機電集成技術(shù)（中級）課件 DeviceNet通信的特點及優(yōu)勢

DeviceNet通信的特點及優(yōu)勢一、什么是DeviceNet通信二、DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三、顯式連接與隱式連接四、DeviceNet通信的特點1/12一什么是DeviceNet通信DeviceNet由美國Allen-Bradley公司開發(fā)，是一種基于CAN（控制器局域網(wǎng)）總線技術(shù)的開放型現(xiàn)場總線協(xié)議標準，具有成本低、可靠性高、符合全球工業(yè)標準等特點，采用了OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。DeviceNet是一種總線結(jié)構(gòu)的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，它將PLC、操作員終端、傳感器、光電開關(guān)等工業(yè)設(shè)備接入總線網(wǎng)絡(luò)，從而減少了硬件連線，為低端設(shè)備和控制器之間提供了一種確定的、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和通信。2/12二DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DeviceNet采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，控制器和I/O設(shè)備通過總線實現(xiàn)通訊，每一個設(shè)備和控制器都是網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點。如圖2-1所示，DeviceNet典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是干線-分支結(jié)構(gòu)，且允許在支線上采用多種分支結(jié)構(gòu)。

圖2-1DeviceNet典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖3/12DeviceNet沿用了CAN協(xié)議標準所規(guī)定的總線網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，應(yīng)用層規(guī)范則是由廠商自主開發(fā)。二DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4/12圖2-2DeviceNet協(xié)議分層結(jié)構(gòu)1、DeviceNet的物理層物理層協(xié)議規(guī)范定義了DeviceNet的總線拓撲結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)元件，具體包括系統(tǒng)接地、粗纜和細纜混合結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)端接地和電源分配。其中線纜包括：粗纜（多用作干線）和細纜（多用于分支線）?？偩€的線纜包括24V直流電源線和兩組雙絞信號線。DeviceNet提供的數(shù)據(jù)通信速率為128Kbps、256Kbps、512Kbps，每個網(wǎng)絡(luò)端最多可達64個節(jié)點。2、DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層完全遵循CAN規(guī)范的定義，分為邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪問控制子層MAC。數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)或功能主要包括：數(shù)據(jù)鏈路的建立和拆除、信息傳輸、傳輸錯誤控制以及異常情況處理。二DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5/123、DeviceNet的應(yīng)用層（1）DeviceNet應(yīng)用層采用通用工業(yè)協(xié)議（CIP），它定義了傳輸數(shù)據(jù)的語法和語義，如連接、報文、對象模型和設(shè)備描述等方面的內(nèi)容。（2）DeviceNet有兩種主要的通信模型：源/目的模式和生產(chǎn)者/消費者模式。①源/目的模式該模式是以節(jié)點地址為中心的編碼方式，其通信數(shù)據(jù)格式包括了源設(shè)備地址、目的設(shè)備地址、0-8位的數(shù)據(jù)位以及差錯控制校驗碼，適合于點對點的通信，如圖2-3所示。多個節(jié)點之間進行通信時，源節(jié)點需要多次發(fā)送數(shù)據(jù)至不同節(jié)點，浪費帶寬，且難以實現(xiàn)多點同步動作。源節(jié)點地址目的節(jié)點地址數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗碼圖2-3源/目的模式的通信數(shù)據(jù)格式二DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6/12②生產(chǎn)者/消費者模式該模式以數(shù)據(jù)為中心進行編碼，通信數(shù)據(jù)格式包括標識符、0-8位的數(shù)據(jù)位以及差錯控制校驗碼，如圖2-4所示。生產(chǎn)者是發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點設(shè)備，消費者是接收數(shù)據(jù)的節(jié)點設(shè)備。生產(chǎn)者在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀后，消費者根據(jù)標識符來判斷是否接收該數(shù)據(jù)。因此當一個設(shè)備需要與多個設(shè)備進行通信時，只需要發(fā)送一次數(shù)據(jù)，其余設(shè)備就都可以接收到該數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)發(fā)送。該模式采用了開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中最常用的一種通信模式。在這種模式下，系統(tǒng)可以實現(xiàn)點對點、多點以及廣播通信，支持主/從、多主或?qū)Φ鹊耐ㄐ沤Y(jié)構(gòu)，通信時各節(jié)點設(shè)備可以實現(xiàn)精確同步。標識符數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗碼圖2-4生產(chǎn)者/消費者模式的通信數(shù)據(jù)格式二DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7/12三顯式連接與隱式連接DeviceNet應(yīng)用層所采用的通用工業(yè)協(xié)議（CIP），規(guī)定了一種面向連接的通信方式，因此DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上任意兩個節(jié)點在通信之前必須建立起邏輯上的連接，而且這種連接是可以動態(tài)建立和撤銷的。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)支持使用顯式和隱式兩種連接方式，實現(xiàn)配置和控制的單點連接，且不同的連接方式分別對應(yīng)不同的傳輸報文即顯示報文和隱式報文。1、顯式連接：可通過未連接信息管理器建立，是典型的點對點的請求-響應(yīng)通信方式，為兩個設(shè)備之間提供了一般的、多用途的通信路徑。8/12三顯式連接與隱式連接CAN幀頭數(shù)據(jù)域CAN幀尾--標識符----協(xié)議區(qū)--特殊服務(wù)數(shù)據(jù)----校驗碼--幀結(jié)束標志圖3-1顯式報文格式顯示報文：采用CAN總線的標準數(shù)據(jù)幀格式，如圖3-1所示，包括了幀頭、幀尾以及數(shù)據(jù)域三部分。（1）幀頭中包含有標識符ID，用于描述數(shù)據(jù)的含義，以便其他節(jié)點設(shè)備進行判斷識別，并確定是否接收該數(shù)據(jù)，通常顯示報文采用優(yōu)先級低的標識符。（2）數(shù)據(jù)域中包含有顯示報文的相關(guān)信息，如傳輸協(xié)議以及需要執(zhí)行的服務(wù)等。（3）幀尾中包含校驗碼、幀結(jié)束標志等序列。顯式報文的接收方必須對接到的報文做出成功或錯誤的響應(yīng)，通常這類報文對時間的要求不高，一般用于節(jié)點配置、設(shè)備參數(shù)修改和故障診斷等。9/12顯式連接與隱式連接2、隱式連接：又稱I/O連接，可以進行一對一或一對多的數(shù)據(jù)傳送，并定時按周期發(fā)出，這種連接方式不要求數(shù)據(jù)接收方對所接到的報文做出應(yīng)答。I/O連接主要用于傳輸工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中實時性要求較高的數(shù)據(jù)報文（I/O報文），傳輸數(shù)據(jù)量較大。隱式報文（I/O報文）：采用CAN總線的標準數(shù)據(jù)幀格式，如圖3-2所示。I/O報文的幀頭中采用優(yōu)先級高的標識符，為了滿足傳輸?shù)膶崟r性要求，I/O報文格式需要十分精簡，通常CAN數(shù)據(jù)域中只包括需要傳輸?shù)倪^程數(shù)據(jù)，沒有任何與報文傳輸協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容。CAN幀頭數(shù)據(jù)域CAN幀尾--標識符--應(yīng)用I/O數(shù)據(jù)--校驗碼--幀結(jié)束標志圖3-2隱式報文格式三10/12四DeviceNet通信的特點DeviceNet的主要特點如下：1、總線拓撲結(jié)構(gòu)為干線-分支結(jié)構(gòu)，最多可以連接64個節(jié)點，每個節(jié)點支持的I/O數(shù)量沒有限制；2、電源線和信號線都包含在網(wǎng)絡(luò)干線中，可以實現(xiàn)節(jié)點設(shè)備的統(tǒng)一供電；3、使用帶有11bit標識符的數(shù)據(jù)幀格式，支持對等、多主或主/從通信方式；4