现场总线,第2章——设备层网络

1、现场总线技术及应用,第2章 DeviceNet网络的应用设计,设备层网络是一个底层网络，作用是在简单的工业设备（如传感器、执行器等）与高端控制器之间实现连接，从而消除昂贵的硬接线。 设备层网络是由美国Rockwell公司在CAN基础上推出的一种低成本的通信链接，OMRON公司的某些PLC支持这种网络。,2.1 DeviceNet网络,一、DeviceNet网络的结构及功能,DeviceNet网络结构示意图,DeviceNet（设备网）属于总线式串行通信网络； 数据的传输速率为 125K500kb/s，与通信距离成反比关系 ； 多主式结构或一主多从式结构，通信模式是生产者/消费者模型 使用的数据

2、帧格式为 11bit 标识符 ； 可以容纳多达 64 个节点地址 ； 直接通信距离最远为 500m，通信速率最高可达 500Kbps ； 通信介质为独立双绞总线，信号与电源承载于同一电缆 。,二、DeviceNet网络通信单元,像计算机连入互联网需要配置网卡一样，PLC组网时，每台PLC上都需要配置相应的通信单元，每一种网络都有自己专用的通信单元，如Ethernet单元、Controller Link单元、DeviceNet单元 ； 有多种机型支持相应的主站单元 ，如中型机系列C200H、CJ1系列、中大型机的CS1、CV系列等； 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连入DeviceN

3、et网络，成为网络的从站节点。,DeviceNet网络典型配置图,1、主站单元,CS1W-DRM21的面板结构图,状态指示灯MS、NS,七段数码管,七段数码管功能表,单元号的设置,CS1W-DRM21属于组合式PLC的一个专用I/O单元，所以必须设定 一个单元号来决定CPU单元区域中的哪些字被分配给该主站单元。,节点地址的设置,CS1W-DRM21主站单元的节点地址可以设置为063，在一个 DeviceNet网络中，所有主、从单元的节点地址不能相同，否则 DeviceNet网络不能进行正常的通信。,DIP开关,DIP开关各位设置含义,波特率设置含义,通信连接器,通信连接器用来连接各通信单元，以

4、及总线中的24V DC电源 ； DeviceNet网络连接时要使用专用电缆，分为粗缆和细缆两种。,接线柱颜色与信号类型关系,常见的DeviceNet网络主站单元,各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连入DeviceNet网络，成为网络的从站节点。,2、从站单元,I/O终端DRT1-ID/OD,传感器终端DRT1-D16S,远程适配器终端DRT1-ID16X/OD16X,模拟量I/O终端DRT1-AD/DA,温度输入终端DRT-TS04T/P,RS232接口单元,通信单元DRT1-COM,多I/O终端配置图,DeviceNet规范定义了一个网络通讯系统，以便在工业控制系统的各组成元件间传

5、送数据。 DeviceNet沿用了CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层；应用层规范则是由厂商自主开发。,2.2 DeviceNet协议规范,DeviceNet协议分层结构,物理层协议规范定义了DeviceNet的总线拓扑结构及网络元件，具体包括系统接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接地和电源分配。,一、 DeviceNet的物理层和物理媒体,拓扑结构是干线分支方式,线缆包括：粗缆（多用作干线）和细缆（多用于分支线）。 总线的线缆包括24V直流电源线和信号线两组双绞线以及 信号屏蔽线。,DeviceNet提供的数据通信速率为125Kbps, 250Kbps和 500Kbps。最大拓扑

6、距离为500米，每个网络端最多可达 64个节点。,DeviceNet网络拓扑结构,DeviceNet的数据链路层完全遵循CAN规范的定义； 分为逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC； 所承担的任务或功能主要包括： 数据链路的建立和拆除 ； 信息传输 ； 传输错误控制 ； 异常情况处理 。,二、 DeviceNet的数据链路层,提出一种独特的应用层协议，定义了传输数据的语法和语义； （1）DeviceNet网络的通信模型,三、 DeviceNet的应用层,现场总线通信模式,（2）DeviceNet网络的报文 显式报文(Explicit Message)和I/O报文(I/OMessage

7、)； 分别用于不同用途的数据传输。 a）显式报文(Explicit Message) 用于两个设备之间的信息交换，典型的请求响应通信方式； 用于节点的配置、故障情况报告和故障诊断，赋予较低的优先级。 b） I/O报文(I/O Message) 也称隐性报文，数据域中不包含任何协议信息，仅仅是实时的I/O 控制数据； 用于实时性要求较高和面向控制的数据，定时按周期发送， 使用优先级较高的连接标识符。,（3） DeviceNet中的报文分段协议 对于大于8个字节的显式报文和I/0报文的数据传输，DeviceNet 使用分段发送和分段整合，以实现数据传送的完整性,分段显式报文 数据区格式,分段I/O

8、报文 数据区格式,（4）DeviceNet中连接的概念 网络上的任意两个节点在开始通信之前必须事先建立连接； 这种连接是逻辑上的关系，并不是物理上实际存在的； 建立连接就是明确一个信息交换关系，明确信息源、目的地址、所使用的信息通道及识别这个信息的11bit标识符； 连接是单方向的，如果需要双向交换，要建立两个连接。,I/O连接：在一个生产应用及一个或多个消费应用之间提供了专用的、具有特殊用途的通讯路径。特定的应用I/O数据通过这些端口传输。,显式报文连接：在两个设备之间提供了一个通用的、多用途的通讯路径。这 些连接通常指信息传输连接。显式信息提供典型的面向请求/响应的网络通讯。,（5） De

9、viceNet数据通信方式,位选通方式下，利用8字节的广播报文，64个二进制位的值对应着网络上64个可能的节点，通过位的标识，指定要求响应的从设备。,轮询方式下，I/O报文直接依次发送到各个从设备(点对点)。,循环方式适用于一些模拟设备，可以根据设备信号发生的快慢，灵活设定循环进行通信的时间间隔，这样就可以大大降低对网络带宽的要求。,状态改变方式用于离散的设备，使用事件触发方式，当设备状态发生改变时才发生通信，而不是由主设备不断的查询来完成。,（6） 预定义的主/从连接组 预定义主/从连接组和仅限组2的从站，以降低从站的成本和简 化设备的配置 （7） DeviceNet的对象模型 预先定义好的

10、对象简化了不同厂商的不同设备间的数据交换。 MAC ID、对象类标识符、实例编号和属性编号 （8） DeviceNet设备描述 设备描述是从网络角度对设备内部结构的说明，凡是符合同一 设备描述的设备均具有同样的功能，生产或消费同样的I/O数据， 包含相同的可配置数据。,DeviceNet支持两种报文格式：显式报文(Explicit Message)和I/O报文(I/OMessage)，分别用于不同用途的数据传输； 对应的也有“远程I/O通信”和“报文通信”两种通信方法。,2.3 DeviceNet网络的应用设计通信方法,远程I/O通信能使得在从站单元和安装主站单元的PLC CPU之间能自动传送

11、I/O数据，而不需要编制特别的程序 ；,为了达到此功能，就需要在CPU单元的I/O存储区域中为每个从站单元分配地址 ，固定分配和用户设定。,报文通信即指安装主站单元的PLC在CPU单元里执行专用指令SEND、RECV、CMND和IOWR，可以向其他主站单元，从站单元，甚至其他公司的设备读写报文，控制他们的运行的一种通信方式。,（1）固定分配 采用自动分配地址的方法，从单元的节点号就决定了从单元在 主站PLC中所占的数据区域,CS1W-DRM21与 从站单元之间地址 自动分配关系,三块区域中选择哪一块或哪几块作为远程I/O通信的数据交换 区，是可以通过软件设定扫描表中的位来决定的。,从站I/O地

12、址区域选择方法,其中，n=CIO1500+25*单元号。,（2）用户设定分配 选用CS1系列PLC时（CS1W-DRM21作为主站单元），通过使用配置器，CS1可以设定4个区域，作为DeviceNet网络的数据区。 每个节点分配的每块区域最大字数不超过500个字，每个节点可以随意分配数据区，而与它的节点号无关。 与自动分配不同，人工分配时既可以为每个节点分配到大于一个字的数据区，也可以分配不到一个字的数据区。,例2-1：由CS1W-DRM21单元、DRT1-OD16、DRT1-ID08、 DRT1-ID08、DRT1-DA02从站单元共同组成主从式DeviceNet网 络，通过远程I/O通信的

13、方式实现单元之间的数据交互。,第1步：确定从站单元地址分配的方法。,第2步：固定分配的过程。,第3步：人工分配的过程。,第4步：远程I/O通信的意义。,该DeviceNet网络中只有1个主站单元（CS1W-DRM21为 DeviceNet网络主站单元，其余均为从站单元），所以 从站单元地址的分配可以采用固定分配（也称作默认 分配、自动分配），也可以采用人工分配（也称作用 户设定分配）。,采用自动分配地址的方法，从站单元的节点号就决定了 从单元在主站PLC中所占的数据区域，每个从站单元的 地址也就是固定的。本例中，各单元的节点地址依次 设定为04、00、01、02、03。,STEP1：将CPU单

14、元打到编程模式。,STEP2：将主站单元通信允许开关（word n，bit 06）置为ON。,STEP3：将扫描表清除位（word n，bit 01）置为ON，使扫描表为禁止模式。,STEP4：从三块区域中选择用于远程I/O通信的数据区,STEP5：将扫描表置为允许模式（word n，bit 00置为ON）。,采用人工方式为从站分配地址的灵活性较强，为每一个 节点分配的数据区位置、大小和节点号是没有关系的。 使用CX-Integerator软件完成以下内容就完成了人工分 配的过程。,STEP1：将CPU单元打到编程模式。,STEP2：将主站单元通信允许开关（word n，bit 06）置为ON。,从站节点地址（数据区）分配关系,每个节点可自由分配输入输出地址区域,同一节点不能在多个输出区域分配地址,不需要编制程序就可以在安装主站单元的PLC CPU和从 站单元之间自动传送I/O数据。为各从站单元分配地址， 其实就是为各从站单元在主站单元的PLC CPU存储区中 分配数据区。,从站单元将I/O数据定时按周期发送到为它分配好的数