DeviceNet是一种用在自动化技术现场总线标准,由美国的Allen-Bradley公司在1994年开发。DeviceNet使用控制器局域网络(CAN)为其底层的通讯协定,其应用层有针对不同设备所定义的行规(profile)。主要的应用包括资讯交换、安全设备及大型控制系统[1][2]。在美国的市场占有率较高[3]

DeviceNet
管理机构开放DeviceNet厂商协会(ODVA)
通讯协定资料
网络种类设备网络、程序控制

DeviceNet由开放DeviceNet厂商协会英语Open DeviceNet Vendors Association(Open DeviceNet Vendors Association,ODVA)所维护,是该协会的通用工业协定(Common Industrial Protocol)中的一部分。

历史

DeviceNet通讯协定是由美国的Allen-Bradley公司(后来被洛克威尔自动化公司合并)所开发,以Bosch公司开发的控制器局域网络(CAN)为其通讯协定的基础[4]。DeviceNet移植了来自ControlNet(另一个由Allen-Bradley公司开发的通讯协定)的技术,再配合控制器局域网络的使用,因此其成本较传统以RS-485为基础的通讯协定要低,但又可以有较好的强健性。

为了要推展DeviceNet在世界各地的使用,洛克威尔公司决定将此技术分享给其他厂商。后来DeviceNet通讯协定是由位在美国的独立组织开放DeviceNet厂商协会(ODVA)管理。ODVA维护DeviceNet的规格、也提供一致化测试英语conformance testing),确保厂商的产品符合DeviceNet通讯协定的规格。[4]

后来ODVA将DeviceNet通讯和其他相关的通讯协定整合成通用工业协定(CIP),其中包括以下的通讯协定

技术简介

  1. 定义OSI模型七层架构中的物理层数据链路层应用层
  2. 网络中除了信号外,也包括电源,支援网络自供电机能(一般用在小型的设备中,如光电监测器、限位开关或近接开关等)[2]
  3. 允许三种比特率:125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s,不同比特率下的主干线(trunk)长度和比特率成反比
  4. 网络中可以使用扁平电缆
  5. 单一网络中最多可以有64个节点,节点地址(在DeviceNet中称为MAC ID)由0到63
  6. 有重复节点地址侦测的功能
  7. 支援主站-从站(master-slave)及端对端(peer-to-peer)通讯架构,不过大部分的设备是在前者的网络架构下运作
  8. 允许单一网络中多重主站的功能
  9. 可以在高噪声的环境下使用

架构

物理层

DeviceNet网络使用干线(trunkline)-分支线(dropline)的网络拓扑,允许在网络中使用分接头,一方面简化配线及存取网络。而且要从网络中加入或移除设备都相当简单,减少生产线停机及除错的时间,提高网络的灵活性。[5]

DeviceNet提供125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s三种不同的资料传输速度。依使用的通讯线种类不同,DeviceNet允许的通讯线长度也有所不同,若使用圆的粗电缆,通讯线长度最长可以到500米,一般的圆电缆长度可以到100米,扁平型的电缆在比特率125 kbit/s时可以到380米,500 kbit/s时则只能到75米。

数据链路层

DeviceNet使用控制器局域网络(CAN)为其数据链路层。CAN是一种差动的串列总线,其低成本及高干扰性为其优点[3]。CAN的每一个讯息都有其对应的讯息标识符,讯息标识符可用来决定不同讯息的优先级,网络上的设备也根据讯息标识符来判断是否需处理此一讯息。DeviceNet使用讯息标识符为11位元的CAN 2.0A,CAN资料帧的格式如下

1 Bit = >幀啟始位元
11 Bits = >訊息標識符(ID)
1 Bit = >遠程需求(RTR)位元
6 Bits = >控制欄位
0-8 Bytes = >資料欄位
15 Bits = > CRC序列
1 Bit = > CRC分隔位元
1 Bit = >確認(ACK)位元
1 Bit = >確認分隔位元
7 Bits = >幀結束
>2 Bits = >幀間隔

在送出资讯帧时会先送出帧启始位元进行同步,讯息标识符及远程需求位元会用来决定讯息的优先权,CAN使用CSMA的技术,在网络空闲时,任何设备都可以试图送出资料上传,在送出资料时,设备也会同步确认网络上资料和送出资料是否一致,此作法可以避免多台设备同时试图送出资料,也可以验证送出资料的正确性。在二台或多台设备同时试图送出资料时,会利用讯息标识符及远程需求位元进行位元仲裁(Bitwise Arbitration),上述资料最小的讯息有优先权,可以继续传送,其他设备则会停止送出讯息,其到网络空闲时才会再次送出资料。

后面的六个位元为控制栏位,其中二个位元固定,后面四个位元标示实际资料的长度。资料栏位中则为实际的资料,长度可以由0到8个个字节不等,需和控制栏位中标示的长度一致。在资料栏位后面的是15个位元循环冗余校验(CRC)栏位,可以在收到资料时确认资料是否正确。CAN提供了许多错误检查及故障隔离(fault confinement)的机制,适合噪声较大的环境下使用。

应用层

DeviceNet是一个以连接(connection)概念为基础的通讯协定[6],若要与一设备通讯,就需要和设备建立连接,可以透过未连接讯息管理器(UCMM)和未连接埠来建立连接,之后就可以和此设备进行通讯。设备借由连接可以传送或接收显式(Explicit)讯息及I/O讯息。

显式讯息的资料包括有资料及协议内容,一般会用请求/应答的方式进行。典型的显式讯息包括组态资料及对没有及时性要求的资料。I/O讯息也称为隐式(imlicit)讯息,一般都是有及时性要求的资料,资料中不包含通讯协议,因此传送端及接收端都需事先知道讯息中资料的定义,其优点是通讯的效率较高。在DeviceNet中,二个设备要建立隐式讯息连接之前,需要先透及用显式讯息进行设定,只要连结设定完成,即可透过CAN识别符将讯息传送给对应的节点。

一致性测试

DeviceNet设备的制造商可透过一致性测试,宣告其产品和DevicNet规范相容。ODVA在全球有三个独立的测试实验室,制造商可将其产品送交进行认证。[7]

厂商在进行一致性测试前,需向ODVA进行注册供应商,索取供应商ID,再购买DeviceNet规范及一致性测试的软件及对应的硬件界面卡。厂商可以自行测试其DeviceNet产品,在自行测试完成后提交ODVA的测试实验室再作验证。若验证未通过,厂商需再进行修改及测试,直到通过测试实验室的独立验证为止。

参见

外部链接

参考资料

  1. ^ 存档副本. [2011-03-22]. (原始内容存档于2008-07-02).  Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions).
  2. ^ 跳转到: 2.0 2.1 [1]页面存档备份,存于互联网档案馆), DeviceNet Technology Overview.
  3. ^ 跳转到: 3.0 3.1 存档副本. [2011-03-30]. (原始内容存档于2011-01-22).  CAN协议及其高层协议DeviceNet和CANopen的比较
  4. ^ 跳转到: 4.0 4.1 存档副本. [2011-03-22]. (原始内容存档于2008-07-02).  Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions)], What is DeviceNet?
  5. ^ "DeviceNet Technical Overview"页面存档备份,存于互联网档案馆) from Open DeviceNet Vendor Association, Inc.(ODVA)
  6. ^ 张戟、程旻、谢剑英. 《基於現場總線DeviceNet的智能設備開發指南》. 西安电子科技大学出版社. 2004. ISBN 7-5606-1388-8. 
  7. ^ 李正军. 《現場總線及其應用技術》. 机械工业出版社. 2005: p482. ISBN 7-111-15510-6.