DeviceNet是基于CAN總線技術(shù)并符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放型通信網(wǎng)絡(luò)。定位于工業(yè)控制的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，不僅降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，還減少了設(shè)備通信的電纜硬件接線，提高系統(tǒng)可靠性，降低安裝、維護(hù)成本，是分布式控制系統(tǒng)的理想解決方案。

DeviceNet規(guī)范定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，以便組成工業(yè)控制系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。DeviceNet規(guī)范除了提供ISO模型的應(yīng)用層定義之外，還定義了部分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。規(guī)范中不僅對(duì)DeviceNet節(jié)點(diǎn)的物理連接也作了規(guī)定，連接器、電纜類型、長(zhǎng)度以及與通信相關(guān)的指示器、開(kāi)關(guān)、相關(guān)的室內(nèi)銘牌都作了詳細(xì)規(guī)定。

1.DeviceNet基本概念

DeviceNet是建立在CAN協(xié)議基礎(chǔ)之上，沿用了CAN協(xié)議所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，并補(bǔ)充了不同的報(bào)文格式、總線訪問(wèn)仲裁規(guī)則及故障檢測(cè)和隔離方法。DeviceNet的功能和特點(diǎn)如表1所示。

表1 DeviceNet特點(diǎn)

DeviceNet的應(yīng)用層協(xié)議則采用的是通用工業(yè)協(xié)議(CIP)。CIP是一個(gè)在高層面上嚴(yán)格面向?qū)ο蟮膮f(xié)議。每個(gè)CIP對(duì)象具有屬性(數(shù)據(jù))，服務(wù)(命令)，連接和行為(屬性值與服務(wù)間的關(guān)系)，其主要功能有兩個(gè)：一是面向連接的通信;二是定義了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)應(yīng)用對(duì)象。下文詳細(xì)介紹通信部分。

CIP通信最重要的特點(diǎn)是它用不同的方式傳輸不同類型的報(bào)文，根據(jù)報(bào)文質(zhì)量要求將需要發(fā)送的報(bào)文分為：顯式報(bào)文和隱式報(bào)文。

CIP另一個(gè)重要特點(diǎn)是通信基于連接的。因此DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信之前必須建立起連接，且連接是可以動(dòng)態(tài)建立和撤銷。請(qǐng)注意這里的“連接”是邏輯上的關(guān)系，而非物理層的連接。

DeviceNet支持兩種類型的連接：顯式信息連接和I/O連接。

顯式信息連接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，報(bào)文接收方必須對(duì)接到的報(bào)文做出相應(yīng)的響應(yīng)，通常這類報(bào)文對(duì)時(shí)間要求不高，主要用于上傳/下載程序、修改設(shè)備參數(shù)、趨勢(shì)分析和診斷等。

I/O連接則用于傳送實(shí)時(shí)性要求較高的I/O報(bào)文，可以一對(duì)一、一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳送。DeviceNet支持多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式，如位選通(Bit strobe)、輪詢(Poll)、狀態(tài)改變(COS:Change Of State)/循環(huán)(Cyclic)等。

位選通：利用8字節(jié)的廣播報(bào)文，每一位分別對(duì)應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)節(jié)點(diǎn)，指定要求響應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)，響應(yīng)報(bào)文最大為8個(gè)字節(jié)。

輪詢：這種觸發(fā)方式適用于絕大多數(shù)設(shè)備，相比位選通的少量I/O數(shù)據(jù)，輪詢命令可傳送任意數(shù)量的數(shù)據(jù)。輪詢命令依次發(fā)送到各從站設(shè)備，從站接收到命令后做出應(yīng)答。

狀態(tài)改變：此方式多用于離散的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，使用事件觸發(fā)方式，發(fā)生通信，而不是依靠主設(shè)備不斷查詢。為了防止設(shè)備掉線，增加了心跳報(bào)文，定時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

循環(huán)：適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備信號(hào)發(fā)生快慢，靈活的設(shè)定循環(huán)通信的時(shí)間間隔，可以降低不必要的網(wǎng)絡(luò)流量，循環(huán)時(shí)間設(shè)定值應(yīng)小于模擬量輸入發(fā)生變化的時(shí)間值。每臺(tái)設(shè)備中，循環(huán)和狀態(tài)改變是互斥的，同一時(shí)刻只能使用一種連接方式。

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上最多可有64個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)地址(MAC ID)可為0~63，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有唯一的MAC ID。因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)在上電之后、上線之前必須進(jìn)行重復(fù)MAC ID檢測(cè)，以確認(rèn)其MAC ID是否已被網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)使用。節(jié)點(diǎn)在上電之后，將發(fā)送重復(fù)MAC ID檢測(cè)報(bào)文，間隔一秒，如果連續(xù)兩次發(fā)送都沒(méi)有接收到來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的重復(fù)MAC ID響應(yīng)報(bào)文，那么該節(jié)點(diǎn)可以使用此MAC ID并轉(zhuǎn)為在線狀態(tài)，否則表示該MAC ID已被其它節(jié)點(diǎn)占用，該節(jié)點(diǎn)為離線狀態(tài)。然后，通過(guò)未連接顯式信息建立顯式信息連接，主從站通過(guò)顯式信息進(jìn)行各種配置和信息交換，主站通過(guò)顯式信息讀取從站的標(biāo)識(shí)信息，并與預(yù)先保存的配置信息進(jìn)行對(duì)比，只有完全一致時(shí)主站才會(huì)對(duì)從站進(jìn)行下一步操作，否則主站將會(huì)主動(dòng)釋放顯式信息連接。最后，建立I/O連接，并通過(guò)I/O連接進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)。

注：不同的主站模塊建立I/O連接的流程有所差別，上文強(qiáng)調(diào)的是DeviceNet網(wǎng)絡(luò)是基于連接的一種通信網(wǎng)絡(luò)。

DeviceNet 是一個(gè)基于連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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)當(dāng)分配兩個(gè)連接ID

2.DeviceNet 關(guān)于CAN 標(biāo)識(shí)區(qū)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)的信息組組1 組2和組3 和組4。

圖3 DeviceNet的CAN報(bào)文定義

信 息 ID (Message ID) ：在一特定端點(diǎn)內(nèi)的信息組中識(shí)別一個(gè)信息信息ID 使得在一特定的端點(diǎn)內(nèi)單個(gè)信息組中可以建立多重連接連接建立時(shí)該端點(diǎn)利用信息ID與MAC ID 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)區(qū)內(nèi)指定具體細(xì)節(jié)在本規(guī)范的后續(xù)部分中將被描述注意組2 和組3 預(yù)定義了確定信息ID 的使用;

源 MAC ID (Source MAC ID) ：此 MAC ID 分配給發(fā)送節(jié)點(diǎn)組1 和3 需要在CAN標(biāo)識(shí)區(qū)內(nèi)指定源MAC ID;

目 的 MAC ID (Destination MAC ID)： 此 MAC ID 分配給接收設(shè)備信息組2 允許在CAN 標(biāo)識(shí)區(qū)的MAC ID 部分指定源或目的MAC ID。

3.信息組1

DeviceNet 并不預(yù)定義組1 信息ID 的使用組1 信息ID 描述了通過(guò)一個(gè)特別端點(diǎn)交換的各種組1 信息。

圖4 DeviceNet的信息組1定義

在組1 的傳輸中總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)被均勻地分配到網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備上當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)組1 信息進(jìn)行CAN 總線訪問(wèn)仲裁時(shí)小數(shù)字的組1 信息ID 值的信息將贏得仲裁并獲得總線訪問(wèn)權(quán)。例如device #20 message_ID = 2將先于 device #5 message_ID = 6 贏得仲裁。

如果兩個(gè)或多個(gè)信息ID 值相等的組1 信息進(jìn)行總線仲裁那么來(lái)自MAC ID 值較低的設(shè)備的發(fā)送將贏得仲裁，例如device #2 message_ID=5 將先于 device #3 message_ID=5 贏得仲裁。這樣在組1 中就提供了16 個(gè)級(jí)的優(yōu)先權(quán)均勻分配方案

4.信息組2

組2 信息ID 描述了在一個(gè)特定端點(diǎn)上交換各種組2 ，信息組2 中的信息ID 值為6 和7 的用法例外

DeviceNet 預(yù)定義了一組用于主/從應(yīng)用通訊的連接見(jiàn)第7 章這個(gè)定義保留組2 信息ID 值6。組 2 信息ID 值7 被保留用作被賦予相同MAC ID 節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)見(jiàn)第6 章網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)狀態(tài)機(jī)制。

在組2 內(nèi)MAC ID 可以是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的MAC ID 源MAC ID 也可以是接收節(jié)點(diǎn)的MAC ID 目的MAC ID 當(dāng)通過(guò)組2 建立連接時(shí)端點(diǎn)將確定是源MAC ID還是目的MAC ID在組2 傳輸中總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)是根據(jù)標(biāo)識(shí)符的MAC ID 部分的MAC ID 值來(lái)決定的當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)組2 傳輸進(jìn)行CAN 總線仲裁時(shí)其 MAC ID 數(shù)值較小的信息將獲得總線訪問(wèn)權(quán)。

目前，致遠(yuǎn)電子的CANScope總線綜合分析儀已免費(fèi)標(biāo)配CANPRO軟件，可以解析主流的DeviceNet協(xié)議。