第6章DeviceNet

1第6章DeviceNet、ControlNet现场总线与应用RockWell公司三层网络架构InternetPhotoelectricSensorEtherNet®ControlNetTMDeviceNetTMInformationDeviceControlComputer2Computer1Controller4Controller3Controller1Controller2BarCodeReaderSmartSpeedControllerHMIOperatorInterfaceI/OI/ORemoteAccessRouterDeviceDisplayStation2DeviceNet是90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。DeviceNet把可编程序控制器、传感器、光电开关、操作员终端、电动机保护器、变频器和软起动器等现场智能设备连接起来，是分布式控制系统减少现场I/O接口和布线数量，将控制功能下载到现场设备的理想解决方案6.1DeviceNet现场总线技术6.1.1DeviceNet概述3每个网络最多可容纳64个节点（Node）主干线－分支线结构可选数据传输速率125K,250K,500K便利的密封和开放式的网络连接器对等，多主和主从通信方式可带电更换网络节点，在线修改网络配置采用CAN物理层和数据链路层规约，采用CAN规约产品6.1DeviceNet现场总线技术6.1.1DeviceNet概述4DeviceNet采用CAN总线的物理层和数据链路层。DeviceNet在CAN总线的基础上又增加了面向对象、基于连接的现代通信技术理念，并开发了应用层。其应用层规定了CAN数据帧的使用方法、重复节点地址检测机制、对象模型及设备的标准化。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.1DeviceNet概述5传送速度125Kbps250Kbps500Kbps干线最大距离500m250m100m最大支线长度6m6m6m支线总长156m78m39m最大节点数6464646.1DeviceNet现场总线技术6.1.2DeviceNet的传输介质6DeviceNet允许在干线系统中混合使用不同类型的电缆。用中继器、网桥连接终端电阻只能安装在干线两端，不可安装在支线末端。所有连接器支持5针连接，即一对信号线、一对电源线一根屏蔽线。连接方式多样，不要求可插式连接器，可以用螺钉或压接式连接直接接到电缆上。为提高抗干扰能力，DeviceNet电源V-应单点接地。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.2DeviceNet的传输介质7节点DC24V电源终端电阻分支分支分支分支分支树形分支单分支节点分支多节点分支电源分支支线菊花链节点节点节点节点节点节点终端电阻节点节点节点节点节点6.1DeviceNet现场总线技术6.1.2DeviceNet的传输介质主干线8多路接头T型头支线-屏蔽线缆-0to6m.-支线接头现场可插拔主缆接头主线缆－屏蔽线缆6.1DeviceNet现场总线技术6.1.2DeviceNet的传输介质9隐形电平：2.5V，电位差0V;显性电平：1.5V和3.5V，电位差2V；6.1DeviceNet现场总线技术6.1.2DeviceNet的传输介质10DeviceNet补充了不同的报文格式、总线访问仲裁规则和故障隔离的方法。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.3DeviceNet的网络参考模型11CIP协议是罗克韦尔公司开发的工业控制协议；主要用于罗克韦尔公司三层控制网络；使其具备良好的互联互通及兼容；6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP126.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP136.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP14CIP协议的特点：1.基于生产者/消费者模型的网络报文格式MID的实质：报文分类标号，和接收地址无关；适用于一对多通信。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP15CIP协议的特点：2.报文分类：显示报文、隐式报文显示报文：报文较长，包含解读报文的信息内容。用于程序上传、下载、系统维护、设备配置等场合由组态软件自动生成。隐式报文：实时数据，无解读信息。如I/O数据、实时互锁等6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP16CIP协议的特点：3）用寻址来实现通信。寻址：标明CIP数据包的功能四级寻址：设备描述、类、对象、属性。1）设备描述：对某一类型设备的重要特性进行描述。DeviceNet使用设备行规来实现设备之间的互操作，同类设备的可互换性和行为一致性。作用：告之其它设备本设备的名称、功能、所含类等信息。设备描述是一个设备的基于对象模型的正式定义，包括以下内容：6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP17设备的内部构造:使用对象库中的对象或用户自定义对象，定义了设备行为的详细描述。I/O数据:数据交换的内容和格式，以及在设备内部的映象所表示的含义。可组态的属性（怎样被组态，组态数据的功能，所属类）。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP18针对DeviceNet的规范特点，罗克韦尔公司及其支持公司开发了大量总线专用设备，供用户组建现场总线控制网络。扫描器：批量I/O数据交换。1756-DNB；PC通信卡：1784系列；网桥/网关设备：1788系列ControlNet-DeviceNet1770系列RS-232–DeviceNet；电动机控制设备：1305、1336系列变频器PowerFlex70/700系列变频器；I/O设备(端子板)：1794FlexI/O系列；6.1DeviceNet现场总线技术6.1.9DeviceNet的设备简介192）对象：某个具体功能块，包括软件、硬件。对象的数据包含：属性、状态、行为、方法等数组确定了对象及操作方式、则自动包含该对象对应的数据。即报文中数据区无固定格式，不同对象，数据区格式会变化。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.4控制与信息协议CIP20DeviceNet基于CAN总线技术。含义：数据链路层和物理层遵循CAN总线标准。特点：数据链路层采用仲裁场来标识帧的优先级别。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.5DeviceNet的报文协议21I/O信息：I/O信息是工业控制系统最主要的信息，它反映系统实时状态。特点：1：I/O信息的含义是预先约定的，内容比较单纯。2：由于控制系统的实时性要求，I/O信息必须快诉重复的传送、刷新，因此数据量大，要求格式精简。3：为了更有效的传送I/O信息，DeviceNet定义了多种规则，可以根据应用对象信息的特点选用适当的方式：位选通；轮询；状态变化/循环传送。4：I/O信息可以选择应答或无应答传送，一般选择无应答方式以节省时间。5：可以是点对点或多点。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.5DeviceNet的报文协议22MACID=9SlaveMACID=11SlaveMACID=12SlaveMACID=13SlaveMACID=62SlaveMasterMACID=110210911121314636261......位选通命令的数据部分6.1DeviceNet现场总线技术6.1.5DeviceNet的报文协议(1)位选通：每一位对应一个I/O设备23MACID=62SlaveMACID=12SlaveMACID=11SlaveMACID=9Slave.......MACID=1Master6.1DeviceNet现场总线技术6.1.5DeviceNet的报文协议(2)轮询：每个设备轮流上传I/O信息。缺点：相同信息多次发送。24MACID=62SlaveMACID=12SlaveMACID=11SlaveMACID=9Slave.......MACID=1Master可选的响应信息6.1DeviceNet现场总线技术6.1.5DeviceNet的报文协议(3)状态变化/循环传送：若I/O状态不发生变化，则不上传信息；I/O状态发生变化，再上传信息。25DeviceNet作为开放的总线协议标准，允许用户自行开发总线设备。设计接口：考虑I/O接口和DeviceNet连接口；硬件设计：设计、选择CAN总线协议控制器和收发器；软件设计：编写控制器协议程序，实现CIP协议；6.1DeviceNet现场总线技术6.1.10DeviceNet的节点开发26定义设备描述：根据DeviceNet设备描述规范，编写设备描述数据，供设备初始化使用；配置数据源：将设备描述数据加载到设备指定存储空间；完成一致性声明：将产品提供给罗克韦尔公司一致性实验室测试，并向全球用户发布。6.1DeviceNet现场总线技术6.1.10DeviceNet的节点开发27InformationDiscreteDeviceAutomationandControlProcessDeviceAutomationandControl实时性能确定性和可重复性控制器间的连锁对等信息通讯编程和设备组态支持连接现场控制设备,如:PLCs,PCs,MMI,Drives,I/O,...问题提出：控制网的要求28ControlNet最早于1995年10月面世。1997年7月由Rockwell等22家企业联合发起成立了ControlNetInternational组织。Rockwell公司把技术转让给了该组织。该组织是非盈利性的，主要负责推广、发展ControlNet技术，提供测试和组织培训等。ControlNetInternatinal组织也取得了很大的发展、，到目前成员公司已扩大到50多个。ABBRoboties、HoneywellInc.、OmronElectronicsInc.等。6.2ControlNet现场总线技术6.2.1ControlNet概述29逻辑控制器（例如可编程逻辑控制器，软控制器等）I/O机架和其它I/O设备人机界面设备操作员界面设备马达控制设备变频器机器人软件气动阀门过程控制设备网桥/网关等ControlNetALLEN-BRADLEY789456123.0------------------'--F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10PanelView550^v6.2ControlNet现场总线技术6.2.1ControlNet概述30网络功能：同一链路支持控制信息、I/O数据、编程数据网络的拓扑：线形、星形、树型、以及任何拓扑的混合网络速度：5Mbit/s（最大）单网络长度：（同轴电缆）1000m带2个节点，250m带48个节点。（光纤）3000m6.2ControlNet现场总线技术6.2.2ControlNet的传输介质31网络节点数：99个最大可编址节点，不带中继器的网段最多48个节点I/O数据触发方式：论询，周期性发送/状态改变发送网络刷新时间：可组态2～100ms数据分组大小：可变长0～510字节网络和系统特性：可带电插拔，确定性和可重复性。6.2ControlNet现场总线技术6.2.2ControlNet的传输介质32ControlNet支持几乎所有的有同轴电缆或光纤构成的拓扑结构，包括总线型拓扑、树型及星型拓扑。光纤支持有源集线器拓扑结构。6.2ControlNet现场总线技术6.2.2ControlNet的传输介质33ControlNet支持低价的物体媒介冗余特性，可靠性更高。终端设备终端设备RR终端设备安装时注意：不要交错连接通道，否则将造成错误的LED状态指示，并引起混乱。6.2ControlNet现场总线技术6.2.2ControlNet的传输介质34CTDMA(同时间域多路访问)把时间周期划分为三个部分（可配置为0.5ms—100ms）：有预定时间