devicenet 从站开发

2003/09/16 第4部分：DeviceNet从站开发 4 - 1

DeviceNet 从站开发

第 4 部分


内容概述 :

DeviceNet 规范 DeviceNet 通讯协议 DeviceNet 组 2 从站的开发 EDS 文件设备描述


DeviceNet 规范


DeviceNet 规范介绍第一卷 :DeviceNet 通信模型和协议

– DeviceNet Specification Volume I: DeviceNet Communication Model and Protocol

– 描述设备间建立和管理连接的方法第二卷 :DeviceNet 设备描述和对象库

– DeviceNet Specification Volume II :DeviceNet Device Profiles and Object Library

– 详述使用第一卷中介绍的通信服务的各个对象


DeviceNet 通信协议 & 报文格式


DeviceNet 的基础 DeviceNet 是一个基于连接的协议在建立起连接之前 , 两个节点间没有通讯

– 每个连接都有定时器 DeviceNet 利用对等的生产者 / 消费者通信模式

– 一个生产者，多个消费者– 没有高速也可完成同步化

DeviceNet 也可以配置成主 / 从连接– 可满足低成本的从站设备– 一个网络中可有多个主站


点 - 点单向报文传送

Producer DataID ‘A’

给生产者 - 消费者的数据流分配一个唯一的连接 ID

Consumer

Consumer

连接双方识别该连接 ID, 其它消费者忽略该连接 ID

生产者 / 消费者结构


Producer /Consumer

DataID ‘A’Producer /Consumer

每个方向分配一个单独的连接 ID.

DataID ‘B’

Consumer Consumer

连接双方识别该连接 ID, 其它消费者忽略该连接 ID.

点 - 点双向报文传送



Producer DataID ‘A’ Consumer

给生产者 - 消费者的数据流分配一个唯一的连接 ID Consumer

Consumer

所有参与者识别该连接 ID, 其它消费者忽略该连接 ID

多点单向报文传送生产者 / 消费者结构


Producer/Consumer

DataID ‘A’

给每个生产者的数据流分配一个单独的连接ID

Producer/Consumer

Producer/Consumer

DataID ‘B’

DataID ‘C’

Consumer

Consumer

所有参与者识别该连接 ID, 其它消费者忽略该连接 ID

多点双向报文传送



Client2Client1

Server3Server2Server1

客户机发起同服务器的连接一个客户机可以有多个服务器一个服务器也可以有多个客户机要看各节点的资源

客户机 / 服务器模式


客户机发起同另一个客户机的连接 , 这种情况 , 进行对等通信

客户机 / 服务器模式对等通信

Client /Server

Client /Server

Server1 Server2 Server3


– 服务器 - 服务器 ( 分布式控制结构 )

Client

Server2Server1

支持服务器间的直接数据传送 . 建立连接时需要一个客户机支持 , 但实时运行时客户机不参与 .

Client

客户机 / 服务器模式


MasterMaster

Slave3Slave2Slave1 Slave4

网络中可以同时有多个主站预定义主 / 从连接

从站是简单的设备 , 支持简单的连接方法

预定义主 / 从连接只允许每个从站有一个主站


Master/ Slave

Master

一个主站可作为另一个主站的从站

预定义主 / 从连接



如何建立连接客户机通过未连接端口提交连接请求

– 选择一闲置端口 (CAN 标识符）– 选择一种数据格式（ 16 位 ,32 位 , 有符号 / 无符号

等）

服务器检验其有效性– 如果可以，返回成功信息，开始利用指定的端口和

格式进行通信– 如果不可以，拒绝客户机建立连接的请求


举例我要和你讲话

抱歉，我不能

断线

我要和你讲话

好的，我可以

通话

通话

建立连接失败

成功建立连接

Client （客户） Server （服务器）


如何建立连接 DeviceNet 为未连接报文保留了几组

CAN 标识符CAN Identifier Field

Description 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Group 2 OnlyUnconnected

1 0 MAC ID 1 1 0

UCMM Response 1 1 1 0 1 Source MAC ID

UCMM Request 1 1 1 1 0 Source MAC ID

组 2 －报文 6 : 仅限组 2 未连接显式请求报文 ( 分配预定义主 / 从连接 )组 3 －报文 6: UCMM 请求报文组 3 －报文 5: UCMM 响应报文


举例 1

0 0001 000011

11 101 000100

11 110 000011

MAC ID 3 MAC ID 4

0 0010 000100

1

2

3

3

利用 UCMM 建立连接

利用建立的连接通信


UCMM 请求（未连接报文请求）

Byte Offset

7 6 5 4 3 2 1 0

0 Frag [0]

XID MAC ID [Destination]

1 R/R [0]

Service Code [4B]

2 Reserved (All bits = 0) Requested Message Body

Format 3 Group Select Source Message ID

Frag: 分段说明。 [0] = 非分段报文； [1] = 分段报文XID: 传送 ID. 。交替发送，避免报文重复 .R/R: 请求 / 响应。 [0] = 请求； [1]= 响应组选择。 0x00 = 组 1; 0x01= 组 2; 0x03 = 组 3.

打开显式报文连接请求格式：


报文体格式Message Body

Format3 2 1 0

Description

0 0 0 0 Class ID = 8 bits. Instance ID = 8 bits.0 0 0 1 Class ID = 8 bits. Instance ID = 16 bits.0 0 1 0 Class ID = 16 bits. Instance ID = 16 bits.0 0 1 1 Class ID = 16 bits. Instance ID = 8 bits.x x x x Reserved

报文体格式决定类标识符和实例标识符的范围（尺寸）例如：实例 ID=8 位，则属性标识符最大值为 255


UCMM 响应（未连接报文响应）

Byte Offset

7 6 5 4 3 2 1 0

0 Frag [0]


1 R/R [1]

Service Code [4B]

2 Reserved (All bits = 0) Actual Message Body

Format 3 Destination Message ID Source Message ID

3 Connection Instance ID

打开显式报文连接成功响应格式：

！注意：分配成功后，接下来的显式报文将使用从站返回的报文体格式传送，而不是主站请求的报文格式


客户机 MACID ＝ 0 ，服务器 MACID ＝ 5

客户机服务器使用组 1 ，信息 ID ＝ A

服务器客户机使用组 1 ，信息 ID ＝ 3

客户机向服务器发出打开显式信息连接的请求。

打开显式信息连接请求 11 11000 0000 数据 =05 4B 00 0A

70

321

组选择 [0]保留

R/R [0]MACID [5]

源信息 ID [A]请求的信息体格式 [0]

服务代码 [4B]

5 24 3 06 1Frag [0] XID[0]

打开显式信息连接请求举例


打开显式信息连接响应 11 101 000101 数据 =00CB00030200

字节偏移 7 6 5 4 3 2 1

连接实例 ID

0

1

2

3

4

5

Frag[0] XID MAC ID

R/R[1] 服务代码 [4B]

保留（所有位＝ 0 ）实际信息体格式目的信息 ID 源信息 ID

信息头

信息体

打开显式信息连接响应举例


链路生产者

链路消费者

MAC ID ＝0

链路消费者

链路生产者

MAC ID ＝5

组 1 信息 ID ＝A

CID ＝ 280

组 1 信息 ID ＝3

CID ＝ 0C5

客户机服务器

建立的显式信息连接示意图


显式请求格式和实例：客户机向服务器发送 “获取单个属性”请求，请求读取：服务器（ MACID ＝ 5 ）的连接类（ Class ID ＝ 05 ）的实例 02 （ Instance ID = 02 ）的属性 09-“ 期望信息包速率” （属性 ID ＝ 09 ）的属性值

7 6 5 4 3 2 1 0

Frag[0]

XID[0]

MACID=5

R/R[0]

服务器代码＝ OE

分类 ID ＝ 05

实例 ID ＝ 02

服务数据属性 ID ＝ 09

0

1

显式请求报文


显式响应格式和实例：服务器发送 “获取单个属性”响应

7 6 5 4 3 2 1 0

Frag[0]

XID[0]

MACID=0

R/R[1]

服务器代码＝ OE

数据

0

1

显式响应报文


DeviceNet 仅限组 2 从站开发


几个重要概念支持 UCMM 的设备

- 支持 UCMM 的设备可以通过 UCMM 报文对等建立连接不支持 UCMM 的设备

- 典型的低端设备仅限组 2 服务器

- 不支持 UCMM 的设备- 一定要支持预定义主 / 从连接组

组 2 服务器- 支持 UCMM 的设备- 作为预定义主 / 从连接组的从站设备


UCMM与仅限组 2 服务器 UCMM

– 支持 UCMM 的设备可以使用 UCMM 建立连接– 专项的请求和响应端口– 可以很灵活的建立显式报文– 与仅限组 2 服务器相比需要较强的 CPU 功能和较多的内存 – 设备应近可能支持 UCMM

仅限组 2 服务器– 使用仅限组 2 未连接显式请求报文建立连接– 该组无单独的连接响应端口。服务器利用显式报文响应端口进行

响应– 不支持其它通信功能– 仅限组 2 从站一定要支持预定义主 / 从连接组– 增加扫描卡的负担 (扫描卡代理每个从站的显式报文 )


预定义主 / 从连接组最初是为了简化建立连接而设计的不支持 UCMM 的设备必须支持预定义主 / 从

连接组几乎所有设备都支持预定义主 / 从连接组无法充分体现 DeviceNet 的优势所有的扫描卡都支持预定义主 / 从连接组! 注意 : 支持 UCMM 的设备成功响应了预定义主 / 从连接分配请求后 , 主

站可以使用 UCMM 建立的显式连接 , 也可以使用预定义主 / 从连接分配的显式连接同设备通信 , 设备必须都能处理


MasterMaster


网络中可以同时有多个主站预定义主 / 从连接

从站是简单的设备 , 支持简单的连接方法

预定义主 / 从连接只允许每个从站有一个主站


Master/ Slave

Master

一个主站可作为另一个主站的从站




组 2 和 CAN

CAN Identifier Field 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Description

1 0 Source MAC ID 0 0 0 Master I/O Bit-Strobe 1 0 Destination MAC ID 0 0 1 Use is TBD 1 0 Destination MAC ID 0 1 0 Master COS/Cyclic ACK 1 0 Source MAC ID 0 1 1 Slave Explicit Response 1 0 Destination MAC ID 1 0 0 Master Explicit Request 1 0 Destination MAC ID 1 0 1 Master I/O Poll 1 0 Destination MAC ID 1 1 0 Group 2 Unconnected Req 1 0 Destination MAC ID 1 1 1 Duplicate MAC ID Check

CAN Identifier Field 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Description

0 1 1 0 0 Source MAC ID Slave Multi-cast 0 1 1 0 1 Source MAC ID Slave COS/Cyclic 0 1 1 1 0 Source MAC ID Slave I/O Bit-Strobe 0 1 1 1 1 Source MAC ID Slave I/O Poll/ COS ACK

组 2 －报文 6 : 仅限组 2 未连接显式请求报文 ( 分配预定义主 / 从连接 )


从站的 MAC ID 总是在 CAN 的标识场中（除主站的位选通 I/O ）– 减少从站的中断次数

将 MAC ID 放置在报文 ID 前面– 可以使用基本的 CAN （ BasicCAN ）– 从站的 MAC ID 决定总线访问的优先级，尤其是对

位选通，状态改变和循环

组 2 和 CAN


举例 2

10 011000100

MAC ID 3 MAC ID 4

1

2

3

3

分配预定义主 / 从连接


10 110000100

10 100000100

10 011000100


仅限组 2 未连接请求报文格式Byte

Offset 7 6 5 4 3 2 1 0

0 Frag [0]

XID MAC ID [Source]

1 R/R [0]

Service Code [4B]

Class ID [03] Instance ID [01] Allocation Choice 0 0 Allocator’s MAC ID

从站须依据分配者的 MAC ID 来确认主站 MAC ID ，而不是源MAC ID 服务代码 [4B] ：分配连接


分配选项

7 6 5 4 3 2 1 0

Reserved Acknowledge Suppression

Cyclic Change-Of-State

Multi-cast

Bit-Strobed

Polled Explicit

可以组合选择（同时选择多项）循环和状态改变不能同时选，二者互斥应答抑制只用于循环和状态改变


预定义主 / 从连接组预定义主 / 从显式报文

– 典型请求 - 响应机制。主站请求，从站响应

预定义主 / 从 I/O 报文轮询 (Poll) ，点到点

• 同一时刻，一个主站对一个从站

位选通 (Bit Strobe) ：多点传送• 一个主站对所有它的支持位选通的从站

循环（ Cyclic ）• 主站 / 从站周期性的发起传送

状态改变 (Change-Of-State )• 当 I/O状态改变时主站 / 从站发起传送


组 2 连接实例

! 注意 : 状态改变和循环 I/O 连接为互斥设置! 注意 : 支持预定义主 / 从连接的从站必须为预定义主 / 从连接组保留这些实例号

连接实例说明1 显式（ Explicit ）2 轮询 I/O （ Polled ）3 位选通 I/O （ Bit-Strobed ）4 状态改变或循环 I/O （ COS or

Cyclic ）5 预留


仅限组 2 未连接响应报文格式Byte

Offset 7 6 5 4 3 2 1 0

0 Frag [0]


1 R/R [1]

Service Code [4B]

2 Reserved(all 0) Message Body Format

！注意：分配成功后，接下来的显式报文将使用从站返回的报文体格式传送，而不是主站请求的报文格式


举例

Slave Slave I/O Poll

MAC ID Message ID

Slave Master I/O Poll

Slave Master Explicit Req

Slave Slave Explicit Rsp

Slave Group 2 Unconnected

Master Slave

1

2

3

4

5

6

建立轮询连接举例


仅限组 2 从站开发的特点低成本，易于实现，可以作为开发的入手点比较通用需要仅限组 2 主站 ( 代理 UCMM 功能 ) 连接数极有限

– 一个显式连接– 四个 I/O 连接

仅通过组 2 接收报文通过组 1 和组 2 传送报文


电子数据文档 (EDS 文件 )


设备配置配置概述配置支持 DeviceNet 配置工具


配置概述 DeviceNet 协议可以通过网络配置设备

– 设备不须要配置开关• 机械设计，强度，体积设计更灵活• 用户可配置的产品特性更多• 无须专门的配置端口

– 一个工具可以访问所有的节点• 在线调整设备参数• 远程识别网上设备


几种配置方法– 电子数据文档 (Electronic Data Sheet- (EDS) )– 参数对象与参数对象根– 配置组合对象– 以上各种组合

允许不同复杂程度的工具– 手提式，用于工厂维护

• 提供原始的配置– 基于 PC 机的通用软件配置工具

• 提供标准配置– 产品指定的工具

• 复杂设备配置

配置概述


• 原始配置– 将资料输入到可下载的组– 基本的表格输入格式– 利用工具从设备中提取数据块– 最经济的配置法

• 标准配置– 提供从设备读取配置参数的方法– 参数对象或电子数据文档的使用允许工具检查数据的

有效值– 支持电子数据文档

配置概述


配置支持 DevieNet 规范定义数种配置选择

– 参数对象与简化参数对象– 配置组合对象– 电子数据文档


参数对象– 包含每个可配置属性的必要信息– 包含本文 /帮助字串用于用户提示– 工具从设备中提取全部的配置信息

• 任何配置工具都可配置该设备– 每个可配置属性需要一个实例– 数据存放设备中，所以需要较大的 ROM空间

配置支持


参数对象例子参数类实例 1 之属性 < 输出状态>

Attr Number Access Rule Attribute Name Data Type Value

1 Get/Set Parameter Value UINT 0

2 Get/Set Application Object Path Size USINT 0

3 Get/Set Application Object Path ARRAY OF WORD -

4 Get Descriptor WORD 0X0002

5 Get Data Type USINT 2 (UINT)

6 Get Data Size USINT 2

7 Get Parameter Name String STRING (16) "Output State"

8 Get Units String STRING (4) ""

9 Get Help String STRING (64) ""

10 Get Minimum Value UINT 0

11 Get Maximum Value UINT 1

12 Get Default Value UINT 0

13 Get Scaling Multiplier UINT 1

14 Get Scaling Divisor UINT 1

15 Get Scaling Base UINT 1

16 Get Scaling Offset INT 0

17 Get Multiplier Link UINT 0

18 Get Divisor Link UINT 0

19 Get Base Link UINT 0

20 Get Offset Link UINT 0

21 Get Decimal Precision UINT 0


配置支持电子数据文档 (EDS 文件 )

– 让参数对象变成可选支持 ( 非必须的 )– ASCII 文件格式– 包含所有可配置属性的信息– 内容同参数对象相同– 结合简化参数对象

• 参数对象提供公用接口• EDS 提供描述性文本，数据限定值等


配置支持电子数据文档包括以下几个部分 :

– 文件描述– 设备描述– 参数

DeviceNet 规范第 2 卷第 4章


$ Presence Sensing Device$ Sample Electronic Data Sheet$$ All unknown numeric fields shown as 99$ All unknown string fields shown as “XYZ”$ Assume APP Object Class = 77

[File]DescText = “EDS for Type XYZ Presense Sensor”CreateDate = 04-14-94;CreateTime = 09 : 03 : 50;ModDate = 04-14-94;ModTime = 0 : 03 : 50;

[Device]VendCode = 1VendName = “Allen-Bradley”;ProdType = 6;ProdCode = 1;MajRev = 1’MinRev = 0ProdName = “Type XYZ Presense Sensor”;SerNum = 0x12345678;Comment =

$ creation date

$ Vendor code

$ Product type$ Product code$ Maj rev$ Minor rev

$ Serial number$ User Comment

EDS 文件


EDS 文件$ Parameter 1 description

$ data slot$ path size, path$ descriptor$ data type, size$ name$ units$ help text$ min, max, default$ scaling factors$ scaling links$ decimal precision

$ Parameter 2 description$ data slot$ path size, path$ descriptor$ data type, size$ name$ units$ help text$ min, max, default$ scaling factors$ scaling links$ decimal precision

[Params]Param1 =

06, “20 77 24 01 30 01”’0x02,2, 2,“Output State”,“ “,“ “,0, 1, 0,1, 1, 1, 0,0, 0, 0, 0,0;

Param2 =0,6, “20 77 24 01 30 04”,0x02,1, 2,“Diagnostic”,“ “,“ “,0, 0, 0,1, 1, 1, 0,0, 0, 0, 0,0;


通过网络配置

DeviceNetInterface

PLC Chassis

ConfigurationComputer

Sensors Actuators OtherDevices

Drives

Block IO

DeviceNet

DeviceNet Scanner

直接连接配置DeviceNetInterface

DeviceNetConfiguration Cable

ConfigurationComputer

Device

DeviceNet 配置工具


DeviceNet 设备描述


什么是设备描述 ? 设备描述定义一个设备 :

– 行为– 如何交换输入 /输出数据– 如何配置

设备类型举例 :– 气阀– 伺服驱动器– 马达启动器– 限位开关– 光电开关


为什么需要设备描述 ? 从网络的角度来看，相似设备如果使用相同的设

备描述 , 则他们具有一致的行为 , 通信方式和配置 .

一致的行为 , 通信方式和配置使得设备具有 :– 互用性– 互换性

当然，最终还是由用户确认设备的互换性– 架设，精确度，环境系数，寿命– 设备描述只提供逻辑上的互换性– 如果制造商有特定的参数，全面替代是不可能的

DeviceNet 第二卷 , 第三章 , 设备描述


定义设备的行为定义设备的行为等于定义设备的对象模型，因为

– 对象有定义好的行为– 对象之间的连接结构有定义好的行为

定义设备的对象模型，必须 :– 列出设备中所有的对象类– 说明各类的实例数– 说明各对象会否会影响设备的行为 , 以及如何影响– 定义所有对象同其它对象之间的接口


对象模式 (流量计 )

DiagObject

Ex t’d Diag Object

AnalogInput Point

Object

Low PassFilter

Object

Parameter Object Class

#1#2

Instance#2

Instance#1

Assembly Object Class

Identity Object

Message Router

I/O ExplicitMsg

DeviceNetObject

Connection Object Class

DeviceNet Network

FlowTransducer

Instance #1 = AIP Input RangeInstance #2 = LPF parameters

ApplicationObject(s)


输入 /输出数据格式设备的 I/O 数据可利用组合对象来结构化设备可支持多个 I/O 组合，用户根据需要

选择期望的 I/O 数据格式


I/O 组合格式 (流量计 ) 该例中 ,4 个属性集合在一个的数据结构中 :

– 流量值– 诊断位 1 ， 2 ， 3

Byte

0

1

2

Bit 7

Bit 6

Bit 5

Bit 4

Bit 3

Bit 2

Bit 1

Bit 0

DiagBit #3

DiagBit #2

DiagBit #1Reserved

Flow Value (High Byte)

Flow Value (Low Byte)


如果所要的设备描述不存在 DeviceNet 规范规定了定义新描述所需的步骤

– 由 ODVA专家 (特别兴趣小组 ) 定义新的设备类型– 将提案交于 ODVA技术委员会审查– ODVA讨论，改进 ( 如须 ) ，然后批准该设备描述– ODVA 为新设备分配一个新的设备类型编码– 印刷发行新设备描述


该类设备的专家定义新设备描述将提案交于 ODVA技术委员会审查 ODVA讨论，改进 ( 如须 ) ，然后批准该

设备描述 ODVA 为新设备分配一个新的设备类型编

码发行新设备描述

新设备描述的建立过程为 :

devicenet 从站开发

Documents