实例介绍
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基于现场总线DeviceNet的智能设备开发指南.pdf
内容简介 本书以计算机网络、通信、开放系统互连参考模型等知识为基础,较全面地介绍了 DeviceNet现场总线技术的特点、规范、通信控制芯片、接口电路设计及协议软件设计,并 通过两个实际项目(其中一个为国家高科技产业化示范工程项目详细而全面地论述了 DeviceNet技术开发的全过程 本书突出了与实际开发相关的内容,书中附录部分提供了大量与实际开发有关的宝贵的 技术资料。书中很多内容均为首次公开,具有很高的技术参考价值。 本书可作为高等院校讦算机、工业自动化及仪表类专业本科生、研究生教学和毕业设计 的参考书,也可作为从事现场总线系统设计及应用开发的技术人员的培训教材。 书中的硬件图纸及软件源代码只能作为教学及培训用途,不得用作商业目的。 未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书的部分或全部内容。 版权所有,侵权必究。 图书在版编目(CIP)数据 基于现场总线 DeviceNet的智能设备开发指南/张戟等编著 西安:西安电子科技大学出版社,20046 ISBN7-5606-1388-8 I.基…Ⅱ.张…Ⅲ.总线-技术Ⅳ.TP336 中国版本图书馆CIP数据核字(2004)第037417号 责任编辑云立实阎彬 出版发行西安电子科技大学出版社(西安市太白南路2号) 电话(029)8824288588201467 邮编710071 http://www.xduph.comE-mail:xdupfxb@pub.xaonline.com 经销新华书店 印刷单位陕西华沐印刷科技有限责任公司 版次2004年6月第1版2004年6月第1次印刷 开本787毫米×1092毫米116印张14375 字数338千字 印数1~4000册 定价7500元 ISBN7-5606-1388-8/TN·0266 XDUP1659001-1 前言 设备网 DeviceNet是由Alen- Bradley公司设计的一种基于CAN技术的低成本、高性 能的现场总线网络。它采用现场总线技术将诸如可编程序控制器、传感器、光电开关、操 作员终端、电动机、轴承座、变频器和软启动器等现场智能设备连接起来,是分布式控制 系统减少现场O接口和布线数量,将控制功能下载到现场设备的理想解决方案。设备网 目前由致力于支持设备网产品和设备网规范的非盈利性组织 ODVA(Open DeviceNet Vendors Association)进一步开发。至今,全球已有超过300家厂商提供 DeviceNet的接入 产品。除了ODvA以外, Rockwell、GE、ABB、 Hitachi和 Omron等跨国集团也致力于 DeviceNet的推广。 本书以国家高新技术产业化工程示范项目——基于 DeviceNet现场总线的智能设备与 检测系统为背景,详细介绍了基于 DeviceNet的智能阀控制器通信接口设备的软硬件设计, 其内容为国内首创,具有推广和指导意义,同时它又是与工业界直接联系的项目。该通信 接口设备已经在北京和上海的现场总线展览会上被成功展示 本书首先回顾了现场总线的发展历程与工业自动化网络技术的特点,介绍了当前现场 总线的国际标准情况和一些重要网络概念,特别着重论述了生产者/消费者网络模型和 DeviceNet的技术背景、应用领域及自动化网络三层结构体系;接着按物理层、数据链路层 和应用层对设备网协议规范作了详尽的论述(尤其是 DeviceNet的通信协议和对象模型),并 以一个 DeviceNet通信连接实例来帮助读者理解协议规范中的有关内容;然后以两个实际 项目(其中一个为国家高新技术产业化工程示范项目)为背景,用大量篇幅详尽讲述了基于 DeviceNet的智能设备的设计过程,其中包括设备描述需求分析,硬件接口设计和软件协议 开发以及高性能的嵌入式系统开发的远程调试环境和方法;接着对 Device Net协议一致性 测试的环境和要求作了详尽的介绍,特别针对如何分析和优化程序的开发提出了一些独特 的见解:最后介绍了 DeviceNet智能设备开发的下一步工作以及对 DeviceNet技术的展望和 EtherNet/P的研究热点。 本书附录中有大量详实的开发资料,包括智能阀 Profile、参考源代码、一致性测试报 告样纸等,希望能对从事 Devicenet智能设备开发的技术人员有所帮助。 本书在编写过程中得到了上海交通大学自动化系控制工程与网络技术研究室的陈应麟 教授和上海 Rockwell Automation的贾青高级工程师(原上海交通大学自动化系控制工程与 网络技术研究室副教授,上海交通大学 Rockwell.放实验室主任)的指导和热情支持。上海 交通大学自动化系控制工程与网络技术研究室的魏震博士、张敬袁博土和章扬学士(现在日 本京都大学攻读硕士学位提供了大量的帮助和有用的资料,在此一并表示感谢。 由于编者水平有限,书中难免会有缺点和不妥之处,敬请读者见谅。 编者 2004年2月于上海 目录 第1章绪论……… 世增!1 世想十世册中型?型世世十世册什 1.1现场总线的系统结构及技术特点 1.11现场总线的发展及标准定义… 112现场总线的结构特点 1.1.3现场总线系统的技术特点 库 114现场总线与一般通信网络的区别… 4 1.2CAN技术概述 13 DeviceNet现场总线背景 131 DeviceNet概述 “““4““#““ 中*和中;日日和日:中?中?中中导·于中中于?于导导中·于于想于中当中想使 l32 Devicenet的技术特点 666 133 DeviceNe的应用范围及前景… 第2章 Dev iceNet协议规范 2.1 Devicenet协议规范概述 22 Devicenet的物理层和数据链路层… 10 221 DeviceNet的物理层和物理媒介…… 222 DeviceNet的数据链路层 .:“神和日中:::+·平 223cAN芯片在 Devicenet中的应用 23 DeviceNet的网络通信模型 q建着首日自目:首由1留日日法:音非;1 事4““ 13 231显性报文和O报文…11111111113 232LO触发机制.… 15 24 DeviceNet的通信协议 16 241 DeviceNet中连接的概念 16 242 DeviceNet的报文传送 19 243预定义的主/从连接组 21 244数据通信方式 ·中·非中e,· 21 2.5 DeviceNet对象模型与设备描述. 22 2.6理解 DeviceNet的连接和通信过程 27本章小结 哺中由1粗国法击111车目丰国丰着库1 第3章 DeviceNet智能设备设计实例 3. I DeviceNet智能设备设计的一般步骤. 3,2CAN控制器及相关器件的选择 321mel82527CAN控制器的主要特性11 和棒 train日tt如t导+干 322 Philips SJA000CAN控制器的主要特性… 1面 3 323CAN总线收发接口电路芯片 Philips82C251 33离散量输入模块的 DeviceNet智能节点设计实例 331开发环境—PC/104. …111135 3.3,2离散量输入模块的接口电路 333离散量输入模块的软件设计… 中“本非“言国都 34 DeviceNet智能阀控制器通信接口模块设计实例…… 5 34.1智能阀通信接口需求分析…… 45 342智能阀控制器通信接口模块硬件设计指南…247 343调试工具及测试方法 344智能阀控制器通信接口模块敦件设计指南 35本章小结 8 第4章 DeviceNet产品协议的一致性测试… 4.1测试计划与准备 ...89 411硬件环境…89 4.L2软件环境 42测试设计与测试方法确立…111111111101 421测试需求分析 世世世土.=4··于+和4和:=和:·日中和日中日丰扫分日和日福日;品日品 101 422测试方法的确立 ·…““·…·““““““ 如等 .4102 43执行测试…… ,,102 4.3.1 DeviceNet协议测试. 暴44申 102 4.3.2物理层测试… 433交互式测试 434测试结果的分析和优化…… ,10 43.5测试结果...11 世世"主想生想牛世学世都 n107 44本章小结 ,108 第5章 Dev ceNet的开发前景与展望. 109 51基于 DeviceNet的进一步的开发工作.… tt!世千杜十世t世雪t“世曾·世十曹世世t世十 109 511 DeviceNet通信控制器的开发…… 109 512网络协议转换器的开发 52 DeviceNet的前景展望 110 521 DeviceNet的前景展望………10 522 DeviceNet与 EtherNe/P的关系 111 5.3本章小结 1112 附录A.1 113 A1软件数据字典 量 itnihdtaretettnitet 113 A.2软件系统结构图 117 A3参考源代码…...117 附录B调节阀 Profile…… 198 B1概述 B2阀的对象类 199 B3开关与LED指示灯 206 B4阀的EDS文件…111111206 附录C一致性测试报告样纸… 212 参考文献 222 第1章绪论 锦绪论 11现场总线的系统结构及技术特点 随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂 的现场设备层到控制、管理的各个层次,覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的 市场。信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动 化系统为基础的企业信息系统。现场总线(6 eldbus就是顺应这一形势发展起来的新技术。 11.1现场总线的发展及标准定义 20世纪80年代中期,微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降直接导致了 计算机与计算机网络系统的迅速发展。与此同时,处于生产过程底层的测控自动化系统仍 采用一对一联机方式,用电压、电流的模拟信号进行测量控制,或采用自封闭式的集散系 统,这都难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换,使自动化系统成为“信息孤 岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动化,就必须设计出一种能在工业现场环境运行 的、性能可靠、造价低廉的通信系统,形成工厂底层网络,完成现场自动化设备之间的多 点数字通信,实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这 种实际需求的驱动下应运而生的。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现 场智能设备之间的互连通信网络,沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理 层网络之间的联系,为彻底打破自动化系统的“信息孤岛”创造了条件。 由于标准实质上并未统一,因此对现场总线的定义也不统一。下面给出的是现场总线 的两种有代表性的定义: a) ISA SP50中对现场总线的定义:现场总线是一种串行的数字数据通信链路,它沟通 了过程控制领域的现场控制设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动 化控制设备(即车间级设备)之间的联系。 这里的现场设备指最底层的用于控制、监测、执行和计算的设备,包括传感器、控制 器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 (2)根据国际电工委员会IC标准和现场总线基金会FF的定义:现场总线是连接智能 现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、具有多分支结构的通信网路。现场总线的本 质含义表现在以下6个方面 ①现场通信网路。现场总线是用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的 通信网路。 【实例截图】
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内容简介 本书以计算机网络、通信、开放系统互连参考模型等知识为基础,较全面地介绍了 DeviceNet现场总线技术的特点、规范、通信控制芯片、接口电路设计及协议软件设计,并 通过两个实际项目(其中一个为国家高科技产业化示范工程项目详细而全面地论述了 DeviceNet技术开发的全过程 本书突出了与实际开发相关的内容,书中附录部分提供了大量与实际开发有关的宝贵的 技术资料。书中很多内容均为首次公开,具有很高的技术参考价值。 本书可作为高等院校讦算机、工业自动化及仪表类专业本科生、研究生教学和毕业设计 的参考书,也可作为从事现场总线系统设计及应用开发的技术人员的培训教材。 书中的硬件图纸及软件源代码只能作为教学及培训用途,不得用作商业目的。 未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书的部分或全部内容。 版权所有,侵权必究。 图书在版编目(CIP)数据 基于现场总线 DeviceNet的智能设备开发指南/张戟等编著 西安:西安电子科技大学出版社,20046 ISBN7-5606-1388-8 I.基…Ⅱ.张…Ⅲ.总线-技术Ⅳ.TP336 中国版本图书馆CIP数据核字(2004)第037417号 责任编辑云立实阎彬 出版发行西安电子科技大学出版社(西安市太白南路2号) 电话(029)8824288588201467 邮编710071 http://www.xduph.comE-mail:xdupfxb@pub.xaonline.com 经销新华书店 印刷单位陕西华沐印刷科技有限责任公司 版次2004年6月第1版2004年6月第1次印刷 开本787毫米×1092毫米116印张14375 字数338千字 印数1~4000册 定价7500元 ISBN7-5606-1388-8/TN·0266 XDUP1659001-1 前言 设备网 DeviceNet是由Alen- Bradley公司设计的一种基于CAN技术的低成本、高性 能的现场总线网络。它采用现场总线技术将诸如可编程序控制器、传感器、光电开关、操 作员终端、电动机、轴承座、变频器和软启动器等现场智能设备连接起来,是分布式控制 系统减少现场O接口和布线数量,将控制功能下载到现场设备的理想解决方案。设备网 目前由致力于支持设备网产品和设备网规范的非盈利性组织 ODVA(Open DeviceNet Vendors Association)进一步开发。至今,全球已有超过300家厂商提供 DeviceNet的接入 产品。除了ODvA以外, Rockwell、GE、ABB、 Hitachi和 Omron等跨国集团也致力于 DeviceNet的推广。 本书以国家高新技术产业化工程示范项目——基于 DeviceNet现场总线的智能设备与 检测系统为背景,详细介绍了基于 DeviceNet的智能阀控制器通信接口设备的软硬件设计, 其内容为国内首创,具有推广和指导意义,同时它又是与工业界直接联系的项目。该通信 接口设备已经在北京和上海的现场总线展览会上被成功展示 本书首先回顾了现场总线的发展历程与工业自动化网络技术的特点,介绍了当前现场 总线的国际标准情况和一些重要网络概念,特别着重论述了生产者/消费者网络模型和 DeviceNet的技术背景、应用领域及自动化网络三层结构体系;接着按物理层、数据链路层 和应用层对设备网协议规范作了详尽的论述(尤其是 DeviceNet的通信协议和对象模型),并 以一个 DeviceNet通信连接实例来帮助读者理解协议规范中的有关内容;然后以两个实际 项目(其中一个为国家高新技术产业化工程示范项目)为背景,用大量篇幅详尽讲述了基于 DeviceNet的智能设备的设计过程,其中包括设备描述需求分析,硬件接口设计和软件协议 开发以及高性能的嵌入式系统开发的远程调试环境和方法;接着对 Device Net协议一致性 测试的环境和要求作了详尽的介绍,特别针对如何分析和优化程序的开发提出了一些独特 的见解:最后介绍了 DeviceNet智能设备开发的下一步工作以及对 DeviceNet技术的展望和 EtherNet/P的研究热点。 本书附录中有大量详实的开发资料,包括智能阀 Profile、参考源代码、一致性测试报 告样纸等,希望能对从事 Devicenet智能设备开发的技术人员有所帮助。 本书在编写过程中得到了上海交通大学自动化系控制工程与网络技术研究室的陈应麟 教授和上海 Rockwell Automation的贾青高级工程师(原上海交通大学自动化系控制工程与 网络技术研究室副教授,上海交通大学 Rockwell.放实验室主任)的指导和热情支持。上海 交通大学自动化系控制工程与网络技术研究室的魏震博士、张敬袁博土和章扬学士(现在日 本京都大学攻读硕士学位提供了大量的帮助和有用的资料,在此一并表示感谢。 由于编者水平有限,书中难免会有缺点和不妥之处,敬请读者见谅。 编者 2004年2月于上海 目录 第1章绪论……… 世增!1 世想十世册中型?型世世十世册什 1.1现场总线的系统结构及技术特点 1.11现场总线的发展及标准定义… 112现场总线的结构特点 1.1.3现场总线系统的技术特点 库 114现场总线与一般通信网络的区别… 4 1.2CAN技术概述 13 DeviceNet现场总线背景 131 DeviceNet概述 “““4““#““ 中*和中;日日和日:中?中?中中导·于中中于?于导导中·于于想于中当中想使 l32 Devicenet的技术特点 666 133 DeviceNe的应用范围及前景… 第2章 Dev iceNet协议规范 2.1 Devicenet协议规范概述 22 Devicenet的物理层和数据链路层… 10 221 DeviceNet的物理层和物理媒介…… 222 DeviceNet的数据链路层 .:“神和日中:::+·平 223cAN芯片在 Devicenet中的应用 23 DeviceNet的网络通信模型 q建着首日自目:首由1留日日法:音非;1 事4““ 13 231显性报文和O报文…11111111113 232LO触发机制.… 15 24 DeviceNet的通信协议 16 241 DeviceNet中连接的概念 16 242 DeviceNet的报文传送 19 243预定义的主/从连接组 21 244数据通信方式 ·中·非中e,· 21 2.5 DeviceNet对象模型与设备描述. 22 2.6理解 DeviceNet的连接和通信过程 27本章小结 哺中由1粗国法击111车目丰国丰着库1 第3章 DeviceNet智能设备设计实例 3. I DeviceNet智能设备设计的一般步骤. 3,2CAN控制器及相关器件的选择 321mel82527CAN控制器的主要特性11 和棒 train日tt如t导+干 322 Philips SJA000CAN控制器的主要特性… 1面 3 323CAN总线收发接口电路芯片 Philips82C251 33离散量输入模块的 DeviceNet智能节点设计实例 331开发环境—PC/104. …111135 3.3,2离散量输入模块的接口电路 333离散量输入模块的软件设计… 中“本非“言国都 34 DeviceNet智能阀控制器通信接口模块设计实例…… 5 34.1智能阀通信接口需求分析…… 45 342智能阀控制器通信接口模块硬件设计指南…247 343调试工具及测试方法 344智能阀控制器通信接口模块敦件设计指南 35本章小结 8 第4章 DeviceNet产品协议的一致性测试… 4.1测试计划与准备 ...89 411硬件环境…89 4.L2软件环境 42测试设计与测试方法确立…111111111101 421测试需求分析 世世世土.=4··于+和4和:=和:·日中和日中日丰扫分日和日福日;品日品 101 422测试方法的确立 ·…““·…·““““““ 如等 .4102 43执行测试…… ,,102 4.3.1 DeviceNet协议测试. 暴44申 102 4.3.2物理层测试… 433交互式测试 434测试结果的分析和优化…… ,10 43.5测试结果...11 世世"主想生想牛世学世都 n107 44本章小结 ,108 第5章 Dev ceNet的开发前景与展望. 109 51基于 DeviceNet的进一步的开发工作.… tt!世千杜十世t世雪t“世曾·世十曹世世t世十 109 511 DeviceNet通信控制器的开发…… 109 512网络协议转换器的开发 52 DeviceNet的前景展望 110 521 DeviceNet的前景展望………10 522 DeviceNet与 EtherNe/P的关系 111 5.3本章小结 1112 附录A.1 113 A1软件数据字典 量 itnihdtaretettnitet 113 A.2软件系统结构图 117 A3参考源代码…...117 附录B调节阀 Profile…… 198 B1概述 B2阀的对象类 199 B3开关与LED指示灯 206 B4阀的EDS文件…111111206 附录C一致性测试报告样纸… 212 参考文献 222 第1章绪论 锦绪论 11现场总线的系统结构及技术特点 随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂 的现场设备层到控制、管理的各个层次,覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的 市场。信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动 化系统为基础的企业信息系统。现场总线(6 eldbus就是顺应这一形势发展起来的新技术。 11.1现场总线的发展及标准定义 20世纪80年代中期,微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降直接导致了 计算机与计算机网络系统的迅速发展。与此同时,处于生产过程底层的测控自动化系统仍 采用一对一联机方式,用电压、电流的模拟信号进行测量控制,或采用自封闭式的集散系 统,这都难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换,使自动化系统成为“信息孤 岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动化,就必须设计出一种能在工业现场环境运行 的、性能可靠、造价低廉的通信系统,形成工厂底层网络,完成现场自动化设备之间的多 点数字通信,实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这 种实际需求的驱动下应运而生的。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现 场智能设备之间的互连通信网络,沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理 层网络之间的联系,为彻底打破自动化系统的“信息孤岛”创造了条件。 由于标准实质上并未统一,因此对现场总线的定义也不统一。下面给出的是现场总线 的两种有代表性的定义: a) ISA SP50中对现场总线的定义:现场总线是一种串行的数字数据通信链路,它沟通 了过程控制领域的现场控制设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动 化控制设备(即车间级设备)之间的联系。 这里的现场设备指最底层的用于控制、监测、执行和计算的设备,包括传感器、控制 器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 (2)根据国际电工委员会IC标准和现场总线基金会FF的定义:现场总线是连接智能 现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、具有多分支结构的通信网路。现场总线的本 质含义表现在以下6个方面 ①现场通信网路。现场总线是用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的 通信网路。 【实例截图】
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