現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用技術(shù) 第2版 課件 第6、7章 DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)

第6章DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線Devicenet協(xié)議是一個(gè)簡(jiǎn)單、廉價(jià)而且高效的協(xié)議，適用于最低層的現(xiàn)場(chǎng)總線，例如：過程傳感器、執(zhí)行器、閥組、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、條形碼讀取器、變頻驅(qū)動(dòng)器、面板顯示器、操作員接口和其他控制單元的網(wǎng)絡(luò)。可通過DeviceNet連接的設(shè)備包括從簡(jiǎn)單的擋光板到復(fù)雜的真空泵各種半導(dǎo)體產(chǎn)品。DeviceNet也是一種串行通信鏈接，可以減少昂貴的硬接線。DeviceNet所提供的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。本章首先對(duì)DeviceNet進(jìn)行了概述，然后講述了DeviceNet連接、DeviceNet報(bào)文協(xié)議、DeviceNet通信對(duì)象分類、網(wǎng)絡(luò)訪問狀態(tài)機(jī)制、指示器和配置開關(guān)、DeviceNet的物理層和傳輸介質(zhì)和設(shè)備描述，最后講述了DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)。6.1DeviceNet概述DeviceNet是由美國(guó)Rockwell公司在CAN基礎(chǔ)上推出的一種低成本的通信鏈接。它將基本工業(yè)設(shè)備（如限位開關(guān)、光電傳感器、閥組、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅(qū)動(dòng)器、物料流量計(jì)、電子秤、顯示器和操作員接口等）連接到網(wǎng)絡(luò)，從而避免了昂貴和繁瑣的硬接線。DeviceNet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間。DeviceNet的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。DeviceNet是一個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)范和協(xié)議都是開放的，用戶將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無需購(gòu)買硬件、軟件或許可權(quán)。任何個(gè)人或制造商都能以少量的復(fù)制成本從開放式DeviceNet供貨商協(xié)會(huì)（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。DeviceNet作為一個(gè)低端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳感器和執(zhí)行器等工業(yè)設(shè)備與控制器高端設(shè)備之間的連接，如圖6-1所示。6.1DeviceNet概述圖6-1DeviceNet通信連接DeviceNet可以提供：低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的低成本解決方案；低端設(shè)備的智能化；主/從以及對(duì)等通信的能力。DeviceNet有兩個(gè)主要用途：傳送與低端設(shè)備關(guān)聯(lián)的面向控制的信息；傳送與被控系統(tǒng)間接關(guān)聯(lián)的其他信息（例如配置參數(shù)）。6.1.1DeviceNet的特性1．DeviceNet的物理/介質(zhì)特性DeviceNet具有如下物理/介質(zhì)特性：（1）主干線——分支線結(jié)構(gòu)；（2）最多可支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)；（3）無需中斷網(wǎng)絡(luò)即可解除節(jié)點(diǎn)；（4）同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)供電（傳感器）及自供電（執(zhí)行器）設(shè)備；（5）使用密封或開放形式的連接器；（6）接線錯(cuò)誤保護(hù)；（7）可選的數(shù)據(jù)傳輸波特率為125kbps、250kbps及500kbps；（8）可調(diào)整的電源結(jié)構(gòu)，以滿足各類應(yīng)用的需要；（9）大電流容量（每個(gè)電源最大容量可以達(dá)到16A）；（10）可帶電操作；（11）電源插頭可以連接符合DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)的不同制造商的供電裝置；（12）內(nèi)置式過載保護(hù)；（13）總線供電：主干線中包括電源線及信號(hào)線。6.1.1DeviceNet的特性2．DeviceNet的通信特性DeviceNet具有如下通信特性：（1）媒體訪問控制及物理信號(hào)使用控制器局域網(wǎng)（CAN）；（2）有利于應(yīng)用之間通信的面向連接的模式；（3）面向網(wǎng)絡(luò)通信的典型的請(qǐng)求/響應(yīng)；（4）I/O數(shù)據(jù)的高效傳輸；（5）大信息量的分段移動(dòng)；（6）MACID的多重檢測(cè)。6.1.2對(duì)象模型DeviceNet使用抽象的對(duì)象模型：使用通信服務(wù)系列；DeviceNet節(jié)點(diǎn)的外部可視行為；DeviceNet產(chǎn)品中訪問及交換信息的通用方式。在描述DeviceNet的服務(wù)及協(xié)議過程中，使用下列對(duì)象模型的相關(guān)術(shù)語：對(duì)象（Object）——產(chǎn)品中的一個(gè)特定成分的抽象表示；分類（Class）——表現(xiàn)相同系統(tǒng)成分的對(duì)象的集合。某分類內(nèi)的所有對(duì)象在形式及行為上是相同的，但可能具有不同的屬性值；實(shí)例（Instance）——對(duì)象的一個(gè)特定物理存在。例如：加利福尼亞州是分類對(duì)象中的一個(gè)實(shí)例；屬性（Attribute）——對(duì)象的外部可見的特征或特性的描述。簡(jiǎn)言之，屬性提供了一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)信息及對(duì)象的工作管理。例如：對(duì)象的ASCII名；循環(huán)對(duì)象的重復(fù)速率；例示（Instantiate）——建立一個(gè)對(duì)象的實(shí)例，除非對(duì)象定義中已規(guī)定使用缺省值，該對(duì)象所有實(shí)例屬性都初始化到零；行為（Behavior）——對(duì)象如何運(yùn)行的描述。由對(duì)象檢測(cè)不同的事件而產(chǎn)生的動(dòng)作，例如收到服務(wù)請(qǐng)求、檢測(cè)內(nèi)部故障或定時(shí)器到時(shí)等；服務(wù)（Service）——對(duì)象和/或?qū)ο蠓诸愄峁┑墓δ?。DeviceNet定義了一套公共服務(wù)，并提供對(duì)象分類或制造商特定的服務(wù)的定義；通信對(duì)象（CommunicationObject）——通過DeviceNet管理和提供實(shí)時(shí)報(bào)文交換的多對(duì)象種類；應(yīng)用對(duì)象（ApplicationObject）——實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品指定特性的多對(duì)象種類。6.1.2對(duì)象模型（1）介質(zhì)訪問控制標(biāo)識(shí)符（MACID）分配給DeviceNet上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)整數(shù)標(biāo)識(shí)值，該值可將該節(jié)點(diǎn)與同一鏈接上的其他節(jié)點(diǎn)區(qū)別開來，如圖6-2所示。1．對(duì)象編址圖6-2介質(zhì)訪問控制標(biāo)識(shí)符（2）分類標(biāo)識(shí)符（ClassID）分配給網(wǎng)絡(luò)上可訪問的每個(gè)對(duì)象類的整數(shù)標(biāo)識(shí)值，ClassID有效取值范圍如表6-1所示。表6-1ClassID有效取值范圍6.1.2對(duì)象模型（3）實(shí)例標(biāo)識(shí)符（InstanceID）分配給每個(gè)對(duì)象實(shí)例的整數(shù)標(biāo)識(shí)值，用于在相同分類中識(shí)別所有實(shí)例，該整數(shù)在其所在MACID分類中是惟一的。（4）屬性標(biāo)識(shí)符（AttributeID）賦予分類及/或?qū)嵗龑傩缘恼麛?shù)標(biāo)識(shí)值，AttributeID值的范圍如表6-2所示。（5）服務(wù)代碼（ServiceCode）特定的對(duì)象實(shí)例和/或?qū)ο蠓诸惞δ艿恼麛?shù)標(biāo)識(shí)值，服務(wù)代碼的取值范圍如表6-3所示。表6-2AttributeID值的范圍表6-3服務(wù)代碼的取值范圍6.1.2對(duì)象模型DeviceNet定義的對(duì)象尋址報(bào)文的范圍，即MACID的使用范圍如表6-4所示。2．尋址范圍定義此范圍的常用術(shù)語如下。開放部分（Open）：該取值范圍由ODVA定義，并對(duì)所有DeviceNet使用者通用。制造商專用（VendorSpecific）：該取值范圍由設(shè)備制造商特定。制造商可擴(kuò)展其設(shè)備在開放部分定義有效范圍之外的功能，制造商內(nèi)部管理該范圍內(nèi)值的使用。對(duì)象類專用（ObjectClassSpecific）：該取值范圍按ClassID定義，該范圍用于服務(wù)代碼定義。表6-4MACID的使用范圍6.1.3DeviceNet網(wǎng)絡(luò)及對(duì)象模型DeviceNet定義了基于連接的方案以實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用程序的通信。DeviceNet連接在多端點(diǎn)之間提供了一個(gè)通信路徑，連接的端點(diǎn)為需要共享數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，當(dāng)連接建立后，與特定連接相關(guān)聯(lián)的傳輸被賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)值，該標(biāo)識(shí)值被稱為連接ID（CID）。連接對(duì)象（ConnectionObject）提供了特定的應(yīng)用程序之間的通信特性，端點(diǎn)（End-Point）指連接中有關(guān)的一個(gè)通信實(shí)體。DeviceNet基于連接的方案定義了動(dòng)態(tài)方法，用該方法可以建立以下的兩種類型的連接：I/O連接（I/OConnections）：在一個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用及一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)應(yīng)用之間提供了專用的、具有特殊用途的通信路徑；顯式報(bào)文連接（ExplicitMessagingConnections）：在兩個(gè)設(shè)備之間提供了一個(gè)通用的、多用途的通信路徑，通常指報(bào)文傳輸連接，顯式報(bào)文提供典型的面向請(qǐng)求/響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信。6.1.3DeviceNet網(wǎng)絡(luò)及對(duì)象模型I/O連接在生產(chǎn)應(yīng)用及一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)應(yīng)用之間提供了特定用途的通信路徑。應(yīng)用特定I/O數(shù)據(jù)通過I/O連接傳輸，如圖6-3所示。1．I/O連接I/O報(bào)文通過I/O連接進(jìn)行交換。I/O報(bào)文包含一個(gè)連接ID及相關(guān)的I/O數(shù)據(jù)，I/O報(bào)文內(nèi)數(shù)據(jù)的含義隱含在相關(guān)的連接ID中。圖6-3DeviceNetI/O連接6.1.3DeviceNet網(wǎng)絡(luò)及對(duì)象模型顯式報(bào)文連接在兩個(gè)設(shè)備之間提供了一般的、多用途的通信路徑。顯式報(bào)文是通過顯式報(bào)文連接進(jìn)行交換的，顯式報(bào)文被用作特定任務(wù)的執(zhí)行命令并上報(bào)任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果。顯式報(bào)文的含義及用途在CAN數(shù)據(jù)塊中確定。顯式報(bào)文提供了執(zhí)行典型的面向請(qǐng)求/響應(yīng)功能的方法（例如模塊配置）。DeviceNet定義了描述報(bào)文含義的顯式報(bào)文協(xié)議，一個(gè)顯式報(bào)文包含一個(gè)連接ID及有關(guān)的報(bào)文協(xié)議。顯式報(bào)文連接如圖6-4所示。2．顯式報(bào)文連接圖6-4DeviceNet顯式報(bào)文連接6.1.3DeviceNet網(wǎng)絡(luò)及對(duì)象模型DeviceNet產(chǎn)品的抽象對(duì)象模型包含以下組件：（1）非連接報(bào)文管理（UCMM）：處理DeviceNet的非連接顯式報(bào)文。（2）連接分類（ConnectionClass）：分派并管理與I/O及顯式報(bào)文連接相關(guān)的內(nèi)部資源。（3）連接對(duì)象（ConnectionObject）：管理與特定的應(yīng)用-應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)有關(guān)的通信部分。（4）DeviceNet對(duì)象（DeviceNetObject）：提供物理DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接的配置及狀態(tài)。（5）鏈接生產(chǎn)者對(duì)象（LinkProducerObject）：連接對(duì)象傳輸數(shù)據(jù)至DeviceNet。（6）鏈接消費(fèi)者對(duì)象（LinkConsumerObject）：連接對(duì)象從DeviceNet上獲取數(shù)據(jù)。（7）報(bào)文路由器（MessageRouter）：將顯式請(qǐng)求報(bào)文分配到適當(dāng)?shù)奶幚砥鲗?duì)象。（8）應(yīng)用對(duì)象（ApplicationObject）：執(zhí)行產(chǎn)品的預(yù)定任務(wù)。3．對(duì)象模型6.2DeviceNet連接DeviceNet是一個(gè)基于連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它基于CAN總線技術(shù)。DeviceNet總線只要求支持CAN2.0A協(xié)議，可靈活選用各種CAN通信控制器，一個(gè)DeviceNet的連接提供了多個(gè)應(yīng)用之間的路徑。當(dāng)建立連接時(shí)，與連接相關(guān)的傳送被分配一個(gè)連接ID（CID），如果連接包含雙向交換，那么應(yīng)該分配兩個(gè)連接ID值。6.2.1DeviceNet關(guān)于CAN標(biāo)識(shí)符的使用在DeviceNet上有效的11位CAN標(biāo)識(shí)位被分成4個(gè)單獨(dú)的報(bào)文組：組1、組2、組3和組4。考慮到基于連接的報(bào)文，連接ID被置于CAN標(biāo)識(shí)符內(nèi)。DeviceNet連接ID的組成如圖6-5所示。圖6-5DeviceNet關(guān)于CAN標(biāo)識(shí)符的使用DeviceNet上的CAN標(biāo)識(shí)符包含如下內(nèi)容：（1）報(bào)文ID（MessageID）：在特定端點(diǎn)內(nèi)的報(bào)文組中識(shí)別一個(gè)報(bào)文。用報(bào)文ID在特定端點(diǎn)內(nèi)單個(gè)報(bào)文組中可以建立多重連接，該端點(diǎn)利用報(bào)文ID與MACID的結(jié)合，生成一個(gè)連接ID，該連接ID在與相應(yīng)傳輸有關(guān)的CAN標(biāo)識(shí)符內(nèi)指定。組2和組3則預(yù)定義了確定報(bào)文ID的使用。（2）源MACID（SourceMACID）：此MACID分配給發(fā)送節(jié)點(diǎn)。組1和組3需要在CAN標(biāo)識(shí)符內(nèi)指定源MACID。（3）目的MACID（DestinationMACID）：此MACID分配給接收設(shè)備。報(bào)文組2允許在CAN標(biāo)識(shí)符的MACID部分指定源或目的MACID。6.2.2建立連接非連接顯式報(bào)文建立和管理顯式報(bào)文連接。通過發(fā)送一個(gè)組3報(bào)文（報(bào)文ID值設(shè)置成6）來指定非連接的請(qǐng)求報(bào)文，對(duì)非連接顯式請(qǐng)求的響應(yīng)將以非連接響應(yīng)報(bào)文的方式發(fā)送，通過發(fā)送一個(gè)組3的報(bào)文（報(bào)文ID值設(shè)置成5）來指定非連接響應(yīng)報(bào)文。非連接報(bào)文管理（UCMM）負(fù)責(zé)處理非連接顯式請(qǐng)求和響應(yīng)。UCMM需要一個(gè)設(shè)備將非連接顯式請(qǐng)求報(bào)文CAN標(biāo)識(shí)符從所有可能的源MACID中篩選出來。UCMM報(bào)文流圖如圖6-6所示。1．顯式報(bào)文連接和UCMM圖6-6UCMM報(bào)文流圖6.2.2建立連接動(dòng)態(tài)I/O連接是通過先前建立的顯式報(bào)文連接的連接分類接口而建立的。以下為動(dòng)態(tài)建立I/O連接所必須完成的任務(wù)：與將建立I/O連接的一個(gè)端點(diǎn)建立顯式報(bào)文連接；通過向DeviceNet連接分類發(fā)送一個(gè)創(chuàng)建請(qǐng)求來創(chuàng)建一個(gè)I/O連接對(duì)象；配置連接實(shí)例；應(yīng)用I/O連接對(duì)象執(zhí)行的配置，這樣做將實(shí)例化服務(wù)于I/O連接所必需的組件中；在另一個(gè)端點(diǎn)重復(fù)這一步驟。DeviceNet并不要求支持I/O連接的動(dòng)態(tài)建立。動(dòng)態(tài)處理便于不同種類的I/O連接的建立。該規(guī)范并不規(guī)定何方可以執(zhí)行連接配置的任何規(guī)則。I/O連接可以是點(diǎn)到點(diǎn)的，也可以是多點(diǎn)的，多點(diǎn)通信連接允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)收聽單點(diǎn)發(fā)送。2．I/O連接6.2.2建立連接組4離線連接組報(bào)文可由客戶機(jī)用來恢復(fù)處于通信故障狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。使用離線連接組報(bào)文，客戶機(jī)能夠做到：通過LED閃爍可視覺表明正與之通信的故障節(jié)點(diǎn)；如可能，則向故障節(jié)點(diǎn)發(fā)送故障恢復(fù)報(bào)文；在不從子網(wǎng)上拆除故障節(jié)點(diǎn)的情況下，恢復(fù)故障節(jié)點(diǎn)。3．離線連接組為了獲得離線連接組的控制權(quán)，客戶機(jī)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)離線所有權(quán)請(qǐng)求報(bào)文。在此報(bào)文成功發(fā)送后，客戶機(jī)應(yīng)等待1s。如果沒有收到響應(yīng)報(bào)文，它將產(chǎn)生第二個(gè)離線所有權(quán)請(qǐng)求報(bào)文，并再等待1s。如果還沒有收到響應(yīng)報(bào)文，它將成為離線請(qǐng)求報(bào)文的所有者。如果在任一等待時(shí)間內(nèi)收到離線所有權(quán)響應(yīng)報(bào)文，它將不成為離線連接設(shè)備的所有者，并將等待成為所有者。在某時(shí)刻任意點(diǎn)上只允許有一個(gè)客戶機(jī)擁有離線連接組的所有權(quán)，一個(gè)等待的客戶機(jī)在收到離線所有權(quán)響應(yīng)報(bào)文后至少2s內(nèi)不能發(fā)出下一個(gè)離線所有權(quán)請(qǐng)求報(bào)文。4．離線所有權(quán)通信故障狀態(tài)下所有支持故障恢復(fù)機(jī)制的節(jié)點(diǎn)將收到以組4報(bào)文ID=2D形式產(chǎn)生的通信故障請(qǐng)求報(bào)文。此時(shí)，通信故障節(jié)點(diǎn)將以組4報(bào)文ID=2C形式產(chǎn)生一個(gè)通信故障響應(yīng)報(bào)文。5．通信故障報(bào)文6.3DeviceNet報(bào)文協(xié)議顯文報(bào)文利用CAN幀的數(shù)據(jù)區(qū)來傳遞DeviceNet定義的報(bào)文，顯式報(bào)文CAN數(shù)據(jù)區(qū)的使用如圖6-7所示。6.3.1顯式報(bào)文圖6-7顯式報(bào)文CAN數(shù)據(jù)區(qū)的使用含有完整顯式報(bào)文的傳送數(shù)據(jù)區(qū)包括：報(bào)文頭；完整的報(bào)文體。如果顯式報(bào)文的長(zhǎng)度大于8字節(jié)，則必須在DeviceNet上以分段方式傳輸，連接對(duì)象提供分段/重組功能。一個(gè)顯式報(bào)文的分段包括：報(bào)文頭；分段協(xié)議；分段報(bào)文體。6.3.1顯式報(bào)文顯式報(bào)文的CAN數(shù)據(jù)區(qū)的0號(hào)字節(jié)指定報(bào)文頭，格式如圖6-8所示。1．報(bào)文頭Frag（分段位）：指示此傳輸是否為顯式報(bào)文的一個(gè)分段；XID（事務(wù)處理ID）：該區(qū)應(yīng)用程序用以匹配響應(yīng)和相關(guān)請(qǐng)求，該區(qū)由服務(wù)器用響應(yīng)報(bào)文簡(jiǎn)單回復(fù)；MACID：包含源MACID或目標(biāo)MACID，根據(jù)表6-1來確定該區(qū)域中指定何種MACID（源或目標(biāo)）。接收顯式報(bào)文時(shí)，須檢查報(bào)文頭內(nèi)的MACID區(qū)，如果在連接ID中指定目標(biāo)MACID，那么必須在報(bào)文頭中指定其他端點(diǎn)的源MACID。如果在連接ID中指定源MACID，那么必須在報(bào)文頭中指定接收模塊的MACID。圖6-8報(bào)文頭格式6.3.1顯式報(bào)文報(bào)文體包含服務(wù)區(qū)和服務(wù)特定變量。報(bào)文體指定的第一個(gè)變量是服務(wù)區(qū)，用于識(shí)別正在傳送的特定請(qǐng)求或響應(yīng)。服務(wù)區(qū)的格式如圖6-9所示。2．報(bào)文體服務(wù)區(qū)內(nèi)容：（1）服務(wù)代碼：服務(wù)區(qū)字節(jié)低7位值，表示傳送服務(wù)的類型；（2）R/R：服務(wù)區(qū)的最高位，該值決定了這個(gè)報(bào)文是請(qǐng)求報(bào)文還是響應(yīng)報(bào)文。報(bào)文體中緊接服務(wù)區(qū)之后的是正在傳送的服務(wù)特殊類型的詳細(xì)報(bào)文。圖6-9報(bào)文體服務(wù)區(qū)的格式6.3.1顯式報(bào)文如果傳輸?shù)氖秋@式報(bào)文的一個(gè)分段，那么該數(shù)據(jù)區(qū)包含報(bào)文頭、分段協(xié)議以及報(bào)文體分段。分段協(xié)議用于大段顯式報(bào)文的分段轉(zhuǎn)發(fā)及重組。3．分段協(xié)議非連接報(bào)文管理器（UCMM）提供動(dòng)態(tài)建立顯式報(bào)文連接。UCMM處理兩種服務(wù)即管理顯式報(bào)文連接的分配及解除：打開顯式報(bào)文連接，建立一個(gè)顯式報(bào)文連接；關(guān)閉連接服務(wù)代碼，刪除一個(gè)連接對(duì)象并解除所有相關(guān)資源。4．UCMM服務(wù)6.3.2輸入輸出報(bào)文除了能夠被用于發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度大于8字節(jié)的I/O報(bào)文的分段協(xié)議，DeviceNet不在I/O報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)定義任何有關(guān)報(bào)文的協(xié)議。數(shù)據(jù)區(qū)（0…8字節(jié)），如圖6-10所示。圖6-10I/O報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)6.3.3分段/重組長(zhǎng)度大于8字節(jié)（CAN幀的最大尺寸）的報(bào)文可進(jìn)行分段及重組。分段/重組功能由DeviceNet連接對(duì)象提供，支持分段方式發(fā)送及接收是可選的。對(duì)于顯式報(bào)文連接和I/O連接而言，觸發(fā)分段發(fā)送的邏輯是不同的。（1）顯式報(bào)文連接檢查要發(fā)送的每個(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度，如果報(bào)文長(zhǎng)度大于8字節(jié)，那么就使用分段協(xié)議。（2）I/O連接檢查連接對(duì)象的produced_connection_size的屬性，如果produced_connection_size的屬性大于8字節(jié)，那么使用分段協(xié)議。1．分段協(xié)議分段協(xié)議位于CAN數(shù)據(jù)區(qū)的一個(gè)單字節(jié)中，格式如圖6-11所示。圖6-11分段協(xié)議格式6.3.3分段/重組2．分段協(xié)議內(nèi)容分段類型：表明是首段、中間段還是最后段的發(fā)送。分段計(jì)數(shù)器：標(biāo)志每一個(gè)單獨(dú)的分段，這樣接收器就能夠確定是否有分段被遺失。如果分段類型是第一個(gè)分段，每經(jīng)過一個(gè)相鄰連續(xù)分段，分段計(jì)數(shù)器加1；當(dāng)計(jì)數(shù)器值達(dá)到64時(shí)，又從0值開始。分段協(xié)議在I/O報(bào)文內(nèi)的位置與在顯式報(bào)文內(nèi)的位置是不同的。I/O報(bào)文分段格式如圖6-12所示。圖6-12I/O報(bào)文分段格式顯式報(bào)文分段轉(zhuǎn)發(fā)格式如圖6-13所示。圖6-13顯式報(bào)文分段格式6.3.4重復(fù)MACID檢測(cè)協(xié)議DeviceNet的每一個(gè)物理連接必須分配一個(gè)MACID。這一配置包括人工設(shè)置，因此，同一鏈接上的兩個(gè)模塊具有相同MACID的情況將是很難避免的。因?yàn)槎x一個(gè)DeviceNet傳輸時(shí)都涉及MACID，因此要求所有DeviceNet模塊都參與重復(fù)MACID檢測(cè)算法。組2中定義了一個(gè)特定的報(bào)文ID值用以規(guī)定重復(fù)MACID檢查報(bào)文，其格式如圖6-14所示。圖6-14重復(fù)MACID檢查報(bào)文格式與重復(fù)MACID檢查報(bào)文相關(guān)的數(shù)據(jù)區(qū)格式如圖6-15所示。圖6-15與重復(fù)MACID檢查報(bào)文相關(guān)的數(shù)據(jù)區(qū)格式6.3.5設(shè)備監(jiān)測(cè)脈沖報(bào)文及設(shè)備關(guān)閉報(bào)文設(shè)備監(jiān)測(cè)脈沖報(bào)文為可選項(xiàng)。設(shè)備脈沖報(bào)文DeviceNet對(duì)象庫(kù)的識(shí)別對(duì)象觸發(fā)，該功能對(duì)總線故障的智能監(jiān)測(cè)是相當(dāng)重要的。該報(bào)文廣播設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。該報(bào)文由具有UCMM功能的設(shè)備作為一個(gè)非連接響應(yīng)報(bào)文發(fā)送（報(bào)文組3，報(bào)文ID=5）和由僅限于組2的服務(wù)器作為非連接的響應(yīng)報(bào)文發(fā)送（報(bào)文組2，報(bào)文ID=3）。1．設(shè)備監(jiān)測(cè)脈沖報(bào)文2．設(shè)備關(guān)閉報(bào)文當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)換到離線狀態(tài)時(shí)，它將產(chǎn)生一個(gè)設(shè)備關(guān)閉報(bào)文，此報(bào)文亦為可選項(xiàng)。該報(bào)文廣播設(shè)備呈離線狀態(tài)或非存在狀態(tài)，該報(bào)文由具有UCMM功能的設(shè)備作為一個(gè)非連接的響應(yīng)報(bào)文發(fā)送（報(bào)文組3，報(bào)文ID=5）；而作為非連接的響應(yīng)報(bào)文（報(bào)文組2，報(bào)文ID=3）由僅限于組2的服務(wù)器發(fā)送。6.4DeviceNet通信對(duì)象分類DeviceNet通信對(duì)象用于管理和提供運(yùn)行時(shí)的報(bào)文交換，對(duì)象的定義部分包括對(duì)屬性指定數(shù)據(jù)類型。通信對(duì)象分類如下：對(duì)象分類屬性；對(duì)象分類服務(wù)；對(duì)象實(shí)例屬性；對(duì)象實(shí)例服務(wù)；對(duì)象實(shí)例行為。1．鏈路生產(chǎn)者對(duì)象分類定義鏈路生產(chǎn)者對(duì)象是實(shí)施低端數(shù)據(jù)傳送的組件；無鏈路生產(chǎn)者類屬性。2．鏈路生產(chǎn)者對(duì)象類服務(wù)以下為鏈路生產(chǎn)者類所支持的服務(wù)：（1）創(chuàng)建（Create）：用以建立一個(gè)鏈路生產(chǎn)者對(duì)象；（2）刪除（Delete）：用以刪除一個(gè)鏈路生產(chǎn)者對(duì)象。6.4DeviceNet通信對(duì)象分類3．鏈路生產(chǎn)者對(duì)象實(shí)例屬性（1）USINTState：鏈路生產(chǎn)者實(shí)例的當(dāng)前狀態(tài)，兩種可能的狀態(tài)如表6-5所示。4．鏈路生產(chǎn)者對(duì)象實(shí)例服務(wù)鏈路生產(chǎn)者對(duì)象實(shí)例所支持的服務(wù)如下所示：（1）Send：鏈路生產(chǎn)者在DeviceNet上發(fā)送數(shù)據(jù)；（2）Get_Attribute：用于讀取鏈路生產(chǎn)者對(duì)象屬性；（3）Set_Attribute：用于修改鏈路生產(chǎn)者對(duì)象屬性。表6-5鏈路生產(chǎn)者實(shí)例的當(dāng)前狀態(tài)（2）UINTConnection_id：當(dāng)該鏈路生產(chǎn)者被觸發(fā)時(shí)，發(fā)送CAN標(biāo)識(shí)符區(qū)的值。連接對(duì)象內(nèi)部使用鏈路生產(chǎn)者，用其produced_connection_id屬性的值來初始化此屬性。6.4DeviceNet通信對(duì)象分類5．鏈路消費(fèi)者對(duì)象類定義鏈路消費(fèi)者對(duì)象是接收低端數(shù)據(jù)組件，無鏈路消費(fèi)者類屬性。6．鏈路消費(fèi)者分類服務(wù)鏈路消費(fèi)者分類所支持服務(wù)如下：（1）創(chuàng)建：建立一個(gè)鏈路消費(fèi)者對(duì)象；（2）刪除：刪除一個(gè)鏈路消費(fèi)者對(duì)象。7．鏈路消費(fèi)者實(shí)例屬性（1）USINTState：鏈路消費(fèi)者實(shí)例的當(dāng)前狀態(tài)，兩種可能的狀態(tài)如表6-6所示。表6-6鏈路生產(chǎn)者實(shí)例的當(dāng)前狀態(tài)（2）UINTConnection_id：該屬性保存的是CAN標(biāo)識(shí)區(qū)的值，此值規(guī)定將為消費(fèi)者所接收的報(bào)文。連接對(duì)象內(nèi)部利用該鏈路消費(fèi)者，用其consumed_connection_id屬性值對(duì)此屬性進(jìn)行初始化。6.4DeviceNet通信對(duì)象分類8．鏈路消費(fèi)者實(shí)例服務(wù)鏈路消費(fèi)者對(duì)象實(shí)例所支持的服務(wù)如下：（1）Get_Attribute：讀取鏈路消費(fèi)者對(duì)象屬性；（2）Set_Attribute：修改鏈路消費(fèi)者對(duì)象屬性。9．連接對(duì)象分類定義連接分類將分配和管理與I/O及顯式報(bào)文連接有關(guān)的內(nèi)部資源。由連接分類生成的特定的實(shí)例稱為連接實(shí)例或連接對(duì)象。一個(gè)指定模塊內(nèi)部的連接對(duì)象代表著連接的一個(gè)端點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)端點(diǎn)可以在另一個(gè)端點(diǎn)不存在的情況下進(jìn)行設(shè)置及“激活”（如發(fā)送）。連接對(duì)象是對(duì)應(yīng)用程序到應(yīng)用程序相互關(guān)系的通信專用特性建模，一個(gè)特定的連接對(duì)象實(shí)例將管理一個(gè)端點(diǎn)的通訊。DeviceNet中的連接對(duì)象使用鏈路生產(chǎn)者和/或鏈路消費(fèi)者提供的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)低端的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能。10．DeviceNet對(duì)象分類定義DeviceNet對(duì)象提供了DeviceNet的物理連接的配置及狀態(tài)，一個(gè)產(chǎn)品必須通過物理網(wǎng)絡(luò)連接支持一個(gè)（只有一個(gè)）DeviceNet對(duì)象。6.5網(wǎng)絡(luò)訪問狀態(tài)機(jī)制DeviceNet產(chǎn)品必須執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)訪問狀態(tài)機(jī)制為：在DeviceNet上必須優(yōu)先于通信所執(zhí)行的任務(wù)；影響產(chǎn)品在DeviceNet上通信能力的網(wǎng)絡(luò)事件。6.5.1網(wǎng)絡(luò)訪問事件矩陣網(wǎng)絡(luò)訪問狀態(tài)機(jī)制的狀態(tài)事件矩陣如表6-7所示，執(zhí)行過程將基于表6-7所列出的報(bào)文。事

件狀

態(tài)發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求等待重復(fù)MACID檢查報(bào)文在

線通信故障成功發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求報(bào)文啟動(dòng)1s計(jì)時(shí)。轉(zhuǎn)換到等待重復(fù)MACID檢查報(bào)文不用不用不用檢測(cè)到CAN離線CAN芯片保持復(fù)位，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)CAN芯片保持復(fù)位，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)訪問DeviceNet對(duì)象的BOI屬性。如果BOI屬性表示CAN芯片應(yīng)該保持復(fù)位，那么轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)。如果BOI屬性表示CAN芯片應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位，那么①?gòu)?fù)位CAN芯片，②請(qǐng)求發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求報(bào)文，③轉(zhuǎn)換到發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求狀態(tài)不用接收到重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求報(bào)文檢測(cè)到重復(fù)MACID，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)檢測(cè)到重復(fù)MACID，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)發(fā)送重復(fù)MACID檢查響應(yīng)報(bào)文丟棄報(bào)文接收到重復(fù)MACID檢查響應(yīng)報(bào)文檢測(cè)到重復(fù)MACID，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)檢測(cè)到重復(fù)MACID，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)檢測(cè)到重復(fù)MACID，轉(zhuǎn)換到通信故障狀態(tài)丟棄報(bào)文1s的重復(fù)MACID檢查報(bào)文計(jì)時(shí)器到時(shí)不用如果這是第一個(gè)超時(shí)，那么再次請(qǐng)求發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求報(bào)文，并且轉(zhuǎn)換到發(fā)送重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求狀態(tài)。如果這是第二個(gè)連續(xù)的超時(shí)，那么轉(zhuǎn)換到在線狀態(tài)不用不用內(nèi)部報(bào)文傳送請(qǐng)求返回內(nèi)部錯(cuò)誤返回內(nèi)部錯(cuò)誤發(fā)送報(bào)文返回內(nèi)部錯(cuò)誤接收到一個(gè)非重復(fù)MACID檢查請(qǐng)求/響應(yīng)的報(bào)文或一個(gè)通信故障請(qǐng)求報(bào)文丟棄報(bào)文丟棄報(bào)文正確處理接收到的報(bào)文丟棄報(bào)文接收到一個(gè)通信故障請(qǐng)求報(bào)文丟棄報(bào)文丟棄報(bào)文丟棄報(bào)文正確處理接收到的報(bào)文6.5.2重復(fù)MACID檢測(cè)在網(wǎng)絡(luò)訪問狀態(tài)機(jī)制內(nèi)的這一主要步驟是執(zhí)行重復(fù)MACID檢測(cè)算法。DeviceNet的每一個(gè)物理連接件必須被賦予一個(gè)惟一的MACID，這個(gè)MACID的配置將包含人工干預(yù)，因此在同一鏈路上的兩個(gè)模塊被賦予相同的MACID的情況是不可避免的，因?yàn)镸ACID與DeviceNet傳輸方法的定義有關(guān)，所有的DeviceNet模塊都必須運(yùn)用該重復(fù)MACID檢測(cè)算法。報(bào)文組2內(nèi)定義一個(gè)特定的報(bào)文用來執(zhí)行重復(fù)MACID檢測(cè)。6.5.3預(yù)定義主/從連接組主站“擁有”其MACID在掃描清單中的從站，主站檢查其掃描清單以決定與哪一個(gè)從站通信，然后發(fā)送命令。除了重復(fù)MACID檢查，在主站通知授權(quán)前一個(gè)從站不能啟動(dòng)任何通信。一個(gè)主站和多個(gè)從站的連接如圖6-16所示。圖6-16DeviceNet主/從應(yīng)用示例預(yù)定義主/從連接組相關(guān)的CAN標(biāo)識(shí)區(qū)如圖6-17所示，圖6-17中定義了在預(yù)定義主/從連接組中所有基于報(bào)文的連接所使用的標(biāo)識(shí)符，同時(shí)也給出了預(yù)定義主/從連接對(duì)象相關(guān)的produced_connection_id和consumed_connection_id屬性。6.5.3預(yù)定義主/從連接組圖6-17預(yù)定義主/從連接組標(biāo)識(shí)區(qū)6.6指示器和配置開關(guān)指示器可協(xié)助維護(hù)人員快速的辨認(rèn)出故障單元。DeviceNet產(chǎn)品指示器必須滿足以下要求：無須拆卸設(shè)備的外殼和部件，即可看到指示器；正常光線下，指示器讀數(shù)清晰；不論指示器是否點(diǎn)亮，標(biāo)簽和圖標(biāo)都應(yīng)清晰可見。DeviceNet不要求產(chǎn)品一定具備指示器。但是，如果產(chǎn)品具有此處所述的指示器，那么指示器必須符合本文所述規(guī)定。雙色（綠/紅）的LED顯示設(shè)備狀態(tài)，它表明設(shè)備是否上電和運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，如表6-8所示。LDE的閃爍頻率一般為1Hz，LED點(diǎn)亮和關(guān)閉各持續(xù)約0.5s。另外，還有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)LED、組合模塊/網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)LED、I/O狀態(tài)LED。6.6.1指示器表6-8模塊狀態(tài)LED6.6.2配置開關(guān)使用DIP（雙列直插式封裝）開關(guān)設(shè)置MACID，該開關(guān)為二進(jìn)制格式。使用旋轉(zhuǎn)式、撥盤式、壓輪式開關(guān)，則開關(guān)為十進(jìn)制格式。用戶在配置開關(guān)時(shí)，最高位始終在產(chǎn)品的最左端或最上端。1．DeviceNetMACID開關(guān)2．DeviceNet波特率開關(guān)如果使用開關(guān)設(shè)置DeviceNet的波特率，其編碼應(yīng)如表6-9所示。表6-9波特率開關(guān)設(shè)置編碼6.6.3指示器和配置開關(guān)的物理標(biāo)準(zhǔn)DeviceNet用戶在面對(duì)來自不同廠家的產(chǎn)品時(shí)會(huì)覺得很方便，這是因?yàn)镈eviceNet產(chǎn)品的指示器、開關(guān)、連接器有統(tǒng)一的標(biāo)簽。DeviceNet指示器和配置開關(guān)標(biāo)簽如表6-10所示。表6-10DeviceNet指示器和配置開關(guān)標(biāo)簽6.6.4DeviceNet連接器圖標(biāo)5針開放式DeviceNet插頭旁的圖標(biāo)如圖6-18所示。為了清楚起見，各連接線的信號(hào)也標(biāo)于圖中，但這不是圖標(biāo)的組成部分，除了屏蔽線外，圖標(biāo)中其他每個(gè)連接旁都用一個(gè)色片來表示連接線的絕緣護(hù)套層顏色，除了白色，其他所有色彩都符合Pantone匹配系統(tǒng)（因?yàn)镻antone尚未定義白色）。圖6-185針開放式連接器圖標(biāo)6.7DeviceNet的物理層和傳輸介質(zhì)DeviceNet物理層在OSI模型中的位置如圖6-19所示。6.7.1DeviceNet物理層的結(jié)構(gòu)圖6-19DeviceNet物理層在OSI模型中的位置從圖6-19可以看出，DeviceNet的物理層包括兩部分：介質(zhì)訪問單元和傳輸介質(zhì)。在DeviceNet規(guī)范中，術(shù)語物理層將用于論述介質(zhì)訪問單元的組成，其中包括驅(qū)動(dòng)器/接收器電路和其他用于連接節(jié)點(diǎn)到傳輸介質(zhì)的電路，在OSI模型中被稱之為物理介質(zhì)訪問。物理層還包括與傳輸介質(zhì)的電氣及機(jī)械接口的定義，在OSI模型中稱為介質(zhì)從屬接口。6.7.1DeviceNet物理層的結(jié)構(gòu)DeviceNet物理層和介質(zhì)有下列特征：（1）使用CAN技術(shù)；（2）尺寸小、成本低；（3）線性總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（4）支持3種數(shù)據(jù)率：①125kbps，最大至500m，②250kbps，最大至250m，

③500kbps，最大至100m；（5）不同的介質(zhì)和信號(hào)電源導(dǎo)體；（6）低損耗、低延遲電纜；（7）支持干線或支線的不同介質(zhì)；（8）支線長(zhǎng)度可達(dá)6m；（9）最多支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)；（10）解除節(jié)點(diǎn)時(shí)無須斷開網(wǎng)絡(luò)；（11）可同時(shí)支持隔離和非隔離物理層；（12）支持密封介質(zhì)；（13）誤接線保護(hù)功能。1．物理層和介質(zhì)的特征6.7.1DeviceNet物理層的結(jié)構(gòu)BOSCHCAN規(guī)范定義了兩種互補(bǔ)的邏輯電平：“顯性”（Dominant）和“隱性”（Recessive）。同時(shí)傳送“顯性”和“隱性”位時(shí)，總線結(jié)果值為“顯性”。例如，在（DeviceNet）總線接線情況下：“顯性”電平用邏輯“0”表示，“隱性”電平用邏輯“1”表示。代表邏輯電平的物理狀態(tài)（例如電壓）在CAN規(guī)范中沒有規(guī)定。這些電平的規(guī)定包含在ISO11898標(biāo)準(zhǔn)中。例如，對(duì)于一個(gè)脫離總線的節(jié)點(diǎn)，典型CAN_L和CAN_H的“隱性”（高阻抗）電平為2.5V（電位差為0V）。典型CAN_L和CAN_H的“顯性”（低阻抗）電平分別為1.5V和3.5V（電位差為2V）。如圖6-20所示。2．物理信號(hào)圖6-20CAN_L和CAN_H信號(hào)電平6.7.2物理層物理層包括收發(fā)器、連接器、誤接線保護(hù)回路、調(diào)壓器和可選的光電隔離器。圖8-21為物理層各部件的框圖。圖6-21物理層模塊圖6.7.2物理層收發(fā)器是在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收CAN信號(hào)的物理組件。收發(fā)器從網(wǎng)絡(luò)上差分接收網(wǎng)上信號(hào)供給CAN控制器并用CAN通信控制器傳來的信號(hào)差分驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。市場(chǎng)上有許多集成CAN收發(fā)器。在選擇收發(fā)器時(shí)，須保證所選擇的接收器符合DeviceNet規(guī)范。1．收發(fā)器2．誤接線保護(hù)DeviceNet要求節(jié)點(diǎn)能承受連接器上5根線的各種組合的接線錯(cuò)誤。這種情況下，可承受規(guī)定的電壓范圍，包括U_電壓高達(dá)18V時(shí)，不會(huì)造成永久性的損害。許多集成CAN收發(fā)器對(duì)CAN_H和CAN_L最大負(fù)向電壓只有有限的承受能力。使用這些器件時(shí)，需要提供有外部保護(hù)回路。誤接線保護(hù)回路如圖6-22所示。圖6-22誤接線保護(hù)回路6.7.3傳輸介質(zhì)1．拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DeviceNet介質(zhì)具有線性總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)干線的末端都需要終端電阻，每條支線最長(zhǎng)為6m，允許連接一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，DeviceNet只允許在支線上有分支結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)拓?fù)淙鐖D6-23所示。DeviceNet傳輸介質(zhì)有環(huán)繞屏蔽和扁平屏蔽兩種電纜類型。圖6-23DeviceNet介質(zhì)拓?fù)?.7.3傳輸介質(zhì)2．終端電阻DeviceNet要求在每個(gè)干線的末端安裝終端電阻，電阻的要求為：121Ω、1%金屬膜、1/4W、終端電阻不可包含在節(jié)點(diǎn)中。將終端電阻包含在節(jié)點(diǎn)中很容易使網(wǎng)絡(luò)由于錯(cuò)誤布線（阻抗太高或太低）而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障，例如：移走含有終端電阻的節(jié)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。終端電阻只應(yīng)安裝在干線兩端，不可安裝在支線末端。3．連接器所有連接器5針類，即一對(duì)信號(hào)線、一對(duì)電源線和一根屏蔽線。所有通過連接器連到DeviceNet的節(jié)點(diǎn)都有雄性插頭，此規(guī)定適用于密封式和非密封式連接器及所有消耗或提供電源的節(jié)點(diǎn)。無論選擇什么樣的連接器應(yīng)保證設(shè)備可在不切斷和干擾網(wǎng)絡(luò)的情況下脫離網(wǎng)絡(luò)。不允許在網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)布線，以避免諸如網(wǎng)絡(luò)電源短接、通信中斷等問題的發(fā)生。4．設(shè)備分接頭設(shè)備端子提供連接到干線的連接點(diǎn)。設(shè)備可直接通過端子或通過支線連接到網(wǎng)絡(luò)，端子可使設(shè)備無需切斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行就可脫離網(wǎng)絡(luò)。6.7.3傳輸介質(zhì)5．電源分接頭通過電源分接頭將電源連接到干線。電源分接頭不同于設(shè)備分接頭，其包含下列部件：（1）一個(gè)連在電源U+上的肖特基二極管，允許連接多個(gè)電源（省去了用戶電源）。（2）兩個(gè)熔絲或斷路器，以防止總線過流而損壞電纜和連接器。連接到網(wǎng)絡(luò)后，電源分接頭具有下列特性：提供信號(hào)線、屏蔽線和U－線的不間斷連接；在分接頭的各個(gè)方向提供限流保護(hù)；提供到屏蔽/屏蔽線的網(wǎng)絡(luò)接地。6．網(wǎng)絡(luò)接地DeviceNet應(yīng)在一點(diǎn)接地。多處接地會(huì)造成接地回路，網(wǎng)絡(luò)不接地將增加對(duì)ESD（靜電放電）和外部噪聲源的敏感度。單個(gè)接地點(diǎn)應(yīng)位于電源分接頭處，密封DeviceNet電源分接頭的設(shè)計(jì)應(yīng)有接地裝置，接地點(diǎn)也應(yīng)靠近網(wǎng)絡(luò)物理中心。干線的屏蔽線應(yīng)通過銅導(dǎo)體連接到電源地或U－。銅導(dǎo)體可為實(shí)心體、繩狀或編織線。如果網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)接地，則不要再把電源地或分接頭的接地端接地。如果網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)電源，則只需在一個(gè)電源處把屏蔽線接地，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近網(wǎng)絡(luò)的物理中心。6.7.4網(wǎng)絡(luò)電源配置除了提供通信通道之外，DeviceNet還提供電源。由于電源線和信號(hào)線在同一電纜中，設(shè)備可從網(wǎng)絡(luò)中直接獲取電源，而不需要另外的電源。根據(jù)所選電纜，DeviceNet單電源可提供最大至16A的電流。DeviceNet電源總線的能力為：電纜長(zhǎng)度可達(dá)500m；最多支持64個(gè)不同電流的節(jié)點(diǎn)；可調(diào)整的配置。6.8設(shè)備描述DeviceNet總線控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)同類設(shè)備的互操作性，并促進(jìn)其互換性，同類設(shè)備間必須具備某種一致性。即：每種設(shè)備類型必須有一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”的內(nèi)核。一般來講，同類設(shè)備必須具備：表現(xiàn)相同的特性；生產(chǎn)和/或消費(fèi)相同的基本I/O數(shù)據(jù)組；包含一組相同的可配置屬性。這些信息的正式定義稱作設(shè)備描述。設(shè)備描述必須包括：設(shè)備類型的對(duì)象模型；設(shè)備類型的I/O數(shù)據(jù)格式；配置數(shù)據(jù)和訪問該數(shù)據(jù)的公共接口?？梢赃x用或擴(kuò)展現(xiàn)存的設(shè)備描述，或根據(jù)規(guī)定的格式定義特殊產(chǎn)品的描述。6.8.1對(duì)象模型為了實(shí)現(xiàn)同類設(shè)備之間的互操作性，兩臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備中實(shí)施的相同對(duì)象必須保持設(shè)備間的行為一致。因此，每個(gè)對(duì)象規(guī)范包括一個(gè)嚴(yán)格的行為定義。每個(gè)DeviceNet產(chǎn)品都包含若干個(gè)對(duì)象，這些對(duì)象互相作用提供產(chǎn)品的基本行為。因?yàn)楦鱾€(gè)對(duì)象的行為是固定的，所以相同的對(duì)象組的行為也是固定的。因此，以特定的次序組織的相同對(duì)象組將互相作用在各設(shè)備中產(chǎn)生相同的行為。設(shè)備中使用的對(duì)象組是指設(shè)備的對(duì)象模型，如圖6-24所示。圖6-24對(duì)象模型6.8.2I/O數(shù)據(jù)格式描述部分定義了設(shè)備如何在對(duì)設(shè)備的I/O數(shù)據(jù)格式有嚴(yán)格規(guī)定的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。靈活的連網(wǎng)設(shè)備能生產(chǎn)和/或消費(fèi)不止一個(gè)I/O值。通常，它們將生產(chǎn)和/或消費(fèi)一個(gè)或多個(gè)I/O值以及狀態(tài)和診斷信息。通過設(shè)備通信的每段數(shù)據(jù)都可用設(shè)備內(nèi)部的某個(gè)對(duì)象的一個(gè)屬性值表示。通過一單獨(dú)I/O連接進(jìn)行多段數(shù)據(jù)（屬性）通信時(shí)，需要將屬性組合成一個(gè)單一信息塊。組合對(duì)象實(shí)例將完成該組合。因此，設(shè)備I/O數(shù)字格式的定義等效于用于組合I/O數(shù)據(jù)的組合實(shí)例的定義。在一個(gè)設(shè)備描述中，設(shè)備I/O數(shù)據(jù)格式將遵守這些原則：I/O組合可以是輸入或輸出型；一個(gè)設(shè)備可以包含不止1個(gè)I/O組合。設(shè)備I/O組合實(shí)例的定義：用實(shí)例編號(hào)、類型和名稱標(biāo)識(shí)I/O組合；指定I/O組合數(shù)據(jù)屬性格式；將I/O組合數(shù)據(jù)屬性分量映射到其他屬性。6.8.3設(shè)備配置除了產(chǎn)品的對(duì)象模型和它的I/O數(shù)據(jù)格式以外，設(shè)備描述還包括設(shè)備可配置參數(shù)的規(guī)范和到這些參數(shù)的公共接口。設(shè)備中的可配置參數(shù)直接影響它的行為，同類設(shè)備必須以相同的方式動(dòng)作，因此，它們必須具備相同的配置參數(shù)?！跋嗤呐渲谩敝富九渲?。設(shè)備可能具有該設(shè)備類型定義的行為以外的擴(kuò)展功能（帶有相關(guān)參數(shù)）。上電時(shí)，該功能必須以某種形式缺省，這樣，設(shè)備行為表現(xiàn)出與該類型設(shè)備定義的行為一致。除了定義相同的配置參數(shù)外，到這些參數(shù)的公共接口必須一致。設(shè)備配置的定義還包括每個(gè)可配置屬性的下列信息：（1）配置參數(shù)數(shù)據(jù)；（2）每個(gè)參數(shù)對(duì)象實(shí)例的所有屬性值；（3）電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）參數(shù)部分的所有值；（4）至少包括下列打印的數(shù)據(jù)文檔信息：參數(shù)名稱；屬性路徑（類、實(shí)例、屬性）；數(shù)據(jù)類型；參數(shù)單元；最小/最大缺省值。（5）參數(shù)對(duì)設(shè)備行為的影響；（6）設(shè)備配置的公共接口（即通過配置組合的批量配置、參數(shù)對(duì)象類的完整/存根實(shí)例等）。6.8.4擴(kuò)展的設(shè)備描述制造商可以選用現(xiàn)存的設(shè)備描述進(jìn)行擴(kuò)展，使它適合其產(chǎn)品表現(xiàn)的附加行為。多源性產(chǎn)品的制造商可能希望他設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既能在設(shè)備描述定義中提供產(chǎn)品的基本行為，又能提供擴(kuò)展功能，以使他的產(chǎn)品能與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品相區(qū)別。在DeviceNet設(shè)備描述庫(kù)發(fā)展相當(dāng)一段時(shí)間后，擴(kuò)展現(xiàn)存描述將會(huì)變成通常慣例。在擴(kuò)展一個(gè)現(xiàn)存設(shè)備描述時(shí)不應(yīng)改變基本設(shè)備描述定義。并且，增加的功能不應(yīng)使擴(kuò)展描述與基本設(shè)備描述相沖突。因此，擴(kuò)展現(xiàn)存設(shè)備描述應(yīng)遵守下列原則：（1）所有加到描述中的新對(duì)象、屬性和服務(wù)都是可選的，必須保持向下兼容性。（2）在上電時(shí)，所有新增的特性必須缺省，使得設(shè)備的行為與設(shè)備類型定義的基本行為一致。（3）不能更改基本I/O格式，可以為增加的可選I/O組合實(shí)例提供擴(kuò)展的I/O格式。（4）不能改變基本配置，可以通過增加可選的配置組合實(shí)例或可選的參數(shù)對(duì)象類實(shí)例提供擴(kuò)展的配置參數(shù)。（5）所有附加組合實(shí)例只能定義在供應(yīng)商專用的地址范圍內(nèi)。6.8.5設(shè)備描述編碼機(jī)制設(shè)備描述使用的編碼機(jī)制，表明設(shè)備描述可以是公共定義的或供應(yīng)商特定的。如表6-11所示。已定義的設(shè)備類型編號(hào)如表6-12所示。DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線已于2002年10月8日被批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18858.3-2002。同時(shí)，DeviceNet與PROFIBUS-DP一起也成為低壓電器通訊規(guī)約中指定的現(xiàn)場(chǎng)總線。表6-11設(shè)備描述使用的編碼機(jī)制表6-12設(shè)備類型編號(hào)6.9DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)DeviceNet作為應(yīng)用日益廣泛的一種底層設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其通信接口的開發(fā)目前在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，僅有上海電器科學(xué)研究所、本安儀表公司、埃通公司等少數(shù)幾家在做這方面的工作，其開發(fā)出的產(chǎn)品也僅限于簡(jiǎn)單的輸入/輸出模塊和智能泵控制器等。這主要是由于國(guó)內(nèi)目前所能提供的開發(fā)資源和技術(shù)支持十分有限。目前，DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)大致有兩種途徑： 開發(fā)者本身對(duì)DeviceNet規(guī)范相當(dāng)熟悉，具有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并且有長(zhǎng)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(duì)協(xié)議的深刻領(lǐng)會(huì)，自己編寫硬件驅(qū)動(dòng)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(duì)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(diǎn)就是價(jià)格昂貴，同時(shí)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)。不論哪種途徑，DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)一般按以下步驟：6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟這是在著手開發(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(gè)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。位選通式通信主要用于那些含有少量的位數(shù)據(jù)的傳感器或其他從機(jī)設(shè)備，輪詢式通信是一種主要的I/O數(shù)據(jù)交換手段，必須在所有的應(yīng)用中加以考慮。狀態(tài)改變或循環(huán)式通信是增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量并降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的有效方法，由于它允許延用CAN協(xié)議中的多主站特性，在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該考慮它。第二個(gè)要考慮的問題是設(shè)備信息對(duì)顯式報(bào)文的通信功能，DeviceNet協(xié)議要求所有設(shè)備支持顯式報(bào)文的通信，至少是標(biāo)識(shí)符。DeviceNet的通信對(duì)象必須能由隱式報(bào)文（即I/O報(bào)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(gè)開關(guān)的功能，就必須考慮通過顯示報(bào)文的通信來組態(tài)設(shè)備。1．決定為哪種類型的設(shè)備設(shè)計(jì)DeviceNet接口6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟硬件設(shè)計(jì)需滿足DeviceNet物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的要求。DeviceNet規(guī)范允許所有四種連接方式：迷你型接頭、微型接頭、開放式接頭和螺栓式接頭。如可能，采用迷你型接頭、微型接頭、開放式接頭配之以其他接線部件，則可進(jìn)行即插即用的安裝。而在一些不能利用以上三種接頭的場(chǎng)合，則采用螺栓型接頭。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(zhǎng)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?yàn)樗鼪Q定了收發(fā)器的總延時(shí)，DeviceNet規(guī)范中要求的最大延時(shí)為40ns。DeviceNet是基于CAN的現(xiàn)場(chǎng)總線，從技術(shù)的角度上來說，其開發(fā)不困難。但由于其特殊性，在開發(fā)DeviceNet產(chǎn)品時(shí)要考慮以下幾方面：2．硬件設(shè)計(jì)（1）CAN/微處理器硬件（2）收發(fā)器的選擇（3）單片機(jī)系統(tǒng)6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟（1）CAN/微處理器硬件可以使用具有11bit標(biāo)識(shí)符的CAN芯片，而不能使用具有長(zhǎng)標(biāo)識(shí)符（29bit）的芯片。如將設(shè)備限制在組2從站設(shè)備時(shí)，使用基本的CAN芯片就可以實(shí)現(xiàn)。但帶內(nèi)置CAN芯片的微處理器將減少芯片的數(shù)量，但僅在微處理器能正好滿足設(shè)備要求時(shí)才被推薦使用。采用獨(dú)立的CAN芯片將給設(shè)計(jì)帶來靈活性。在復(fù)位、上電和斷電時(shí)特別注意CAN_H和CAN_L線的狀態(tài)。在此階段CAN芯片會(huì)漂移或跳轉(zhuǎn)到其他電平，因此會(huì)導(dǎo)致總線被驅(qū)動(dòng)為顯性。如采用上拉或下拉電阻的方式，則能保證CAN總線上的狀態(tài)為無害的。另外，不要將控制器上的不用的輸入端浮空。（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?yàn)樵谄溥B接上要掛64個(gè)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)。2．硬件設(shè)計(jì)6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟軟件設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)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(dòng)程序？軟件的速度對(duì)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(bào)文傳送）？是否支持分段？采用何種編譯器？（2）選擇設(shè)計(jì)或購(gòu)買策略在確定是自行設(shè)計(jì)或購(gòu)買策略時(shí)，可以作如下的考慮：自己是否掌握足夠的開發(fā)知識(shí)，如CAN和微處理器？是一次性設(shè)計(jì)產(chǎn)品還是將來要改進(jìn)的？?jī)H實(shí)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．軟件設(shè)計(jì)6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟軟件設(shè)計(jì)需滿足DeviceNet應(yīng)用層的要求。（3）設(shè)計(jì)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(gè)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(gòu)買。其價(jià)格和性能差別很大，一個(gè)典型的底層開發(fā)工具是羅克韋爾自動(dòng)化公司的從站開發(fā)工具(SlaveDevelopmentTools)和代碼例子，而VectorInformatikCANALYZER是一個(gè)最高層的開發(fā)工具。實(shí)際上，ODVA可以提供大量的有用信息，如果開發(fā)人員只想做CAN這一層的工作，有許多公司的產(chǎn)品可以幫助開發(fā)人員監(jiān)視CAN層。3．軟件設(shè)計(jì)6.9.1DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟DeviceNet使用設(shè)備描述來實(shí)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)備描述有兩種，即專家已達(dá)成一致意見的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型的設(shè)備描述和一般的或制造商自定義的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型的設(shè)備描述（又稱為擴(kuò)展的設(shè)備描述）。ODVA負(fù)責(zé)在技術(shù)規(guī)范中發(fā)布設(shè)備描述。每個(gè)制造商為其每個(gè)DeviceNet產(chǎn)品根據(jù)設(shè)備類型選定擴(kuò)展或定義設(shè)備描述，其內(nèi)容涉及設(shè)備遵循的設(shè)備行規(guī)。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5．決定配置數(shù)據(jù)源圖6-25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6-25DeviceNet通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備6.9.2設(shè)備描述的規(guī)劃設(shè)備描述包括：（1）設(shè)備對(duì)象模型定義——定義設(shè)備中存在的對(duì)象類、各類中的實(shí)例數(shù)、各個(gè)對(duì)象如何影響行為以及每個(gè)對(duì)象的接口。（2）設(shè)備I/O數(shù)據(jù)格式定義——包含組合對(duì)象的定義、組合對(duì)象中包含所需要的數(shù)據(jù)元件的地址（類、實(shí)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(duì)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。簡(jiǎn)單地說，這三部分分別規(guī)定了一個(gè)設(shè)備如何動(dòng)作、如何交換數(shù)據(jù)和如何進(jìn)行配置。如果所要的設(shè)備描述不在上述范圍之內(nèi)，新設(shè)備描述的建立過程為：首先由ODVA專家，主要是特別興趣小組定義新的設(shè)備類型，并將提案交于ODVA技術(shù)委員會(huì)審查。然后，通過ODVA討論，如需改進(jìn)，則要求開發(fā)商修改完善，然后批準(zhǔn)該設(shè)備描述。ODVA為新設(shè)備分配一個(gè)新的設(shè)備類型編碼，最后ODVA印刷并發(fā)行新的設(shè)備描述。6.9.3設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）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(chǔ)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(duì)象以及參數(shù)對(duì)象存根、EDS和參數(shù)對(duì)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（2）利用電子數(shù)據(jù)文檔支持配置（3）利用參數(shù)對(duì)象和參數(shù)對(duì)象存根支持配置（4）使用EDS和參數(shù)對(duì)象存根的配置（5）使用配置組合進(jìn)行配置1．設(shè)備配置概述6.9.3設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）EDS允許配置工具自動(dòng)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(gè)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6-26所示。2．EDS概述圖6-26標(biāo)準(zhǔn)的EDS通用模塊6.9.3設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）（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(duì)這些特性用戶可賦值的范圍。（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。（4）EDS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(duì)象地址。（5）EDS文件管理圖6-27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(tái)或文件系統(tǒng)。2．EDS概述6.9.3設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）2．EDS概述圖6-27電子數(shù)據(jù)文檔結(jié)構(gòu)圖第7章

工業(yè)以太網(wǎng)目前，工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展迅速，在過程控制、工業(yè)機(jī)器人、電力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域或行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其是由德國(guó)BECKHOFF自動(dòng)化公司于2003年提出的EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，在工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。本章重點(diǎn)講述了EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)，首先對(duì)EtherCAT進(jìn)行了概述，然后講述了EtherCAT物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層、EtherCAT應(yīng)用層和EtherCAT系統(tǒng)組成，并介紹了EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)在KUKA機(jī)器人中的應(yīng)用案例和EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器控制應(yīng)用協(xié)議。本章還講述了SERCOS、POWERLINK、EPA和PROFInet工業(yè)以太網(wǎng)。7.1EtherCATEtherCAT擴(kuò)展了IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了運(yùn)動(dòng)控制對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綄?shí)時(shí)要求。它充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，并通過“OnFly”模式提高了數(shù)據(jù)傳送的效率。主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各個(gè)從站，從站直接處理接收的報(bào)文，并從報(bào)文中提取或插入相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。其從站節(jié)點(diǎn)使用專用的控制芯片，主站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器。EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在全球多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如機(jī)器控制、測(cè)量設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、汽車和移動(dòng)設(shè)備以及無數(shù)的嵌入式系統(tǒng)中。EtherCAT作為國(guó)際工業(yè)以太網(wǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一，BECKHOFF自動(dòng)化公司大力推動(dòng)EtherCAT的發(fā)展，EtherCAT的研究和應(yīng)用越來越被重視。工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)床、注塑機(jī)、包裝機(jī)、機(jī)器人等高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，物流、高速數(shù)據(jù)采集等分布范圍廣控制要求高的場(chǎng)合。很多廠商如三洋、松下、庫(kù)卡等公司的伺服系統(tǒng)都具有EtherCAT總線接口。三洋公司應(yīng)用EtherCAT技術(shù)對(duì)三軸伺服系統(tǒng)進(jìn)行同步控制。在機(jī)器人控制領(lǐng)域，EtherCAT技術(shù)作為通信系統(tǒng)具有高實(shí)時(shí)性能的優(yōu)勢(shì)。2010年以來，庫(kù)卡一直采用EtherCAT技術(shù)作為庫(kù)卡機(jī)器人控制系統(tǒng)中的通信總線。7.1.1EtherCAT概述EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)的主要特點(diǎn)如下：⑴完全符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。⑵支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。⑶廣泛的適用性。⑷高效率、刷新周期短。⑸同步性能好。⑹無從屬子網(wǎng)。⑺擁有多種應(yīng)用層協(xié)議接口來支持多種工業(yè)設(shè)備行規(guī)?？焖僖蕴W(wǎng)全雙工通信技術(shù)構(gòu)成主從式的環(huán)型結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。7.1.1EtherCAT概述圖7-1快速以太網(wǎng)全雙工通信技術(shù)構(gòu)成主從式的環(huán)型結(jié)構(gòu)這個(gè)過程利用了以太網(wǎng)設(shè)備獨(dú)立處理雙向傳輸（TX和RX）的特點(diǎn)，并運(yùn)行在全雙工模式下，發(fā)出的報(bào)文又通過RX線返回到控制單元。EtherCAT采用了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，幾乎適用所有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是適用的，也就是說可以使用傳統(tǒng)的基于交換機(jī)的星形結(jié)構(gòu)，但是EtherCAT的布線方式更為靈活，由于其主從的結(jié)構(gòu)方式，無論多少節(jié)點(diǎn)都可以一條線串接起來，無論是菊花鏈型還是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可任意選配組合。7.1.2EtherCAT物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)EtherCAT數(shù)據(jù)是遵從IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，直接使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)格式傳輸，不過EtherCAT數(shù)據(jù)幀是使用以太網(wǎng)幀的保留字0x88A4。EtherCAT數(shù)據(jù)報(bào)文是由兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)頭和44~1498字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文可以由一個(gè)或者多個(gè)EtherCAT子報(bào)文組成，每一個(gè)子報(bào)文是映射到獨(dú)立的從站設(shè)備存儲(chǔ)空間。7.1.3EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層1.EtherCAT數(shù)據(jù)幀2.尋址方式EtherCAT的通信由主站發(fā)送EtherCAT數(shù)據(jù)幀讀寫從站設(shè)備的內(nèi)部的存儲(chǔ)區(qū)來實(shí)現(xiàn)，也就是從站存儲(chǔ)區(qū)中讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)。在通信的時(shí)候，主站首先根據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀頭中的MAC地址來尋址所在的網(wǎng)段，尋址到第一個(gè)從站后，網(wǎng)段內(nèi)的其他從站設(shè)備只需要依據(jù)EtherCAT子報(bào)文頭中的32地址去尋址。在一個(gè)網(wǎng)段里面，EtherCAT支持使用兩種方式：設(shè)備尋址和邏輯尋址。EtherCAT的通信方式分為周期性過程數(shù)據(jù)通信和非周期性郵箱數(shù)據(jù)通信。⑴周期性過程數(shù)據(jù)通信周期性過程數(shù)據(jù)通信主要用在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中實(shí)時(shí)性要求高的過程數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合。周期性過程數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要使用邏輯尋址，主站是使用邏輯尋址的方式完成從站的讀、寫或者讀寫操作。⑵非周期性郵箱數(shù)據(jù)通信非周期性過程數(shù)據(jù)通信主要用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合，在參數(shù)交換、配置從站的通信等操作時(shí)，可以使用非周期性郵箱數(shù)據(jù)通信，并且還可以雙向通信。在從站到從站通信時(shí)，主站是作為類似路由器功能來管理。7.1.3EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層3.通信模式4.存儲(chǔ)同步管理器SM存儲(chǔ)同步管理SM是ESC用來保證主站與本地應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交換的一致性和安全性的工具，其實(shí)現(xiàn)的機(jī)制是在數(shù)據(jù)狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)來通知對(duì)方。EtherCAT定義了兩種同步管理器（SM）運(yùn)行模式：緩存模式和郵箱模式。應(yīng)用層AL（ApplicationLayer）是EtherCAT協(xié)議最高的一個(gè)功能層，是直接面向控制任務(wù)的一層，它位控制程序訪問網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供手段，同時(shí)為控制程序提供服務(wù)。應(yīng)用層不包括控制程序，它只是定義了控制程序和網(wǎng)絡(luò)交互的接口，使符合此應(yīng)用層協(xié)議的各種應(yīng)用程序可以協(xié)同工作，EtherCAT協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖7-2所示。7.1.4EtherCAT應(yīng)用層圖7-2EtherCAT協(xié)議結(jié)構(gòu)EtherCAT應(yīng)用層區(qū)分主站與從站，主站與從站之間的通信關(guān)系是由主站開始的。從站之間的通信是由主站作為路由器來實(shí)現(xiàn)的。不支持兩個(gè)主站之間的通信，但是兩個(gè)具有主站功能的設(shè)備并且其中一個(gè)具有從站功能時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)通信。EtherCAT通信網(wǎng)絡(luò)僅由一個(gè)主站設(shè)備和至少一個(gè)從站設(shè)備組成。系統(tǒng)中的所有設(shè)備必須支持EtherCAT狀態(tài)機(jī)和過程數(shù)據(jù)（ProcessData）的傳輸。7.1.4EtherCAT應(yīng)用層1.通信模型2.從站⑴從站設(shè)備分類從站應(yīng)用層可分為不帶應(yīng)用層處理器的簡(jiǎn)單設(shè)備與帶應(yīng)用層處理器的復(fù)雜設(shè)備。⑵簡(jiǎn)單從站設(shè)備簡(jiǎn)單從站設(shè)備設(shè)置了一個(gè)過程數(shù)據(jù)布局，通過設(shè)備配置文件來描述。在本地應(yīng)用中，簡(jiǎn)單從站設(shè)備要支持無響應(yīng)的ESM應(yīng)用層管理服務(wù)。⑶復(fù)雜從站設(shè)備復(fù)雜從站設(shè)備支持EtherCAT郵箱、COE目標(biāo)字典、讀寫對(duì)象字典數(shù)據(jù)入口的加速SDO服務(wù)以及讀對(duì)象字典中已定義的對(duì)象和緊湊格式入口描述的SDO信息服務(wù)。為了過程數(shù)據(jù)的傳輸，復(fù)雜從站設(shè)備支持PDO映射對(duì)象和同步管理器PDO賦值對(duì)象。復(fù)雜從站設(shè)備要支持可配置過程數(shù)據(jù)，可通過寫PDO映射對(duì)象和同步管理器PDO賦值對(duì)象來配置。⑷應(yīng)用層管理應(yīng)用層管理包括EtherCAT狀態(tài)機(jī)，ESM描述了從站應(yīng)用的狀態(tài)及狀態(tài)變化。由應(yīng)用層控制器將從站應(yīng)用的狀態(tài)寫入AL狀態(tài)寄存器，主站通過寫AL控制寄存器進(jìn)行狀態(tài)請(qǐng)求。從邏輯上來說，ESM位于EtherCAT從站控制器與應(yīng)用之間。ESM定義了四種狀態(tài)：初始化狀態(tài)（Init）、預(yù)運(yùn)行狀態(tài)（Pre-Operational）、安全運(yùn)行狀態(tài)（Safe-Operational）、運(yùn)行狀態(tài)（Operational）。⑸EtherCAT郵箱每一個(gè)復(fù)雜從站設(shè)備都有EtherCAT郵箱。EtherCAT郵箱數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，可以從主站到從站，也可以從站到主站。支持雙向多協(xié)議的全雙工獨(dú)立通信。從站與從站通信通過主站進(jìn)行信息路由。7.1.4EtherCAT應(yīng)用層2.從站主站各種服務(wù)與從站進(jìn)行通信。在主站中為每個(gè)從站設(shè)置了從站處理機(jī)（SlaveHandler），用來控制從站的狀態(tài)機(jī)（ESM）；同時(shí)每個(gè)主站也設(shè)置了一個(gè)路由器，支持從站與從站之間的郵箱通信。主站支持從站處理機(jī)通過EtherCAT狀態(tài)服務(wù)來控制從站的狀態(tài)機(jī)，從站處理機(jī)是從站狀態(tài)機(jī)在主站中的映射。從站處理機(jī)通過發(fā)送SDO服務(wù)去改變從站狀態(tài)機(jī)狀態(tài)。路由器將客戶從站的郵箱服務(wù)請(qǐng)求路由到服務(wù)從站；同時(shí)，將服務(wù)從站的服務(wù)響應(yīng)路由到客戶從站。3.主站7.1.4EtherCAT應(yīng)用層4.EtherCAT設(shè)備行規(guī)EtherCAT設(shè)備行規(guī)包括以下幾種：⑴CANopenoverEtherCAT（CoE）CANopen最初是為基于CAN（ControlAeraNetwork）總線的系統(tǒng)所制定的應(yīng)用層協(xié)議。EtherCAT協(xié)議在應(yīng)用層支持CANopen協(xié)議，并作了相應(yīng)的擴(kuò)充，其主要功能有：使用郵箱通信訪問CANopen對(duì)象字典及其對(duì)象，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化；使用CANopen應(yīng)急對(duì)象和可選的事件驅(qū)動(dòng)PDO消息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理；使用對(duì)象字典映射過程數(shù)據(jù)，周期性傳輸指令數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。CoE協(xié)議完全遵從CANopen協(xié)議，其對(duì)象字典的定義也相同，針對(duì)EtherCAT通信擴(kuò)展了相關(guān)通信對(duì)象0x1C00~0x1C4F，用于設(shè)置存儲(chǔ)同步管理器的類型、通信參數(shù)和PDO數(shù)據(jù)分配。⑵ServoDriveoverEtherCAT（SoE）IEC61491是國(guó)際上第一個(gè)專門用于伺服驅(qū)動(dòng)器控制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其商業(yè)名稱為SERCOS（SerialReal-timeCommunicationSpecification）。EtherCAT協(xié)議的通信性能非常適合數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器的控制，應(yīng)用層使用SERCOS應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口。⑶EthernetoverEtherCAT（EoE）除了前面描述的主從站設(shè)備之間的通信尋址模式外，EtherCAT也支持IP標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，比如TCP/IP、UDP/IP和所有其他高層協(xié)議（HTTP和FTP等）。⑷FileAccessoverEtherCAT（FoE）該協(xié)議通過EtherCAT下載和上傳固定程序和其他文件，其使用類似TFTP（TrivialFileTransferProtocol，簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議）的協(xié)議，不需要TCP/IP的支持，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。7.1.5EtherCAT系統(tǒng)組成1.EtherCAT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)是主從站結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)段中可以有一個(gè)主站和一個(gè)或者多個(gè)從站組成。主站是網(wǎng)絡(luò)的控制中心，也是通信的發(fā)起者。一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段可以被簡(jiǎn)化為一個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)設(shè)備，從站可以直接處理接收的報(bào)文，并從報(bào)文中提取或者插入相關(guān)數(shù)據(jù)。然后將報(bào)文依次傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站，最后一個(gè)EtherCAT從站返回經(jīng)過完全處理的報(bào)文，依次地逆序傳遞回到第一個(gè)從站并且最后發(fā)送給控制單元。EtherCAT是一種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性。使用主從模式介質(zhì)訪問控制（MAC），主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給主從站，從站從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀。主站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口卡，從站使用專門的EtherCAT從站控制器ESC（EtherCATSlaveController），EtherCAT物理層使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層器件。從以太網(wǎng)的角度來看，一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段就是一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備，它接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802-3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。但是，這種以太網(wǎng)設(shè)備并不局限于一個(gè)以太網(wǎng)控制器及相應(yīng)的微處理器，