现场总线控制系统（FCS）系列：Rockwell Automation DeviceNet (用于石油和天然气行业)_（5）.DeviceNet通信协议详解.docx

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DeviceNet通信协议详解

1.DeviceNet概述

1.1DeviceNet的定义和历史

DeviceNet是一种现场总线通信协议，由RockwellAutomation开发并推广。它主要用于连接工业自动化设备，如传感器、执行器、电机控制器等，实现这些设备之间的数据交换和控制。DeviceNet基于ControllerAreaNetwork(CAN)技术，具有高度的可靠性、灵活性和成本效益，广泛应用于石油和天然气行业。

1.2DeviceNet的主要特点

低成本：DeviceNet使用标准的120Ω屏蔽双绞线，减少了布线成本。

高可靠性：采用CAN技术，具有强大的错误检测和纠正能力。

灵活性：支持多种网络拓扑结构，如线性、分支和星形。

标准性：遵循ODVA（OpenDeviceNetVendorAssociation）的标准规范。

兼容性：与多种工业自动化设备和控制系统兼容。

1.3DeviceNet的应用场景

在石油和天然气行业中，DeviceNet主要用于以下场景：

远程监控：通过DeviceNet网络，可以实时监控分散在油田、井场等地区的设备状态。

设备控制：实现对阀门、泵、电机等设备的远程控制。

数据采集：收集现场设备的运行数据，用于分析和优化生产过程。

故障诊断：通过网络通信数据，快速定位和诊断设备故障。

2.DeviceNet通信原理

2.1CAN总线基础

DeviceNet基于CAN总线技术，因此了解CAN总线的工作原理是理解DeviceNet的基础。CAN总线是一种多主总线，支持多个设备同时连接到同一网络中。CAN总线的数据传输采用报文形式，每个报文包含ID、数据字节和校验位。

//CAN报文结构

typedefstruct{

uint32_tid;//报文ID

uint8_tdata[8];//数据字节

uint8_tdlc;//数据长度码

uint8_trtr;//远程传输请求

uint8_text;//扩展帧标志

uint8_terr;//错误标志

}CAN_Message;

2.2DeviceNet网络结构

DeviceNet网络支持多种拓扑结构，常见的有线性、分支和星形。线性拓扑是最常用的，适用于设备分布较远的情况。分支拓扑适用于设备分布较集中但需要减少布线的情况。星形拓扑则适用于设备数量较多且需要高可靠性的场合。

2.3DeviceNet通信机制

DeviceNet使用主从通信机制，主设备（通常为PLC）负责网络的初始化和数据的请求，从设备（如传感器、执行器）则根据主设备的请求进行响应。通信报文分为显式消息和隐式消息两种类型。

显式消息：用于配置和诊断设备，包含设备地址、功能码、数据等。

隐式消息：用于实时数据交换，包含设备地址和数据。

2.4DeviceNet报文格式

DeviceNet报文格式基于CAN报文，但增加了更多字段以支持工业控制应用。报文格式如下：

字段|描述|长度（字节）|

|———–|————————–|————–|

ID|报文ID，用于标识报文类型|4|

Data|数据内容|8|

DLC|数据长度码|1|

RTR|远程传输请求|1|

Ext|扩展帧标志|1|

Err|错误标志|1|

2.5DeviceNet设备地址

DeviceNet设备地址用于标识网络中的每个设备。地址范围从0到63，其中0为广播地址。每个设备在网络中都有一个唯一的地址，主设备通过地址与从设备进行通信。

//设置DeviceNet设备地址

voidsetDeviceNetAddress(uint8_taddress){

//假设设备地址寄存器为0x01

writeRegister(0x01,address);

}

//读取DeviceNet设备地址

uint8_tgetDeviceNetAddress(){

//假设设备地址寄存器为0x01

returnreadRegister(0x01);

}

2.6DeviceNet数据传输速率

DeviceNet支持多种数据传输速率，包括125kbps、250kbps、500kbps和1Mbps。选择合适的传输速率可以平衡通信速度和网络稳定性。

//设置DeviceNet传输速率

voidsetDeviceNetBaudRate(u