DeviceNet

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DeviceNet
通訊協定資料
網路種類 設備網路、程序控制
管理機構 開放DeviceNet廠商協会(ODVA)
網站 www.odva.org

DeviceNet是一種用在自動化技術現場總線標準,由美國的Allen-Bradley公司在1994年開發。DeviceNet使用控制器區域網路(CAN)為其底層的通訊協定,其應用層有針對不同設備所定義的行規(profile)。主要的應用包括資訊交換、安全設備及大型控制系統[1][2]。在美國的市場佔有率較高[3]

DeviceNet由開放DeviceNet廠商協会Open DeviceNet Vendors Association,ODVA)所維護,是該協會的通用工業協定(Common Industrial Protocol)中的一部份。

歷史[编辑]

DeviceNet通訊協定是由美國的Allen-Bradley公司(後來被洛克威爾自動化公司合併)所開發,以Bosch公司開發的控制器區域網路(CAN)為其通訊協定的基礎[4]。DeviceNet移植了來自ControlNet(另一個由Allen-Bradley公司開發的通訊協定)的技術,再配合控制器區域網路的使用,因此其成本較傳統以RS-485為基礎的通訊協定要低,但又可以有較好的強健性。

為了要推展DeviceNet在世界各地的使用,洛克威爾公司決定將此技術分享給其他廠商。後來DeviceNet通訊協定是由位在美國的獨立組織開放DeviceNet廠商協会(ODVA)管理。ODVA維護DeviceNet的規格、也提供一致化測試英语conformance testing),確保廠商的產品符合DeviceNet通訊協定的規格。[4]

後來ODVA將DeviceNet通訊和其他相關的通訊協定整合成通用工业协定(CIP),其中包括以下的通訊協定

技術簡介[编辑]

  1. 定義OSI模型七層架構中的物理层数据链路层应用层
  2. 網路中除了信號外,也包括電源,支援網路自供電機能(一般用在小型的設備中,如光电监测器、限位開關或近接開關等)[2]
  3. 允許三種比特率:125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s,不同比特率下的主幹線(trunk)長度和比特率成反比
  4. 網路中可以使用扁平电缆
  5. 單一網路中最多可以有64個節點,節點地址(在DeviceNet中稱為MAC ID)由0到63
  6. 有重複節點地址偵測的功能
  7. 支援主站-從站(master-slave)及端對端(peer-to-peer)通訊架構,不過大部份的設備是在前者的網路架構下運作
  8. 允許單一網路中多重主站的功能
  9. 可以在高雜訊的環境下使用

架構[编辑]

物理层[编辑]

DeviceNet網路使用幹線(trunkline)-分支線(dropline)的網路拓撲,允許在網路中使用分接頭,一方面簡化配線及存取網路。而且要從網路中加入或移除設備都相當簡單,減少生產線停機及除錯的時間,提高網路的靈活性。[5]

DeviceNet提供125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s三種不同的資料傳輸速度。依使用的通訊線種類不同,DeviceNet允許的通訊線長度也有所不同,若使用圓的粗電纜,通訊線長度最長可以到500公尺,一般的圓電纜長度可以到100公尺,扁平型的電纜在比特率125 kbit/s時可以到380公尺,500 kbit/s時則只能到75公尺。

数据链路层[编辑]

DeviceNet使用控制器區域網路(CAN)為其数据链路层。CAN是一種差動的串列總線,其低成本及高干擾性為其優點[3]。CAN的每一個訊息都有其對應的訊息標識符,訊息標識符可用來決定不同訊息的優先順序,網路上的設備也根據訊息標識符來判斷是否需處理此一訊息。DeviceNet使用訊息標識符為11位元的CAN 2.0A,CAN 資料幀的格式如下

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

在送出資訊幀時會先送出幀啟始位元進行同步,訊息標識符及遠程需求位元會用來決定訊息的優先權,CAN使用CSMA的技術,在網路空閒時,任何設備都可以試圖送出資料上傳,在送出資料時,設備也會同步確認網路上資料和送出資料是否一致,此作法可以避免多台設備同時試圖送出資料,也可以驗證送出資料的正確性。在二台或多台設備同時試圖送出資料時,會利用訊息標識符及遠程需求位元進行位元仲裁(Bitwise Arbitration),上述資料最小的訊息有優先權,可以繼續傳送,其他設備則會停止送出訊息,其到網路空閒時才會再次送出資料。

後面的六個位元為控制欄位,其中二個位元固定,後面四個位元標示實際資料的長度。資料欄位中則為實際的資料,長度可以由0到8個個位元組不等,需和控制欄位中標示的長度一致。在資料欄位後面的是15個位元循環冗餘校驗(CRC)欄位,可以在收到資料時確認資料是否正確。CAN提供了許多錯誤檢查及故障隔離(fault confinement)的機制,適合雜訊較大的環境下使用。

应用层[编辑]

DeviceNet是一個以連接(connection)概念為基礎的通訊協定[6],若要與一設備通訊,就需要和設備建立連接,可以透過未連接訊息管理器(UCMM)和未連接埠來建立連接,之後就可以和此設備進行通訊。設備藉由連接可以傳送或接收顯式(Explicit)訊息及I/O訊息。

顯式訊息的資料包括有資料及協議內容,一般會用請求/應答的方式進行。典型的顯式訊息包括組態資料及對沒有及時性要求的資料。I/O訊息也稱為隱式(imlicit)訊息,一般都是有及時性要求的資料,資料中不包含通訊協議,因此傳送端及接收端都需事先知道訊息中資料的定義,其優點是通訊的效率較高。在DeviceNet中,二個設備要建立隱式訊息連接之前,需要先透及用顯式訊息進行設定,只要連結設定完成,即可透過CAN識別符將訊息傳送給對應的節點。

一致性測試[编辑]

DeviceNet設備的製造商可透過一致性測試,宣告其產品和DevicNet規範相容。ODVA在全球有三個獨立的測試實驗室,製造商可將其產品送交進行認證。[7]

廠商在進行一致性測試前,需向ODVA進行註冊供應商,索取供應商ID,再購買DeviceNet規範及一致性測試的軟體及對應的硬體界面卡。廠商可以自行測試其DeviceNet產品,在自行測試完成後提交ODVA的測試實驗室再作驗證。若驗證未通過,廠商需再進行修改及測試,直到通過測試實驗室的獨立驗證為止。

參見[编辑]

外部連結[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ [1] Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions).
  2. ^ 2.0 2.1 [2], DeviceNet Technology Overview.
  3. ^ 3.0 3.1 [3] CAN协议及其高层协议DeviceNet和CANopen的比较
  4. ^ 4.0 4.1 [4] Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions)], What is DeviceNet?
  5. ^ "DeviceNet Technical Overview" from Open DeviceNet Vendor Association, Inc. (ODVA)
  6. ^ 張戟、程旻、謝劍英. 《基於現場總線DeviceNet的智能設備開發指南》. 西安電子科技大學出版社. 2004. ISBN 7-5606-1388-8. 
  7. ^ 李正軍. 《現場總線及其應用技術》. 機械工業出版社. 2005: p482. ISBN 7-111-15510-6.