现场总线控制系统(FCS)系列:Rockwell Automation DeviceNet_(2).DeviceNet网络架构与通信协议.docx

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DeviceNet网络架构与通信协议

1.DeviceNet网络架构

1.1DeviceNet网络概述

DeviceNet是一种现场总线技术,主要用于工业自动化领域中的设备间通信。它基于CAN(ControllerAreaNetwork)技术,提供了低成本、高性能的通信解决方案。DeviceNet网络可以连接各种设备,如传感器、执行器、控制器等,实现设备之间的数据交换和控制。

1.2网络拓扑

DeviceNet网络支持多种物理拓扑结构,主要包括以下几种:

线性拓扑:最常见的一种拓扑结构,设备通过一条总线依次连接。这种结构简单且容易维护,适合线性分布的设备。

支线拓扑:在主干线上可以有多个分支,每个分支可以连接多个设备。这种结构可以减少主干线上设备的数量,提高网络的可靠性。

树形拓扑:主干线可以有多个分支,每个分支又可以有多个子分支。这种结构适合复杂的设备分布,但管理难度较大。

1.3设备类型

DeviceNet网络中的设备通常分为以下几类:

主设备(Master):负责网络的管理,发送和接收数据。常见的主设备有PLC(可编程逻辑控制器)、PC(个人计算机)等。

从设备(Slave):响应主设备的请求,提供数据或执行命令。常见的从设备有传感器、执行器、变频器等。

桥接设备(Bridge):用于连接不同类型的网络,如DeviceNet和以太网。

1.4网络配置

DeviceNet网络的配置通常包括以下步骤:

物理连接:使用DeviceNet电缆将设备依次连接起来。

地址分配:为每个设备分配一个唯一的网络地址(0-63)。

参数设置:设置设备的通信参数,如波特率、数据格式等。

网络测试:使用网络诊断工具进行测试,确保网络连接和通信正常。

1.5网络设备

DeviceNet网络中的设备通常包括以下几种:

PLC:作为主设备,负责网络的管理和控制。

传感器:检测物理量并发送数据到主设备。

执行器:接收主设备的命令并执行相应的动作。

I/O模块:用于扩展PLC的输入输出能力。

网关:连接DeviceNet和其他网络的设备。

1.6网络通信

DeviceNet网络的通信基于CAN总线协议,可以实现以下几种通信类型:

显式消息:用于设备之间的数据交换,如读取传感器数据。

隐式消息:用于周期性的数据传输,如实时控制信号。

连接管理:用于管理设备之间的连接状态,如连接建立和断开。

2.DeviceNet通信协议

2.1CAN总线协议

CAN总线协议是DeviceNet的基础,具有以下特点:

多主设备:网络中可以有多个主设备,但同一时间只能有一个主设备发送数据。

消息优先级:每个消息都有一个优先级,高优先级的消息可以优先发送。

错误检测:具有强大的错误检测和纠正能力,确保数据的可靠性。

数据帧格式:CAN数据帧包括帧头、数据段、CRC段和帧尾。

2.2DeviceNet帧结构

DeviceNet帧结构基于CAN总线协议,但增加了更多的控制和数据字段。一个典型的DeviceNet帧包括以下部分:

帧头:包含帧ID、数据长度等信息。

数据段:包含实际的数据内容。

CRC段:用于错误检测。

帧尾:表示帧的结束。

2.3帧ID

DeviceNet帧ID用于标识不同的通信类型和设备地址。帧ID由以下部分组成:

优先级(3bit):确定消息的优先级。

保留位(1bit):保留位,通常设置为0。

设备地址(7bit):标识网络中的设备地址。

消息类型(5bit):确定消息的类型,如显式消息、隐式消息等。

2.4通信类型

DeviceNet支持多种通信类型,每种类型都有其特定的用途和格式:

显式消息:用于设备之间的数据交换。主设备发送请求,从设备响应。例如,读取传感器数据。

隐式消息:用于周期性的数据传输。主设备定期发送数据,从设备周期性地响应。例如,实时控制信号。

连接管理:用于管理设备之间的连接状态。主设备可以发送连接建立、连接断开等命令。

2.5数据格式

DeviceNet支持多种数据格式,常见的数据格式包括:

ASCII:用于文本数据的传输。

二进制:用于数字数据的传输。

浮点数:用于高精度数据的传输。

2.6通信示例

2.6.1读取传感器数据

假设我们有一个PLC作为主设备,需要读取一个传感器的数据。以下是一个简单的示例代码,使用Python和PyCAN库来实现:

importcan

#配置CAN总线

bus=can.Bus(interface=socketcan,channel=can0,bitrate=125000)

#定义传感器的设备地址

sensor_address=0x10

#定义读取数据的命令

command=b

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