报文组 4优先级 最低，用于设备离线时的通信。传送信息时可据此 选择相应的报文组。
? MAC ID：用于在网络上识别节点。 6bit，64节点。 有源和目的之分。
? （11）具有通信错误分级检测机制、通信 故障的自动判别和恢复功能；
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。
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。
DeviceNet总线应用层协议的实现
DeviceNet总线应用层协议的实现1 DeviceNet简介DeviceNet（设备网）是20世纪90年代中期发展起来一种基于CAN技术开放型，低成本、高性能通信网络，目前已成为底层现场总线标准之一。
DeviceNet现场总线体系中属于设备级总线协议，协议分层结构中，它只包括ISO开放系统七层模型结构中三层，即物理层、数据链路层和应用层。
DeviceNet是基于CAN总线实现现场总线协议，它许多特性完全沿袭于CAN，是一种无冲突载波侦听总线协议。
这样协议载波侦听方面与以太网是一样，它特别之处是：当总线上多个节点侦听到总线空闲时，同时向总线发送数据。
CAN总线中，被传送每一帧数据优先级是由位于帧头标识来决定，它们首先发送是各自标识数据。
此时，有一个节点发送了位数据“0”，那么总线上所有节点监听到总线状态就是“0”；相反，当同时发送数据节点所发送位数据为“1”时，总线状态才为“1”。
，当某个节点侦听到网络空闲，开始发送标识数据以后，此节点发送标识数据段过程中，侦听到总线状态与它自身所发送数据位不一致，则此节点会认为有其他节点也发送数据，总线处于竞争状态，其他节点发送数据具有更高优先级，最终此节点停止发送数据，节点返回至总线监听状态。
目前CAN2.0版本中，标识数据可以是11位或29位，DeviceNet只支持11位标识，能够产生2032种不同标识。
总线中，保证并发情况下数据传输一致性，不同节点所发送数据标识是不同，这样才不会发生同时有多个节点传输各自整个数据帧而产生冲突情况。
DeviceNet协议制定规范来确定每个DeviceNet节点数据帧标识分配，其中应用极为普遍M/S网络，DeviceNet协议制定了一套预先定义好CAN数据帧标识分配方案。
2 DeviceNet应用层协议DeviceNet应用层协议是用面向对象方法来进行描述。
它对协议本身所应完成功能进行了抽象和定义，把协议功能划分为多个模块，每个模块抽象出它所具有属性、完成任务和他模块接口，然后把这个模块对象化。
工业控制网络(场总线)——DEVICENET信息协议
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
服务区内容： ➢服务代码 (Service Code) -此数值在服务区字节的 低7位中被说明。它表明发送服务的类型。 ➢R/R （ Request/Response ） - 服 务 区 中 的 最 高 位 。 它的值决定了一个报文是请求报文还是响应报文。
工业控制网络 （现场总线）
4.3. DeviceNet信息协议
本节阐述位于CAN数据场内部用于显式 报文和I/O报文的协议信息。主要内容包括： 4.3.1 显式信息 4.3.2 输入输出信息 4.3.3 分段/重组 4.3.4 重复MAC ID检测协议
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1 显式信息
➢ 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。
哈工大网络与电气智能化研究所
4.3.1.4 UCMM服务
这些服务是通过使用组3报文中定义的未连 接显式请求和响应的CAN标识符区而被访问 的。
哈工大网络与电气智能化研究所
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。
工业互联网安全测试技术：现场总线协议
1996年成为 欧洲标准 EN50170V.2(PRO FIBUS-FMS-DP)
1999年 PROFIBUS成为国 际标准IEC61158 的组成部分 (TYPEIII)
2006年成为中国 的国家标准 GB/T20540-2006
01 现场总线协议
(2) Profibus的发展趋 势
重点发展PROFIBUS-DP、-PA，放弃FMS，发展综合了以太网技术、允许集成PROFIBUS 和其他现场总线技术的ProfiNet技术。
01 现场总线协议
(3) DeviceNet的定义
DeviceNet是一种用在自动化技术的 现场总线标准，DeviceNet使用控制器局 域网络（CAN）为其底层的通讯协定，其 应用层有针对不同设备所定义的行规 （profile）。主要的应用包括资讯交换、 安全设备及大型控制系统。
01 现场总线协01 现场总线协议
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01 现场总线协议
(1) CAN的定义
CAN是Controller Area Network的简 称，是一种有效支持分布式控制或实时 控制的串行通信网络，把汽车比如成人 体，那CAN总线就是神经系统，电子控制 单元（ECU）就是身体的一部分，身体是 由多个ECU组成的，各个ECU之间通过神 经系统进行通信。
01 现场总线协议
(1) CAN的拓扑图
从拓扑图中可以看到一个 CAN节点，主要由CPU，CAN控 制器，CAN收发器组成，CAN 总线是差分线，有CAN_H和 CAN_L两根线图中箭头所示， 虽然两根线都受到干扰，但 是两者差值不变
01 现场总线协议
(1) CAN的优点
1）简单低成本： ECU通过单个CAN系统进行通信，减少了错误，重量，接线 和成本。
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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。
（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。
e）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量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。
众所周知，化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质，所有现场设备都必须严格遵循安全防爆标准。
现场总线设备也不例外。
f）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连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。
不同制造商的网络互连十分简便，用户不必在硬件或软件上花太多气力。
通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。
2. 现场总线的结构特点现场总线的网络结构现场总线网络结构是按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI：Open System Interconnection）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提供的服务。
从OSI 模式的角度来看，现场总线将上述七层简化成三层，分别由OSI参考模式的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组成。
如图1-2 所示。
图1-2 现场总线的结构现场总线主要特点是使底层的控制部件、设备更加智能化，把在传统DCS 中的控制功能，下移到现场仪表。
在此，现场总线的网络通讯起了重要作用。
现场总线结构模型现统一为４层，即物理层、数据链路层、应用层和用户层。
省略了一般网络结构的3~6（表达层、会话层、传递层和网络层）.现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。
传统模拟控制系统采用一对一的设备联机，按控制回路分别进行连接。
位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。
现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通讯能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
Devicenet 正是目前几十种现场总线中得到广泛应用的一种。
由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息），同时又为多个设备提供电源；现场设备以外不再需要模拟／数字、数字／模拟转换部件。
这样就为简化系统结构、节约硬设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。
图1-3 Devicenet 控制系统示意图３.Devicenet 技术背景和特点多年来，过程工业一直致力于开发一种单一的、开放的标准对现场的各类设备进行编址。
标准的最初目标是用单一的数字标准取代4-20mA 标准。
当范围扩展到寻址复杂的、高难度的服务时（如：控制器间的高速通讯、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，通讯技术的成本近几年已经明显的降低，将简单设备直接连接到网络上（而不必考虑SP50 现场总线）的成本由此变得经济。
简单设备的这种标准要求同现存的120/220VAC 和24VDC 离散、硬接线I/O 标准具有相同级别的互换性。
Devicenet 在允许多个复杂设备互连接的同时，允许简单设备的互换性。
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、改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表1-1 Devicenet 技术特点４. Devicenet 的应用最终用户希望获得器件级网络提供的利益，例如减少接线和增加诊断功能。
到1997年底，Devicenet已有16 万个以上经过验证的节点，到2000 年，DeviceNet节点有可能超过300万，全部ODVA 组织的218 会员均是工业领域，而且只有制造业才能参加。
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。
相信随着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项目的原因。
Producer/Consumer网络通讯模型1.显性报文和I/O 报文( Explicit and I/O messaging) 工厂自动化网络要传送一般的计算机通讯网络中需传送的报文，同时需要传送实时的输入/输出(I/O) 控制信息及整个控制系统中各控制器互锁信息等。
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，作趋势分析和诊断等功能，例如我们可以用显性报文对控制器中的五个定时器重写默认值或执行自测试操作。
它们的结构十分灵活，数据域中带有通讯网络所采用的协议信息和要求操作服务的指令。
每个节点(设备)必须解释每个显性报文，操作所请求的任务，并生成响应。
为按通讯协议解释这种显性报文，在真正要用到的数据上必须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非常不确定的。
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 控制数据，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 报文的一个例子是控制器将输出数据发送给一个I/O 块设备(I/O Block )，然后I/O 块按照它的输入数据响应给控制器。
为解释这种类型的报文而必须引入的附加量(overhead)小，数据短，使用频率一致，并且需要高的性能：对I/O 报文传送的可靠性，送达时间的确定性及可重复性有很高的要求。
过去，用于I/O 控制的网络不能处理发送显性报文时在发送数据的时间及报文尺寸上的不定性因素。
控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两种不同报文类型的不同要求。
Rockwell Automation/AB 公司的Data Highway/Remote I/O 网络和西门子的Profibus FMS/ProfibusDP 网络就是这种情况的表现。
吞吐量( throughput)是来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和节点产生的输出数据(根据用户的逻辑程序产生)传送到需要它的所有节点的速率。
节点可以是传感器、人机界面(Human-Machine Interfaces-HMI)、控制器、数据记录仪、警报监视器、起动器、变频驱动器等。