工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 課件匯 張季萌 01 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展- 10 Modbus TCP通信及應(yīng)用

現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展一、現(xiàn)場總線的概念二、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生背景三、現(xiàn)場總線的發(fā)展五、現(xiàn)場總線的各種標(biāo)準(zhǔn)四、現(xiàn)場總線的特點及未來趨勢一、現(xiàn)場總線的概念在工業(yè)4.0時代，各種通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展為企業(yè)實現(xiàn)智能化和自動化帶來了諸多可能。尤其是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)中，需要通過車間現(xiàn)場各類通信方式接入不同設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品，采集并上傳海量數(shù)據(jù)。目前，在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，車間現(xiàn)場應(yīng)用最廣泛的技術(shù)是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線(Fieldbus)是近年來在工業(yè)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題?，F(xiàn)場總線具有簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實用等顯著優(yōu)點。一、現(xiàn)場總線的概念現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線是自動化領(lǐng)域中的底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連接最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備，以及自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)42omA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸，并遵循ISO/OSI參考模型的全部或部分通信協(xié)議。OSI(OpenSystemInterconnect,開放系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型是ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和CCITT（國際電報電話咨詢委員會）聯(lián)合制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，為開放式互聯(lián)信息系統(tǒng)提供了—種功能結(jié)構(gòu)的框架，從低到高分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。一、現(xiàn)場總線的概念可以通過以下兩點理解現(xiàn)場總線：第—，根據(jù)工廠自動化信息網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)（工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級），可知現(xiàn)場總線位千生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)底層，是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。工廠底層應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的好處在于可以實現(xiàn)工廠信息縱向集成的透明通信，即從管理層到自動化底層的數(shù)據(jù)存取。第二，如圖1所示的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基千ISO/OSI7層參考模型搭建，根據(jù)應(yīng)用需求，該結(jié)構(gòu)可以簡化。需要指出的是，在實際應(yīng)用中，該模型只是一個參考模型，不同種類的現(xiàn)場總線協(xié)議棧有較大的區(qū)別，通常會對該模型進(jìn)行簡化，以獲得更低的通信延遲和更快的速度，從而更有利千實現(xiàn)現(xiàn)場總線的實時特性。二、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生背景現(xiàn)場總線大致出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末到90年代初，當(dāng)時，隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，工廠的設(shè)備有了互聯(lián)的需求（此階段的互聯(lián)需求主要定位千遠(yuǎn)程的1/0數(shù)據(jù)傳輸，以及生產(chǎn)線內(nèi)部不同設(shè)備的數(shù)據(jù)交換）。企業(yè)希望通過綜合掌握多點的運行參數(shù)與信息，進(jìn)而實現(xiàn)多點信息的操作控制。但受制于當(dāng)時的技術(shù)水平，每個廠商的產(chǎn)品都自成體系，不同廠商的設(shè)備之間不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，想實現(xiàn)更大范圍信息共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還存在很多困難。圖1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生背景隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，并結(jié)合各種應(yīng)用場景的實際需求，涌現(xiàn)出了許多具有代表性的現(xiàn)場總線技術(shù)，如基金會現(xiàn)場恁線(FoundationFieldbus,FF)、LonWorks現(xiàn)場總線、HART現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、DeviceNet現(xiàn)場急線、PROFIBUS現(xiàn)場總線、lnterbus現(xiàn)場總線、WorldFIP現(xiàn)場總線、CC-Link現(xiàn)場總線等。這些現(xiàn)場總線各具特點并擁有各自特定的應(yīng)用范圍。由于現(xiàn)場急線種類繁多，通信協(xié)議也干差萬別，因此至今現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)也未能統(tǒng)—，最終形成各種現(xiàn)場總線內(nèi)容相對獨立的IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。三、現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)場總線是一種用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它允許現(xiàn)場設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器和控制器）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。以下列出現(xiàn)場總線發(fā)展歷史中的一些關(guān)鍵里程碑：1.20世紀(jì)80年代：最早的現(xiàn)場急線概念開始出現(xiàn)。2.20世紀(jì)90年代：現(xiàn)場總線技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。一些重要的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（如FF和DeviceNet)開始出現(xiàn)。3.21世紀(jì)00年代：寬帶技術(shù)的快速發(fā)展為現(xiàn)場總線的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)處理標(biāo)準(zhǔn)（如Ethernet/IP和PROFINET)的出現(xiàn)將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶入自動化領(lǐng)域。4.21世紀(jì)10年代至今：現(xiàn)場總線技術(shù)不斷演進(jìn)和發(fā)展。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，實時網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)（如EtherCAT和POWERLINK)也得到了推廣和采用。隨著時間的推移，現(xiàn)場恁線技術(shù)不斷改進(jìn)，提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度＼更強(qiáng)的可靠性和更靈活的配置選項。它已成為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的重要組成部分，為設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)交換提供了可靠的解決方案。四、現(xiàn)場總線的特點及未來趨勢1.多種標(biāo)準(zhǔn)共存：現(xiàn)場總線有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)，如PROFIBUS、Modbus、FF、DeviceNet等。這些標(biāo)準(zhǔn)大多都有其特定的優(yōu)勢和適用范圍，可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇適合的標(biāo)準(zhǔn)。2.標(biāo)準(zhǔn)化：隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的普及，標(biāo)準(zhǔn)化的需求逐漸增加。國際電工委員會(IEC)等標(biāo)準(zhǔn)化組織開始制定現(xiàn)場總線安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61158和IEC61784系列。3.可靠性和功能增強(qiáng)：現(xiàn)場總線系統(tǒng)通常具有高可靠性，以確保在故障清況下仍能保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?？偩€設(shè)計可以提供備用通信路徑，以防止單點故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障。同時，現(xiàn)場總線系統(tǒng)增加了更多安全協(xié)議功能，如支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更復(fù)雜的控制算法、更強(qiáng)大的診斷和監(jiān)測功能等。四、現(xiàn)場總線的特點及未來趨勢4.開放性和互操作性：現(xiàn)場總線的開放性和互操作性是關(guān)鍵因素。許多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)都是開放的，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議，不同廠商的設(shè)備可以更容易地進(jìn)行集成和交互。這種開放性使得用戶可以選擇最適合其需求的設(shè)備和解決方案。5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌含F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)—直在不斷變化。最初的現(xiàn)場急線網(wǎng)格拓?fù)涫腔е鲝慕Y(jié)構(gòu)的，后來發(fā)展催生了更靈活的分布式控制系統(tǒng)(DCS)和控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)等。6.接地化：隨著接地技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場總線也開始向以太網(wǎng)方向發(fā)展。Ethernet/IP和PROFINET等協(xié)議成為現(xiàn)場總線領(lǐng)域的重要趨勢，提供更高的帶寬和更廣泛的應(yīng)用支持?？傮w來說，現(xiàn)場總線在工業(yè)自動化中扮演著重要的角色。現(xiàn)場總線技術(shù)在過去幾十年中取得了顯著的發(fā)展，為設(shè)備之間的通信和控制提供了可靠的解決方案。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)場總線系統(tǒng)將不斷演進(jìn)和改進(jìn)，以滿足不斷變化的工業(yè)需求。五、現(xiàn)場總線的各種標(biāo)準(zhǔn)常見的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個：1.PROFIBUS：這是一種廣泛應(yīng)用千工業(yè)自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場急線標(biāo)準(zhǔn)。2.Modbus:這是一種通用的串行通信協(xié)議，用于連接現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域。3.DeviceNet:這是一種基于CAN總線的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，用千連接和控制工業(yè)設(shè)備，主要應(yīng)用千機(jī)械和運動控制領(lǐng)域。4.FF:這是一種數(shù)字通信協(xié)議，用千連接和控制現(xiàn)場設(shè)備，廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域。5.EtherCAT:這是實時負(fù)載通信協(xié)議，應(yīng)用于高性能運動控制和工業(yè)自動化領(lǐng)域。6.CANopen:這是一種基千CAN總線的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接和控制工業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用千汽車、機(jī)械和工業(yè)自動化領(lǐng)域。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指在工業(yè)環(huán)境中用于連接和通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是為了滿足工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)的需求而設(shè)計的，用千連接各種設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器和控制器，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控和控制功能。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常具有以下特性：1.可靠性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要具備高度可靠性，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和設(shè)備的穩(wěn)定運行。2.實時性：許多工業(yè)應(yīng)用需要進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)，如控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，因此工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要提供低延遲和高帶寬的通信能力，以保證及時快捷的通信。3.安全性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)和通信必須得到保護(hù)，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問、數(shù)據(jù)泄露或網(wǎng)絡(luò)攻擊。因此，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常采用安全協(xié)議、身份驗證以保障網(wǎng)絡(luò)安全。4.擴(kuò)展性：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要具備良好的擴(kuò)展性，以適應(yīng)不斷增長的設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)流最，應(yīng)該能夠支持靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備的添加或刪除。一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的概述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以包括各種通信技術(shù)和協(xié)議、現(xiàn)場總線（如PROFIBUS、Modbus、CAN等）、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在制造業(yè)、能源、交通、物流等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)提供可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述由于現(xiàn)場急線的標(biāo)準(zhǔn)化制定存在一定的難度，人們開始尋求新的工業(yè)通信技術(shù)，這時以太網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)了。以太網(wǎng)最早出現(xiàn)千20世紀(jì)70年代，之后按照IEEE802.3實施了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在是指符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)(LAN)產(chǎn)品組。以太網(wǎng)技術(shù)因具有技術(shù)簡單、開放性好、價格低廉等特點，在辦公和商務(wù)領(lǐng)域的市場占有率非常高。以太網(wǎng)最初是為辦公自動化的應(yīng)用而設(shè)計的，并沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的需求。后來，—些廠商提出將以太網(wǎng)技術(shù)引入工廠設(shè)備底層（如施耐德提出了適用于工業(yè)現(xiàn)場的基于以太網(wǎng)＋TCP/IP的解決方案），工業(yè)以太網(wǎng)也就隨之產(chǎn)生了。工業(yè)以太網(wǎng)是指在工業(yè)環(huán)境的自動化控制及過程控制中應(yīng)用以太網(wǎng)的相關(guān)組件及技術(shù)，采用TCP/IP協(xié)議，與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)兼容，并在應(yīng)用層加入各自特有協(xié)議的通信技術(shù)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述1.工業(yè)以太網(wǎng)概況工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3（以太網(wǎng)）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)、外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入辦公室領(lǐng)域，而且可以應(yīng)用于生產(chǎn)和自動化過程中。繼10Mbit/s以太網(wǎng)成功運行之后，具有交換功能、全雙工和自適應(yīng)的100Mbit/s快速以太網(wǎng)(FastEthernet,符合IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)）也已成功運行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決千用戶的需要，通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。在今天的控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)中，以太網(wǎng)的應(yīng)用幾乎和PLC一樣普及。正確選擇工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素呢？簡單來說，要從以太網(wǎng)通信協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認(rèn)證、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口或光口等方面來考慮，這些都是最基本的產(chǎn)品選擇因素。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述如果對工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理有更高要求，那么需要考慮所選擇產(chǎn)品的高級功能，如信號強(qiáng)弱、端口設(shè)置、出錯報警、串口使用、主干冗余(Trunking)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRing)、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)和端口鏡像等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理交換機(jī)可以提供的功能。不同的控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的管理功能要求不同，自然對管理型交換機(jī)的使用也有不同要求。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，挑選適合系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應(yīng)運而生。從快速生成樹冗余、環(huán)網(wǎng)冗余到主干冗余，它們都有各自不同的特點，控制工程師可以根據(jù)要求進(jìn)行選擇。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述2.工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)特點和優(yōu)勢以太網(wǎng)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟／硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之—。近些年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入控制領(lǐng)域，形成新型的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。這主要是由千工業(yè)自動化系統(tǒng)向分布化、智能化控制方面發(fā)展，開放的、透明的通信協(xié)議是必然的要求。將以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，其技術(shù)特奪帶來的優(yōu)勢具體有以下幾點：（1）應(yīng)用廣泛。工業(yè)以太網(wǎng)兼容應(yīng)用最廣泛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大多數(shù)編程語言（如VisualC+＋、Java和VisualBasic等）都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)。采用不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備可以很容易實現(xiàn)互聯(lián)。（2）資源共享能力強(qiáng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已滲透到各個角落，網(wǎng)絡(luò)上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，接入互聯(lián)網(wǎng)上的任何—臺計算機(jī)后都能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控—體化的全開放網(wǎng)絡(luò)。二、工業(yè)以太網(wǎng)的概述（3）軟／硬件成本低廉。由千工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支待工業(yè)以太網(wǎng)的軟／硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。（4）通信速率高。隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要實現(xiàn)音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸。通信速率為100Mbit/s、1000Mbit/s的快速以太網(wǎng)開始廣泛應(yīng)用，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，其速率比現(xiàn)場急線快很多，可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長的帶寬要求。實現(xiàn)“控管—體化”，這是其他任何—種現(xiàn)場總線都無法比擬的。（5）可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?。工業(yè)以太網(wǎng)的引入為控制系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供可能性，用戶在技術(shù)升級方面無須獨自研究投入。同時，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展要求通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬和性能，通信協(xié)議具有更高的靈活性，這些要求工業(yè)以太網(wǎng)都能很好地滿足。三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常基于分層架構(gòu)，其中包含以下幾個主要組成部分：1.邊緣層（Edgelayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低層，負(fù)責(zé)連接終端設(shè)備（如計算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)）。2.分布層（DistributionLayer）：位千邊緣層和核心層之間，負(fù)責(zé)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分層。3.核心層（CoreLayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)處理大量的數(shù)據(jù)流量。它提供高帶寬、低延遲的交換和路由功能，確保網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性。三、現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.無線鏈路（WirelessLink）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括無線鏈路，用于支持移動設(shè)備的無線接入寺。無線局域網(wǎng)可以與穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)合使用，提供靈活的網(wǎng)絡(luò)連接和覆蓋范圍。5.數(shù)據(jù)中心（DataCenter）：對于大型企業(yè)來說，數(shù)據(jù)中心是現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分。6.安全層（SecurityLayer）：現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的安全性能，以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)并防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。安全層包括防火墻、入侵檢測系統(tǒng)(IDS)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)等安全設(shè)備和技術(shù)。這些組成部分相互連接和交互，構(gòu)成個完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置可能會因為組織規(guī)模、業(yè)務(wù)需求和技術(shù)要求的不同而有所不同。四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，集成多種網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)不同類型的設(shè)備和系統(tǒng)之間的通信與協(xié)作。常見的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)集成方法有以下幾種：1.利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備。利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以連接不同類型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場接口、控制器局域網(wǎng)等。網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以將不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換和改裝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。2.利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器。協(xié)議轉(zhuǎn)換器是一種設(shè)備或軟件，用于將不同網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它可以將數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議格式轉(zhuǎn)換為另一個網(wǎng)絡(luò)所需的協(xié)議格式，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與交互。3.利用通信服務(wù)器。通信服務(wù)器是種中間設(shè)備，用千連接和管理多個工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。它可以提供統(tǒng)一的接口和協(xié)議，使不同網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間能夠進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。四、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成4.利用軟件。通過使用軟件工具和平臺，可以實現(xiàn)多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。這些軟件可以提供數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備管理和監(jiān)控等功能，以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的集成和協(xié)作。5.利用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。—些工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)使用標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，如OPC(OLEforProcessContra|，用于過程控制的對象鏈接與嵌入）、Modbus、PROFINET等。通過使用這些標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，不同網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)備可以直接進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。在集成多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)—致性和性能等方面的問題。根據(jù)具體的應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇適合的集成方法，并遵循相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。CAN通信及應(yīng)用一、CAN通信原理二、CAN報文的種類及幀格式三、CAN通信應(yīng)用一、CAN通信原理1.CAN總線定義CAN總線協(xié)議（ControllerAreaNetwork），控制器局域網(wǎng)總線，是德國BOSCH公司研發(fā)的一種串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN網(wǎng)絡(luò)中至少需要兩個節(jié)點設(shè)備才可進(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時所有節(jié)點都能接收到所有信息，無法僅向某一個特定節(jié)點設(shè)備發(fā)送消息，對于節(jié)點接收到的無關(guān)的信息，可通過設(shè)置CAN總線硬件的本地過濾功能，對有效的消息做出反應(yīng)。CAN由于其高性能和可靠性，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。一、CAN通信原理2.CAN總線結(jié)構(gòu)CAN總線是一種廣播類型的總線，可支持線形拓?fù)?、星形拓?fù)洹湫瓮負(fù)浜铜h(huán)形拓?fù)涞?。?）線形拓?fù)渚€形拓?fù)涫窃谝粭l主干總線分出各個節(jié)點支線，其優(yōu)點在于布線施工簡單，接線方便，阻抗匹配規(guī)則固定，缺點是拓?fù)洳粔蜢`活，在一定程度上影響通訊距離，如圖1所示：圖1線性拓?fù)湟?、CAN通信原理雖然CAN總線可以支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌趯嶋H應(yīng)用中比較推薦使用線形拓?fù)?，且在IOS11898-2中高速CAN物理層規(guī)范推薦也是線形拓?fù)?。在ISO11898-2和ISO11898-3中分別規(guī)定了兩種CAN總線結(jié)構(gòu)。ISO11898-2中定義了通信速率為125Kbps～1Mbps的高速閉環(huán)CAN通信標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)通信總線長度≤40米，最大通信速率可達(dá)到1Mbps，高速閉環(huán)CAN（高速CAN）通信如圖1-3所示，ISO11898-3中定義了通信速率為10～125Kbps的低速開環(huán)CAN通信標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)傳輸速率為40Kbps時，總線距離可達(dá)到1000米。低速開環(huán)CAN（低速容錯CAN）通信如圖2所示：圖2(a)高速閉環(huán)CAN(b)低速閉環(huán)CAN一、CAN通信原理（2）星形拓?fù)湫切瓮負(fù)涫敲總€節(jié)點通過中央設(shè)備連到一起，其優(yōu)點是容易擴(kuò)展，缺點是一旦中央設(shè)備出故障會導(dǎo)致總線集體故障，而且分支線長不同，阻抗匹配復(fù)雜，可能需要通過一些中繼器或集線器進(jìn)行擴(kuò)展，如圖3所示：圖3星形拓?fù)湟?、CAN通信原理（3）樹形拓?fù)錁湫瓮負(fù)涫枪?jié)點分支比較多，且分支長度不同，其優(yōu)點是布線方便，缺點是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，阻抗匹配困難，通訊中極易出現(xiàn)問題，必須加一些集線器設(shè)備，如圖4所示：圖4樹形拓?fù)湟?、CAN通信原理（4）環(huán)形拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)涫菍AN總線頭尾相連，形成環(huán)狀，其優(yōu)點是線纜任意位置斷開，總線都不會出現(xiàn)問題，缺點是信號反射嚴(yán)重，無法用于高波特率和遠(yuǎn)距離傳輸，如圖5所示：圖5環(huán)形拓?fù)湟?、CAN通信原理3.CAN節(jié)點組成CAN節(jié)點通常由三部分組成：CAN收發(fā)器、CAN控制器和MCU。CAN總線通過差分信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，CAN收發(fā)器用于差分信號與TTL電平信號的正向或反向轉(zhuǎn)換，CAN控制器用于接收TTL電平信號或?qū)CU處獲取的數(shù)據(jù)以TTL電平信號的形式輸出，如圖6所示：圖6CAN節(jié)點組成一、CAN通信原理CAN總線分高速CAN和低速CAN，收發(fā)器也分為高速CAN收發(fā)器（1Mbps）和低速CAN收發(fā)器（125Kbps）。低速CAN也叫容錯CAN（FaultToleranceCAN），指的是即使總線上一根線失效，總線依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作電平轉(zhuǎn)換，CAN收發(fā)器的作用則是把邏輯信號轉(zhuǎn)換為差分信號。二、CAN報文的種類和幀格式1.報文種類CAN協(xié)議的報文傳輸過程中有：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔5種形式。其中，數(shù)據(jù)幀和遙控幀有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種格式。數(shù)據(jù)幀：用于發(fā)送節(jié)點向接受節(jié)點傳送數(shù)據(jù)（最常用）。遠(yuǎn)程幀：用于接收節(jié)點向某個發(fā)送節(jié)點請求數(shù)據(jù)。錯誤幀：用于當(dāng)某節(jié)點檢測出錯誤時向其他節(jié)點通知錯誤幀。過載幀：用于接收節(jié)點向發(fā)送節(jié)點通知自身接收能力的幀。幀間隔：將數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離的幀。二、CAN報文的種類和幀格式2.數(shù)據(jù)幀組成標(biāo)準(zhǔn)格式有11個位的標(biāo)識符（ID），擴(kuò)展格式有29個位的ID。如圖7。最主要的數(shù)據(jù)幀組成：①起始段。表示數(shù)據(jù)幀開始的段。②仲裁段。表示該幀優(yōu)先級的段。③控制段。表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。④數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)的內(nèi)容，一幀可發(fā)送0~8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。⑤CRC段。檢查幀的傳輸錯誤的段。⑥ACK段。表示確認(rèn)正常接收的段。⑦結(jié)束段。表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段。右圖中D為顯性電平，R為隱性電平。圖7數(shù)據(jù)幀組成二、CAN報文的種類和幀格式3.數(shù)據(jù)幀解析①幀起始。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀都是由1個位的顯性電平表示幀起始。②仲裁段。表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級的段，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀格式在本段有所區(qū)別，如下所示：ID：高位在前，低位在后。基本ID，禁止高7位都為隱性，即不能：ID=1111111XXXX。RTR，遠(yuǎn)程請求位。0，數(shù)據(jù)幀；1，遠(yuǎn)程幀。SRR，替代遠(yuǎn)程請求位。設(shè)置為1（隱性電平）。IDE，標(biāo)識符選擇位。0，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符；1，擴(kuò)展標(biāo)識符。③控制段。由6個位構(gòu)成，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的控制段稍有不同，如下所示：r0，r1：保留位。必須以顯現(xiàn)電平發(fā)送，但是接收可以是隱性電平。DLC：數(shù)據(jù)長度碼。0~8，表示發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)長度（字節(jié)）。IDE，標(biāo)識符選擇位。0，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符；1，擴(kuò)展標(biāo)識符。二、CAN報文的種類和幀格式④數(shù)據(jù)段。該段可包含0~8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，從最高位（MSB）開始輸出。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀在這個段的格式完全一樣。⑤CRC段。該段用于檢查幀傳輸錯誤。由15個位的CRC順序和1個位的CRC界定符（用于分隔的位）組成，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀在這個段的格式也是相同的。CRC的值計算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段。接收方以同樣的算法計算CRC值并進(jìn)行比較，不一致時會通報錯誤。⑥ACK段。此段用來確認(rèn)是否正常接收。由ACK槽(ACKSlot)和ACK界定符2個位組成。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀在這個段的格式也是相同的。二、CAN報文的種類和幀格式1）發(fā)送單元ACK段：發(fā)送2個隱性位。2）接收單元ACK段：接收到正確消息的單元，在ACK槽發(fā)送顯性位，通知發(fā)送單元，正常接收結(jié)束。稱之為發(fā)送ACK/返回ACK。注意：發(fā)送ACK的是既不處于總線關(guān)閉態(tài)也不處于休眠態(tài)的所有接收單元中，接收到正常消息的單元（發(fā)送單元不發(fā)送ACK）。正常消息是指：不含填充錯誤、格式錯誤、CRC錯誤的消息。⑦幀結(jié)束。由7個位的隱性位組成。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀在這個段格式完全一樣。三、CAN通信應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的過程中存在著一些不安全或危險的因素，危害著工人的身體健康和生命安全，同時也會造成生產(chǎn)被動或發(fā)生各種事故。為了預(yù)防或消除對工人健康的有害影響和各類事故的發(fā)生，就需要采取各種技術(shù)措施和組織措施，防患于未然。在這里，語音提示器在這里達(dá)到了一定的預(yù)防作用。三、CAN通信應(yīng)用某工廠為了提高當(dāng)前自動化生產(chǎn)線的安全指數(shù)，并優(yōu)化日常生產(chǎn)活動的管理，特在生產(chǎn)線中接入語音提示器，來標(biāo)識當(dāng)前生產(chǎn)線的狀態(tài)。接下來，需要對語音提示器進(jìn)行通信及編程處理，使其能夠根據(jù)生產(chǎn)線控制器的不同狀態(tài)，作出如下反應(yīng)?？刂破餍盘栒Z音類型語音音調(diào)音量信號1警告語音180dB信號2音樂語音260dB信號3提示語音340dB三、CAN通信應(yīng)用1.任務(wù)準(zhǔn)備（1）硬件/軟件系統(tǒng)：硬件：語音報警器，CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)服務(wù)器，PLC控制器，PC機(jī)軟件：windows操作系統(tǒng)，博圖PLC編程軟件，CANET200設(shè)置軟件硬件軟件三、CAN通信應(yīng)用（2）工具/輔件準(zhǔn)備網(wǎng)線，Micro-USB數(shù)據(jù)線網(wǎng)線Micro-USB數(shù)據(jù)線拷貝音頻文件使用三、CAN通信應(yīng)用2.電氣準(zhǔn)備（1）如圖，檢查電源線、通信線連接情況；（2）將音樂文件按照文件夾一一拷貝進(jìn)去；接線示意圖拷貝音頻文件時，需要斷開喇叭電源注意：三、CAN通信應(yīng)用3.CAN以太網(wǎng)服務(wù)器設(shè)置（1）修改PC機(jī)IP地址為192.168.0網(wǎng)段非服務(wù)器地址三、CAN通信應(yīng)用（2）設(shè)置服務(wù)器通信參數(shù)方式一：調(diào)試助手改IP地址確認(rèn)端口號，PLC的TCP連接需要使用；波特率，需要參考手冊，改為125000三、CAN通信應(yīng)用方式二：網(wǎng)頁修改輸入CAN以太網(wǎng)服務(wù)器IP地址備注：設(shè)置后，重啟服務(wù)器三、CAN通信應(yīng)用4.PLC編程（1）建立PLC與CAN以太網(wǎng)服務(wù)器TCP連接三、CAN通信應(yīng)用（2）通過通信連接發(fā)送包含有CAN幀的網(wǎng)絡(luò)幀①

聲音開關(guān)打開后會將1聲音數(shù)據(jù)賦值給即將發(fā)送的數(shù)據(jù)；②MOVE：復(fù)制IN數(shù)據(jù)給OUT1③LEN:13是字節(jié)長度；④ID:連接標(biāo)識碼。三、CAN通信應(yīng)用通信數(shù)據(jù)分析三、CAN通信應(yīng)用數(shù)據(jù)分析三、CAN通信應(yīng)用數(shù)據(jù)分析DeviceNet通信及應(yīng)用一、DeviceNet總線二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展一、DeviceNet總線1.DeviceNet總線概述DeviceNet是一種基于CAN(ControllerAreaNetwork)技術(shù)的開放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在Rockwell提出的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，DeviceNet處于最底層，即設(shè)備層，是最接近現(xiàn)場的總線類型。DeviceNet是一種數(shù)字化，多點連接的網(wǎng)絡(luò)，在控制器和I/0設(shè)備之間實現(xiàn)通信，每一個設(shè)備和控制器都是網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點。DeviceNet作為一種串行通信鏈接，定義OS模型七層架構(gòu)中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層，它能夠?qū)⒐I(yè)設(shè)備(如限位開關(guān)、光電傳感器、閥組、電動機(jī)控制器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅(qū)動器和操作員接口等)連接到網(wǎng)絡(luò)，減少硬件接線的成本。一、DeviceNet總線2.DeviceNet通信原理DeviceNet支持多種通信方式，包括確定的周期性通信、狀態(tài)改變觸發(fā)通信（I/0觸發(fā)）、輪詢等。（1）周期性通信周期性發(fā)送（基于時間）時，數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶選擇的速度來產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的更新速度與節(jié)點和應(yīng)用相匹配，可為快速變化的I/O信息的節(jié)點保留了帶寬。確定的周期性通信用于一些模擬設(shè)備的I/O數(shù)據(jù)傳輸，并可以根據(jù)設(shè)備信號的變化的快慢靈活設(shè)定通信周期，對于慢過程來說，這樣還可以大大降低對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。一、DeviceNet總線（2）I/O觸發(fā)機(jī)制除了傳統(tǒng)的輪詢方法（polling）外，生產(chǎn)者/消費者模型還允許用兩種新的功能強(qiáng)大的I/O觸發(fā)方法：狀態(tài)改變發(fā)送（Change-Of-State）和周期I/O發(fā)送（Cyclic）。按主從通信方式，點對點地將I/O報文直接依次發(fā)送到各個從設(shè)備。（3）輪詢輪詢是從源/目的地模型產(chǎn)生的，它本質(zhì)上是一種兩個報文的雙向處理（發(fā)送方輸出數(shù)據(jù)命令，接收節(jié)點收到后作出響應(yīng)并把反應(yīng)送回），往往用在主機(jī)到它的從機(jī)之間，許多輪詢周期充滿了相同的輸入和輸出數(shù)據(jù)，這些冗余的數(shù)據(jù)浪費了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬。一、DeviceNet總線3.DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)通信電纜DeviceNet網(wǎng)絡(luò)最大可以操作64個節(jié)點，可用的通訊波特率分別為125kbps、250kbps和500kbps三種。設(shè)備可由DeviceNet總線供電（最大總電流8A）或使用獨立電源供電。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)電纜傳送網(wǎng)絡(luò)通訊信號，并可以給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電。寬范圍的應(yīng)用導(dǎo)致規(guī)定了不同規(guī)格的電纜：粗電纜、細(xì)電纜和扁平電纜，以能夠適用于工業(yè)環(huán)境。DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)電纜如圖1所示。通信電纜有5個接頭，1對用于24V直流電壓，1對用于CAN的通信，1個屏蔽線。在粗纜和扁平電纜中24V電壓的最大電流容量是8A，在細(xì)纜中24V直流電壓的最大電流容量是3A。圖1DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)電纜一、DeviceNet總線總線終端電阻的作用提高抗干擾能力，提高信號質(zhì)量。終端電阻要求為120?或121?，功率大于等于0.25W，終端電阻必須跨接在主干線的藍(lán)線和白線之間，終端電阻有開放式和封閉式兩種，注意不要使用碳膜電阻，要使用金屬膜電阻。DeviceNet是基于連接的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的任意兩個節(jié)點在通信前必須先建立連接。每一個連接由一個11位被稱為信息標(biāo)識符或連接標(biāo)識符的字符串來標(biāo)識，這11位的連接標(biāo)志符包括了設(shè)備媒體訪問控制標(biāo)識符(MACID)和信息標(biāo)識符(MessageID)。DeviceNet每個數(shù)據(jù)幀前都有標(biāo)識符，用于表明這個數(shù)據(jù)的身份和優(yōu)先級。一、DeviceNet總線4.DeviceNet數(shù)據(jù)幀格式及內(nèi)容（1）報文在DeviceNet上傳輸兩種報文，一種是I/O報文，一種是顯式報文。其中I/O報文適用于實時性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)，通常使用優(yōu)先級高的連接標(biāo)識符，通過與一點或多點連接進(jìn)行信息交換；I/O報文幀中8個字節(jié)的數(shù)據(jù)域不包含任何與協(xié)議有關(guān)的位。連接標(biāo)識符提供了I/O報文的相關(guān)信息。在I/O報文利用連接符發(fā)送之前，報文的發(fā)送和接收設(shè)備都必須提前設(shè)定。設(shè)定的內(nèi)容包括源和目標(biāo)設(shè)備的屬性以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和消費者的地址。顯示報文應(yīng)用于兩個設(shè)備多用途的點對點報文傳遞，是典型的請求響應(yīng)通信方式，常用于節(jié)點的配置、診斷等。顯示報文通常使用優(yōu)先級低的連接標(biāo)識符，該報文的相關(guān)信息包含在報文幀的數(shù)據(jù)域中說明要執(zhí)行的服務(wù)和相關(guān)對象的屬性及地址。一、DeviceNet總線當(dāng)I/O數(shù)據(jù)的長度超過8字節(jié)時稱為大報文。大報文需經(jīng)過分割，形成I/O報文片后逐一傳送，這時數(shù)據(jù)域中用一個字節(jié)（字節(jié)0）表達(dá)報文分割協(xié)議。所以只有7個字節(jié)能用來傳輸實際數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)域中的字節(jié)0表示該報文在全部報文中的，其中位0－位5為分段計數(shù)器，填寫分段編號。位6，位7表示本幀的分段類型，00表示第一分段；01表示中間分段；10表示最后分段；11表示分段應(yīng)答。通過分段協(xié)議可以保證大報文數(shù)據(jù)的正確傳送。由于顯式報文要求數(shù)據(jù)接收方對每個子報文都要向數(shù)據(jù)發(fā)送方做出應(yīng)答，因而數(shù)據(jù)的發(fā)送和潤滑油主都要檢查幀計數(shù)的連續(xù)性，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤則終止當(dāng)前發(fā)送或接收，采用幀計數(shù)表示當(dāng)前發(fā)送的幀的編號，接收方必須判斷其連續(xù)性，一旦不連續(xù)就認(rèn)為有幀丟失，然后放棄所有已經(jīng)接懷到的幀，并向數(shù)據(jù)的發(fā)送方報錯。一、DeviceNet總線（2）DeviceNet幀格式DeviceNet的報文傳送有3種不同類型的幀(Frame)表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器;出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送;超載幀用于提供當(dāng)前和后續(xù)的附加延遲。DeviceNe傳輸數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)幀，超載幀和出錯幀僅僅用于對特殊情況的控制。數(shù)據(jù)幀的幀格式如表1所示。1位11位6位0-8字節(jié)15位1位1位1位7位幀開始標(biāo)識符控制場數(shù)據(jù)場CRC序列CRC分隔符確認(rèn)位確認(rèn)分隔符幀結(jié)束表1數(shù)據(jù)幀的幀格式二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)1.DeviceNet節(jié)點的開發(fā)步驟DeviceNet節(jié)點的開發(fā)大致有兩種途徑：開發(fā)者本身對DeviceNet規(guī)范相當(dāng)熟悉，具有豐富的相關(guān)經(jīng)驗，并且有長期深入開發(fā)DeviceNet應(yīng)用產(chǎn)品的規(guī)劃，選擇從最底層協(xié)議做起，根據(jù)自身對協(xié)議的深刻領(lǐng)會，自己編寫硬件驅(qū)動程序，再移植到單片機(jī)或其他微處理器系統(tǒng)中，完成開發(fā)調(diào)試工作。利用開發(fā)商提供的一些軟件包，這些軟件包中的源程序往往可以直接應(yīng)用于單片機(jī)中，對于那些復(fù)雜的協(xié)議處理內(nèi)容，已封裝定義好，用戶只需編寫自己的應(yīng)用層程序，而無須涉及過多的協(xié)議內(nèi)容。但其缺點就是價格昂貴，同時受限于軟件包的現(xiàn)有功能，不能向更深層的功能進(jìn)行開發(fā)。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)DeviceNet節(jié)點的開發(fā)一般按以下步驟：（1）決定為哪種類型的設(shè)備設(shè)計DeviceNet接口這是在著手開發(fā)設(shè)備之前必須首先確定的事情，也就是確定開發(fā)產(chǎn)品的功能。大多數(shù)DeviceNet產(chǎn)品只具備從機(jī)的功能，開發(fā)從機(jī)功能產(chǎn)品第一個要考慮的問題是I/O通信。在DeviceNet的初始階段，在從機(jī)產(chǎn)品中只包含位選通（BitStrobe）和輪詢（Poll）I/O通信。但隨著越來越多的具有狀態(tài)改變（ChangeofState）通信和循環(huán)（Cyclic）I/O通信的從機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)，其優(yōu)越的帶寬特性使你必須考慮這些通信方法。第二個要考慮的問題是設(shè)備信息對顯式報文的通信功能，DeviceNet協(xié)議要求所有設(shè)備支持顯式報文的通信，至少是標(biāo)識符。DeviceNet的通信對象必須能由隱式報文（即I/O報文）來訪問，如在DeviceNet規(guī)范中定義的那樣。但如果組態(tài)要求超過了只設(shè)定幾個開關(guān)的功能，就必須考慮通過顯示報文的通信來組態(tài)設(shè)備。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（2）硬件設(shè)計硬件設(shè)計需滿足DeviceNet物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的要求。在DeviceNet中目前只有125kbps、250kbps和500kbps三種速率。由于嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)長度限制，它不支持CAN的1Mbps速率。DeviceNet物理層可以選擇使用隔離。完全由網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備和與外界無電連接的設(shè)備（如傳感器）可以不用隔離，而與外界有電聯(lián)系的設(shè)備應(yīng)該具有隔離，光隔離器件的速度很重要,因為它決定了收發(fā)器的總延時，DeviceNet規(guī)范中要求的最大延時為40ns。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)在開發(fā)DeviceNet產(chǎn)品時要考慮以下幾方面：①CAN/微處理器硬件可以使用具有11bit標(biāo)識符的CAN芯片，而不能使用具有長標(biāo)識符（29bit）的芯片。②收發(fā)器的選擇DeviceNet要求收發(fā)器超越ISO11898的要求，主要是因為在其連接上要掛64個物理設(shè)備。滿足這些要求的器件有：Philips82C250、Philips82C251、UnitrodeUC5350等。③單片機(jī)系統(tǒng)DeviceNet產(chǎn)品的開發(fā)和其他嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有著共同之處，首先應(yīng)搭建一套適合于單片機(jī)或者更高層次CPU軟硬件系統(tǒng)的環(huán)境，再開發(fā)單片機(jī)或者更高層次CPU的應(yīng)用系統(tǒng)。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（3）軟件設(shè)計軟件設(shè)計需滿足DeviceNet應(yīng)用層的要求。①采用的軟件DeviceNet方面的軟件包有許多種，采用它們可以與你的產(chǎn)品協(xié)同工作，考慮其特性是個首要的問題。以下提出一些有關(guān)的必須考慮的問題：該軟件對自己的硬件適用否？是否要重寫匯編代碼？在何種程度上要重寫硬件的驅(qū)動程序？軟件的速度對自己的產(chǎn)品適合否？某特定的應(yīng)用是否需要所有的通信特性（如I/O交換和顯式報文傳送）？是否支持分段？采用何種編譯器？二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)②選擇設(shè)計或購買策略在確定是自行設(shè)計或購買策略時，可以作如下的考慮：自己是否掌握足夠的開發(fā)知識，如CAN和微處理器？是一次性設(shè)計產(chǎn)品還是將來要改進(jìn)的？僅實現(xiàn)從站功能的產(chǎn)品極易開發(fā)，一些公司只要數(shù)周即可完成；但比較復(fù)雜的產(chǎn)品，如具有主站功能的，采用商業(yè)開發(fā)軟件包來開發(fā)比較好。③設(shè)計工具一般來說，可以用微處理器開發(fā)系統(tǒng)來完成開發(fā)，因此，這里只討論與DeviceNet有關(guān)的工具，其最小配置為CAN的監(jiān)視器，它是一個由PC卡和相關(guān)軟件組成的工具。DeviceNet的兼容工具可以向Softing、STZP、HuronNetworks、S-STechnologies等公司購買。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)軟件的開發(fā)還要選擇合適的開發(fā)包。DeviceNet方面的軟件開發(fā)包有很多種，可以幫助進(jìn)行軟件的開發(fā)。在軟件開發(fā)時，有這樣一些問題需要考慮：該軟件是否適用于自己的硬件？軟件是否可以直接移植到單片機(jī)上？在多大的程度上，需要對原代碼進(jìn)行改動？或是否要重寫硬件驅(qū)動程序？軟件中支持的通信特性（如I/O報文、顯式報文、UCMM等）是否都需要？軟件支持何種編譯器？二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（4）根據(jù)設(shè)備類型選定設(shè)備描述或自定義設(shè)備描述DeviceNet使用設(shè)備描述來實現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性、同類設(shè)備的可互換性和行為一致性。設(shè)備描述是一臺設(shè)備的基于對象類型的正式定義，包括以下內(nèi)容：①設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造（使用對象庫中的對象或用戶自定義對象，定義了設(shè)備行為的詳細(xì)描述）。②I/O數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容和格式，以及在設(shè)備內(nèi)部的映像所表示的含義）。③可組態(tài)的屬性（怎樣被組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)的功能，它可能包括EDS信息）。在DeviceNet產(chǎn)品開發(fā)中，必須指定產(chǎn)品的設(shè)備描述。如果不屬于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備描述，就必須自定義其產(chǎn)品的設(shè)備描述，并通過ODVA認(rèn)證。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（5）決定配置數(shù)據(jù)源圖2所示，DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)允許通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備，并允許將配置參數(shù)嵌入設(shè)備中。利用這些特性，可以根據(jù)特定應(yīng)用的要求，選擇和修改設(shè)備配置設(shè)定。DeviceNet接口允許訪問設(shè)備配置設(shè)定。圖2DeviceNet通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（6）完成DeviceNet一致性聲明一致性與互操作性測試是認(rèn)證開放系統(tǒng)的產(chǎn)品可以互連的重要步驟。DeviceNet產(chǎn)品的制造商需要通過一致性測試向購買者表明，他們的產(chǎn)品符合DeviceNet規(guī)范。用戶需通過互操作測試，以證實他們購買的產(chǎn)品彼此能互操作。DeviceNet的一致性與互操作性是由ODVA通過一致性測試（ConformanceTest）保證的。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)2.設(shè)備描述的規(guī)劃DeviceNet規(guī)范通過定義標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備模型促進(jìn)不同制造商設(shè)備之間的互操作性，它對直接連接到網(wǎng)絡(luò)的每一類設(shè)備都定義了設(shè)備描述。設(shè)備描述是從網(wǎng)絡(luò)的角度對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，它使用對象模型的方法說明設(shè)備內(nèi)部包含的功能、各功能模塊之間的關(guān)系和接口。設(shè)備描述說明了使用哪些DeviceNet對象庫中的對象和哪些制造商定義的對象，以及關(guān)于設(shè)備特性的說明。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)設(shè)備描述包括：（1）設(shè)備對象模型定義——定義設(shè)備中存在的對象類、各類中的實例數(shù)、各個對象如何影響行為以及每個對象的接口。（2）設(shè)備I/O數(shù)據(jù)格式定義——包含組合對象的定義、組合對象中包含所需要的數(shù)據(jù)元件的地址（類、實例和屬性）。（3）設(shè)備可配置參數(shù)的定義和訪問這些參數(shù)的公共接口——配置參數(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)對設(shè)備行為的影響、所有參數(shù)組以及訪問設(shè)備配置的公共接口。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)3.設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔(EDS)（1）設(shè)備配置概述DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)允許通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備，并允許將配置參數(shù)嵌入設(shè)備中。利用這些特性，可以根據(jù)特定應(yīng)用的要求，選擇和修改設(shè)備配置設(shè)定。DeviceNet接口允許訪問設(shè)備配置設(shè)定。存儲和訪問設(shè)備配置數(shù)據(jù)的方法包括輸出數(shù)據(jù)文檔的打印、電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）、參數(shù)對象以及參數(shù)對象存根、EDS和參數(shù)對象存根的結(jié)合。①利用打印輸出的數(shù)據(jù)文檔支持配置利用打印數(shù)據(jù)文檔上收集的配置信息時，配置工具只能提供服務(wù)、類、實例和屬性數(shù)據(jù)的提示，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給設(shè)備。這種類型的配置工具不決定數(shù)據(jù)的前后聯(lián)系、內(nèi)容和格式。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)②利用電子數(shù)據(jù)文檔支持配置可采用被稱作電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）的特殊格式化的ASCII文件對設(shè)備提供配置支持。③利用參數(shù)對象和參數(shù)對象存根支持配置部分定義的參數(shù)對象稱為參數(shù)對象存根，它包含設(shè)備配置所需的部分信息，不包括用戶提示、限制測試和引導(dǎo)用戶完成配置說明文本。1)

利用完整參數(shù)對象

參數(shù)對象將所有必要的配置信息嵌入設(shè)備。參數(shù)對象提供：到設(shè)備配置數(shù)據(jù)值的已知公共接口；說明文本；數(shù)據(jù)限制、默認(rèn)、最小和最大值。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)2)

使用參數(shù)對象存根

參數(shù)對象存根提供到設(shè)備的配置數(shù)據(jù)值的已建立地址，不需說明文本的規(guī)范、數(shù)據(jù)限制和其他參數(shù)特性。當(dāng)設(shè)備包括參數(shù)對象存根時，配置工具可以從EDS得到附加的配置信息或僅提供一個到修改參數(shù)的最小限度接口。④使用EDS和參數(shù)對象存根的配置配置工具可從嵌在設(shè)備中的部分參數(shù)對象或參數(shù)對象存根中獲得信息，該設(shè)備提供一個伴隨EDS，此EDS提供配置工具所需的附加參數(shù)信息。參數(shù)對象存根可以提供一個到設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)的已知公共接口，而EDS提供說明文本、數(shù)據(jù)限制和其他參數(shù)特性，如：有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和長度，默認(rèn)數(shù)據(jù)選擇，說明性用戶提示，說明性幫助文本，說明性參數(shù)名稱。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)⑤使用配置組合進(jìn)行配置配置組合允許批量加載和下載配置數(shù)據(jù)。如果使用該方法配置設(shè)備，必須提供配置數(shù)據(jù)塊的格式和每個可配置屬性的地址映射。在規(guī)定配置組合的數(shù)據(jù)屬性時，必須按屬性塊給出的順序列出數(shù)據(jù)分量，大于1B的數(shù)據(jù)分量先列出低字節(jié)，小于1B的數(shù)據(jù)分量在1B中右對齊，從位0開始。（2）EDS概述EDS允許配置工具自動進(jìn)行設(shè)備配置，DeviceNet規(guī)范中關(guān)于EDS的部分，為所有DeviceNet產(chǎn)品的設(shè)備配置和兼容提供一個開放的標(biāo)準(zhǔn)。①電子數(shù)據(jù)文檔EDS除了包括該規(guī)范定義的、必需的設(shè)備參數(shù)信息外，還可以包括供應(yīng)商特定的信息。標(biāo)準(zhǔn)的EDS通用模塊如圖3所示。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)②產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔模式電子數(shù)據(jù)文檔應(yīng)按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔的含義，將其修改成符合DeviceNet要求。通常，產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔向用戶提供判斷產(chǎn)品特性所需的信息及對這些特性用戶可賦值的范圍。EDS提供兩種服務(wù)：1)說明每個設(shè)備的參數(shù)，包括它的合法值和默認(rèn)值。2)提供設(shè)備中用戶可選擇的配置參數(shù)。圖3標(biāo)準(zhǔn)的EDS通用模塊二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)DeviceNet配置工具至少具備：將EDS裝載到配置工具的內(nèi)存；解釋EDS的內(nèi)容，判斷每個參數(shù)的特性；向用戶展示各設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄區(qū)或選擇清單；將用戶的參數(shù)選擇裝載到設(shè)備中正確的參數(shù)地址中。③配置工具上使用EDSDeviceNet配置工具從標(biāo)準(zhǔn)EDS中提取用戶提示信息，并以人工可讀的形式向用戶提供該信息。④EDS解釋器功能解釋器必須采集EDS要求的參數(shù)選擇，建立配置設(shè)備所需的DeviceNet信息，并包含要求配置的各設(shè)備參數(shù)的對象地址。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)⑤EDS文件管理圖4為電子數(shù)據(jù)文檔結(jié)構(gòu)圖。EDS文件編碼要求使用DeviceNet的標(biāo)準(zhǔn)文件編碼格式，而無須考慮配置工具主機(jī)平臺或文件系統(tǒng)。圖4電子數(shù)據(jù)文檔結(jié)構(gòu)二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)定義EDS遵守以下原則：1)區(qū)（Section）：EDS文件必須劃分為可選的和必需的部分。2)區(qū)分隔符（SectionDelimiters）：必須用方括號中的區(qū)關(guān)鍵字作為合法的區(qū)分隔符來正確分隔EDS的各區(qū)。3)區(qū)順序（SectionOrder）：必須按要求的順序放置每個所需的區(qū)，可選部分可以完全省略或用空數(shù)據(jù)占位符填充。4)入口（Entry）：EDS的每個區(qū)包括一個或多個入口，以入口關(guān)鍵字開關(guān)，后面跟有一個符號。入口關(guān)鍵字的含義取決于該部分的上下文。用分號表示入口結(jié)束，入口可以跨越多行。5)入口域（Entryfield）：每個入口包括一個或多個域，用逗號分隔符分隔各域，各域的含義取決于區(qū)的上下文。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)6)供貨商特定的關(guān)鍵字（Vendor-specificKeyword）：區(qū)和入口關(guān)鍵字可以是供貨商特定的。這些關(guān)鍵字應(yīng)該以增補(bǔ)內(nèi)容的公司的供貨商ID開頭，后面跟隨一個下劃線（VendorID_VendorSpecificKeyword）。供貨商ID應(yīng)以十進(jìn)制顯示，且不應(yīng)該包含引導(dǎo)0。各供應(yīng)商提供有關(guān)供應(yīng)商特定關(guān)鍵字的文字說明。（3）基本術(shù)語①解碼格式DeviceNet報文格式中解碼的屬性數(shù)據(jù)值。②EDS電子數(shù)據(jù)文檔的簡寫，是磁盤上的一個包括指定設(shè)備類型的配置數(shù)據(jù)的文件。③編碼格式電子數(shù)據(jù)文檔格式中編碼的屬性數(shù)據(jù)值。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)④DeviceNet路徑DeviceNet類、實例、屬性格式中的對象屬性地址。⑤參數(shù)對象整體設(shè)備中的一個對象，它包括配置數(shù)據(jù)值、提示字符串、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及其他設(shè)備相關(guān)信息。⑥參數(shù)對象存根參數(shù)對象的簡寫形式，它只存儲配置數(shù)據(jù)值，并且只提供一個標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)訪問點。三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展1.任務(wù)操作——配置DeviceNET遠(yuǎn)程I/O模塊如圖5所示，工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程I/O模塊的適配器（FR8030）后面從左至右依次掛載2個數(shù)字量輸入模塊（FR1108）、4個數(shù)字量輸出模塊（FR2108）和1個模擬量輸出模塊（FR4004）。我們需要先通過CANManager軟件根據(jù)當(dāng)前遠(yuǎn)程I/O的硬件結(jié)構(gòu)操作配置FR8030型適配器，然后將該遠(yuǎn)程I/O模塊掛載在機(jī)器人總線上，方可進(jìn)行信號的定義。適配器的配置方法可參考系列教材《工業(yè)機(jī)器人工作站操作與應(yīng)用》，此處著重展示遠(yuǎn)程IO模塊在機(jī)器人總線上的掛載方法以及相關(guān)信號的定義方式。適配器FR8030FR1108FR2108FR4004圖5遠(yuǎn)程I/O模塊三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展如圖6所示，先將適配器Devicenet接口和機(jī)器人控制柜前側(cè)板上的XS17Devicenet接口通過CAN通信電纜相連。按照表2-1所示參數(shù)，將遠(yuǎn)程IO模塊掛載在機(jī)器人總線上，確保模塊可以正常運行。圖6接口連接三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展表2遠(yuǎn)程I/O定義參數(shù)序號參數(shù)項參數(shù)值1模塊名稱（Name）DN_Generic2地址（Address）313供應(yīng)商ID（VendorID）99994產(chǎn)品代碼（ProductCode）675設(shè)備類型（DeciveType）126通訊類型（ConnectionType）Polled7輪詢頻率（PollRate）10008輸出緩沖區(qū)長度（ConnectionOutputSize）129輸入緩沖區(qū)長度（ConnectionInputSize）2三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖1按照路徑點擊控制面板>配置，選擇“DeviceNetDevice”2選擇DeviceNET通用設(shè)備模板，即“DeviceNetGenericDevice”3命名IO板為“DN_Generic”，此處命名可由使用者自定義。三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖4模塊的通信地址設(shè)置為31，此處地址由從設(shè)備適配器上的撥碼開關(guān)決定，如錯誤!未找到引用源。所示，供應(yīng)商代碼（VendorID）、產(chǎn)品代碼（ProductCode）、設(shè)備類型（DeviceType）等參數(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)（表2-1）進(jìn)行設(shè)定，如右圖所示三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖5模塊通信連接類型選擇輪詢模式（Poll）、輪詢頻率默認(rèn)1000，輸出緩沖區(qū)長度為12，輸入緩沖區(qū)長度為26重啟后，遠(yuǎn)程I/O模塊的配置完成三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展2.任務(wù)操作——定義執(zhí)行單元I/O信號工業(yè)機(jī)器人要與周邊設(shè)備進(jìn)行信號交互，其交互的端口就是通過標(biāo)準(zhǔn)I/O板（D652）和遠(yuǎn)程I/O模塊（DN_Generic）。本任務(wù)將定義執(zhí)行單元智能化改造所需的機(jī)器人信號，從而滿足機(jī)器人對伺服滑臺以及末端工具的基本控制要求，為后續(xù)任務(wù)打下基礎(chǔ)。接下來我們在熟悉硬件設(shè)備連接的基礎(chǔ)上，以模擬量的定義為例，著重講解遠(yuǎn)程I/O信號的定義方法及技巧，其他信號均可參考模擬量信號的定義。按照表2-2和表2-3所示I/O信號各項參數(shù)、分配模塊硬件及地址，定義伺服滑臺定位運動的功能信號以及工具單元相關(guān)的功能信號。三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展表3執(zhí)行單元數(shù)字量信號信號名稱信號類型I/O模塊I/O地址功能FrRVaccumTestDID6520吸盤真空檢知FrPDigServoArriveDIDN_Generic15滑臺到位ToRDigQuickChangeDOD6520快換接頭動作ToRDigGripDOD6521夾爪類工具動作ToRDigSuckerDOD6522吸盤類工具動作ToRDigPolishDOD6523打磨類工具動作ToPGroPositionGODN_Generic0-7滑臺目標(biāo)位置（0~760）ToPDigHomeDODN_Generic8滑臺回原點ToPDigForwardDODN_Generic9滑臺前進(jìn)ToPDigBackwardDODN_Generic10滑臺后腿ToPDigServoModeDODN_Generic11滑臺運動模式ToPDigServoStopDODN_Generic12滑臺停止三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展表4執(zhí)行單元模擬量信號——滑臺速度參數(shù)設(shè)定值信號名稱ToPAnaVelocity信號類型AOI/O模塊DN_GenericIO地址32-47數(shù)值類型Unsigned邏輯值（max/min）25/0物理值（max/min）10/0位值4047三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖1在主菜單界面，按照控制面板>配置>Signal，選擇“添加”。參考表格XX，設(shè)定滑臺速度的模擬量信號參數(shù)值，注意各信號的IO模塊選擇不同。右圖所示為選擇遠(yuǎn)程IO模塊“DN_Generic”三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖2該信號其他參數(shù)至的設(shè)定如右圖所示。滑臺速度的模擬量信號定義完畢。3參考步驟1和2，將其他信號全部定義完畢三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展序號操作步驟示意圖4所有新添加的信號，均在系統(tǒng)重啟后生效。為提高定義信號的效率，該步驟可在所有信號定義完成后執(zhí)行三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展3.任務(wù)操作——手動測試快換工具動作信號定義完成后，一方面需要對信號的功能進(jìn)行驗證，才能確保相關(guān)定義的準(zhǔn)確性；另一方面，為方便后續(xù)任務(wù)對工具的編程，也需要將工具類信號以及快換信號的狀態(tài)與工具動作對應(yīng)起來。本任務(wù)即將利用快捷鍵的方式手動測試快換工具所對應(yīng)的信號功能，以直觀地了解吸盤類工具、夾爪類工具以及打磨工具之間的換取以及動作。（1）按照圖2-3所示布局，接入工具單元模塊并接線；圖7拼入工具單元三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展表5信號快捷關(guān)聯(lián)（2）為方便對信號的置位與復(fù)位，將表2-4中各信號與示教器快捷鍵做關(guān)聯(lián)；信號關(guān)聯(lián)快捷鍵按鍵模式ToRDigQuickChange快捷鍵1切換ToRDigSucker快捷鍵2按下/松開ToRDigGrip快捷鍵3按下/松開ToRDigPolish快捷鍵4按下/松開三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展（3）對分別各信號進(jìn)行置位與復(fù)位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖1參考任務(wù)2.1.1，拼入工具單元，并用連接板固定工具單元2根據(jù)表2-4，在控制面板的“ProgKeys”選項中，將各信號與快捷鍵關(guān)聯(lián)起來三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展（3）對分別各信號進(jìn)行置位與復(fù)位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖3點擊快捷鍵1，松開快換接頭，手動裝入反面夾爪工具，再次點擊快捷鍵1以固定工具4按下或松開快捷鍵3，控制反面夾爪工具的加緊與松開三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展（3）對分別各信號進(jìn)行置位與復(fù)位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖5點擊快捷鍵1，松開快換接頭，取下反面夾爪工具，裝入正面夾爪工具，參考步驟3，控制正面夾爪工具的加緊與松開三、工業(yè)機(jī)器人的IO擴(kuò)展（3）對分別各信號進(jìn)行置位與復(fù)位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖6參考步驟4，裝入打磨工具，按下快捷鍵4，對打磨工具進(jìn)行測試7參考步驟4，裝入吸盤工具，按下快捷鍵2，對吸盤工具進(jìn)行測試了解分布式IO一、分布式IO概述二、常見的分布式I/O模塊一、分布式IO概述DeviceNet允許通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備也稱分布式I/O。分布I/0模塊是工業(yè)級遠(yuǎn)程采集與控制模塊。該模塊提供了無源節(jié)點的數(shù)字量輸入采集、繼電器輸岀、高頻計數(shù)器等功能，主要用于工業(yè)現(xiàn)場采集模擬信號和數(shù)字信號，還可以輸出模擬信號和數(shù)字信號來控制現(xiàn)場設(shè)備。如圖1所示為一種遠(yuǎn)程I/O模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由一個從設(shè)備適配器(FR8030)和相應(yīng)的I/O端子模塊構(gòu)成，其模塊化的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際輸入/輸岀的信號點位數(shù)，來確定選取I/O端子模塊的種類及數(shù)量。圖1適配器上的撥碼開關(guān)設(shè)定通信地址一、分布式IO概述其中，DeviceNet型從設(shè)備適配器(后簡稱：適配器)可以實現(xiàn)CAN總線的基本功能，主要包括：收發(fā)報文、訪問控制及其他物理層的諸多功能。數(shù)字量輸入模塊從執(zhí)行層設(shè)備(傳感器、電動機(jī)驅(qū)動器等)中采集數(shù)字量反饋信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸?shù)缴蠈幼詣踊瘑卧?shù)字量輸出模塊將來自自動化設(shè)備(如機(jī)器人)的數(shù)字量控制信號以電隔離的形式傳輸?shù)綀?zhí)行層設(shè)備。模擬量輸入模塊用于從執(zhí)行層設(shè)備收集0~10V范圍內(nèi)的模擬量信號并上傳至上位機(jī)，模擬量輸出模塊用于向執(zhí)行層設(shè)備輸出0~10V范圍內(nèi)的模擬量信號。模擬量輸出模塊所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。各通道信號狀態(tài)均可通過模塊上對應(yīng)通道口的LED顯示。與標(biāo)準(zhǔn)I/O板相同，遠(yuǎn)程I/O模塊也掛載在現(xiàn)場總線下，具有唯一的通信地址。模塊地址由從設(shè)備適配器上的撥碼開關(guān)決定，旋轉(zhuǎn)開關(guān)的缺口處所指示的值即為當(dāng)前選中的值，圖1中所示的通信地址為31。機(jī)器人控制信號通過總線適配器，在DeviceNet總線通信的I/0端子上傳輸，在傳輸至獨立的I/O端子時仍保留完整的DeviceNet協(xié)議，相對應(yīng)的I/0端子適用于任何常用的數(shù)字量和模擬量信號類型。二、常見的分布式I/O模塊ABB機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)I/O板即屬于分布式I/O模塊的一種，機(jī)器人（ABB）本身提供了豐富的I/O通信接口，可以輕松與周邊設(shè)備進(jìn)行通信，省去了需要進(jìn)行通信設(shè)置的麻煩。如下表所示，標(biāo)準(zhǔn)I/O板提供常用信號處理有數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO、模擬輸入AI、模擬輸出AO以及輸送鏈跟蹤等。這些標(biāo)準(zhǔn)I/O板目前只適用于ABB機(jī)器人。序號型號說明1DSQC651分布式I/O模塊di8、do8、ao22DSQC652分布式I/O模塊di16、do163DSQC653分布式I/O模塊di8、do8帶繼電器4DSQC355A分布式I/O模塊ai4、ao45DSQC377A輸送鏈跟蹤單元二、常見的分布式I/O模塊圖示DSQC652型的標(biāo)準(zhǔn)I/O板是一種掛載在ABB機(jī)器人DeviceNet總線下的分布式I/O模塊。該分布式IO模塊的結(jié)構(gòu)，包括信號輸出指示燈、X1和X2數(shù)字輸出端口、X5DeviceNet端口、模塊狀態(tài)指示燈、X3和X4數(shù)字輸入端口、數(shù)字輸入信號指示燈。123456781-信號輸出指示燈2-X1數(shù)字輸出端口3-X2數(shù)字輸出端口4-X5DeviceNet端口5-X4數(shù)字輸入端口6-X3數(shù)字輸入端口7-模塊狀態(tài)指示燈8-數(shù)字輸入信號指示燈圖2二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊也是一種分布式IO模塊（如圖所示）。BECKHOFF

IO模塊里設(shè)有可連接EhterCAT的邏輯電路，通過系統(tǒng)總線與機(jī)器人控制柜的端口連接實現(xiàn)通信。圖3BECKHOFFIO模塊二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊中，通常含有數(shù)字量模塊和模擬量模塊。數(shù)字量模塊包括數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊。模擬量模塊包括模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。數(shù)字量輸入模塊從執(zhí)行層設(shè)備（如傳感器）中采集二進(jìn)制控制信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸?shù)缴蠈幼詣踊瘑卧ＤK接收來自自動化設(shè)備（如機(jī)器人等）的二進(jìn)制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸?shù)綀?zhí)行層設(shè)備。數(shù)字量輸出模塊接收來自自動化設(shè)備（如機(jī)器人等）的二進(jìn)制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸?shù)綀?zhí)行層設(shè)備。數(shù)字輸出模塊一般具有極性反轉(zhuǎn)保護(hù)功能，可處理負(fù)載電流，并可防止輸出過載和短路將這些信號傳送給總線耦合器，并借助發(fā)光二極管指示信號狀態(tài)。二、常見的分布式I/O模塊常用的數(shù)字輸入模塊EL1809，有16個數(shù)字輸入通道，可采集16個數(shù)字輸入端的信號，如圖所示。圖4數(shù)字量輸入模塊——EL1809(a)實物圖

(b)觸點組件圖二、常見的分布式I/O模塊模擬量輸入模塊用于處理一定電壓或電流范圍內(nèi)的信號。由于總線是數(shù)字傳輸協(xié)議，因此在模擬量傳輸中需要數(shù)字化處理。模擬量被數(shù)字化處理后的分辨率為12或16位等（各型號的分辨率有所不同），并在電氣隔離的狀態(tài)下被傳送到上一級自動化設(shè)備。模擬量輸入端為2線制型，由處理層設(shè)備供電，端子模塊的各個電源觸點互相連接。所有輸入端的基準(zhǔn)為0V電源觸點。模擬量輸出模塊用于向處理層設(shè)備輸出0-10V范圍內(nèi)的模擬量信號。模塊型號不同輸出的信號類型（電流/電壓）以及范圍都有所不同。二、常見的分布式I/O模塊圖示模擬量輸出模塊有4個模擬量輸出通道，所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。模擬量各通道信號狀態(tài)均可通過模塊上對應(yīng)的LED顯示。圖5模擬量輸出模塊——EL4004(a)實物圖

(b)觸點組件圖ModbusTCP通信及應(yīng)用一、Modbus原理二、Modbus數(shù)據(jù)的傳輸三、通信方式參數(shù)設(shè)置四、博途軟件編程測試一、Modbus原理1.Modbus總線的概念Modbus是國際上第一個真正用于工業(yè)控制的現(xiàn)場總線協(xié)議。由于其功能完善、使用簡單、數(shù)據(jù)易于處理，因而在各種智能設(shè)備中被廣泛采用。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC、智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為它們之間的通信標(biāo)準(zhǔn)。由于施耐德公司的推動，加上相對低廉的實現(xiàn)成本，Modbus現(xiàn)場總線在低壓配電市場上所占的份額大大超過其他現(xiàn)場總線。Modbus尤其適用于小型控制系統(tǒng)或單機(jī)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)低成本、高性能的主從式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。一、Modbus原理2.Modbus數(shù)據(jù)通信方式Modbus的數(shù)據(jù)通信采用主/從方式。網(wǎng)絡(luò)中只有一個主設(shè)備，通信采用查詢/回應(yīng)的方式進(jìn)行。主設(shè)備初始化系統(tǒng)通信設(shè)置，并向從設(shè)備發(fā)送消息；從設(shè)備正確接收消息后響應(yīng)主設(shè)備的查詢或根據(jù)主設(shè)備的消息作出響應(yīng)的動作。主設(shè)備可以是PC、PLC或其他工業(yè)控制設(shè)備，可以單獨和從設(shè)備通信，也可以通過廣播方式和所有從設(shè)備通信。單獨通信時，從設(shè)備需要返回消息作為回應(yīng)，從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus信息幀構(gòu)成。以廣播方式查詢時則不作任何回應(yīng)。主從設(shè)備查詢/回應(yīng)周期如圖1所示。圖1從設(shè)備查詢/回應(yīng)周期一、Modbus原理（1）主站的查詢消息：查詢消息中的功能代碼告知被選中的從站要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從站要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從站讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告知從站的信息，從何種寄存器開始讀及要讀的寄存器的數(shù)量。錯誤檢測域為從站提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。（2）從站的響應(yīng)消息：如果從站產(chǎn)生正常的響應(yīng)，在響應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從站收集到的數(shù)據(jù)，像寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯誤的。同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主站確認(rèn)消息的內(nèi)容是否可用。二、Modbus數(shù)據(jù)的傳輸1.Modbus傳輸模式對于串行連接，在Modbus系統(tǒng)中有兩種傳輸模式可選擇，即RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式和ASCII（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式。這兩種模式只是信息編碼不同，RTU模式采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)，而ASCII模式使用的字符是RTU模式的兩倍，即在相同傳輸速率下，RTU模式比ASCII模式傳輸效率要提高一倍；但RTU模式對系統(tǒng)的時間要求較高，而ASCII模式允許兩個字符發(fā)送的時間間隔為1s而且不產(chǎn)生錯誤。在一個Modbus通信系統(tǒng)中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用，即設(shè)置為RTU通信方式的節(jié)點不會和設(shè)置為ASCII通信方式的節(jié)點進(jìn)行通信，反之亦然。通信系統(tǒng)選用哪種傳輸模式可由主設(shè)備來選擇。ModbusRTU是一種較為理想的通信協(xié)議，也得到廣泛應(yīng)用，常見的通信速率為9600bit/s和19200bit/s。二、Modbus數(shù)據(jù)的傳輸2.ModbusRTU信息幀報文格式為了與從設(shè)備進(jìn)行通信，主設(shè)備會發(fā)送l段包含設(shè)備地址、