现场总线控制系统（FCS）系列：Rockwell Automation DeviceNet_（15）.DeviceNet的安全性与可靠性.docx

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DeviceNet的安全性与可靠性

1.设备网络（DeviceNet）概述

DeviceNet是一种开放的现场总线协议，用于连接简单工业设备（如传感器、电机启动器、变频器等）和高级控制器（如PLC）。它基于CAN（ControllerAreaNetwork）技术，通过标准的通信协议实现设备之间的数据交换和控制。DeviceNet的设计旨在简化设备的连接和配置，提高系统的可靠性和安全性。

2.DeviceNet的安全性

2.1物理层安全性

DeviceNet的物理层采用屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线进行通信，确保数据传输的物理安全。此外，它还支持光缆传输，进一步提高抗干扰能力。物理层的安全性主要体现在以下几个方面：

屏蔽双绞线：屏蔽双绞线可以有效减少电磁干扰，确保数据在传输过程中的完整性。

非屏蔽双绞线：虽然没有屏蔽层，但通过双绞结构也可以减少干扰。

光缆传输：光缆传输可以完全避免电磁干扰，适用于高电磁干扰的环境。

2.2数据链路层安全性

DeviceNet的数据链路层基于CAN协议，通过以下机制确保数据的完整性和可靠性：

错误检测：CAN协议具有强大的错误检测机制，包括位填充、CRC校验等。每当发送一个数据帧时，都会进行CRC校验，确保数据的完整性。

错误帧：一旦检测到错误，CAN总线会发送错误帧，通知所有节点数据传输失败，从而触发重传机制。

优先级仲裁：CAN协议通过优先级仲裁机制确保高优先级的消息优先传输，避免低优先级消息占用过多带宽。

2.3网络层安全性

DeviceNet的网络层通过以下机制确保网络的安全性和可靠性：

地址分配：每个设备在网络中都有唯一的节点地址，确保数据包能够准确地发送到目标设备。

数据包过滤：设备可以设置过滤规则，只接收特定类型的数据包，避免接收无关的或恶意的数据包。

网络管理：网络管理功能可以监控网络状态，检测异常行为，确保网络的正常运行。

2.4应用层安全性

DeviceNet的应用层通过以下机制确保应用的安全性和可靠性：

访问控制：设备可以设置访问权限，确保只有授权的设备或控制器能够访问其数据和功能。

数据加密：虽然DeviceNet本身不支持数据加密，但可以通过上层协议或外部安全设备实现数据的加密传输。

安全协议：可以使用CIP（CommonIndustrialProtocol）中的安全协议，如CIPSecurity，提供更高级别的安全保护。

3.DeviceNet的可靠性

3.1硬件可靠性

DeviceNet的硬件设计考虑了多种因素，以提高系统的可靠性：

热插拔：DeviceNet支持设备的热插拔，即在不断电的情况下可以安全地插入或移除设备，减少维护时间和停机风险。

冗余设计：可以采用双总线或双电源设计，确保在单点故障时系统仍能正常运行。

过载保护：设备内部通常具有过载保护机制，防止电流过大导致设备损坏。

3.2通信可靠性

DeviceNet通过以下机制确保通信的可靠性：

重传机制：当数据传输失败时，设备会自动重传数据，直到成功为止。

心跳机制：设备会定期发送心跳消息，确保网络中的其他设备知道其在线状态。

超时检测：如果某个设备在规定时间内没有发送或接收数据，网络管理功能会检测到并采取相应的措施。

3.3软件可靠性

DeviceNet的软件开发需要考虑以下方面以提高系统的可靠性：

异常处理：在软件中实现异常处理机制，确保系统在发生错误时能够恢复。

日志记录：记录系统运行日志，方便故障排查和维护。

冗余算法：实现数据冗余算法，确保数据的完整性。

3.4实例：DeviceNet设备的异常处理

下面是一个DeviceNet设备的异常处理实例，使用C语言实现。假设我们有一个DeviceNet传感器设备，需要在数据传输失败时进行重传，并记录异常日志。

#includestdio.h

#includestdlib.h

#includestring.h

#includeunistd.h

//定义DeviceNet设备结构

typedefstruct{

intnodeAddress;

intmaxRetries;

intretryCount;

chardata[256];

}DeviceNetSensor;

//初始化DeviceNet设备

voidinitializeDevice(DeviceNetSensor*sensor,intnodeAddress,constchar*initialData,intmaxRetries){

sensor-nodeAddress=nodeAddress;