現場總線的產生與發展一、現場總線的概念二、現場總線的產生背景三、現場總線的發展五、現場總線的各種標準四、現場總線的特點及未來趨勢一、現場總線的概念在工業4.0時代，各種通信技術的蓬勃發展為企業實現智能化和自動化帶來了諸多可能。尤其是在工業互聯網的技術架構中，需要通過車間現場各類通信方式接入不同設備、系統和產品，采集并上傳海量數據。目前，在工業自動化控制領域，車間現場應用最廣泛的技術是工業以太網技術和工業現場總線技術。現場總線(Fieldbus)是近年來在工業領域中迅速發展起來的一種工業數據總線，它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。現場總線具有簡單、可靠、經濟實用等顯著優點。一、現場總線的概念現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。現場總線是自動化領域中的底層數據通信網絡，連接最底層的現場控制器和現場智能儀表設備，以及自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。現場總線以數字通信替代了傳統42omA模擬信號及普通開關量信號的傳輸，并遵循ISO/OSI參考模型的全部或部分通信協議。OSI(OpenSystemInterconnect,開放系統互聯）參考模型是ISO（國際標準化組織）和CCITT（國際電報電話咨詢委員會）聯合制定的網絡體系結構模型，為開放式互聯信息系統提供了—種功能結構的框架，從低到高分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。一、現場總線的概念可以通過以下兩點理解現場總線：第—，根據工廠自動化信息網絡分層結構（工廠管理級、車間監控級、現場設備級），可知現場總線位千生產控制和網絡機構底層，是工廠底層設備之間的通信網絡。工廠底層應用現場總線技術的好處在于可以實現工廠信息縱向集成的透明通信，即從管理層到自動化底層的數據存取。第二，如圖1所示的現場總線控制系統結構基千ISO/OSI7層參考模型搭建，根據應用需求，該結構可以簡化。需要指出的是，在實際應用中，該模型只是一個參考模型，不同種類的現場總線協議棧有較大的區別，通常會對該模型進行簡化，以獲得更低的通信延遲和更快的速度，從而更有利千實現現場總線的實時特性。二、現場總線的產生背景現場總線大致出現在20世紀80年代末到90年代初，當時，隨著生產規模的日益擴大，工廠的設備有了互聯的需求（此階段的互聯需求主要定位千遠程的1/0數據傳輸，以及生產線內部不同設備的數據交換）。企業希望通過綜合掌握多點的運行參數與信息，進而實現多點信息的操作控制。但受制于當時的技術水平，每個廠商的產品都自成體系，不同廠商的設備之間不能實現互聯互通，想實現更大范圍信息共享的網絡系統還存在很多困難。圖1現場總線控制系統結構二、現場總線的產生背景隨著相關技術的不斷發展，并結合各種應用場景的實際需求，涌現出了許多具有代表性的現場總線技術，如基金會現場恁線(FoundationFieldbus,FF)、LonWorks現場總線、HART現場總線、CAN現場總線、DeviceNet現場急線、PROFIBUS現場總線、lnterbus現場總線、WorldFIP現場總線、CC-Link現場總線等。這些現場總線各具特點并擁有各自特定的應用范圍。由于現場急線種類繁多，通信協議也干差萬別，因此至今現場總線的標準也未能統—，最終形成各種現場總線內容相對獨立的IEC61158標準。三、現場總線的發展現場總線是一種用于工業自動化系統的通信網絡技術，它允許現場設備（如傳感器、執行器和控制器）之間進行數據交換和通信。以下列出現場總線發展歷史中的一些關鍵里程碑：1.20世紀80年代：最早的現場急線概念開始出現。2.20世紀90年代：現場總線技術得到了廣泛的應用和發展。一些重要的現場總線標準（如FF和DeviceNet)開始出現。3.21世紀00年代：寬帶技術的快速發展為現場總線的進一步發展奠定了基礎。工業網絡處理標準（如Ethernet/IP和PROFINET)的出現將工業網絡帶入自動化領域。4.21世紀10年代至今：現場總線技術不斷演進和發展。工業網絡的應用越來越廣泛，實時網絡標準（如EtherCAT和POWERLINK)也得到了推廣和采用。隨著時間的推移，現場恁線技術不斷改進，提供了更高的數據傳輸速度＼更強的可靠性和更靈活的配置選項。它已成為工業自動化系統中的重要組成部分，為設備之間的通信和數據交換提供了可靠的解決方案。四、現場總線的特點及未來趨勢1.多種標準共存：現場總線有多種不同的標準，如PROFIBUS、Modbus、FF、DeviceNet等。這些標準大多都有其特定的優勢和適用范圍，可以根據應用需求選擇適合的標準。2.標準化：隨著現場總線技術的普及，標準化的需求逐漸增加。國際電工委員會(IEC)等標準化組織開始制定現場總線安全標準，如IEC61158和IEC61784系列。3.可靠性和功能增強：現場總線系統通常具有高可靠性，以確保在故障清況下仍能保持系統的穩定運行。總線設計可以提供備用通信路徑，以防止單點故障導致整個系統故障。同時，現場總線系統增加了更多安全協議功能，如支持更高的數據傳輸速率、更復雜的控制算法、更強大的診斷和監測功能等。四、現場總線的特點及未來趨勢4.開放性和互操作性：現場總線的開放性和互操作性是關鍵因素。許多現場總線標準都是開放的，通過標準化接口和協議，不同廠商的設備可以更容易地進行集成和交互。這種開放性使得用戶可以選擇最適合其需求的設備和解決方案。5.網絡拓撲：現場總線網絡拓撲結構—直在不斷變化。最初的現場急線網格拓撲是基千主從結構的，后來發展催生了更靈活的分布式控制系統(DCS)和控制器局域網絡(CAN)等。6.接地化：隨著接地技術的成熟和廣泛應用，現場總線也開始向以太網方向發展。Ethernet/IP和PROFINET等協議成為現場總線領域的重要趨勢，提供更高的帶寬和更廣泛的應用支持。總體來說，現場總線在工業自動化中扮演著重要的角色。現場總線技術在過去幾十年中取得了顯著的發展，為設備之間的通信和控制提供了可靠的解決方案。隨著技術的不斷發展，現場總線系統將不斷演進和改進，以滿足不斷變化的工業需求。五、現場總線的各種標準常見的現場總線標準有以下幾個：1.PROFIBUS：這是一種廣泛應用千工業自動化領域的現場急線標準。2.Modbus:這是一種通用的串行通信協議，用于連接現場設備和監控系統，廣泛應用于工業控制和自動化領域。3.DeviceNet:這是一種基于CAN總線的現場總線標準，用千連接和控制工業設備，主要應用千機械和運動控制領域。4.FF:這是一種數字通信協議，用千連接和控制現場設備，廣泛應用于過程控制領域。5.EtherCAT:這是實時負載通信協議，應用于高性能運動控制和工業自動化領域。6.CANopen:這是一種基千CAN總線的現場總線標準，用于連接和控制工業設備，廣泛應用千汽車、機械和工業自動化領域。工業網絡與現代企業網絡一、工業網絡概述二、工業以太網的概述三、現代企業網絡系統的結構四、多種工業控制網絡的集成一、工業網絡的概述工業網絡是指在工業環境中用于連接和通信的網絡系統。它是為了滿足工業自動化和控制系統的需求而設計的，用千連接各種設備、傳感器、執行器和控制器，以實現數據傳輸、監控和控制功能。工業網絡通常具有以下特性：1.可靠性：工業網絡需要具備高度可靠性，以確保數據的準確傳輸和設備的穩定運行。2.實時性：許多工業應用需要進行實時數據傳輸和響應，如控制系統和監控系統，因此工業網絡需要提供低延遲和高帶寬的通信能力，以保證及時快捷的通信。3.安全性：工業網絡中的數據和通信必須得到保護，以防止未經授權的訪問、數據泄露或網絡攻擊。因此，工業網絡通常采用安全協議、身份驗證以保障網絡安全。4.擴展性：工業網絡需要具備良好的擴展性，以適應不斷增長的設備數量和數據流最，應該能夠支持靈活的拓撲結構和設備的添加或刪除。一、工業網絡的概述工業網絡可以包括各種通信技術和協議、現場總線（如PROFIBUS、Modbus、CAN等）、工業無線網絡等。工業網絡在制造業、能源、交通、物流等領域廣泛應用，為工業自動化和控制系統提供可靠的通信基礎設施。二、工業以太網的概述由于現場急線的標準化制定存在一定的難度，人們開始尋求新的工業通信技術，這時以太網技術出現了。以太網最早出現千20世紀70年代，之后按照IEEE802.3實施了標準化，現在是指符合IEEE802.3標準的局域網(LAN)產品組。以太網技術因具有技術簡單、開放性好、價格低廉等特點，在辦公和商務領域的市場占有率非常高。以太網最初是為辦公自動化的應用而設計的，并沒有考慮工業現場環境的需求。后來，—些廠商提出將以太網技術引入工廠設備底層（如施耐德提出了適用于工業現場的基于以太網＋TCP/IP的解決方案），工業以太網也就隨之產生了。工業以太網是指在工業環境的自動化控制及過程控制中應用以太網的相關組件及技術，采用TCP/IP協議，與IEEE802.3標準兼容，并在應用層加入各自特有協議的通信技術。二、工業以太網的概述1.工業以太網概況工業以太網是基于IEEE802.3（以太網）的強大的區域和單元網絡。工業以太網提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。企業內部互聯網(Intranet)、外部互聯網(Extranet)及國際互聯網(Internet)提供的廣泛應用不但已經進入辦公室領域，而且可以應用于生產和自動化過程中。繼10Mbit/s以太網成功運行之后，具有交換功能、全雙工和自適應的100Mbit/s快速以太網(FastEthernet,符合IEEE802.3u標準）也已成功運行多年。采用何種性能的以太網取決千用戶的需要，通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。在今天的控制系統和工廠自動化系統中，以太網的應用幾乎和PLC一樣普及。正確選擇工業以太網要考慮哪些因素呢？簡單來說，要從以太網通信協議、電源、通信速率、工業環境認證、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口或光口等方面來考慮，這些都是最基本的產品選擇因素。二、工業以太網的概述如果對工業以太網的網絡管理有更高要求，那么需要考慮所選擇產品的高級功能，如信號強弱、端口設置、出錯報警、串口使用、主干冗余(Trunking)、環網冗余(RapidRing)、服務質量(QoS)、虛擬局域網(VLAN)、簡單網絡管理協議(SNMP)和端口鏡像等其他工業以太網管理交換機可以提供的功能。不同的控制系統對網絡的管理功能要求不同，自然對管理型交換機的使用也有不同要求。應根據系統的設計要求，挑選適合系統的工業以太網產品。由于工業環境對工業控制網絡可靠性能的超高要求，工業以太網的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余、環網冗余到主干冗余，它們都有各自不同的特點，控制工程師可以根據要求進行選擇。二、工業以太網的概述2.工業以太網的技術特點和優勢以太網具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟／硬件產品豐富、應用廣泛及支持技術成熟等優點已成為最受歡迎的通信網絡之—。近些年來，隨著網絡技術的發展，以太網進入控制領域，形成新型的工業以太網技術。這主要是由千工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展，開放的、透明的通信協議是必然的要求。將以太網技術引入工業控制領域，其技術特奪帶來的優勢具體有以下幾點：（1）應用廣泛。工業以太網兼容應用最廣泛的計算機網絡技術，大多數編程語言（如VisualC+＋、Java和VisualBasic等）都支持以太網的應用開發。采用不同網絡協議的設備可以很容易實現互聯。（2）資源共享能力強。隨著互聯網的發展，工業以太網已滲透到各個角落，網絡上的用戶已解除了資源地理位置上的束縛，接入互聯網上的任何—臺計算機后都能瀏覽工業控制現場的數據，實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控—體化的全開放網絡。二、工業以太網的概述（3）軟／硬件成本低廉。由千工業以太網技術已經非常成熟，支待工業以太網的軟／硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。（4）通信速率高。隨著企業信息系統規模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要實現音頻和視頻數據的傳輸。通信速率為100Mbit/s、1000Mbit/s的快速以太網開始廣泛應用，萬兆以太網技術也逐漸成熟，其速率比現場急線快很多，可以滿足工業控制網絡不斷增長的帶寬要求。實現“控管—體化”，這是其他任何—種現場總線都無法比擬的。（5）可持續發展潛力大。工業以太網的引入為控制系統的后續發展提供可能性，用戶在技術升級方面無須獨自研究投入。同時，工業機器人技術和工業控制技術的發展要求通信網絡具有更高的帶寬和性能，通信協議具有更高的靈活性，這些要求工業以太網都能很好地滿足。三、現代企業網絡系統的結構現代企業網絡系統的結構通常基于分層架構，其中包含以下幾個主要組成部分：1.邊緣層（Edgelayer）：現代企業網絡系統的最低層，負責連接終端設備（如計算機、手機、打印機）。2.分布層（DistributionLayer）：位千邊緣層和核心層之間，負責實現網絡的分層。3.核心層（CoreLayer）：現代企業網絡系統的中心，負責處理大量的數據流量。它提供高帶寬、低延遲的交換和路由功能，確保網絡的性能和可靠性。三、現代企業網絡系統的結構4.無線鏈路（WirelessLink）：現代企業網絡系統通常包括無線鏈路，用于支持移動設備的無線接入寺。無線局域網可以與穩定網絡存儲結合使用，提供靈活的網絡連接和覆蓋范圍。5.數據中心（DataCenter）：對于大型企業來說，數據中心是現代企業網絡系統的重要組成部分。6.安全層（SecurityLayer）：現代企業網絡系統必須具備強大的安全性能，以保護敏感數據并防止網絡攻擊。安全層包括防火墻、入侵檢測系統(IDS)、虛擬專用網絡(VPN)等安全設備和技術。這些組成部分相互連接和交互，構成個完整的企業網絡系統。具體的網絡結構和配置可能會因為組織規模、業務需求和技術要求的不同而有所不同。四、多種工業控制網絡的集成在工業控制網絡中，集成多種網絡可以實現不同類型的設備和系統之間的通信與協作。常見的工業控制網絡集成方法有以下幾種：1.利用網關設備。利用網關設備可以連接不同類型的工業控制網絡，如現場接口、控制器局域網等。網關設備可以將不同網絡之間的通信協議進行轉換和改裝，實現數據的傳輸和交換。2.利用協議轉換器。協議轉換器是一種設備或軟件，用于將不同網絡使用的通信協議進行轉換。它可以將數據從一個網絡的協議格式轉換為另一個網絡所需的協議格式，以實現數據的傳輸與交互。3.利用通信服務器。通信服務器是種中間設備，用千連接和管理多個工業控制網絡。它可以提供統一的接口和協議，使不同網絡的設備之間能夠進行通信和數據交換。四、多種工業控制網絡的集成4.利用軟件。通過使用軟件工具和平臺，可以實現多種工業控制網絡的集成。這些軟件可以提供數據傳輸、協議轉換、設備管理和監控等功能，以實現不同網絡之間的集成和協作。5.利用標準化協議。—些工業控制網絡使用標準化的通信協議，如OPC(OLEforProcessContra|，用于過程控制的對象鏈接與嵌入）、Modbus、PROFINET等。通過使用這些標準化協議，不同網絡之間的設備可以直接進行通信和數據交換。在集成多種工業控制網絡時，需要考慮網絡安全、數據—致性和性能等方面的問題。根據具體的應用需求和網絡環境選擇適合的集成方法，并遵循相關的技術標準。CAN通信及應用一、CAN通信原理二、CAN報文的種類及幀格式三、CAN通信應用一、CAN通信原理1.CAN總線定義CAN總線協議（ControllerAreaNetwork），控制器局域網總線，是德國BOSCH公司研發的一種串行通訊協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN網絡中至少需要兩個節點設備才可進行通信，發送數據時所有節點都能接收到所有信息，無法僅向某一個特定節點設備發送消息，對于節點接收到的無關的信息，可通過設置CAN總線硬件的本地過濾功能，對有效的消息做出反應。CAN由于其高性能和可靠性，并被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。一、CAN通信原理2.CAN總線結構CAN總線是一種廣播類型的總線，可支持線形拓撲、星形拓撲、樹形拓撲和環形拓撲等。（1）線形拓撲線形拓撲是在一條主干總線分出各個節點支線，其優點在于布線施工簡單，接線方便，阻抗匹配規則固定，缺點是拓撲不夠靈活，在一定程度上影響通訊距離，如圖1所示：圖1線性拓撲一、CAN通信原理雖然CAN總線可以支持多種網絡拓撲，但在實際應用中比較推薦使用線形拓撲，且在IOS11898-2中高速CAN物理層規范推薦也是線形拓撲。在ISO11898-2和ISO11898-3中分別規定了兩種CAN總線結構。ISO11898-2中定義了通信速率為125Kbps～1Mbps的高速閉環CAN通信標準，當通信總線長度≤40米，最大通信速率可達到1Mbps，高速閉環CAN（高速CAN）通信如圖1-3所示，ISO11898-3中定義了通信速率為10～125Kbps的低速開環CAN通信標準，當傳輸速率為40Kbps時，總線距離可達到1000米。低速開環CAN（低速容錯CAN）通信如圖2所示：圖2(a)高速閉環CAN(b)低速閉環CAN一、CAN通信原理（2）星形拓撲星形拓撲是每個節點通過中央設備連到一起，其優點是容易擴展，缺點是一旦中央設備出故障會導致總線集體故障，而且分支線長不同，阻抗匹配復雜，可能需要通過一些中繼器或集線器進行擴展，如圖3所示：圖3星形拓撲一、CAN通信原理（3）樹形拓撲樹形拓撲是節點分支比較多，且分支長度不同，其優點是布線方便，缺點是網絡拓撲復雜，阻抗匹配困難，通訊中極易出現問題，必須加一些集線器設備，如圖4所示：圖4樹形拓撲一、CAN通信原理（4）環形拓撲環形拓撲是將CAN總線頭尾相連，形成環狀，其優點是線纜任意位置斷開，總線都不會出現問題，缺點是信號反射嚴重，無法用于高波特率和遠距離傳輸，如圖5所示：圖5環形拓撲一、CAN通信原理3.CAN節點組成CAN節點通常由三部分組成：CAN收發器、CAN控制器和MCU。CAN總線通過差分信號進行數據傳輸，CAN收發器用于差分信號與TTL電平信號的正向或反向轉換，CAN控制器用于接收TTL電平信號或將MCU處獲取的數據以TTL電平信號的形式輸出，如圖6所示：圖6CAN節點組成一、CAN通信原理CAN總線分高速CAN和低速CAN，收發器也分為高速CAN收發器（1Mbps）和低速CAN收發器（125Kbps）。低速CAN也叫容錯CAN（FaultToleranceCAN），指的是即使總線上一根線失效，總線依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作電平轉換，CAN收發器的作用則是把邏輯信號轉換為差分信號。二、CAN報文的種類和幀格式1.報文種類CAN協議的報文傳輸過程中有：數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔5種形式。其中，數據幀和遙控幀有標準格式和擴展格式兩種格式。數據幀：用于發送節點向接受節點傳送數據（最常用）。遠程幀：用于接收節點向某個發送節點請求數據。錯誤幀：用于當某節點檢測出錯誤時向其他節點通知錯誤幀。過載幀：用于接收節點向發送節點通知自身接收能力的幀。幀間隔：將數據幀或遠程幀與前面的幀分離的幀。二、CAN報文的種類和幀格式2.數據幀組成標準格式有11個位的標識符（ID），擴展格式有29個位的ID。如圖7。最主要的數據幀組成：①起始段。表示數據幀開始的段。②仲裁段。表示該幀優先級的段。③控制段。表示數據的字節數及保留位的段。④數據段。數據的內容，一幀可發送0~8個字節的數據。⑤CRC段。檢查幀的傳輸錯誤的段。⑥ACK段。表示確認正常接收的段。⑦結束段。表示數據幀結束的段。右圖中D為顯性電平，R為隱性電平。圖7數據幀組成二、CAN報文的種類和幀格式3.數據幀解析①幀起始。標準幀和擴展幀都是由1個位的顯性電平表示幀起始。②仲裁段。表示數據優先級的段，標準幀和擴展幀格式在本段有所區別，如下所示：ID：高位在前，低位在后。基本ID，禁止高7位都為隱性，即不能：ID=1111111XXXX。RTR，遠程請求位。0，數據幀；1，遠程幀。SRR，替代遠程請求位。設置為1（隱性電平）。IDE，標識符選擇位。0，標準標識符；1，擴展標識符。③控制段。由6個位構成，表示數據段的字節數。標準幀和擴展幀的控制段稍有不同，如下所示：r0，r1：保留位。必須以顯現電平發送，但是接收可以是隱性電平。DLC：數據長度碼。0~8，表示發送/接收的數據長度（字節）。IDE，標識符選擇位。0，標準標識符；1，擴展標識符。二、CAN報文的種類和幀格式④數據段。該段可包含0~8個字節的數據，從最高位（MSB）開始輸出。標準幀和擴展幀在這個段的格式完全一樣。⑤CRC段。該段用于檢查幀傳輸錯誤。由15個位的CRC順序和1個位的CRC界定符（用于分隔的位）組成，標準幀和擴展幀在這個段的格式也是相同的。CRC的值計算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數據段。接收方以同樣的算法計算CRC值并進行比較，不一致時會通報錯誤。⑥ACK段。此段用來確認是否正常接收。由ACK槽(ACKSlot)和ACK界定符2個位組成。標準幀和擴展幀在這個段的格式也是相同的。二、CAN報文的種類和幀格式1）發送單元ACK段：發送2個隱性位。2）接收單元ACK段：接收到正確消息的單元，在ACK槽發送顯性位，通知發送單元，正常接收結束。稱之為發送ACK/返回ACK。注意：發送ACK的是既不處于總線關閉態也不處于休眠態的所有接收單元中，接收到正常消息的單元（發送單元不發送ACK）。正常消息是指：不含填充錯誤、格式錯誤、CRC錯誤的消息。⑦幀結束。由7個位的隱性位組成。標準幀和擴展幀在這個段格式完全一樣。三、CAN通信應用在工業生產的過程中存在著一些不安全或危險的因素，危害著工人的身體健康和生命安全，同時也會造成生產被動或發生各種事故。為了預防或消除對工人健康的有害影響和各類事故的發生，就需要采取各種技術措施和組織措施，防患于未然。在這里，語音提示器在這里達到了一定的預防作用。三、CAN通信應用某工廠為了提高當前自動化生產線的安全指數，并優化日常生產活動的管理，特在生產線中接入語音提示器，來標識當前生產線的狀態。接下來，需要對語音提示器進行通信及編程處理，使其能夠根據生產線控制器的不同狀態，作出如下反應。控制器信號語音類型語音音調音量信號1警告語音180dB信號2音樂語音260dB信號3提示語音340dB三、CAN通信應用1.任務準備（1）硬件/軟件系統：硬件：語音報警器，CAN轉以太網服務器，PLC控制器，PC機軟件：windows操作系統，博圖PLC編程軟件，CANET200設置軟件硬件軟件三、CAN通信應用（2）工具/輔件準備網線，Micro-USB數據線網線Micro-USB數據線拷貝音頻文件使用三、CAN通信應用2.電氣準備（1）如圖，檢查電源線、通信線連接情況；（2）將音樂文件按照文件夾一一拷貝進去；接線示意圖拷貝音頻文件時，需要斷開喇叭電源注意：三、CAN通信應用3.CAN以太網服務器設置（1）修改PC機IP地址為192.168.0網段非服務器地址三、CAN通信應用（2）設置服務器通信參數方式一：調試助手改IP地址確認端口號，PLC的TCP連接需要使用；波特率，需要參考手冊，改為125000三、CAN通信應用方式二：網頁修改輸入CAN以太網服務器IP地址備注：設置后，重啟服務器三、CAN通信應用4.PLC編程（1）建立PLC與CAN以太網服務器TCP連接三、CAN通信應用（2）通過通信連接發送包含有CAN幀的網絡幀①

聲音開關打開后會將1聲音數據賦值給即將發送的數據；②MOVE：復制IN數據給OUT1③LEN:13是字節長度；④ID:連接標識碼。三、CAN通信應用通信數據分析三、CAN通信應用數據分析三、CAN通信應用數據分析DeviceNet通信及應用一、DeviceNet總線二、DeviceNet節點的開發三、工業機器人的IO擴展一、DeviceNet總線1.DeviceNet總線概述DeviceNet是一種基于CAN(ControllerAreaNetwork)技術的開放型、符合全球工業標準的低成本、高性能的現場總線協議標準。在Rockwell提出的三層網絡結構中，DeviceNet處于最底層，即設備層，是最接近現場的總線類型。DeviceNet是一種數字化，多點連接的網絡，在控制器和I/0設備之間實現通信，每一個設備和控制器都是網絡上的一個節點。DeviceNet作為一種串行通信鏈接，定義OS模型七層架構中的物理層、數據鏈路層及應用層，它能夠將工業設備(如限位開關、光電傳感器、閥組、電動機控制器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅動器和操作員接口等)連接到網絡，減少硬件接線的成本。一、DeviceNet總線2.DeviceNet通信原理DeviceNet支持多種通信方式，包括確定的周期性通信、狀態改變觸發通信（I/0觸發）、輪詢等。（1）周期性通信周期性發送（基于時間）時，數據可根據用戶選擇的速度來產生，數據的更新速度與節點和應用相匹配，可為快速變化的I/O信息的節點保留了帶寬。確定的周期性通信用于一些模擬設備的I/O數據傳輸，并可以根據設備信號的變化的快慢靈活設定通信周期，對于慢過程來說，這樣還可以大大降低對網絡的帶寬要求。一、DeviceNet總線（2）I/O觸發機制除了傳統的輪詢方法（polling）外，生產者/消費者模型還允許用兩種新的功能強大的I/O觸發方法：狀態改變發送（Change-Of-State）和周期I/O發送（Cyclic）。按主從通信方式，點對點地將I/O報文直接依次發送到各個從設備。（3）輪詢輪詢是從源/目的地模型產生的，它本質上是一種兩個報文的雙向處理（發送方輸出數據命令，接收節點收到后作出響應并把反應送回），往往用在主機到它的從機之間，許多輪詢周期充滿了相同的輸入和輸出數據，這些冗余的數據浪費了大量網絡帶寬。一、DeviceNet總線3.DeviceNet的網絡通信電纜DeviceNet網絡最大可以操作64個節點，可用的通訊波特率分別為125kbps、250kbps和500kbps三種。設備可由DeviceNet總線供電（最大總電流8A）或使用獨立電源供電。DeviceNet網絡電纜傳送網絡通訊信號，并可以給網絡設備供電。寬范圍的應用導致規定了不同規格的電纜：粗電纜、細電纜和扁平電纜，以能夠適用于工業環境。DeviceNet的網絡電纜如圖1所示。通信電纜有5個接頭，1對用于24V直流電壓，1對用于CAN的通信，1個屏蔽線。在粗纜和扁平電纜中24V電壓的最大電流容量是8A，在細纜中24V直流電壓的最大電流容量是3A。圖1DeviceNet的網絡電纜一、DeviceNet總線總線終端電阻的作用提高抗干擾能力，提高信號質量。終端電阻要求為120?或121?，功率大于等于0.25W，終端電阻必須跨接在主干線的藍線和白線之間，終端電阻有開放式和封閉式兩種，注意不要使用碳膜電阻，要使用金屬膜電阻。DeviceNet是基于連接的網絡，網絡上的任意兩個節點在通信前必須先建立連接。每一個連接由一個11位被稱為信息標識符或連接標識符的字符串來標識，這11位的連接標志符包括了設備媒體訪問控制標識符(MACID)和信息標識符(MessageID)。DeviceNet每個數據幀前都有標識符，用于表明這個數據的身份和優先級。一、DeviceNet總線4.DeviceNet數據幀格式及內容（1）報文在DeviceNet上傳輸兩種報文，一種是I/O報文，一種是顯式報文。其中I/O報文適用于實時性要求較高和面向控制的數據，通常使用優先級高的連接標識符，通過與一點或多點連接進行信息交換；I/O報文幀中8個字節的數據域不包含任何與協議有關的位。連接標識符提供了I/O報文的相關信息。在I/O報文利用連接符發送之前，報文的發送和接收設備都必須提前設定。設定的內容包括源和目標設備的屬性以及數據生產者和消費者的地址。顯示報文應用于兩個設備多用途的點對點報文傳遞，是典型的請求響應通信方式，常用于節點的配置、診斷等。顯示報文通常使用優先級低的連接標識符，該報文的相關信息包含在報文幀的數據域中說明要執行的服務和相關對象的屬性及地址。一、DeviceNet總線當I/O數據的長度超過8字節時稱為大報文。大報文需經過分割，形成I/O報文片后逐一傳送，這時數據域中用一個字節（字節0）表達報文分割協議。所以只有7個字節能用來傳輸實際數據。數據域中的字節0表示該報文在全部報文中的，其中位0－位5為分段計數器，填寫分段編號。位6，位7表示本幀的分段類型，00表示第一分段；01表示中間分段；10表示最后分段；11表示分段應答。通過分段協議可以保證大報文數據的正確傳送。由于顯式報文要求數據接收方對每個子報文都要向數據發送方做出應答，因而數據的發送和潤滑油主都要檢查幀計數的連續性，一旦發現錯誤則終止當前發送或接收，采用幀計數表示當前發送的幀的編號，接收方必須判斷其連續性，一旦不連續就認為有幀丟失，然后放棄所有已經接懷到的幀，并向數據的發送方報錯。一、DeviceNet總線（2）DeviceNet幀格式DeviceNet的報文傳送有3種不同類型的幀(Frame)表示和控制：數據幀攜帶數據由發送器至接收器;出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發送;超載幀用于提供當前和后續的附加延遲。DeviceNe傳輸數據采用的是數據幀，超載幀和出錯幀僅僅用于對特殊情況的控制。數據幀的幀格式如表1所示。1位11位6位0-8字節15位1位1位1位7位幀開始標識符控制場數據場CRC序列CRC分隔符確認位確認分隔符幀結束表1數據幀的幀格式二、DeviceNet節點的開發1.DeviceNet節點的開發步驟DeviceNet節點的開發大致有兩種途徑：開發者本身對DeviceNet規范相當熟悉，具有豐富的相關經驗，并且有長期深入開發DeviceNet應用產品的規劃，選擇從最底層協議做起，根據自身對協議的深刻領會，自己編寫硬件驅動程序，再移植到單片機或其他微處理器系統中，完成開發調試工作。利用開發商提供的一些軟件包，這些軟件包中的源程序往往可以直接應用于單片機中，對于那些復雜的協議處理內容，已封裝定義好，用戶只需編寫自己的應用層程序，而無須涉及過多的協議內容。但其缺點就是價格昂貴，同時受限于軟件包的現有功能，不能向更深層的功能進行開發。二、DeviceNet節點的開發DeviceNet節點的開發一般按以下步驟：（1）決定為哪種類型的設備設計DeviceNet接口這是在著手開發設備之前必須首先確定的事情，也就是確定開發產品的功能。大多數DeviceNet產品只具備從機的功能，開發從機功能產品第一個要考慮的問題是I/O通信。在DeviceNet的初始階段，在從機產品中只包含位選通（BitStrobe）和輪詢（Poll）I/O通信。但隨著越來越多的具有狀態改變（ChangeofState）通信和循環（Cyclic）I/O通信的從機產品的出現，其優越的帶寬特性使你必須考慮這些通信方法。第二個要考慮的問題是設備信息對顯式報文的通信功能，DeviceNet協議要求所有設備支持顯式報文的通信，至少是標識符。DeviceNet的通信對象必須能由隱式報文（即I/O報文）來訪問，如在DeviceNet規范中定義的那樣。但如果組態要求超過了只設定幾個開關的功能，就必須考慮通過顯示報文的通信來組態設備。二、DeviceNet節點的開發（2）硬件設計硬件設計需滿足DeviceNet物理層和數據鏈路層的要求。在DeviceNet中目前只有125kbps、250kbps和500kbps三種速率。由于嚴格的網絡長度限制，它不支持CAN的1Mbps速率。DeviceNet物理層可以選擇使用隔離。完全由網絡供電的設備和與外界無電連接的設備（如傳感器）可以不用隔離，而與外界有電聯系的設備應該具有隔離，光隔離器件的速度很重要,因為它決定了收發器的總延時，DeviceNet規范中要求的最大延時為40ns。二、DeviceNet節點的開發在開發DeviceNet產品時要考慮以下幾方面：①CAN/微處理器硬件可以使用具有11bit標識符的CAN芯片，而不能使用具有長標識符（29bit）的芯片。②收發器的選擇DeviceNet要求收發器超越ISO11898的要求，主要是因為在其連接上要掛64個物理設備。滿足這些要求的器件有：Philips82C250、Philips82C251、UnitrodeUC5350等。③單片機系統DeviceNet產品的開發和其他嵌入式系統開發有著共同之處，首先應搭建一套適合于單片機或者更高層次CPU軟硬件系統的環境，再開發單片機或者更高層次CPU的應用系統。二、DeviceNet節點的開發（3）軟件設計軟件設計需滿足DeviceNet應用層的要求。①采用的軟件DeviceNet方面的軟件包有許多種，采用它們可以與你的產品協同工作，考慮其特性是個首要的問題。以下提出一些有關的必須考慮的問題：該軟件對自己的硬件適用否？是否要重寫匯編代碼？在何種程度上要重寫硬件的驅動程序？軟件的速度對自己的產品適合否？某特定的應用是否需要所有的通信特性（如I/O交換和顯式報文傳送）？是否支持分段？采用何種編譯器？二、DeviceNet節點的開發②選擇設計或購買策略在確定是自行設計或購買策略時，可以作如下的考慮：自己是否掌握足夠的開發知識，如CAN和微處理器？是一次性設計產品還是將來要改進的？僅實現從站功能的產品極易開發，一些公司只要數周即可完成；但比較復雜的產品，如具有主站功能的，采用商業開發軟件包來開發比較好。③設計工具一般來說，可以用微處理器開發系統來完成開發，因此，這里只討論與DeviceNet有關的工具，其最小配置為CAN的監視器，它是一個由PC卡和相關軟件組成的工具。DeviceNet的兼容工具可以向Softing、STZP、HuronNetworks、S-STechnologies等公司購買。二、DeviceNet節點的開發軟件的開發還要選擇合適的開發包。DeviceNet方面的軟件開發包有很多種，可以幫助進行軟件的開發。在軟件開發時，有這樣一些問題需要考慮：該軟件是否適用于自己的硬件？軟件是否可以直接移植到單片機上？在多大的程度上，需要對原代碼進行改動？或是否要重寫硬件驅動程序？軟件中支持的通信特性（如I/O報文、顯式報文、UCMM等）是否都需要？軟件支持何種編譯器？二、DeviceNet節點的開發（4）根據設備類型選定設備描述或自定義設備描述DeviceNet使用設備描述來實現設備之間的互操作性、同類設備的可互換性和行為一致性。設備描述是一臺設備的基于對象類型的正式定義，包括以下內容：①設備的內部構造（使用對象庫中的對象或用戶自定義對象，定義了設備行為的詳細描述）。②I/O數據（數據交換的內容和格式，以及在設備內部的映像所表示的含義）。③可組態的屬性（怎樣被組態，組態數據的功能，它可能包括EDS信息）。在DeviceNet產品開發中，必須指定產品的設備描述。如果不屬于標準設備描述，就必須自定義其產品的設備描述，并通過ODVA認證。二、DeviceNet節點的開發（5）決定配置數據源圖2所示，DeviceNet標準允許通過網絡遠程配置設備，并允許將配置參數嵌入設備中。利用這些特性，可以根據特定應用的要求，選擇和修改設備配置設定。DeviceNet接口允許訪問設備配置設定。圖2DeviceNet通過網絡遠程配置設備二、DeviceNet節點的開發（6）完成DeviceNet一致性聲明一致性與互操作性測試是認證開放系統的產品可以互連的重要步驟。DeviceNet產品的制造商需要通過一致性測試向購買者表明，他們的產品符合DeviceNet規范。用戶需通過互操作測試，以證實他們購買的產品彼此能互操作。DeviceNet的一致性與互操作性是由ODVA通過一致性測試（ConformanceTest）保證的。二、DeviceNet節點的開發2.設備描述的規劃DeviceNet規范通過定義標準的設備模型促進不同制造商設備之間的互操作性，它對直接連接到網絡的每一類設備都定義了設備描述。設備描述是從網絡的角度對設備內部結構進行說明，它使用對象模型的方法說明設備內部包含的功能、各功能模塊之間的關系和接口。設備描述說明了使用哪些DeviceNet對象庫中的對象和哪些制造商定義的對象，以及關于設備特性的說明。二、DeviceNet節點的開發設備描述包括：（1）設備對象模型定義——定義設備中存在的對象類、各類中的實例數、各個對象如何影響行為以及每個對象的接口。（2）設備I/O數據格式定義——包含組合對象的定義、組合對象中包含所需要的數據元件的地址（類、實例和屬性）。（3）設備可配置參數的定義和訪問這些參數的公共接口——配置參數數據、參數對設備行為的影響、所有參數組以及訪問設備配置的公共接口。二、DeviceNet節點的開發3.設備配置和電子數據文檔(EDS)（1）設備配置概述DeviceNet標準允許通過網絡遠程配置設備，并允許將配置參數嵌入設備中。利用這些特性，可以根據特定應用的要求，選擇和修改設備配置設定。DeviceNet接口允許訪問設備配置設定。存儲和訪問設備配置數據的方法包括輸出數據文檔的打印、電子數據文檔（EDS）、參數對象以及參數對象存根、EDS和參數對象存根的結合。①利用打印輸出的數據文檔支持配置利用打印數據文檔上收集的配置信息時，配置工具只能提供服務、類、實例和屬性數據的提示，并將該數據轉發給設備。這種類型的配置工具不決定數據的前后聯系、內容和格式。二、DeviceNet節點的開發②利用電子數據文檔支持配置可采用被稱作電子數據文檔（EDS）的特殊格式化的ASCII文件對設備提供配置支持。③利用參數對象和參數對象存根支持配置部分定義的參數對象稱為參數對象存根，它包含設備配置所需的部分信息，不包括用戶提示、限制測試和引導用戶完成配置說明文本。1)

利用完整參數對象

參數對象將所有必要的配置信息嵌入設備。參數對象提供：到設備配置數據值的已知公共接口；說明文本；數據限制、默認、最小和最大值。二、DeviceNet節點的開發2)

使用參數對象存根

參數對象存根提供到設備的配置數據值的已建立地址，不需說明文本的規范、數據限制和其他參數特性。當設備包括參數對象存根時，配置工具可以從EDS得到附加的配置信息或僅提供一個到修改參數的最小限度接口。④使用EDS和參數對象存根的配置配置工具可從嵌在設備中的部分參數對象或參數對象存根中獲得信息，該設備提供一個伴隨EDS，此EDS提供配置工具所需的附加參數信息。參數對象存根可以提供一個到設備參數數據的已知公共接口，而EDS提供說明文本、數據限制和其他參數特性，如：有效數據的數據類型和長度，默認數據選擇，說明性用戶提示，說明性幫助文本，說明性參數名稱。二、DeviceNet節點的開發⑤使用配置組合進行配置配置組合允許批量加載和下載配置數據。如果使用該方法配置設備，必須提供配置數據塊的格式和每個可配置屬性的地址映射。在規定配置組合的數據屬性時，必須按屬性塊給出的順序列出數據分量，大于1B的數據分量先列出低字節，小于1B的數據分量在1B中右對齊，從位0開始。（2）EDS概述EDS允許配置工具自動進行設備配置，DeviceNet規范中關于EDS的部分，為所有DeviceNet產品的設備配置和兼容提供一個開放的標準。①電子數據文檔EDS除了包括該規范定義的、必需的設備參數信息外，還可以包括供應商特定的信息。標準的EDS通用模塊如圖3所示。二、DeviceNet節點的開發②產品數據文檔模式電子數據文檔應按照產品數據文檔的含義，將其修改成符合DeviceNet要求。通常，產品數據文檔向用戶提供判斷產品特性所需的信息及對這些特性用戶可賦值的范圍。EDS提供兩種服務：1)說明每個設備的參數，包括它的合法值和默認值。2)提供設備中用戶可選擇的配置參數。圖3標準的EDS通用模塊二、DeviceNet節點的開發DeviceNet配置工具至少具備：將EDS裝載到配置工具的內存；解釋EDS的內容，判斷每個參數的特性；向用戶展示各設備參數的數據記錄區或選擇清單；將用戶的參數選擇裝載到設備中正確的參數地址中。③配置工具上使用EDSDeviceNet配置工具從標準EDS中提取用戶提示信息，并以人工可讀的形式向用戶提供該信息。④EDS解釋器功能解釋器必須采集EDS要求的參數選擇，建立配置設備所需的DeviceNet信息，并包含要求配置的各設備參數的對象地址。二、DeviceNet節點的開發⑤EDS文件管理圖4為電子數據文檔結構圖。EDS文件編碼要求使用DeviceNet的標準文件編碼格式，而無須考慮配置工具主機平臺或文件系統。圖4電子數據文檔結構二、DeviceNet節點的開發定義EDS遵守以下原則：1)區（Section）：EDS文件必須劃分為可選的和必需的部分。2)區分隔符（SectionDelimiters）：必須用方括號中的區關鍵字作為合法的區分隔符來正確分隔EDS的各區。3)區順序（SectionOrder）：必須按要求的順序放置每個所需的區，可選部分可以完全省略或用空數據占位符填充。4)入口（Entry）：EDS的每個區包括一個或多個入口，以入口關鍵字開關，后面跟有一個符號。入口關鍵字的含義取決于該部分的上下文。用分號表示入口結束，入口可以跨越多行。5)入口域（Entryfield）：每個入口包括一個或多個域，用逗號分隔符分隔各域，各域的含義取決于區的上下文。二、DeviceNet節點的開發6)供貨商特定的關鍵字（Vendor-specificKeyword）：區和入口關鍵字可以是供貨商特定的。這些關鍵字應該以增補內容的公司的供貨商ID開頭，后面跟隨一個下劃線（VendorID_VendorSpecificKeyword）。供貨商ID應以十進制顯示，且不應該包含引導0。各供應商提供有關供應商特定關鍵字的文字說明。（3）基本術語①解碼格式DeviceNet報文格式中解碼的屬性數據值。②EDS電子數據文檔的簡寫，是磁盤上的一個包括指定設備類型的配置數據的文件。③編碼格式電子數據文檔格式中編碼的屬性數據值。二、DeviceNet節點的開發④DeviceNet路徑DeviceNet類、實例、屬性格式中的對象屬性地址。⑤參數對象整體設備中的一個對象，它包括配置數據值、提示字符串、數據轉換系統以及其他設備相關信息。⑥參數對象存根參數對象的簡寫形式，它只存儲配置數據值，并且只提供一個標準的參數訪問點。三、工業機器人的IO擴展1.任務操作——配置DeviceNET遠程I/O模塊如圖5所示，工業機器人遠程I/O模塊的適配器（FR8030）后面從左至右依次掛載2個數字量輸入模塊（FR1108）、4個數字量輸出模塊（FR2108）和1個模擬量輸出模塊（FR4004）。我們需要先通過CANManager軟件根據當前遠程I/O的硬件結構操作配置FR8030型適配器，然后將該遠程I/O模塊掛載在機器人總線上，方可進行信號的定義。適配器的配置方法可參考系列教材《工業機器人工作站操作與應用》，此處著重展示遠程IO模塊在機器人總線上的掛載方法以及相關信號的定義方式。適配器FR8030FR1108FR2108FR4004圖5遠程I/O模塊三、工業機器人的IO擴展如圖6所示，先將適配器Devicenet接口和機器人控制柜前側板上的XS17Devicenet接口通過CAN通信電纜相連。按照表2-1所示參數，將遠程IO模塊掛載在機器人總線上，確保模塊可以正常運行。圖6接口連接三、工業機器人的IO擴展表2遠程I/O定義參數序號參數項參數值1模塊名稱（Name）DN_Generic2地址（Address）313供應商ID（VendorID）99994產品代碼（ProductCode）675設備類型（DeciveType）126通訊類型（ConnectionType）Polled7輪詢頻率（PollRate）10008輸出緩沖區長度（ConnectionOutputSize）129輸入緩沖區長度（ConnectionInputSize）2三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖1按照路徑點擊控制面板>配置，選擇“DeviceNetDevice”2選擇DeviceNET通用設備模板，即“DeviceNetGenericDevice”3命名IO板為“DN_Generic”，此處命名可由使用者自定義。三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖4模塊的通信地址設置為31，此處地址由從設備適配器上的撥碼開關決定，如錯誤!未找到引用源。所示，供應商代碼（VendorID）、產品代碼（ProductCode）、設備類型（DeviceType）等參數可以根據生產廠家提供的參數（表2-1）進行設定，如右圖所示三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖5模塊通信連接類型選擇輪詢模式（Poll）、輪詢頻率默認1000，輸出緩沖區長度為12，輸入緩沖區長度為26重啟后，遠程I/O模塊的配置完成三、工業機器人的IO擴展2.任務操作——定義執行單元I/O信號工業機器人要與周邊設備進行信號交互，其交互的端口就是通過標準I/O板（D652）和遠程I/O模塊（DN_Generic）。本任務將定義執行單元智能化改造所需的機器人信號，從而滿足機器人對伺服滑臺以及末端工具的基本控制要求，為后續任務打下基礎。接下來我們在熟悉硬件設備連接的基礎上，以模擬量的定義為例，著重講解遠程I/O信號的定義方法及技巧，其他信號均可參考模擬量信號的定義。按照表2-2和表2-3所示I/O信號各項參數、分配模塊硬件及地址，定義伺服滑臺定位運動的功能信號以及工具單元相關的功能信號。三、工業機器人的IO擴展表3執行單元數字量信號信號名稱信號類型I/O模塊I/O地址功能FrRVaccumTestDID6520吸盤真空檢知FrPDigServoArriveDIDN_Generic15滑臺到位ToRDigQuickChangeDOD6520快換接頭動作ToRDigGripDOD6521夾爪類工具動作ToRDigSuckerDOD6522吸盤類工具動作ToRDigPolishDOD6523打磨類工具動作ToPGroPositionGODN_Generic0-7滑臺目標位置（0~760）ToPDigHomeDODN_Generic8滑臺回原點ToPDigForwardDODN_Generic9滑臺前進ToPDigBackwardDODN_Generic10滑臺后腿ToPDigServoModeDODN_Generic11滑臺運動模式ToPDigServoStopDODN_Generic12滑臺停止三、工業機器人的IO擴展表4執行單元模擬量信號——滑臺速度參數設定值信號名稱ToPAnaVelocity信號類型AOI/O模塊DN_GenericIO地址32-47數值類型Unsigned邏輯值（max/min）25/0物理值（max/min）10/0位值4047三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖1在主菜單界面，按照控制面板>配置>Signal，選擇“添加”。參考表格XX，設定滑臺速度的模擬量信號參數值，注意各信號的IO模塊選擇不同。右圖所示為選擇遠程IO模塊“DN_Generic”三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖2該信號其他參數至的設定如右圖所示。滑臺速度的模擬量信號定義完畢。3參考步驟1和2，將其他信號全部定義完畢三、工業機器人的IO擴展序號操作步驟示意圖4所有新添加的信號，均在系統重啟后生效。為提高定義信號的效率，該步驟可在所有信號定義完成后執行三、工業機器人的IO擴展3.任務操作——手動測試快換工具動作信號定義完成后，一方面需要對信號的功能進行驗證，才能確保相關定義的準確性；另一方面，為方便后續任務對工具的編程，也需要將工具類信號以及快換信號的狀態與工具動作對應起來。本任務即將利用快捷鍵的方式手動測試快換工具所對應的信號功能，以直觀地了解吸盤類工具、夾爪類工具以及打磨工具之間的換取以及動作。（1）按照圖2-3所示布局，接入工具單元模塊并接線；圖7拼入工具單元三、工業機器人的IO擴展表5信號快捷關聯（2）為方便對信號的置位與復位，將表2-4中各信號與示教器快捷鍵做關聯；信號關聯快捷鍵按鍵模式ToRDigQuickChange快捷鍵1切換ToRDigSucker快捷鍵2按下/松開ToRDigGrip快捷鍵3按下/松開ToRDigPolish快捷鍵4按下/松開三、工業機器人的IO擴展（3）對分別各信號進行置位與復位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖1參考任務2.1.1，拼入工具單元，并用連接板固定工具單元2根據表2-4，在控制面板的“ProgKeys”選項中，將各信號與快捷鍵關聯起來三、工業機器人的IO擴展（3）對分別各信號進行置位與復位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖3點擊快捷鍵1，松開快換接頭，手動裝入反面夾爪工具，再次點擊快捷鍵1以固定工具4按下或松開快捷鍵3，控制反面夾爪工具的加緊與松開三、工業機器人的IO擴展（3）對分別各信號進行置位與復位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖5點擊快捷鍵1，松開快換接頭，取下反面夾爪工具，裝入正面夾爪工具，參考步驟3，控制正面夾爪工具的加緊與松開三、工業機器人的IO擴展（3）對分別各信號進行置位與復位，手動取放工具，觀察各工具的動作。序號操作步驟示意圖6參考步驟4，裝入打磨工具，按下快捷鍵4，對打磨工具進行測試7參考步驟4，裝入吸盤工具，按下快捷鍵2，對吸盤工具進行測試了解分布式IO一、分布式IO概述二、常見的分布式I/O模塊一、分布式IO概述DeviceNet允許通過網絡遠程配置設備也稱分布式I/O。分布I/0模塊是工業級遠程采集與控制模塊。該模塊提供了無源節點的數字量輸入采集、繼電器輸岀、高頻計數器等功能，主要用于工業現場采集模擬信號和數字信號，還可以輸出模擬信號和數字信號來控制現場設備。如圖1所示為一種遠程I/O模塊的拓撲結構，它由一個從設備適配器(FR8030)和相應的I/O端子模塊構成，其模塊化的結構可以根據實際輸入/輸岀的信號點位數，來確定選取I/O端子模塊的種類及數量。圖1適配器上的撥碼開關設定通信地址一、分布式IO概述其中，DeviceNet型從設備適配器(后簡稱：適配器)可以實現CAN總線的基本功能，主要包括：收發報文、訪問控制及其他物理層的諸多功能。數字量輸入模塊從執行層設備(傳感器、電動機驅動器等)中采集數字量反饋信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸到上層自動化單元。數字量輸出模塊將來自自動化設備(如機器人)的數字量控制信號以電隔離的形式傳輸到執行層設備。模擬量輸入模塊用于從執行層設備收集0~10V范圍內的模擬量信號并上傳至上位機，模擬量輸出模塊用于向執行層設備輸出0~10V范圍內的模擬量信號。模擬量輸出模塊所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。各通道信號狀態均可通過模塊上對應通道口的LED顯示。與標準I/O板相同，遠程I/O模塊也掛載在現場總線下，具有唯一的通信地址。模塊地址由從設備適配器上的撥碼開關決定，旋轉開關的缺口處所指示的值即為當前選中的值，圖1中所示的通信地址為31。機器人控制信號通過總線適配器，在DeviceNet總線通信的I/0端子上傳輸，在傳輸至獨立的I/O端子時仍保留完整的DeviceNet協議，相對應的I/0端子適用于任何常用的數字量和模擬量信號類型。二、常見的分布式I/O模塊ABB機器人標準I/O板即屬于分布式I/O模塊的一種，機器人（ABB）本身提供了豐富的I/O通信接口，可以輕松與周邊設備進行通信，省去了需要進行通信設置的麻煩。如下表所示，標準I/O板提供常用信號處理有數字輸入DI、數字輸出DO、模擬輸入AI、模擬輸出AO以及輸送鏈跟蹤等。這些標準I/O板目前只適用于ABB機器人。序號型號說明1DSQC651分布式I/O模塊di8、do8、ao22DSQC652分布式I/O模塊di16、do163DSQC653分布式I/O模塊di8、do8帶繼電器4DSQC355A分布式I/O模塊ai4、ao45DSQC377A輸送鏈跟蹤單元二、常見的分布式I/O模塊圖示DSQC652型的標準I/O板是一種掛載在ABB機器人DeviceNet總線下的分布式I/O模塊。該分布式IO模塊的結構，包括信號輸出指示燈、X1和X2數字輸出端口、X5DeviceNet端口、模塊狀態指示燈、X3和X4數字輸入端口、數字輸入信號指示燈。123456781-信號輸出指示燈2-X1數字輸出端口3-X2數字輸出端口4-X5DeviceNet端口5-X4數字輸入端口6-X3數字輸入端口7-模塊狀態指示燈8-數字輸入信號指示燈圖2二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊也是一種分布式IO模塊（如圖所示）。BECKHOFF

IO模塊里設有可連接EhterCAT的邏輯電路，通過系統總線與機器人控制柜的端口連接實現通信。圖3BECKHOFFIO模塊二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊中，通常含有數字量模塊和模擬量模塊。數字量模塊包括數字量輸入模塊和數字量輸出模塊。模擬量模塊包括模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。數字量輸入模塊從執行層設備（如傳感器）中采集二進制控制信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸到上層自動化單元。模塊接收來自自動化設備（如機器人等）的二進制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸到執行層設備。數字量輸出模塊接收來自自動化設備（如機器人等）的二進制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸到執行層設備。數字輸出模塊一般具有極性反轉保護功能，可處理負載電流，并可防止輸出過載和短路將這些信號傳送給總線耦合器，并借助發光二極管指示信號狀態。二、常見的分布式I/O模塊常用的數字輸入模塊EL1809，有16個數字輸入通道，可采集16個數字輸入端的信號，如圖所示。圖4數字量輸入模塊——EL1809(a)實物圖

(b)觸點組件圖二、常見的分布式I/O模塊模擬量輸入模塊用于處理一定電壓或電流范圍內的信號。由于總線是數字傳輸協議，因此在模擬量傳輸中需要數字化處理。模擬量被數字化處理后的分辨率為12或16位等（各型號的分辨率有所不同），并在電氣隔離的狀態下被傳送到上一級自動化設備。模擬量輸入端為2線制型，由處理層設備供電，端子模塊的各個電源觸點互相連接。所有輸入端的基準為0V電源觸點。模擬量輸出模塊用于向處理層設備輸出0-10V范圍內的模擬量信號。模塊型號不同輸出的信號類型（電流/電壓）以及范圍都有所不同。二、常見的分布式I/O模塊圖示模擬量輸出模塊有4個模擬量輸出通道，所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。模擬量各通道信號狀態均可通過模塊上對應的LED顯示。圖5模擬量輸出模塊——EL4004(a)實物圖

(b)觸點組件圖ModbusTCP通信及應用一、Modbus原理二、Modbus數據的傳輸三、通信方式參數設置四、博途軟件編程測試一、Modbus原理1.Modbus總線的概念Modbus是國際上第一個真正用于工業控制的現場總線協議。由于其功能完善、使用簡單、數據易于處理，因而在各種智能設備中被廣泛采用。許多工業設備，包括PLC、智能儀表等都在使用Modbus協議作為它們之間的通信標準。由于施耐德公司的推動，加上相對低廉的實現成本，Modbus現場總線在低壓配電市場上所占的份額大大超過其他現場總線。Modbus尤其適用于小型控制系統或單機控制系統，以實現低成本、高性能的主從式計算機網絡監控。一、Modbus原理2.Modbus數據通信方式Modbus的數據通信采用主/從方式。網絡中只有一個主設備，通信采用查詢/回應的方式進行。主設備初始化系統通信設置，并向從設備發送消息；從設備正確接收消息后響應主設備的查詢或根據主設備的消息作出響應的動作。主設備可以是PC、PLC或其他工業控制設備，可以單獨和從設備通信，也可以通過廣播方式和所有從設備通信。單獨通信時，從設備需要返回消息作為回應，從設備回應消息也由Modbus信息幀構成。以廣播方式查詢時則不作任何回應。主從設備查詢/回應周期如圖1所示。圖1從設備查詢/回應周期一、Modbus原理（1）主站的查詢消息：查詢消息中的功能代碼告知被選中的從站要執行何種功能。數據段包含了從站要執行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從站讀保持寄存器并返回它們的內容。數據段必須包含要告知從站的信息，從何種寄存器開始讀及要讀的寄存器的數量。錯誤檢測域為從站提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。（2）從站的響應消息：如果從站產生正常的響應，在響應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應。數據段包括了從站收集到的數據，像寄存器值或狀態。如果有錯誤發生，功能代碼將被修改以用于指出響應消息是錯誤的。同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主站確認消息的內容是否可用。二、Modbus數據的傳輸1.Modbus傳輸模式對于串行連接，在Modbus系統中有兩種傳輸模式可選擇，即RTU（遠程終端單元）模式和ASCII（美國標準信息交換代碼）模式。這兩種模式只是信息編碼不同，RTU模式采用二進制表示數據，而ASCII模式使用的字符是RTU模式的兩倍，即在相同傳輸速率下，RTU模式比ASCII模式傳輸效率要提高一倍；但RTU模式對系統的時間要求較高，而ASCII模式允許兩個字符發送的時間間隔為1s而且不產生錯誤。在一個Modbus通信系統中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用，即設置為RTU通信方式的節點不會和設置為ASCII通信方式的節點進行通信，反之亦然。通信系統選用哪種傳輸模式可由主設備來選擇。ModbusRTU是一種較為理想的通信協議，也得到廣泛應用，常見的通信速率為9600bit/s和19200bit/s。二、Modbus數據的傳輸2.ModbusRTU信息幀報文格式為了與從設備進行通信，主設備會發送l段包含設備地址、