DEVICENET.ppt

1、DeviceNet 面向开发人员的讲座January 10-11,2001 上海,目 录,DeviceNet简介 CAN和DeviceNet H/W设计及媒介 Object model（对象模型） UCMM和连接 Master/Slave Connection Set Device Profile（设备描述） Conformance Test（符合性测试） Tips,DeviceNet 简介,DeviceNet的特长,开放的规格 ：具备完全开放化的规格。（ODVA的管理） 丰富的器件 ：由633家供应商参加的多供应商总线。（至00年9月为止） 连接的节点数：64个节点（能广泛地应用于FA的各种

2、应用实例中） 分支的多样性：允许T分支、支线分支等 可靠性 ：采用CAN芯片（在耐噪音方面有在现场实际使用的实例） 成本对应力 ：采用CAN芯片（芯片的供货稳定） 维护性 ：对所连接机器的ID管理以及对设备描述的设定 信息通信 ：可实现数10字节/节点的数据通信 将来前景 ：可以涵盖到将来需求的规格、功能（多任务）,可以在不断开主干线的情况下拆装节点 可以在支线下允许菊花链、树形分支的结构 最大64个节点 主干线/分支线的结构,拓扑结构,CSMA/NBA和CSMA/CD,互换性替换性,通过设备描述，实现了I/O连接以上的机器之间的互换性替换性。 例如在I/O连接中，光电开关的输入与限位开关的输

3、入有时候可能是相同的电气信号，所以从PLC一侧很难发现接线的错误。 在DeviceNet中光电开关带有作为光电开关的描述，因此可以在网络上明确地与限位开关区分开来。 在DeviceNet中，不仅仅能对该机器类型所支持的信息进行核对，而且还能对该机器通过远程方式支持的信息进行核对。（生产厂家名称、型号、序列号、设定用参数的种类等等）,Explicit Message,可以对机器进行各种动作指示的信息。 能知晓机器状态的信息。,I/O信息的种类,信息 Poll（轮询） Bit Strobe（选通） Change of State/Cyclic（状态改变/循环） （可以选择最佳的通信方式）,应用实例

4、（1）,应用实例（2）,Predefined Master/Slave Connection Set,3种I/O信息 Bit-Strobe指令/应答的信息 Poll指令应答信息 Change of State/Cyclic 1种的Explicit信息 Group 2 Explicit要求应答信息 Pre-defined Conn. Class Instance No. Inst # 1 - Explicit 信息连接 Inst # 2 - Poll I/O 信息连接 Inst # 3 - Bit-strobe 信息连接 Inst # 4 - Change of State/Cyclic 连接,

5、通信简介,UCMM,所谓UCMM通信口、就是指为了确立连接的“最初的入口”,CAN和DeviceNet,ISO的参考模型及DeviceNet的定义,CAN的特征,CAN - Controller Area Network 在欧洲有10年以上的使用经验 通过不断的判优（arbitration），使线路的使用率 达到100% 自动检查错误,CSMA/NBA和CSMA/CD,帧格式,Interframe Space,判优实例,CAN和DeviceNet,在DeviceNet中CAN的使用方法 利用CAN ID进行分组，在排出帧的优先顺序 比8个字节大的数据要使用多个帧 从软件方面来看的话. 将CAN

6、 ID与通信数据(CAN数据区)设置在CAN芯片中 在CAN芯片执行发送要求 数据送达对方 接收一侧从CAN芯片读出CAN ID和接收的数据,由CAN来执行判优、重新发送等动作,CAN ID的分配,在DeviceNet中CAN ID的使用方法 根据判优结果决定优先顺序 每个节点都排出优先顺序 给每个节点设多个ID 接收节点对自己的信息进行归档保存 4组 组 1优先程度高。通常用于I/O信息 组 2 优先程度中。用于主站/从站的通信 组 3 优先程度低。通常用于Explicit信息 组 4 优先程度高。已预约(用于Rev.2.0),Explicit信息,包含在数据区内的信息 对方节点编号 执行的

7、服务 例 Set Attribute，Get Attribute, etc. 执行该服务的内部地址 Object class（目标分类），instance（图例）, 属性 其他必要的数据 支持多个帧的分割 用于比1个帧长的情况 分割的帧数没有限制 被分割的帧也成为选优的对象 可以保证优先顺序先的I/O信息,I/O信息,整个数据区(8个字节)都用于应用数据 由CAN ID来决定数据的定义 明确定义了发送数据的含义 数据的内容（含义）都很明确 都明确定义在产品的数据表中 可以通过Explicit信息来确立I/O连接 通过特定的数据设定来执行 无须支持所有的产品,H/W設計与媒介,H/W設計与媒介,

8、特 征 H/W的基本构成 Transceiver（收发器） 选定CAN芯片 H/W设计中的注意事项 通信电源 Connector（连接器） 电缆,特 征,利用技术 最大个节点 可以选择传送速度（125,250,500kbps） 最大距离达 支持高度自由的各种接线形态 （多节点分支、分支、菊花链等） 分支可达 可以在不切断主干线的情况下拆装节点 内带接线错误时的保护回路 专用电缆中将衰减、延迟等因素都考虑在内（粗缆、细缆） 品种丰富的连接器产品（屏蔽型、开放型） 同时支持绝缘型节点、非绝缘型节点 可以从网络供电,接线形态,可以在不断开主干线的情况下拆装节点 可以在支线下允许菊花链、树形分支的结构

9、 最大64个节点 主干线/分支线的结构,接线距离的规格,H/W的基本结构,H/W的设计与媒介,特 征 H/W的基本构成 收 发 器 CAN 芯片的设定 H/W设计上的注意事项 通 信 电 源 连 接 器 电 缆,收发器,输入电阻大（最小20K ） 输入容量小（min 10pF） 公共端电压大（DeviceNet采用/5V的设计） 延迟小 成本低，面积小 使用标准元器件。 IS11898 在欧州车载用的LAN中有实际应用的实例 目前已经可以供货,选用菲利浦的理由,82C250的改进版本 82C250为管脚互换 改进了公共端状态的电压,82C251,H/W的设计与媒介,特 征 H/W的基本构成 收

10、 发 器 CAN 芯片的设定 H/W设计上的注意事项 通 信 电 源 连 接 器 电 缆,使用CAN芯片的实例,独 立 型 AN82527（Intel） PD72005（NEC） MSM9220（冲） 81C92（Seimens） MPU一 体 型 （）High End MC683XX系列（Motorola） TMP95CS54F（东芝） M16C/6N系列、M32R/E系列（三菱） H8S/2623系列、SH7053F、SH7055F系列（日立） MB90595系列（富士通） （）Low End MC68HC05系列（ Motorola ） TMP91CM80F、TMP91CP82F（东芝）

11、 PD78094、PD780814（NEC） M3763X系列（三菱） MB90495系列 （富士通） C167、C164、C515、C505（ Seimens ）,H/W的设计与媒介,特 征 H/W的基本构成 收 发 器 CAN 芯片的设定 H/W设计上的注意事项 通 信 电 源 连 接 器 电 缆,主站从站的区别,主站从站的硬件构成基本上相同。 如果能考虑到以下一些外形、性能等方面的限制内容来确定 构成的话最好。 讨 论 项 目 CAN芯片（一体型、分离型、存储器容量）和 MPU数量（or） 绝缘型非绝缘型 LED的数量（or） 装/不装DIP SW 供电的方法（通信电源一直供到哪里为止？

12、） 连接器的种类（开放型连接器型）,收发器采用指定的元器件是肯定的。（82C250等） 关于绝缘型节点中的光耦，选用可以满足40ns延迟的器件。 （HP公司生产的HCPL7101等） 绝缘性节点的情况下、必须要有能检测通信电源的手段。 接线错误的保护回路为MUST。 考虑到EMC，建议回路为选项。 考虑通信电源的波动范围。（DC1125V）,设计回路时的注意点,保護回路,通信电源的分配,电源分支的结构,最大支持、个节点 可以由多个电源供电 电源分配的自由度高 供给容量大。（粗缆的情况下最大可达） 用电源计算表能简单地进行计算 不需要绝缘型节点的电源转换回路,供电的特征,所有机器的收发器部分都有

13、通信电源来提供。 不能超出电缆的最大允许流过电流。 主干线的最大允许电流为8A（粗 缆） 分支线的最大允许电流为3A（细 缆） 使用多个通信电源时，一定要使用电源分支。如果从一个电源来供给时就不需要用电源分支。 通信电源的最大供给能力为16A。 电源供给为止仅限于主干线。分支线上不可以。 计算电源时要考虑到通过电缆时的损耗及节点上所需的容量。 首先通过简单计算来验证。由于余量较大，所以如果不行的话再进行个别计算。,设计电源时的注意事项,电源分配的简易计算,Amps,H/W的设计与媒介,特 征 H/W的基本构成 收 发 器 CAN 芯片的设定 H/W设计上的注意事项 通 信 电 源 连 接 器

14、电 缆,连接器,电缆的内部结构,电缆是考虑到进行DeviceNet系统设计的专用电缆，将收发器、终端电阻值、最大距离、分支等作为的用其它都考虑在内，所以不可以用其它电气特性不同的电缆来替代。 粗缆和细缆的结构相同。而且、阻抗，延迟等特性也相同。 根据粗细不同，其电阻值也不同。其结果导致衰减度、电流容量等不同。 还具备特殊规格的电缆。（耐弯曲、耐水、低盐素等）,有关DeviceNet的电缆,对象模块object module,对象模块,DeviceNet 规格书中用抽象的所谓的对象模块的说法来体现的。 对象模块就是指如何确立及管理设备的特性和通信之间的关系（连接）。,DeviceNet 的节点作

15、为对象的集合已经实现了模块化,对象就是产品中的特定的元器件的抽象的体现。 对象中具备属性。所谓属性就是对象的特性。一般情况下、属性提供当时的情况、并管理对象物运行的情况。 对象具备服务功能（SERVICE）。服务功能就是对象具备的执行处理的触发器。 对象具备行为（Behavior）。所谓行为就是指对于特定的事件进行何种动作。,对象模块,对象寻址,对象模块定义了对产品内部的对象进行理论上的寻址存取所需的信息。这些信息以DeviceNet协议的形式体现。 设备地址 - 参照为 MAC ID (Media Access Control Identifier)。 在DeviceNet上的节点中以整数进

16、行设定。有可能在同一网络上会有相同的MAC ID。 对象 类 ID 对象 实例 ID 属性 ID 服务 ID,服务代码：表示对象实例、或是对象类所提供的功能的整数值。,对象寻址,对象模块,DeviceNet对象的类别,通 信 DeviceNet 对象 Connection 对象 Identity 对象 Message Router 对象 应用对象 应用程序特有的 应用程序通用的 Parameter 对象 Assembly 对象,通 信 对 象（1）,DeviceNet 对象 DeviceNet对象提供网络的组态以及状态。 DeviceNet通信口的MAC ID和波特率 BUS OFF（总线断开

17、）中断的处理 分配信息 - 主站的MAC ID和分配选择（Allocation Choice） Allocate/Release_M/S_Connection_Set 就是 DeviceNet 对象服务。 etc. Connection I/O 和 explicit 信息连接的管理,“ Identity” 对象 带有供应商 ID，设备类型，产品代码，序列号等该设备所特有的信息 Message Router 对象 将 Explicit 信息传送到应用对象中,通 信 对 象（2）,通用的 / 常见的应用程序 Assembly 对象 用于定义I/O数据块 可以用于设备的组态 Parameter 对象

18、 提供对每个参数进行Read/Write访问 应用程序特有的 例如： Presence Sensing, Analog Input, Discrete Output,应用对象,现有的对象库,Identity 对象 Message Router 对象 DeviceNet 对象 Connection 对象 Assembly 对象 Register 对象 Parameter 对象 Parameter Group 对象 Group 对象,所必须的对象,应用程序特有的对象,确立UCMM与连接,连接,Connection 对象将特定的应用程序之间的关于被确定的通信的各个要素进行模块化。,UCMM 通 信

19、口分 工,UCMM通信口就是为了确立连接的“最初的入口” 通过使用UCMM通信口来动态地确立连接 UCMM:Unconnected Message Manager,DeviceNet主站/从站的通信,DeviceNet 主站/从站的通信,用 语 的 定 义 Predefined Master/Slave Connection Set （预先定义的主站/从站连接装置） 设备设计上的讨论要点,专用语的定义 (1) DeviceNet 主站 ,与从站进行I/O数据的交换 根据扫描清单对从站进行扫描,对于从主站发出的请求返回应答 例外1：重复MAC ID校验 例外2：支持Change of State

20、, Cyclic的从站,专用语的定义 (2) DeviceNet 主站 ,DeviceNet 主站/从站的通信,用 语 的 定 义 Predefined Master/Slave Connection Set （预先定义的主站/从站连接装置） 设备设计上的讨论要点,DeviceNet普通的连接的确立方法大部分可以固定，可以通过预先定义在特定的应用对象中实现简易的安装。 向远程I/O型网络实现特殊化 简易的代码设计（code design） 实现RAM/ROM的使用容量最小化 减轻连接处理内容(对大部分连接进行定义) 通过使用廉价的CAN芯片可以轻易完成设计 允许在限定的过滤数内进行安装 允许在

21、限定的MPU功率范围内进行安装 允许在限定的ROM/ROM容量范围内进行安装,Predefined Master/Slave Connection Set特 征,3种 I/O信息 Bit-Strobe指令应答信息 Poll指令应答信息 Change of State/Cyclic 1种 Explicit信息 Group 2 Explicit 请求应答信息 Pre-defined Conn. 类实例 No. Inst # 1 - Explicit 信息连接 Inst # 2 - Poll I/O 信息连接 Inst # 3 - Bit-strobe 信息连接 Inst # 4 - Change

22、of State/Cyclic 连接,Predefined Master/Slave Connection Set概 要,唯一的多点传送（Multicast）指令 应答为点对点（point to point） 主站从站间的高速数据交换 用于小量的I/O数据交换 OUTPUT数据最大1位/设备 INPUT数据最大8位/设备,Predefined Master/Slave Connection Set Bit Strobe（概要）,Predefined Master/Slave Connection Set Bit Strobe（概要）,指令应答为点到点（point to point） 用于所有容

23、量的I/O数据交换 当数据超过8个字节时、则分段执行,Predefined Master/Slave Connection Set Poll（概要）,Predefined Master/Slave Connection Set Poll（概要）,Predefined Master/Slave Connection Set Change of State/Cyclic (概要),设备在以下任意一方的时间内发送数据。 应用程序数据的更改 (Change of State) 每次重新设定时 (Cyclic) 由于可以不发送那些不必要的数据，所以可以减轻网络的负担 通过Production Inhib

24、it Timer可以将最新数据的最小发送间隔时间从主站设定到从站中去 由从站举手来开始I/O数据的发送 连接器可以设定有无ACK,Predefined Master/Slave Connection Set Change of State/Cyclic (概要),用户服务器之间的点到点（point to point）连接 主站一直为用户端(发送请求信息)、从站一直为服务器端(发送应答信息) I/O连接的组态请务必要使用该连接 (例：设定EPR值),Predefined Master/Slave Connection Set Explicit信息 (概要),组2服务器和组2用户,组2服务器（从站

25、） UCMM可能的设备 作为Predef. M/S Connection Set服务器的动作 组1,2,3信息的接收 (有关UCMM的内容稍后详细说明) 组2用户（主站） 对应与组2服务器的主站 管理服务器的Predef. M/S Conn Set 不执行对服务器的UCMM功能,单组2服务器与单组2的用户,单组2的服务器 (从站) UCMM不可能的设备 作为Predef. M/S Connection Set服务器的动作 predef. M/S Connection Set的使用（必需） 仅接收组2 DeviceNet 的信息 单组2的用户 (主站) 对于单组2 服务器的作为组2 用户的动作

26、提供单组2 服务器的UCMM代理功能 (稍后详细说明),DeviceNet 主站/从站的通信,专用语的定义 Predefined Master/Slave Connection Set 设备设计上的讨论要点,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 主站设备 ,DeviceNet 主站 对应于组2 服务器的组2 用户 或是 对应于单组1 服务器的单组2用户 在I/O数据交换中使用 Predefined Master/Slave Connection Set,主站（单组2 用户）必 须 必须提供 所有的单组2 服务器用的UCMM代理功能 使用UCMM、对所有单组2 服务器的Unconnected

27、 Open Explicit信息连接请求作出代理应答 返回所有单组2 服务器的Open Explicit信息连接应答 取出出现open connection的Explicit 信息请求、并且必须使用单组2 服务器用的组2 Explicit信息连接将这些请求发送,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 主站设备（必需功能）,扫描程序 #1 (单组2 用户)对从工具发送给服务器#10的UCMM的 Open Explicit Message Connection 请求作出代理应答。 扫描程序返回Open Explicit Message Connection应答。工具对于扫描程序代替服务器进行应答

28、一点也不知道。 单组2 用户读取了来自工具的Open Explicit Message Connection请求、使用主站（Predefined 组2）的Explicit Request Message通信口、将来自工具的Open Explicit Message Connection请求发送到单组2 服务器中。,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 主站设备（UCMM代理功能）,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 从站设备,所有节点接收重复的MAC ID校验信息（必须） 从站中的UCMM通信口的支持为可选项(推荐) 所有的主站设备都支持UCMM通信口（必须） 在服务器中UCMM不支

29、持、支持PM/S Conn. Set的被分类为单组2 必须提供对应于单组2 服务器的UCMM代理功能 对应于单组2 服务器、主站称为单组2 用户 发送Unconnected Explicit请求的节点接收 Unconnected Explicit应答 在从站中可以将多个I/O连接进行组合后支持 但是不能同时支持Change of State和Cyclic,设备设计上的讨论要点 主站 从站共通（1）,与MAC ID之间传送速度的设定，必 须 保持 DIP SW EEPROM 电池后备 RAM 传送速度的缺省设定为 125Kbps MAC ID的缺省设定为63（10进制）,设备设计上的讨论要点主站

30、 从站共通（2）,UCMM的支持功能为可选项 从应用系统一侧来看对设备所期望的功能有? 使用的CAN芯片的种类是重要因素 有关CAN的中断间隔时间的讨论。以及MPU功率的讨论 如果有可能的话应该可以对应UCMM(减轻主站负担) 不支持UCMM的情况： 使用Predefined M/S Connection Set 如果是从站的情况下 称为单组2 服务器 只接收组2的信息 由此可能可以使大幅度地简化ID的过滤 在主站一侧有必要替代执行该设备的UCMM功能,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 从站设备（支持UCMM）,CAN芯片的种类 MPU一体型 vs 独立型 接收滤波器的允许设定数 单一

31、或多个 接收滤波器的种类 固定的筛选（Screening）方式 (11位全都匹配的情况下才接收) 例: 在 INTEL 的82527中允许有14个的固定筛选 and/or Mask and match方式 (用特定的位判断) 例: 在Motorola 的68HC05X4中允许设定一个这种方式,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 从站设备（CAN芯片）,Bit Strobe, Poll, Change of State/Cyclic 的选定 在主站一侧必须要对应 必要的I/O点数 (输出如果在2点以上的话Bit Strobe为） 设备的数据变化的频率 如果数据变化的频率低，在Bit Str

32、obe、Poll中有时可能会使网络的负载增大,设备设计上的讨论要点 DeviceNet 从站设备（选定安装协议）,设备描述Device Profile,相互互换性替换性,通过设备描述实现了I/O连接以上的机器之间的互换性 替换性 例如在I/O连接中、光电开关的输入与限位开关的输入由于电气信号相同，所以很难从PLC一侧发现接线上的错误 在DeviceNet中光电开关具备作为光电开关的描述、可以在网络上明确地与限位开关区分开来 在DeviceNet中，不仅仅对机器的种类、而且对通过远程支持该机器的信息都能进行比较（生产厂家名称、型号、序列号、设定用参数的种类等）,何为设备描述？,设备描述是关于设备

33、的以下的定义 : 如何动作 如何传送I/O数据 如何对设备进行设定 设备类型举例: 空压泵 伺服驱动器 AC驱动器 电机 限位开关 光电传感器 其他,设备描述,在各个设备类型中有相对应的设备描述 设备描述明确了以下的内容: 应用程序固有的对象 属性、服务、动作 将Assemblies（组件）标准化 I/O数据和组态数据 参数 设备描述由ODVA来编写,为什么必须要有设备描述？,类似的设备如果具有共通的设备描述的话，从网络一侧来看、它们的动作、通信形态、设定方法都是相同的 动作、通信形态、设定方法相同的设备: 可以相互运用 可以相互替换 但是、用户有责任自己确定应用程序可否互换 设置方法、精度、

34、耐环境性、产品寿命 设备描述只是从理论上提供可以互换的可能性,由供应商来扩展,有许多扩展的方法. 扩展标准对象 属性、服务 供应商特有的定义. 对象 汇编 参数 为了讨论“ Open（开放）”这一话题、ODVA可能在推广规格的活动中起到了帮助 供应商特有功能是由供应商所提供的“ Statement of Compliance” 来支持的,验收试验Conformance Test,验收试验(1),验收试验在ODVA认定的实验室内进行 亚洲太平洋 ASTEM (京都) 北美 密歇根大学 (密歇根州) 欧洲 大学 (英国) 是否接收验收试验为可选项。但是一般用户在这方面要求很强。（尤其是北美的汽车和

35、半导体制造行业) 如果结果合格的话就会公布在ODVA的网页上、以及在产品首次及样本上将合格结果写入。(市场竞争的优势),目前试验的对象仅仅为从站设备 试验的主要内容是对网络发出的指令检查其应答 设备描述的试验还未列入范围之内 物理层的试验，目前还处于强化规格内容的阶段，并逐步开始实施 试验用软件、试验规格在ODVA的符合性SIG讨论决定 试验用软件 可以从ODVA处获得用于试验的验收试验用软件 所认定的实验室中使用的试验用软件以DeviceNet2.0版本的规格为准。 但是也可以接收对旧规格(例：Rev1.3)的设备进行试验,验收试验(2),当试验中检查出有错误时的对应措施 如果是安装上的错误

36、的话将其修正后再次接收试验 有时也可能是由于试验用软件的故障、或是规格解释不当，如果是这种情况的话要委托验收SIG就此进行商讨 接收试验前的注意事项 在认定实验室中接收试验之前必须要实施自行检测 编写正确的STC文件是最基本的条件。不可能由实验室来编写 STC文件就是记述了在执行符合性测试时被写入到试验软件中的设备的安装协议的文件,验收试验(3),DeviceNet 的认证体系,协议 验收试验的概要, 验证设备安装的软件是否符合规格,请求 信息 （正确错误的请求）,验收试验用软件,应答 信息 （是否是正确的回答？）,被检测设备,验收试验工具,物理层测试的概要,相互运用性试验的概要,提示Tips,开发工具等.,CANalyzer for DeviceNet (Vector) DeviceNet Analyzer (S-S Technologies) Slave Development Tools (Allen-Bradley) DeviceNet Master Stack (Allen-Bradley) DeviceNet Example Code (Allen-Bradley) Software Developers