DeviceNet

Рис. 7.3. Пример сети DeviceNet

DeviceNet — протокол, разработанный и опубликованный в 1994 году компанией Allen Bradley и впоследствии переданный в ведение специально организованной для его поддержки ассоциации ODVA (Open DeviceNet Vendor Association Inc.). DeviceNet — недорогое, простое эффективное решение для объединения в единую систему разнообразных устройств промышленной автоматизации независимых производителей (фото-, термодатчики, стартеры, считыватели штриховых кодов, элементы человеко-машинного интерфейса: клавиатуры, дисплейные панели, а также управляющие устройства: PLC, компьютерами и т. д. — рис. 7.3).

Первые устройства, удовлетворяющие спецификации DeviceNet, появились на рынке в начале 1995 года. Помимо снижения стоимости, при разработке протокола также стояла задача упрощения и унификации диагностики подобных устройств, часто либо физически недоступных, либо допускающих такую диагностику посредством своих собственных, весьма отличающихся между собой интерфейсов.

Как и все CAN HLP, протокол DeviceNet построен на двух нижних уровнях стандарта CAN, дополненных более детальными, чем в других HLP, спецификациями физического уровня. Сеть DeviceNet имеет шинную топологию с отводами. Физической средой передачи является 4-проводной кабель (CAN_H, CAN_L, Vcc, Ground), причем возможны две его разновидности: толстый (внешний диаметр 12,2 мм) и тонкий (6,9 мм). Оба варианта кабеля могут использоваться как для основной магистрали (транка), так и для отводов, или комбинироваться. Определены лишь три значения скорости передачи данных 25, 250и 500 кбит/с. Максимальные длины центральной магистрали и отводов в зависимости от скорости передачи и типа кабеля приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Соотношения предельной длины и скоростей передачи данных сети DeviceNet

Важной особенностью сети DeviceNet является возможность питания модулей непосредственно от сетевого кабеля, причем стандартизованы как напряжение питания (24 В), так и максимальная токовая нагрузка (8 А на толстом кабеле, 3 А на тонком), а также допускается применение нескольких источников питания, например с целью резервирования, в любой точке шины. Все это дает возможность построения автономной сети, не зависящей от наличия или качества внешнего питания, а при необходимости позволяет легко демонтировать и снова развернуть систему на новом месте.

Сеть DeviceNet допускает «горячее» без обесточивания сети) подключение и отключение модулей. При наличии оптоэлектронной развязки сигнальных цепей в модулях их питание может осуществляться от внешнего источника. Спецификацией DeviceNet предусмотрены и такие нюансы, как типы, цвет и количество индикаторов состояния модуля (включения, работоспособности, подключения к сети), хотя само по себе наличие таких индикаторов не является обязательным.

Стандарт DeviceNet содержит также подробное описание многочисленных типов переходников, разветвителей (одиночных и многопортовых), соединителей, сетевых отводов и т. п. В елях еще большего снижения стоимости системы на базе сети DeviceNet фирмой Allen_Bradley был предложен новый тип кабельной разводки на основе 4-проводного плоского кабеля — KwikLink.

При писании организации типов данных, сетевого поведения модулей в DeviceNet используется объектно-ориентированная модель. Обязательные классы объектов включают в себя следующие:

- объект удостоверения (Identity object) содержит информацию о модуле (код производителя, продукта, версия и т. п.);

- объект соединения (Connection object) — логический порт ввода-вывода устройства;

- объект DeviceNet включает MAC ID (идентификатор модуля), скорость передачи, состояние модуля и т. п.;

- объект сообщения (Message router оbject) перенаправляет явное сообщение получателю.

При передаче данных в сети DeviceNet эффективно используется принцип адресации CAN-протокола с ориентацией на потребителя, узлы выбирают «свои» передаваемые в сети данные по их идентификаторам. Всего определены два типа сообщений:

- сообщения ввода-вывода (I/O messages) предназначены для целей управления устройствами и передачи данных в реальном времени между узлами в широковещательном режиме или в режиме «точка-точка». Используют идентификаторы с высоким приоритетом, которые и определяют содержание сообщения;

- явные сообщения (Explicit messages)предназначены для многоцелевого обмена данными в режиме «точка-точка» и обеспечивают типичный сервис «запрос-ответ». Используют идентификаторы с низким приоритетом и применяются обычно для конфигурирования устройств и целей диагностики. Значение сообщения содержится в поле данных.

При необходимости передачи данных длиной более 8 байтов применяется механизм фрагментации. В зависимости от потребностей обмена и возможностей модулей возможны «мастер-ведомый» (master_slave), мульти-мастерный (multi-master) или равноправный (peer-to-peer) способы взаимодействия устройств.

Пересылки данных могут инициироваться путем опроса, циклически или при изменении их значения (change of state). Максимальное число узлов в сети DeviceNet — 64. Такое ограничение связано с 6-разрядным двоичным форматом идентификатора модуля MAC ID (он является частью CAN ID, причем в DeviceNet спользуется только стандартный тип кадра CAN с 11-разрядным ID). Однако общее число устройств ввода-вывода может достигать 2048 (по 32 на узел).

Модули в сети могут быть как UCMM-типа (UnConnected Message Manager), способные выставлять равноправные (peer-to-peer) соединения с другими модулями, так и Predefined Master/Slave типа, которые не могут произвольно выбирать путь соединения, и их объекты соединения конфигурируются при включении устройства. Реализация последнего типа модуля требует меньшей длины кода и производительности управляющего микроконтроллера, что снижает общую стоимость устройства.

В сети DeviceNet не всегда устройство с меньшим значением идентификатора модуля — MAC ID выигрывает арбитраж. Это зависит и от того, к какой группе принадлежит сообщение. Всего таких групп четыре (в порядке убывания приоритета):

1) наиболее критичные ко времени доставки сообщения,

2) явные сообщения ввода-вывода для соединения типа Predefined Master/Slave,

3) несрочные сообщения, использующиеся для диагностики и мониторинга,

4) сообщения для offline подключения используются на этапе инсталляции (подключения и настройки) модулей.

Для обеспечения стыкуемости устройств разных производителей и их взаимодействия в рамках единой сети, стандарт DeviceNet, подобно некоторым другим HLP, определяет ряд профилей устройств. Формированием и стандартизацией библиотек профилей занимаются специальные группы (Special Interest Groups) ассоциации ODVA. Более 300 производителей членов ассоциации ODVA занимаются разработкой и производством устройств, инструментальных средств и программного обеспечения для сетей DeviceNet.

Дата добавления: 2015-07-02