（电力系统及其自动化专业论文）devicenet现场总线在阴极铜生产联动线机组中的应用.pdf

a b s t r a c t t h ea p p l i c a t l o no fd e v i c e n e tf i e l d b u si nt h e j o i n tg e n e r a t r i xu n i to nc a t h o d ec o p p e r s p r o d u c t i o n a b s t r a c t c o p p e rm e t a l l u r g i e a li n d u s t r yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm a t e r i a li n d u s t r i e so fa c o u n t r y i n t h er e c e n to v e rt e n y e a r s ，a l t h o u g ht h ec o p p e rm e t a l l u r g i c a li n d u s t r y s d e v e l o p m e n ti sv e r yq u i c ki nc h i n a , c o n s u m p t i v eq u a n t i t yo fc o p p e ri sa l s os h a r p l yg r o w i n g , a t p r e s e n td o m e s t i cc u p r e o u sp r o d u c t i v i t y i s 缸f r o mr e q u i s i t e q u a n t i t y u n d e rt h i s b a c k g r o u n d ，t h ep r o d u c t i v em e t h o dt h a tt h ej o i n tu n i to fc a t h o d ec o p p e r sp r o d u c t i o nm u s tb e u s e di nt h ec o p p e rm e t a l l u r g i c a lp r o d u c t i o n , c a ng u a r a n t e ea n dp r o m o t el a r g e s c a l e d e v e l o p m e n ta n de n h a n c e m e n to fc o p p e r st h r o u g h p u t , a n dg r a d u a l l yb p 圮d m e sc h i e f l y p r o d u c t i v em e t h o d a tt h es a m et i m e ，i th a sv i t a ls i g n i f i c a n c et oq u o t ea d v a n c e da u t o m a t i o n a n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nt h ec o p p e rm e t a l l u r g i c a lp r o d u c t i o n , f o re m a n c i p a t i n g p r o d u c t i v ef o r c e s ，p o s tr e f o r m i n ga n dp r o m o t i n gt e c h n i c a ll e v e l o fc o p p e rm e t a l l u r g i c a l e n t e r p r i s e w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r , c o n t r o la n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a tf u l ls p e e d ，t h a tt h ef i e l db u si sr e g a r d e da st h eg r o u n dc o n t r o ln e t w o r ko ft h ee n t e r p r i s e 。s i n f o r m a t i o ns y s t e mh a sa l r e a d yb e c o m ea l li m p o r t a n td e v e l o p i n gd i r e c t i o no ft h ec o n t r o l n e t w o r k t h i sa r t i c l e r e s u m p t i v e l ye x p o u n d ss o m ei n t e r r e l a t e dk n o w l e d g ea n dp r e s e n t l y d o m e s t i cd e v e l o p m e n tc o n d i t i o no nt h ef i e l d b u s ；i n t r o d u c e sp r o d u c t i v ep r o c e s si nt h ec o p p e r m e t a l l u r g j c a li n d u s t r y , a n ds o m ei n t e r r e l a t e ds i t u a t i o no ft h ej o i n tu n i tw h i c hi sd e s i g n e d a c c o r d i n ga st h ep r o d u c t i v ec r a f tt h a tc a t h o d ec o p p e ri sp r o d u c e db yc o n v e n t i o n a le l e c t r o l y t i c m e t h o d ；t h o r o u g h l ya n a l y z e st h eb a s i cc o n t e n ta n dn e t w o r kc h a r a c t e r i s t i co ft h ed e v i c e n e t f i e l d b u s ；a f t e rp o i n t i n go u tt h er e s e a r c hk e yp o i n ti nt h ea r t i c l ei st h ej o i n tu n i to ns t a r t i n g s h e e t st ob ep r o c e s s e d ，t h r o t l g hc o n t r a s t i n gt w ok i n d so fd e s i g np r o p o s a l s ，t h eo p t i m a lc o n t r o l s y s t e mp l a nt h a t t h ed e v i c e n e tn e t w o r ka n dp l ca r ei n t e g r a t e di ss e l e c t e d ，a n dc o n c r e t e l y d i s c u s s e sh a r d w a r e 、s o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo ft h ec o n t r o ls y s t e m a t o n et i m e ，a f t e rl u c u b r a t i n gt h em e c h a n i c a lm o v e m e n t sf l o wo ft h r e ep a r t st h a ta r ew a l k i n g p l a t f o r m 、s l i n g i n ge a r sa n dr i v e t i n ge a r so ft h ej o i n tu n i t ，f o ra c h i e v i n ge l e c t r i c a lc o n t r o l r e q u e s ta n dr e a l i z i n gt h e i rf u l l a u t o m a t i cm o v e m e n t i l la l l u s i o nt ot h em o v e m e n to ft h e w a l k i n gp l a t f o r mt h a ti sac o r ep a r ti nt h et h r e ep a r t s ，t h ep l cp r o c e d u r ei sp r o g r a m m e d ； f i n a l l yp o i n t so u t t h ed e s i g n p h i l o s o p h y o ft h es h o w i n gp r o c e d u r eo ft o u c h e ds c r e e n ， i n d i c a t e st h es h o w i n gp i c t u r e s c o m p o s i n ga n dc o n c r e t e l yd i s c u s s e st h ei m p l e m e n t a t i o n p r o c e d u r eo ft h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h et o u c h e ds c r e e na n dp l c t h e r ea r ec e r t a i nu s e sf o rr e f e f e n c et oc o r r e l a t i v ep r o j e c t so ns o m eq u e s t i o n s ，s u c ha s l l 垒! ! ! ! 型 d e s i g np r o p o s a l so ft h ec o n t r o ls y s t e mt o b ec o n t r a s t e da n dd e m o n s t r a t e d ，h a r d w a r ea n d s o f t w a r ed e s i g no ft h ec o n t r o ls y s t e m ，t h ea u t o m a t i cm o n i t o r i n ga n di n f o r m a t i o nn e t w o r ko f t h es c e n ea n dw o r k s h o pl e v e lt ob ei n t e g r a t e da n ds oo n ，a r es t u d i e di nt h et h e s i s ，t h e r e f o r e ， t h ep a p e rh a st h es u i t a b l er e f e r e n c ev a l u et ot h ep e r t i n e n tp r o j e c ta p p l i c a t i o n k e yw o r d ：t h ej o i n tu n i to nc a t h o d ec o p p e r sp r o d u c t i o n ，f i e l d b u s ，d e v i c e n e t ，p l c i i i 圭垩笪兰望塑 儿c d c s f c s f f 伽 朋w p m a c l l c c l d 主要符号说明 p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ： d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ； f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ； f c l u n d a t i o nf i e i d b u s ： c o n t r o l l e r 爿r e an e t w o r k ： m i s v e i r i n gp r o t e c t i o n ： m e d i u m a c c e s sc o n t r o l s u b l a y e r ： l o g i c a ll i n kc o n t r o ls u b l a y e r ： c o n n e c t i o ni d e n t i t y ： c s m a n b a c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s sw i t hn o n - d e s t r u c t i v eb i t w i s e a r b i t r a t i o n ： c s m a c d c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s s c o l l i s i o nd e t e c t i o n 。 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华 东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 本人签名j 鑫扯日期_ 二翌业3 关于论文使用授权的说明 本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。 本人签名 导师签名 i 扯日期衅 华东交通大学 硕士学位论文任务书 研究生姓名余剑学号 2 0 0 4 0 3 9 0 0 6 0 10 7 学院( 系)电气与电子工程学院 专业电力系统及其自动化 专业方向现场总线技术的研究及应用 论文题目d e v i c e n e t 现场总线在阴极铜生产联动线机组中的应用 要求完成时间2 0 0 7 年4 月1 0 日 南昌耐林自动化有限公司： = 3 b i t 数据帧由7 个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、c r c 场、应 1 8 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 答场和帧结束。 ( 1 ) 帧起始标志着数据帧和远程帧的起始，它仅由1 位显性位构成，只有在总线空 闲时，才允许站丌始发送，所有站都必须同步于首先丌始发送的那个站的帧起始位的前 沿。 ( 2 ) 仲裁场由标识符和远程发送请求位r t r 组成，在c a n 标准帧中标识符的长度 为1 1 位，这些位以从高位到低位的顺序发送，其中最高的7 位不能全为隐性位f 所以标 准c a n 的报文数为2 11 2 4 = 2 0 3 2 种) 。r t r 位在数据帧中必须是显性位，而在远程帧中 必须是隐性位。 ( 3 ) 控制场由6 位的控制区组成，在标准格式里控制场包括数据的长度代码、i d e 位( 标识符扩展位) 及保留位，数据长度代码指示了数据场中的字节数，在标准c a n 帧中， i d e 位为显性电平，而在c a n 扩展帧里为隐性电平。 ( 4 ) 数据场由数据帧里发送数据组成可以为o s 字节，每个字节包含8 位，发送 时首先发送最高有效位m s b ( m o s ts i g n i f i c a n tb i t ) 。 ( 5 ) 循环冗余码c r c 场包括1 5 位c r c 序列与l 位c r c 分界符，c r c 序列由循环 冗余码求得的帧检查序列组成，循环冗余校验最适合于位数小于1 2 7 的帧，可以通过查 表或对帧起始、仲裁场、控制场、数据场在内的无填充的位流进行循环冗余计算得出。 c r c 界定符由一个单独的隐性位组成。 ( 6 ) 应答场包括1 位a c k 位与1 位a c k 界定符。在应答场中，发送器送出两个隐 性位，总线上任何一个正确接收到有效报文的接收器在应答i b j 隙( 发送器发送a c k 位) ， 向总线发送一个显性位。应答界定符在应答场的第二位，并且必须是一个隐性位。 ( 7 ) 帧结束每个数据帧和远程帧均由7 位隐性位组成的帧结束标志序列界定。 c a n 要求每一帧的发送由帧起始开始按位场的顺序逐个发送，在个位场内首先 应该发送最高位。 3 2 4 非破坏性逐位仲裁机镧 1 非破坏性逐位仲裁机制 c a n 总线采用了先进的非破坏性逐位仲裁机匍j ( c s m a n b a ) 解决潜在的总线冲突， 使线路的使用率达到1 0 0 ，丽以以太网为代表的通信协议则采用了冲突检测机制 c s m a c d ，发生冲突时，每个发送节点必须回退并重新发送数据，会导致丢失数据或 浪费带宽。 c a n 节点的发送过程可以被网络上其他所有节点监听并应答，在总线空闲时任何 节点都可以尝试发送，提供了网络固有的点对点的通信能力。如果一个节点正在发送， 其他节点必须要等这一节点的发送完成后才可以开始发送信号。如果有两个或两个以上 的节点同时开始发送时，冲突将通过仲裁区的非破坏性逐位仲裁算法得以解决，非破坏 性逐位仲裁算法确保了报文不会丢失。 c a n 规范定义了两种总线状态：“显性”( d o m i n a n t ，逻辑o ) 和“隐性”( r e c e s s i v e ， 1 9 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 逻辑1 ) ，一个显性位和一个隐性位同时发送的结果在总线上将呈现显性。在仲裁区传送 期问，每个发送器在发送的同时都监视总线上的当前电平，并与它已经发送的位电平进 行比较，如果值相等那么这个节点可以继续发送，如果发送了一个隐性位1 ，而在总线 上监视到一个显性位0 ，那么此发送节点将失去仲裁权，立刻停止发送下一位数据，在 任意时刻只有一个节点赢得仲裁并继续这一帧的发送，失去仲裁权的节点可以在当前发 送完成后再次尝试发送数据。因此同时发送的多个节点中，具有最低值标识符的节点将 获得仲裁优先权【2 5 】。 2 典型的总线仲裁过程 以下分析一个典型的总线仲裁过程： 节点1 发送数据 节点2 发送数据 总线上可见的数据 匝竺! 五i ! i 巨三工碉 可以看到，当节点1 与节点2 同时开始发送报文时，通过对它们的1 1 位标识符的 检测，在发送第8 位标识符时，节点1 与节点2 发送的电平值不相同，而根据0 为显性 位的规约，节点1 获得总线仲裁权，因而继续发送报文，而节点2 失去总线仲裁权，退 出发送，从而完成了一次总线冲突的仲裁过程。但是从该仲裁过程中可以看到，节点2 在仲裁失败后中止了当前的发送，可是作为接收器仍然发送a c k 应答位。 标识符值低的报文具有较高的优先权，所以c a n 总线协议通过对标识符的分配可 以使重要的数据得到优先发送的权力。由于c a n 可靠的无损逐位仲裁机制，线路的利 用效率高，即使在低传送速率的情况下仍然能保证高速应答1 2 6 - 3 1 l 。 3 3 d o v i c e n e t 总线技术 d e v i c e n e t 是基于c a n 总线的一种开放式现场总线技术，是美国r o c k w e l l 公司于 1 9 9 4 年提出的一种低成本的总线结构的设备级网络，特别适用于工厂自动化领域。 3 3 1 d o v i c e n e t 的i s 0 层次 d e v i c e n e ! t 沿用了c a n 总线协议标准定义的符合i s o o s i 七层参考模型中的物理层 和数据链路层，并在此基础上增a n y 高层次的应用层协议，d e v i c e n e t 的i s o 层次见图 第二章d e v i c e n e t 总线技术分忻 3 1 。c a n 定义了数据传输的句法和格式，而d e v i c e n e t 的应用层则定义了传输数据的 语法和语义。d e v i c e n e t 现场总线技术结合了c a n 总线的优点，同时也满足了更为复杂 的应用要求。 应用 层 逻辑链路控制( l i z ) 媒体访问控制( i c ) 物理层信号( p l s ) 蜈体访问革元( n u ) 传输介质 1 ld e v - i c e h e t i 协议 j kc i l 协议 j 1 1 ) e ，r i c e r e t i 协议 j 图3 - 1d e v i e e n e t 的i s o 层次 f i g 3 - 1 t h ei s ol e v e l so f d e v i c e n e t 针对d e v i c e n e t 对传输介质的独特定义方式，增加了所谓的i s o 介质层。d e v i c e n e t 的传输介质主要有两种电缆形式，环绕屏蔽和扁平屏蔽。重型电缆适合长距离干线和需 要坚固干线或支线的情况，细电缆可提供方便的干线和支线的布线。 i s o 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 的作用是在物理传输媒体上传输各种数据的比特流，而 不管数据的类型和结构如何，也不能进行任何的差错控制。d e v i c e n e t 物理层包括总线 驱动器接收器和其它用于连接节点到传输介质的电路，即o s i 模型中称为物理介质访 问；还包括与传输介质的电气及机械接口的定义，即o s i 模型中称为介质从属的接1 ：3 ； 以及误接线保护电路m w p 、光电隔离器( 可选) 、电压调节器等。带有光电隔离的物理 层的结构见图3 2 。 j飞，“l_j_t 层 层 层 层 射 靓 机 驯 用 据 理 ， 一 嘞 晰 第二章d e v i c e n e ! 总线技术分析 灞栩屡 住号拽 电潭鲼 图3 2 带有光电隔离的d e v i c e n e t 节点物理层 f i g 3 2 t h ep h y s i c a ll e v e lo f d e v i c e n e tn o d ew i t hb o l a m dp h o t o e l e c t r i c i t y i s o 数据链路层最重要的作用就是通过一系列数据链路层协议，在不可靠的物理链 路上实现可靠的数据传输。d e v i c e n e t 协议像普通的局域网一样将数据链路层分为两个 子层，即媒体访问控制子层m a c 和逻辑链路控制子层l l c 。 其中媒体访问控制子层m a c 采用了c a n 定义的数据链路层的内容，其专门解决 广播网中信道分配的问题，即如何将单一的信道分配给各个用户，这是点点网络中没 有的，具体内容包括控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、错误的标定、故障的界定， 例如使用了c a n 总线的非破坏性逐位仲裁机制c s m a n b a ，总线上什么时候开始发送 新的报文及什么时候开始接收报文，均在m a c 子层中确定。 而逻辑链路控制子层l l c 则由d e v i c e n e t 定义的，它完成通常意义下的数据链路层 的功能，确定l l c 子层接收的报文中哪些报文实际上被验收，并为恢复管理和过载通 知提供手段。 d e v i c e n e t 的应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ) 1 直接为用户提供各种应用服务，包含各种 应用程序【3 2 3 6 1 。 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 3 3 2 阽v i c , e n e t 现场总线的技术特点 d e v i c e n e t 现场总线是一种低成本的通信连接，它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互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和 时白】，d e v i e e n e t 的直接互连不仅改善了设备问的通信，而且提供了相当重要的设备级 诊断功能，而这是通过硬接线i o 接口很难实现的。其具有如下突出的特点： ( 1 ) 一个d e v i c e n e t 网络最多可支持6 4 个节点，理论上每个节点可以支持无限多个 i o 端口； ( 2 ) 线性( 主干线分支线) 的网络结构，使用包含二对双绞线的，将衰减、延迟等因 素都考虑在内的专用的屏蔽电缆( 分别连接信号和电源) ，可使用干线电缆、支线电缆； ( 3 ) 三种可选的数据传输波特率为1 2 5 k b p s ，2 5 0 k b p s 及5 0 0 k b p s ，波特率对应5 0 0 1 0 0 米允许干线长度； ( 4 ) 使用便利的密封式或开放式的连接器： ( 5 ) 点对点，多主或主，从通信； ( 6 ) d e v i e e n e t 提供即插即用功能，可带电更换网络节点，在线修改网络配置。 ( 7 ) 采用c a n 物理层和数据链路层规约，使用c a n 规约芯片，得到国际上主要芯 片制造商的支持： ( 8 ) 支持位选通、轮询、循环、状态变化和应用触发数据传送方式； ( 9 ) 是一种低成本、高可靠性的数据网络； ( 1 0 ) 既适用于连接低端工业设备，又能连接像变频器、人机终端这样的智能设备； ( 1 1 ) 采用无损逐位仲裁机南t ( c s m a n b a ) 实现按优先级发送信息： ( 1 2 ) 具有通信错误分级检测机制，通信故障自动判别和恢复功能； 0 3 ) 电源结构的可调整性，以满足各类应用的需要以及大电流容量( 每个电源最大 容量可达到1 6 a ) ； ( 1 4 ) 实现多电源的冗余供电，同时支持网络供电或自供电设备，电源分接头可以加 在网络中的任何节点； ( 1 5 ) 得到众多制造商的支持，如：r o c k w e l l 、o m r o n 、h i t a c h i 、c u t t e r h a m m e r 、 t u r c k 等。d e v i c e n e t 制造商协会拥有的3 0 0 多个全球会员遍布世界各地。 通过d e v i c e n e t ，高端设备控制器可以传送与低端设备相关联的面向控制的信息， 也可以传送与被控系统间接关联的其他信息，例如配置参数”m 】。 3 3 3d e v i e a 州e t 的网络拓扑结构 d e v i c e n e t 介质具有线性总线拓扑结构，每个干线的末端都需要终端电阻，以减少 信号衰减，建立节点间的稳定通信。每条支线最长为6 m ，允许连接1 个或多个节点， d e v i c e n e t 网络支持高度自由的各种接线形态( 节点分支、多节点分支、菊花链、树形分 支等) ，连接形式灵活，d e v i c e n e t 只允许在支线上有分支结构。d e v i c e n e t 的网络拓扑 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 结构见图3 3 。 图3 3d e v i c e n e t 的网络拓扑结构 f i g 3 3 t h en e t w o r kt o p o l o g yc o n f i g u r a t i o no f d e v i c e n e ! t 网络干线的长度由数据传输速率和所使用的电缆类型决定，当使用电缆类型为粗缆 时，1 2 5 5 0 0 k b p s 的传输波特率对应5 0 0 1 0 0 米最长干线长度，电缆系统中任两点问 的电缆距离不允许超过波特率允许的最大电缆距离。d e v c i e n e t 允许在干线系统中混合 使用不同类型的电缆。支线长度是指从干线端子到支线上节点的各个收发器之间的最大 距离，网络允许的支线的总长度取决于数据的传送速率，1 2 5 k b p s 、2 5 0 k b p s 和5 0 0 k b p s 的传输波特率分别对应的最大支线总长度为1 5 6 米、7 8 米和3 9 米，最长支线均为6 米。 网络上的设备可以直接由总线供电，并通过同一根电缆进行相互通信，在不切断网 络供电的情况下，可直接将节点接入网络，或从网络中移走。电源分接头可加在网络中 的任何一点，可以实现多电源的冗余供电，干线的额定电流为8 安培，当采用光隔离设 计时允许外部供电的设备分享同一总线电缆，而其他基于c a n 的网络只允许整个网络 由一个电源供电。 d e v i e e n e t 要求在每个干线的末端安装终端电阻，要求为1 2 1 欧姆的电i 瑁( 1 4 瓦、 1 金属膜) 。且终端电阻只能安装在干线的两端，不能安装在支线的末端，否则容易使 网络由于错误布线( 阻抗太高或太低) 而导致网络故障【4 3 m 】。 3 3 4 信息格式 1 d e v i e e n e t 的两种信息格式 d e v i e e n e t 定义了基于连接的方案以实现所有的应用通信，d e v i e e n e t 连接在多端点 之间提供了一个通信路径，连接的端点则为需要共享数据的应用程序，当连接建立以后， 与一个特定连接相关联的传输被赋予一个标识值，即连接标识c i d 。d e v i e e n e t 的连接 标识采用c a n 协议中的标准标识符定义，并根据数据类型将信息分为i o 信息与显式 信息两种信息格式。 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 i o 报文适用于实时性要求较高的i o 端子的信号输出，i o 报文的数据区不包含任 何与协议有关的位，只有当i o 报文为分段的报文片段时，数据区中才有一个字节为报 文分割协议使用。显式报文适用于两个设备问多用途的点对点报文传递，是典型的请求 响应通讯方式，常用于节点的配置、问题诊断等过程中，显式信息的含义及用途在c a n 数据区中确定，其中包括要执行的服务和相关对象的属性及地址。 2 d e v i c e n e t 信息组分类 d e v i c e n e t 上的1 1 位c a n 标识符包含信息i d ( m e s s a g ei d ) 、源目的媒体访问控 制标识符( s o u r c e d e s t i n a t i o nm a ci d ) 两个部分。6 位的源目的m a ci d 是分配给网络上 每个d e v i c e n e t 节点的唯一的标识符( 十进制数值0 - 6 3 ) 。根据传送的报文的性质和预先 定义的优先级别，d e v i c e n e t 将报文分为4 组，每组对应的标识符及其含义见表3 1 ，其 中l l 位标识符值越小则其代表的信息的优先级别越高。 表3 - 1d e v i c e n e t 信息组分配 标识位i d 范围 标识用途 1 098765432l0 ( 十六进制) 0组1 信息标识源m a c i d0 c 0 一3 f f组1 信息 lom a c i d 组2 信息标识 4 0 0 _ 一5 f f 组2 信息 1 1 组3 信息标识源m a c i d6 0 0 7 b f组3 信息 1ll1l 组4 信息标识( 俨- 2 f 7 c 0 7 e f 组4 信息 l l ll l ll xxxx 7 f o _ 一7 f f无效标识 ( 1 ) 信息组1 通常用于传送实时性要求比较高的i o 报文。组1 的连接标识符中有4 位信息标识，提供1 6 种不同的信息类型，d e v i c e n e t 并不预定义该组的信息i d 的作用， 网络上的设备可根据需要自行定义每个标识符所代表的含义，总线访问的优先权均匀地 分配给网络上的所有设备。当两个或多个组l 信息进行总线访问仲裁时，小数字的组l 信息i d 值的信息将赢得仲裁，并获得总线访问权；如果两个或多个信息i d 值相等的组 】信息进行总线仲裁时，m a ci d 值较低的设备的发送将赢得总线仲裁，并获得总线访 问权。 ( 2 ) 信息组2 用于在主从连接通信中传送预定义非连接报文。在组2 连接标识符中， m a ci d 可以是发送节点的m a ci d ( 源m a ci d ) ，也可以是接收节点的m a ci d ( 目的 m a c i d ) ，在通过组2 建立连接时，端点将确定是源m a c i d 还是目的m a c i d 。组2 连接标识中有3 位信息标识，提供8 种不同的信息类型，其中信息i d 值为6 和7 的作 用由d e v i c e n e t 保留使用( 专门为分配预定义连接管理和重复m a ci d 检测使用) 。在组2 传输中，总线访问优先权是根据连接标识符的m a ci d 部分的m a ci d 的值来决定的， 当两个或多个组2 信息进行总线访问仲裁时，其m a ci d 值较小的信息将赢得总线仲裁， 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 并获得总线访问权；如果两个或多个m a ci d 值相同的设备试图发送一个组2 信息，则 信息i d 值最小的发送节点将赢得总线仲裁，并获得总线访问权。 ( 3 ) 信息组3 用于传送非连接的设备配置及在线参数修改的显式报文，负责动态建 立显式信息连接及其传输。由于该组信息通常是处理未建立连接的设备自j 的通信，因此 对设备的硬件设施有较高的要求，设备要将非连接显式请求及响应信息c a n 标识符从 所有可能的源m a ci d 中筛选出来，即要求具有非连接的信息管理功能u c m m 。非连 接信息管理u c m m 负责处理非连接显式请求和响应信息。在组3 传输中，总线访问优 先权均衡地分配给网络中的所有节点，当两个或多个组3 信息接受c a n 总线访问仲裁 时，组3 信息i d 值较小的信息将赢得总线仲裁，并获得总线访问权：如果两个或多个 信息i d 值相等的组3 信息进行总线仲裁时，m a ci d 值较低的设备的发送将赢得总线 仲裁，并获得总线访问权。 ( 4 ) 信息组4 用于传送离线连接报文信息。该组连接标识符中不包含m a ci d ，仅 由6 位的信息标识决定，提供4 8 种不同的信息类型，其中o 2 b 为d e v i c e n e t 保留的 信息标识，未保留的信息标识2 c 2 f 用于系统管理，如果网络上的节点由于出现通信 故障或进入离线状态，则可以通过组4 的信息对话使用某种操作恢复该节点的通信。其 中信息标识2 c 用于通信故障时的响应信息，信息标识2 d 用于通信故障时的请求信息， 信息标识2 e 用于离线时的所有权响应信息，信息标识2 f 用于离线时的所有权请求信息 4 5 , s 1 。 3 3 5 对象模型 1 d e v i c e n e t 的对象模型定义 d e v i c e n e t 采用对象模型( o b j e c tm o d e l ) 的方式描述产品的外部特征及d e v i c e n e t 产 品中存取及交换信息的通用方式。每个d e v i c e n e t 节点可以用对象的集合建立模型，对 象提供了产品内一个特定组件的抽象表示，对象模型表示了如何确立及管理设备的特性 和通信关系。 对象是产品中的一个特定成分的抽象表示；类是指表现出相同类型的系统成分的对 象的集合，类是一个对象的概括，某类内的所有对象在形式及行为上是相同的，但可能 具有不同的属性值；对象实例是指在分类中某一特定对象的具体表示。例如，江西是省 分类对象中的一个实例。一个分类的每个实例不但有一组相同的属性，也有自身的一组 特定的属性值，在一个d e v i c e n e t 节点的一个特定分类中，可以存在多种对象实例。 d e v i c e n e t 协议按照功能的不同分为多个对象模块，每个模块具有属性a t t r i b u t e ( 数 据) 、服务功能s e r v i c e ( 方法与步骤) 以及行为b e h a v i o r 。对象就是相关服务和属性的集合； 属性是用数值表示的、可以变化的对象特性，通常属性提供状态信息或管理对象的操作， 属性相关值可能、也可能不影响对象的行为；服务是由对象执行的程序，是对象执行某 一处理时的触发器：对象行为是指对象对于特定事件( e v e n t ) 进行何种动作。 2 典型d e v i c e n e t 节点的对象模型 第一章d e v i c e n e ! 总线技术分析 对象模型为管理和实现d e v i c e n e t 产品组件的属性、服务和行为提供了一个模板。 典型的d e v i c e n e t 节点的对象模型见图3 _ 4 。 图3 - 4 典型d e v i c e n e t 网络节点的对象模型 f i g 3 - 4 t h eo b j e c tm o d e lo f t y p i c a ld e v i c e n e tn e t w o r kn o d e 其中连接对象分配和管理与i o 及显式信息通信连接有关的内部资源，由连接类生 成的特定的实例称为连接实例或连接对象，并通过显式信息实现访问连接类的外部可视 接口。 d e v i c e n e t 对象提供网络的组态及节点的状态，包括d e v i c e n e t 端口物理连接的配 置和状态信息，用于管理和提供运行时的信息交换。d e v i c e n e t 对象的两个主要参数是 m a c i d ( 媒体访问控制标识符) 和波特率。 信息路由器对象提供一个信息传输连接点，将显式信息传送给其它对象，客户机可 以通过该点向该物理设备中任何对象类或实例进行服务寻址，即标识对象存在到每个对 象及其实例的通信接口。 标识对象提供设备的标识和一般信息，包括供应商d 、设备类划、产品代码、版 本和序列号等设备固有的信息。所有d e v i c e n e t 产品都有一个标识对象实例。 参数对象为配置工具访问所有参数提供标准的方法。在带有可配置参数的设备中可 用该对象为每个可配胃参数引入一个实例。 组合对象组合多个对象的属性，通过单个连接实现多个属性数据的交换。组合对象 可用于组合输入数据或输出数据，这里的“输入”和“输出”是相对于网络的角度来定 义的，输入是向网络生产数据，输出是消费来自网络的数据。 应用对象是针对设备完成具体功能的对象，提供应用特定的行为和数据，定义设备 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 的操作。 3 4d e vio e n e t 网络的通信模式 d e v i c e n e t 定义了基于连接的方案以实现所有应用的通信。d e v i c e n e t 连接在多端点 之间提供了一个通信路径，连接的端点则为需要共享数据的应用程序。连接对象模拟了 一个特定的应用应用之间关系的通信特性。在一个d e v i c e n e t 总线上可以同时传送显式 报文和f o 报文，满足了不同生产设备的要求，同时可以根据实际需要在线修改生产设 备的配置参数，这使d e v i c e n e t 系统具有很大的灵活性。 d e v i c e n e t 是基于连接的通信规约，m d 信息连接在显式信息连接的基础上，可以通 过设置改为i o 信息连接。这种设置可以通过在线动态修改的，也可以是预先建立的， 在线修改配置增强系统灵活性的同时也增加了其复杂性，同时需要设备具备灵活配置和 修改的能力。在线动态修改是通过d e v i c e n c t 连接信息组3 的报文完成，而预先建立是 通过连接信息组2 的预定义主从连接组完成。 3 4 1 显示信息连接 显式信息连接是在两个设备之间提供通用的、多用途的通信路径，这些连接通常指 信息传输连接。显式信息连接提供典型的面向请求响应的网络通信，常用于节点的配置、 问题的诊断等过程中。显式信息是通过显式信息连接进行交换的，显式信息被用作一特 定任务的执行命令并上报任务执行结果。显式信息的含义及用途在显式报文数据帧的数 据区中确定，包括要执行的服务和相关对象的属性及地址等信息。 对于长度大于8 个字节的报文也可以采用d e v i c e n e t 协议中的分段服务，显式信息 数据区的格式如下所示： 字 昔 位 移 内 窑 tb 5 4 3 2l0 0 f r a gi 邛 i i ci d 1 信息体 t 信息头 其中，信息头占据c a n 数据区的第0 号字节，其最高位f r a g 是分段位，指示该传 输的信息是否为显式信息的一个分段，当值为1 时代表传输的显式信息为分段信息，为 0 时为不分段的普通信息。第6 位x i d 是事务处理d ，该区中的内容由应用程序用以 匹配响应和相关请求信息。第0 5 位是m a ci d ，包含源或目的m a ci d ，此处的m a c 第二章d e v i c e n e t 总线技术分析 i d 与连接i d 中的m a ci d 互补，如果连接i d 中的m a ci d 是源m a ci d ，则信息头 中的m a ci d 为目的m a ci d ，若连接i d 中的m a ci d 是目的m a ci d ，则信息头中 的m a ci d 为源m a ci d ，这样通过检查连接i d 和信息头中的m a ci d 可以在使用相同 的连接i d 表示不同的显式信息连接，从而实现点对多点问不同设备的通信。 如果传输的信息是分段显式信息，则数据区的第l 号字节中的内容为分段协议，而 第2 7 号字节中的内容为分段信息体。 3 4 2i o 信息连接 1 加信息连接格式 i o 连接是在一个生产应用及一个或多个消费应用之间提供专用的、具有特殊用途 的通信路径，特定应用的f o 数据通过这些端1 2 1 传输。i o 信息通过