工业控制网络04李中伟2.ppt
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1、工业控制网络,哈工大网络与电气智能化研究所李中伟2012(春),CAN的发展历程:,哈工大网络与电气智能化研究所,第4章 DeviceNet,第四章DeviceNet一、概述1、由来DeviceNet即设备网,其基本技术由Allen-Bradley(简称AB,Rockwell Automation的一个子公司)开发,并于1994年3月推出。1995年4月转让给ODVA(Open DeviceNet Vendor Association开放式设备网供货商协会),由其负责组织、管理与推广。,2、ODVA(目前有国际会员约300家),RA/AB 95.04.12,Omron 95.04.12,ABB
2、 95.06.19,Phoenix Contact 95.04.13,Hitachi 95.07.13,Schneider Electric 03.04.17,Yokogawa Electric 02.11.26,Samsung Electronics 96.06.03,Toshiba 02.04.06,上海埃通电气股份有限公司(上海 浦东)03.04.17Shanghai Aton Electric,太阳电缆(广东 东莞)05.01.14Taiyo Electric Wire&CableCo.Ltd.,3、ODVA China由上海电器科学研究所负责筹建,2000年7月6日成立,目前有会员4
3、4家。哈尔滨工业大学是ODVA China的用户会员。4、标准DeviceNet目前是:国际标准IEC62026-3欧洲标准EN50325-2中国标准GB/T18858.3-2002,5、DeviceNet的体系结构,底层,上层,部分重新定义的物理层,CAN,用户层:CIP控制与信息协议(通用工业协议),DeviceNet应用层规范,24V集中式总线供电误接线保护电路专门定义的5芯电缆,5 V+4 CAN+3 Shield2 CAN-1 V-,误接线保护电路,6、DeviceNet与CAN的差异(1)不使用远程帧以及扩展帧格式;(2)最多只支持64个节点;(3)只支持三种位速率:125Kbps
4、、250Kbps、500Kbps。,以6位MAC ID区分,DeviceNet网络拓扑,干线,支线,7、DeviceNet应用领域,IEC62026,低压电器与开关设备,三层网络中的设备网,工厂自动化,8、DeviceNet的特点(1)DeviceNet是一种基于连接的协议;(2)支持位选通、轮询、状态改变(COS)/周期4种I/O数据触发方式;(3)采用生产者/消费者模型;(4)支持主/从、多主或对等的通信结构;(5)支持报文分段,可传送大报文。,节点A,节点B,节点A,节点B,节点A,节点B,基于连接的通信,主站#0,从站#9,从站#11,从站#12,从站#13,从站#63,从站#1,从站
5、#10,位选通,主站#0,从站#9,从站#11,从站#12,从站#13,从站#63,从站#1,从站#10,轮询,COS,主站#0,从站#1,从站#9,从站#10,从站#11,从站#12,从站#13,从站#63,从站#9,从站#9,周期,从站#1,从站#9,从站#10,从站#11,从站#63,从站#12,从站#13,主站#0,9、DeviceNet的优点(1)可减少硬接线和安装成本;(2)可减少项目启动时间(从22-24周5-6周);(3)可减少停工检修期(故障前即可诊断出来);(4)可带电移去和加入设备;(5)多个生产商的设备可互相替换。(6)一旦发生故障可快速精确地诊断。,(7)通信效率高(
6、实时、快速、安全、错误检查、弹性强);(8)在线设备配置;(9)产品选择范围很宽;(10)使用容易;(11)节省时间和消耗。总之:,开放、低价、可靠、高效,10、DeviceNet对象建模所使用的语言:,对象类、实例、属性、服务、行为,连接对象,寄存器对象,20,10、DeviceNet对象建模,可将一个DeviceNet节点模拟成对象的集合。对象:一个设备/产品内部的一个特定部件/组件的抽象描述。实例/对象实例:一个对象的一个明确的真实(物理)事件。对象类:一组表示同种系统部件的对象。,21,10、DeviceNet对象建模,属性:一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。服务:一个对象和
7、/或对象类所支持的一个功能。行为:对一个对象如何动作的一种说明。,对象编址与地址范围:MAC ID:分配给DeviceNet每一个节点的一个整数标识值,此值可将一个节点与同一链路上的所有其它节点区分开。每一个对象类有一个类标识符;实例ID 0代表类本身。地址范围:,6位:063,开放地址范围,对象类特定,供货商特定,ODVA规定的,取决于对象类的不同,可自己定义额外用途,11、DeviceNet的连接表示方法DeviceNet是一个基于连接的协议:每个连接都有一个ID:连接分为:,CID,连接ID11位,I/O连接,显式信息连接,一个I/O报文中数据的含义被相应的CID隐含;用于一个生产应用和
8、多个消费应用之间的通信。,一个显式报文的含义/预期用途是在CAN数据场中指明的;用于一般的多用途的通信,如配置。,12、DeviceNet对象模型,UCMM,3号类,2号类,5号类,1号类:标识对象,4号类:组合对象,F号类:参数对象,类号与具体应用相关,12、DeviceNet对象模型,标识对象:包含与设备有关的一些属性信息,如供货商标识、设备类型、产品代码、产品名称等;报文路由器:将显式请求报文分发给相应的处理者对象;DeviceNet 对象:提供物理上DeviceNet网络连接的配置和状态;组合对象:主要负责I/O信息的格式定义和I/O数据的映射等,可将多个对象的属性绑定,从而实现多条数
9、据通过一条连接来收发;连接对象:分配和管理与I/O连接和显式信息连接有关的内部资源;,12、DeviceNet对象模型,参数对象:为配置工具访问所有参数提供标准的方法;应用对象:实现产品的预期用途;链接生产者对象:连接对象使用此对象将数据发送到DeviceNet上;链接消费者对象:连接对象使用此对象从DeviceNet上接收数据;未连接报文管理器(UCMM):处理DeviceNet未连接显式报文;,二、DeviceNet连接每个连接被分配一个连接标识符CID;当连接涉及双向交换时,则需分配2个CID。1、CAN标识符区的使用,16个,8个,7个,离线连接组,注意:1.组1和组3报文使用的是源M
10、AC ID,但报文ID在前,使优先权可以公平分配;2.组2报文的MAC ID是源或目的都可以,主要取决于“预定义主/从连接组”的规定;3.组1、2、3、4报文优先级依次降低;4.组2报文6保留给“预定义主/从连接组”;组2报文7用于“重复MAC ID检测”;5.组3报文6、5用于“未连接显式请求/响应”组3报文7不用。,P184,无法与组4报文区分,2、显式连接与I/O连接的动态建立,显式连接,组3报文ID 6,组3报文ID 5,4B服务,CB,点对点连接,I/O连接,I/O数据被应用对象消费/应答,一般点对多,3、设备间建立连接的两种模式4、DeviceNet中的客户机与服务器概念,一般模式
11、,动态建立,特殊模式,预定义主/从连接组,客户机,服务器,引起一次发送的模块,对此发送做出反应的模块,三、DeviceNet信息协议提示:1、显式信息,协议信息在数据场内部被指明,显式报文数据场格式,报文头:,报文体:,分段标志位,交易ID,请求/响应位,源 or 目的?取决于CID中的MAC ID,UCMM服务:,开放显式信息连接请求格式,开放显式信息连接成功响应格式,显式信息连接成功建立图解,在刚建立的显式连接上传送数据,成功响应格式关闭连接,请求格式关闭连接,基于连接的显示信息:,请求,响应,错误响应显式报文:,02-01:被请求的设备不支持该报文组;02-02:服务器上的连接已经全部用
12、完,即服务器上的连接数已达到最大值;02-03:客户机所指定的报文组在服务器上已经没有可用报文;02-04:客户机忘了已经和服务器建立了该连接,因而重复请求。,2、I/O信息,除分段协议外,不像显式信息那样含有规范格式。,3、分段与重组,既是第一段也是最后一段,063循环,显式报文分段:,报文分段,分段应答,0:成功OK1:数据太多,8字节即分段报文长度超过,I/O报文分段:,生产_连接_长度属性值超过8,即分段。,用CAN应答场应答,所谓的“非应答”,4、重复MAC ID检测协议,使用组2报文ID7发送,可能含有多个连接。节点必备此项功能,,请求,响应,四、DeviceNet通信对象类,组成
13、,链接生产者对象类,链接消费者对象类,连接对象类,DeviceNet对象类,连接对象使用链接生产者、链接消费者所提供的服务实现低端数据的发送和接收。,5号类,3号类,没有类代码,由连接类内部调用,同样没有类代码哦!,1、链接生产者对象类,负责数据低端发送的部件,类属性,类服务,无,创建,删除,在内部例示一个链接生产者对象,在内部删除一个链接生产者对象,实例属性,状态,连接_标识符,不存在,运行,连接对象的生产_连接_标识符,实例服务,发送,读取_属性,设置_属性,由连接对象内部调用,数据类型,状态事件矩阵,状态转换图,链接生产者实例行为,2、链接消费者对象类,与链接生产者对象的主要区别是:,它
14、是一个接收部件;连接_标识符里放的是消费_连接_标识符;不存在被连接对象调用的接收服务,而是由链接消费者调用连接对象的Receive_Data()服务传送数据。,3、连接对象类,使用链接生产者、链接消费者进行发送和接收。,可通过显式信息连接调取连接对象的服务和属性。,类属性,类服务,创建,删除,修订版,复位,查找下一个对象实例,读取单个属性,连接对象类:,若对实例ID 0执行该操作,则所有连接实例被删除。,08,09,05,11,0E,公共服务,连接对象实例:,117,共15个属性,1011,Not Available不可用,实例属性总表,连接对象实例属性:,1.状态,对于显式连接,延迟删除的
15、目的是等待I/O连接被删除。,I/O连接对象状态转换图,5个状态,P168,显式信息连接对象状态转换图,3个状态,P169,2.实例_类型,I/O连接的建立过程可参见P137图4-19。,3.传送类_触发,当为服务器方向时,将忽略生产触发位。,类0:只生产/只消费类2:双向,连接实例负责类3:双向,应用对象负责,客户机传送类2、3:周期,事例一:,事例二:,服务器传送类2,4.生产_连接_ID,5.消费_连接_ID,加载到链接生产者的连接_ID中。,加载到链接消费者的连接_ID中。,6.初始_通信_特性,P184、P185,位选通,02,轮询,01,COS/周期(应答),01,COS/周期(非
16、应答),0F,7.生产_连接_长度,8.消费_连接_长度,显式,I/O,非分段:7,有上限,但未知:FFFF,实际上限,默认:0,分段:8,参考属性7,分段基于此,而不是实际发送数量。,9.EPR(期待_信息包_速率),单位:ms,默认值:2500(显式)、0(I/O),其值涉及到2个定时器:,发送触发定时器,静止/看门狗定时器,(客户机使用),(服务器使用),存在一个可用时钟分辨率增量值,调整时向下一个可用值舍入。,10-11.(已废弃),12.看门狗_超时_动作,显式,I/O,自动删除(1)默认,延迟删除(3),转至超时(0)默认,自动复位(2),13.生产_连接_路径_长度,14.生产_
17、连接_路径,配置路径时自动初始化,默认为0。,指示应用对象路径,其数据由连接对象生产。,(显式为空,不进行生产的为空),格式举例:,20h 28h 24h 01h,逻辑段,类,8位,逻辑段,实例,8位,电动机数据对象,实例1,参考P186,P242-245,15.消费_连接_路径_长度,16.消费_连接_路径,配置路径时自动初始化,默认为0。,指示接收由连接对象消费的数据的应用对象。,17.生产_停止_时间,单位:ms,默认值:0(无停止),显式为空,不消费的为空。,除周期触发外,对所有I/O客户机是必选的。,涉及的定时器,生产停止定时器,连接定时器:,1.发送触发定时器,2.静止/看门狗定时
18、器,3.生产停止定时器,EPR值,10000ms与EPRx4的较大值,EPRx4,只客户机使用,充实不受此限制,(初始),(以后),连接对象实例服务:,内部调用,发送_报文,接收_数据,应用_属性成功响应的服务数据,设置_属性_单个(EPR)成功响应的服务数据,设置EPR,DeviceNet对象库,4、DeviceNet对象类,管理DeviceNet网络物理连接的配置与状态,3号类,但每条物理连接仅支持一个DeviceNet实例,一个节点可能含有多条物理连接与多个DeviceNet网络相连,类属性,类服务,修订版,读取_属性_单个,0E,000,001,002,波特率、属性、行为更正版,当前版
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