引 言
现场总线基于数字化信号。它将使一些控制功能下移到现场设备，并极大地增加来往于设备间的过程和非过程信息。
现场总线技术是工业过程最关注的深刻变革之一。由于现场设备和仪表的智能化程度在不断提高，作为嵌人式应用的微控制器功能也在不断加强，因此，现在智能化设备和仪表的功能已不仅仅限于数据采集，还越来越多地加人了远程控制的功能。因此，这类智能化设备和仪表的应用范围越来越广，这种趋势也极大地改变着传统控制系统的结构。
现场总线网、智能化设备仪表的发展影响着DCS的体系结构。现在可以看到的一个明显的趋势是DCS的进一步分散化。在现场总线网这一级，除了智能I/O模块以外，还可以接人各种智能化电子设备和各种智能化仪表，最大限度地利用最新的、最先进的开发成果。而且，由于分散度的提高，每个智能单元所涉及的面很少，这与在传统结构中变送器出现故障的情况是一样的。但由于智能单元可以实现全面有效的自诊断功能，出现故障可以及时报替、报告故障类型及故障点，给维护带来了极大的方便。本文将介绍现场总线DeviceNet。
DeviceNet是一种用于连接工业设备(如限位开关、光电传感器、阀门、电动机启动器、过程传感器、条形码读人器、变频器、屏幕显示和操作界面等)与网络的现场总线，其特点是成本低、开发容易、支持的厂家多并且不需要昂贵的连接线路。
DeviceNet是一个开放式的协议，最初由美国罗克韦尔自动化公司开发应用。目前，DeviceNet技术属“开放DeviceNet厂商协会，ODVA组织(OpeDeviceNetVendorAssociation)所有和推广。ODVA在世界范围拥有300多家著名自动化设备厂商的会员(如罗克韦尔自动化、ABB、欧姆龙)。我国的ODVA组织由上海电器科学研究所牵头成立，目前，正积极推广该技术。设备厂商只要参加ODVA组织，就可以得到有关DeviceNet协议标准，还可以加人产品讨论组来得到产品开发的帮助。DeviceNet产品的开发并不复杂。
DeviceNet是基于CAN(ControllerAreaNetwork)的技术。作为一种申行通讯技术，CAN是20世纪80年代中后期适应汽车控制网络化要求而产生并迅速发展起来的，并已成为开放的国际标准通讯协议(ISO11898)，在众多领域得到了广泛的应用。目前，有许多著名的大半导体制造商生产CAN芯片，并在工业中得到了很广泛的应用。
事实上，CAN本身并非是一个完整的协议，它并未指定流量控制、数据分割成帧、节点地址分配、通讯建立等具体内容。这些内容被包括在更高层协议HLP(HigherLayerProtocol)中，允许各厂商自行开发。CAN突出的经济性和技术特点，极大地促进了基于CAN的控制网络产品的开发与推广应用。许多厂商都推出了基于CAN的产品，如SDS(Honey-well)、DeviceNet(Allen-Bradley)、CANKingdom(KVASER)等。其中的DeviceNet在1994年问世，1995年成为开放协议，并由ODVA负责推广，在北及亚太地区都有日益广泛的应用。DeviceNet网络介质可采用五线制电缆，其中包括两条信号线，两条24V电源线和一条屏蔽线。DeviceNet设备可以从网络上直接获得电源，并能在线地从网络上连接和切下设备。网络提供的电源为8A，还可以增加冗余的电源。
DeviceNet的应用优点有:
( 1 )它是一种支持多方厂家产品互操作的开放式通讯标准;
( 2 )能决速方便地安装;
( 3 ) 是一种考虑未来的设计， 能根据扩展和变化需要方便地增加功能;
( 4 )由设备内部的智能机制提高运行效率;
( 5 )通过数据生成源/消费源(producer/consumer)通讯结构提供高效的带宽;
( 6 )可不断电地在线对设备组态和增加设备。
一、DeviceNet协议分层结构和特性
DeviceNet沿用了CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层，定义了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法。应用层规范则是由厂商自主开发，对应于ISO网络协议七层模型的第一、二、七层，其关系如图1所示。
图１ 基于CAN的DeviceNet协议分层结构
1 .物理层与传输介质
DeviceNet物理层规范定义了DeviceNet拓扑结构以及网络元件。具体包括系统接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接和电源分配。DeviceNet所采用的典型的拓扑结构是干线一分支方式。线缆包括粗缆(多用作干线)和细缆(多用于分支线)，总线线缆中包括24V直流电源和信号线两个双绞线线对以及信号屏蔽线。在设备连接方式上，可以灵活选用开放/封装端头两种形式。网络采取分布式供电方式，支持冗余结构。总线支持有源和无源设备。对于有源设备，提供专门设计的带有光隔离的收发器。物理层可以选用光电隔离或不采用光电隔离。
DeviceNet提供125/250/500kb/s三种可选的通讯波特率，最大拓扑距离为500m，每个网络段最大可达64个节点。波特率、线缆类型、拓扑距离之间存在一定的对应关系。
2 .数据链路层
DeviceNet数据链路层遵循CAN协议规范，并由CAN控制器芯片实现。CAN提供数据帧、出错帧、远程帧和过载帧等多种帧格式。最重要的是数据帧，其格式如图2所示。
图２ CAN协议数据帧格式
在总线空闲时每个节点都可以尝试发送，但如果多于两个的节点开始发送，发送权的竞争可以通过标识符位仲裁来解决。DeviceNet采用非破坏性逐位仲裁(NBA)的方法解决共享介质总线访问冲突问题。网络上每个节点拥有一个惟一的标识符， 这个标识符的值决定了仲裁中优先级的大小。优先级值小的节点在竟争仲裁中为获胜的一方。不同于以太网，总线上不会发生冲突， 竟争中获胜的节点可以继续发送， 直至完成为止。这种机制保证了总线上的信息不会丢失， 总线资源也得到最大的利用， 不会浪费。
标识符还可用作连接标识。DeviceNet是基于连接的网络，网络上的任意两个节点在开始通讯之前，必须事先建立连接。
