现场总线控制系统（FCS）系列：Rockwell Automation DeviceNet_（2）.DeviceNet的架构与工作原理.docx

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DeviceNet的架构与工作原理

1.DeviceNet简介

DeviceNet是一种基于CAN（ControllerAreaNetwork）技术的现场总线协议，主要用于工业自动化领域，特别是在汽车制造和装配线中。它由RockwellAutomation开发，并已成为许多工业应用的标准。DeviceNet的主要目的是简化设备之间的通信，减少布线成本，提高系统的可靠性和灵活性。

2.DeviceNet的架构

2.1物理层

DeviceNet的物理层定义了通信介质和电气特性。常见的介质类型包括：

屏蔽双绞线：适用于大多数工业环境，具有较好的抗干扰能力。

非屏蔽双绞线：成本较低，适用于干扰较小的环境。

光纤：适用于长距离传输和高抗干扰要求的环境。

DeviceNet支持的传输速率包括125kbps、250kbps和500kbps。物理层还定义了网络拓扑结构，常见的拓扑结构有：

总线型：所有设备连接在一条总线上，是最常见的拓扑结构。

分支型：从主总线分支出多个子总线，适用于扩展网络。

星型：通过集线器或交换机连接设备，适用于需要集中管理的网络。

2.2数据链路层

数据链路层负责数据的传输和帧的格式化。DeviceNet使用CAN2.0B协议，支持标准帧和扩展帧。数据帧的格式如下：

标准帧：

仲裁域：11位标识符（ID），用于优先级和设备地址。

控制域：包含数据长度码（DLC）。

数据域：最多8个字节的数据。

CRC域：用于错误检测。

ACK域：用于确认接收。

扩展帧：

仲裁域：29位标识符（ID），用于更详细的设备地址和优先级。

控制域：包含数据长度码（DLC）。

数据域：最多8个字节的数据。

CRC域：用于错误检测。

ACK域：用于确认接收。

2.3网络层

网络层负责设备的寻址和网络管理。DeviceNet使用设备地址来标识网络上的每个设备。每个设备都有一个唯一的24位地址，其中前11位是节点地址，后13位是组地址。网络层还支持以下功能：

设备发现：通过发送广播消息来发现网络上的设备。

设备配置：通过网络配置设备的参数。

设备诊断：通过网络获取设备的状态信息和错误信息。

2.4应用层

应用层定义了设备之间的通信协议和数据交换格式。DeviceNet支持多种通信模式，包括：

周期性数据传输：用于实时性要求高的数据，如传感器数据。

非周期性数据传输：用于事件驱动的数据，如故障报告。

显式消息：用于设备之间的命令和响应。

隐式消息：用于设备之间的实时数据交换。

2.5设备配置

DeviceNet支持在线和离线设备配置。在线配置是指在网络运行状态下对设备进行配置，而离线配置是指在设备未连接网络时进行配置。配置参数包括：

设备地址：设置设备在网络上的唯一地址。

波特率：设置设备的传输速率。

I/O配置：设置设备的输入输出端口。

网络参数：设置网络的拓扑结构和通信参数。

2.6通信协议

DeviceNet的通信协议基于Master/Slave和Peer-to-Peer两种模式。Master设备通常是一个控制器，负责管理和调度网络上的通信。Slave设备是被控制的设备，如传感器、执行器等。Peer-to-Peer模式允许设备之间直接通信。

Master/Slave模式：

Master设备：发送命令和请求，管理网络通信。

Slave设备：响应Master的命令，发送数据。

Peer-to-Peer模式：

设备之间直接通信：用于设备之间的实时数据交换。

2.7网络管理

DeviceNet的网络管理功能包括：

网络初始化：启动网络并设置设备地址。

网络诊断：检测网络状态和设备故障。

网络维护：维护网络的稳定性和可靠性。

3.DeviceNet的工作原理

3.1通信机制

DeviceNet采用CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）机制来管理网络通信。每个设备在发送数据前都会先监听网络，确保网络空闲后再发送数据，从而避免数据冲突。如果检测到冲突，设备会停止发送并等待随机时间后重新尝试。

3.2数据帧格式

DeviceNet的数据帧格式如下：

//标准帧格式

typedefstruct{

uint16_tid;//11位标识符

uint8_tdlc;//数据长度码

uint8_tdata[8];//数据域

uint16_tcrc;//循环冗余校验

}DeviceNetStandardFrame;

//扩展帧格式

typedefstruct{

uint32_