现场总线控制系统（FCS）系列：Rockwell Automation DeviceNet (用于石油和天然气行业)_（1）.DeviceNet概述.docx

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DeviceNet概述

1.DeviceNet简介

DeviceNet是一种工业现场总线协议，由RockwellAutomation（以前的Allen-Bradley）开发，用于连接和通信各种工业设备和传感器。它是一种开放的、低成本的通信网络，支持多种设备类型，包括传感器、执行器、电机启动器、变频器、安全设备等。DeviceNet基于CAN（ControllerAreaNetwork）技术，确保了在恶劣工业环境下的可靠通信。

1.1DeviceNet的历史和发展

DeviceNet最初于1994年推出，旨在解决工业自动化系统中的设备互连问题。随着技术的进步和市场需求的变化，DeviceNet不断进化，支持更多的设备类型和更复杂的应用场景。在石油和天然气行业中，DeviceNet因其可靠性和成本效益而被广泛采用，用于连接各种现场设备和控制系统。

1.2DeviceNet的主要特点

低成本：DeviceNet使用标准的CAN物理层，降低了网络构建和维护的成本。

可靠性：基于CAN技术，具有高抗干扰能力和数据完整性校验。

灵活性：支持多种拓扑结构，包括线型、星型和混合型。

简单性：配置和安装简单，易于集成到现有的控制系统中。

实时性：支持实时数据传输，满足工业控制的高要求。

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：

现场设备连接：连接各种传感器、执行器和其他现场设备。

过程监控：实时监控生产过程中的关键参数。

故障诊断：快速诊断和定位设备故障。

数据采集：收集现场设备的数据，用于分析和优化生产过程。

2.DeviceNet网络结构

2.1物理层

DeviceNet的物理层基于CAN技术，使用RS-485差分信号传输，支持125kbps到500kbps的通信速率。网络最大长度取决于通信速率，通常在500kbps时可达100米，在125kbps时可达500米。

2.2数据链路层

DeviceNet的数据链路层负责数据的传输和接收，确保数据的完整性和可靠性。它使用标准化的消息格式和协议，支持点对点和广播通信。

2.3应用层

DeviceNet的应用层定义了设备之间的通信和数据交换规则。它支持多种数据类型和通信模式，包括I/O数据、显式消息和周期性数据传输。

2.4网络拓扑

DeviceNet支持以下几种网络拓扑结构：

线型拓扑：设备按顺序连接，形成一条链。

星型拓扑：所有设备连接到一个中央节点。

混合型拓扑：结合线型和星型拓扑，提供更高的灵活性。

3.DeviceNet设备类型

3.1输入设备

输入设备主要用于采集现场数据，如温度传感器、压力传感器、流量计等。这些设备通常通过DeviceNet将数据传输到控制器。

3.2输出设备

输出设备主要用于控制现场设备，如阀门、电机启动器、变频器等。控制器通过DeviceNet发送命令到这些设备，实现对生产过程的控制。

3.3智能设备

智能设备不仅具有输入和输出功能，还具备一定的数据处理能力。例如，智能变频器可以在本地进行数据处理，优化设备运行。

3.4安全设备

安全设备用于确保生产过程的安全，如紧急停机按钮、安全继电器等。DeviceNet支持安全通信协议，确保这些设备的可靠性和安全性。

4.DeviceNet通信协议

4.1CAN协议

DeviceNet基于CAN协议，使用标准化的消息格式进行数据传输。CAN协议支持多主站通信，每个设备都可以作为主站或从站。

4.2消息格式

DeviceNet的消息格式包括以下几种：

I/O消息：用于传输输入和输出数据。

显式消息：用于配置和诊断设备。

周期性消息：用于定期传输重要的数据。

4.3通信模式

DeviceNet支持以下几种通信模式：

主从模式：一个主站发起通信，从站响应。

多主站模式：多个主站可以同时发起通信。

广播模式：主站向所有从站发送消息。

4.4通信示例

以下是一个简单的DeviceNet通信示例，展示了如何通过DeviceNet读取温度传感器的数据。

#导入必要的库

importcan#CAN通信库

#配置CAN接口

bus=can.Bus(interface=socketcan,channel=can0,bitrate=250000)

#定义温度传感器的DeviceNet节点地址

node_address=0x0A

#定义读取温度的CAN消息

msg=can.Message(

arbitration_id=0x180+node_address,#报文ID

data=[0x01,0x00,0x00,0