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(xié)議（ControllerAreaNetwork），控制器局域網(wǎng)總線，是德國BOSCH公司研發(fā)的一種串行通訊協(xié)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(xiàn)場總線之一。CAN網(wǎng)絡中至少需要兩個節(jié)點設備才可進行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時所有節(jié)點都能接收到所有信息，無法僅向某一個特定節(jié)點設備發(fā)送消息，對于節(jié)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(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)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(huán)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(jié)點支線，其優(yōu)點在于布線施工簡單，接線方便，阻抗匹配規(guī)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(wǎng)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(guī)范推薦也是線形拓撲。在ISO11898-2和ISO11898-3中分別規(guī)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)CAN（低速容錯CAN）通信如圖2所示：圖2(a)高速閉環(huán)CAN(b)低速閉環(huán)CAN一、CAN通信原理（2）星形拓撲星形拓撲是每個節(jié)點通過中央設備連到一起，其優(yōu)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(jié)點分支比較多，且分支長度不同，其優(yōu)點是布線方便，缺點是網(wǎng)絡拓撲復雜，阻抗匹配困難，通訊中極易出現(xiàn)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(huán)形拓撲環(huán)形拓撲是將CAN總線頭尾相連，形成環(huán)狀，其優(yōu)點是線纜任意位置斷開，總線都不會出現(xiàn)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(huán)形拓撲一、CAN通信原理3.CAN節(jié)點組成CAN節(jié)點通常由三部分組成：CAN收發(fā)器、CAN控制器和MCU。CAN總線通過差分信號進行數(shù)據(jù)傳輸，CAN收發(fā)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(shù)據(jù)以TTL電平信號的形式輸出，如圖6所示：圖6CAN節(jié)點組成一、CAN通信原理CAN總線分高速CAN和低速CAN，收發(fā)器也分為高速CAN收發(fā)器（1Mbps）和低速CAN收發(fā)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(fā)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(xié)議的報文傳輸過程中有：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔5種形式。其中，數(shù)據(jù)幀和遙控幀有標準格式和擴展格式兩種格式。數(shù)據(jù)幀：用于發(fā)送節(jié)點向接受節(jié)點傳送數(shù)據(jù)（最常用）。遠程幀：用于接收節(jié)點向某個發(fā)送節(jié)點請求數(shù)據(jù)。錯誤幀：用于當某節(jié)點檢測出錯誤時向其他節(jié)點通知錯誤幀。過載幀：用于接收節(jié)點向發(fā)送節(jié)點通知自身接收能力的幀。幀間隔：將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀組成：①起始段。表示數(shù)據(jù)幀開始的段。②仲裁段。表示該幀優(yōu)先級的段。③控制段。表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。④數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)的內(nèi)容，一幀可發(fā)送0~8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)幀結束的段。右圖中D為顯性電平，R為隱性電平。圖7數(shù)據(jù)幀組成二、CAN報文的種類和幀格式3.數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)優(yōu)先級的段，標準幀和擴展幀格式在本段有所區(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。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(xiàn)電平發(fā)送，但是接收可以是隱性電平。DLC：數(shù)據(jù)長度碼。0~8，表示發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)長度（字節(jié)）。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(shù)據(jù)段。該段可包含0~8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(fā)送單元ACK段：發(fā)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(fā)送顯性位，通知發(fā)送單元，正常接收結束。稱之為發(fā)送ACK/返回ACK。注意：發(fā)送ACK的是既不處于總線關閉態(tài)也不處于休眠態(tài)的所有接收單元中，接收到正常消息的單元（發(fā)送單元不發(fā)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(yè)生產(chǎn)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(chǎn)被動或發(fā)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(fā)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(chǎn)線的安全指數(shù)，并優(yōu)化日常生產(chǎn)活動的管理，特在生產(chǎn)線中接入語音提示器，來標識當前生產(chǎn)線的狀態(tài)。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(jù)生產(chǎn)線控制器的不同狀態(tài)，作出如下反應。控制器信號語音類型語音音調(diào)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(tǒng)：硬件：語音報警器，CAN轉以太網(wǎng)服務器，PLC控制器，PC機軟件：windows操作系統(tǒng)，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(wǎng)線，Micro-USB數(shù)據(jù)線網(wǎng)線Micro-USB數(shù)據(jù)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(wǎng)服務器設置（1）修改PC機IP地址為192.168.0網(wǎng)段非服務器地址三、CAN通信應用（2）設置服務器通信參數(shù)方式一：調(diào)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(wǎng)頁修改輸入CAN以太網(wǎng)服務器IP地址192.168.0.7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(wǎng)服務器TCP連接三、CAN通信應用（2）通過通信連接發(fā)送包含有CAN幀的網(wǎng)絡幀①

聲音開關打開后會將1聲音數(shù)據(jù)賦值給即將發(fā)送的數(shù)據(jù)；②MOVE：復制IN數(shù)據(jù)給OUT1③LEN:13是字節(jié)長度；④ID:連接標識碼。三、CAN通信應用通信數(shù)據(jù)分析三、CAN通信應用數(shù)據(jù)分析三、CAN通信應用數(shù)據(jù)分析DeviceNet通信及應用一、DeviceNet總線二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)三、工業(yè)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(yè)標準的低成本、高性能的現(xiàn)場總線協(xié)議標準。在Rockwell提出的三層網(wǎng)絡結構中，DeviceNet處于最底層，即設備層，是最接近現(xiàn)場的總線類型。DeviceNet是一種數(shù)字化，多點連接的網(wǎng)絡，在控制器和I/0設備之間實現(xiàn)通信，每一個設備和控制器都是網(wǎng)絡上的一個節(jié)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(shù)據(jù)鏈路層及應用層，它能夠將工業(yè)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(wǎng)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(tài)改變觸發(fā)通信（I/0觸發(fā)）、輪詢等。（1）周期性通信周期性發(fā)送（基于時間）時，數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶選擇的速度來產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的更新速度與節(jié)點和應用相匹配，可為快速變化的I/O信息的節(jié)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(shù)據(jù)傳輸，并可以根據(jù)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(wǎng)絡的帶寬要求。一、DeviceNet總線（2）I/O觸發(fā)機制除了傳統(tǒng)的輪詢方法（polling）外，生產(chǎn)者/消費者模型還允許用兩種新的功能強大的I/O觸發(fā)方法：狀態(tài)改變發(fā)送（Change-Of-State）和周期I/O發(fā)送（Cyclic）。按主從通信方式，點對點地將I/O報文直接依次發(fā)送到各個從設備。（3）輪詢輪詢是從源/目的地模型產(chǎn)生的，它本質上是一種兩個報文的雙向處理（發(fā)送方輸出數(shù)據(jù)命令，接收節(jié)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(shù)據(jù)，這些冗余的數(shù)據(jù)浪費了大量網(wǎng)絡帶寬。一、DeviceNet總線3.DeviceNet的網(wǎng)絡通信電纜DeviceNet網(wǎng)絡最大可以操作64個節(jié)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(wǎng)絡電纜傳送網(wǎng)絡通訊信號，并可以給網(wǎng)絡設備供電。寬范圍的應用導致規(guī)定了不同規(guī)格的電纜：粗電纜、細電纜和扁平電纜，以能夠適用于工業(yè)環(huán)境。DeviceNet的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡，網(wǎng)絡上的任意兩個節(jié)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(shù)據(jù)幀前都有標識符，用于表明這個數(shù)據(jù)的身份和優(yōu)先級。一、DeviceNet總線4.DeviceNet數(shù)據(jù)幀格式及內(nèi)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(shù)據(jù)，通常使用優(yōu)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(jié)的數(shù)據(jù)域不包含任何與協(xié)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(fā)送之前，報文的發(fā)送和接收設備都必須提前設定。設定的內(nèi)容包括源和目標設備的屬性以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)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(jié)點的配置、診斷等。顯示報文通常使用優(yōu)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(shù)據(jù)域中說明要執(zhí)行的服務和相關對象的屬性及地址。一、DeviceNet總線當I/O數(shù)據(jù)的長度超過8字節(jié)時稱為大報文。大報文需經(jīng)過分割，形成I/O報文片后逐一傳送，這時數(shù)據(jù)域中用一個字節(jié)（字節(jié)0）表達報文分割協(xié)議。所以只有7個字節(jié)能用來傳輸實際數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)域中的字節(jié)0表示該報文在全部報文中的，其中位0－位5為分段計數(shù)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(xié)議可以保證大報文數(shù)據(jù)的正確傳送。由于顯式報文要求數(shù)據(jù)接收方對每個子報文都要向數(shù)據(jù)發(fā)送方做出應答，因而數(shù)據(jù)的發(fā)送和潤滑油主都要檢查幀計數(shù)的連續(xù)性，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤則終止當前發(fā)送或接收，采用幀計數(shù)表示當前發(fā)送的幀的編號，接收方必須判斷其連續(xù)性，一旦不連續(xù)就認為有幀丟失，然后放棄所有已經(jīng)接懷到的幀，并向數(shù)據(jù)的發(fā)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(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器;出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送;超載幀用于提供當前和后續(xù)的附加延遲。DeviceNe傳輸數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)幀，超載幀和出錯幀僅僅用于對特殊情況的控制。數(shù)據(jù)幀的幀格式如表1所示。1位11位6位0-8字節(jié)15位1位1位1位7位幀開始標識符控制場數(shù)據(jù)場CRC序列CRC分隔符確認位確認分隔符幀結束表1數(shù)據(jù)幀的幀格式二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)1.DeviceNet節(jié)點的開發(fā)步驟DeviceNet節(jié)點的開發(fā)大致有兩種途徑：開發(fā)者本身對DeviceNet規(guī)范相當熟悉，具有豐富的相關經(jīng)驗，并且有長期深入開發(fā)DeviceNet應用產(chǎn)品的規(guī)劃，選擇從最底層協(xié)議做起，根據(jù)自身對協(xié)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(tǒng)中，完成開發(fā)調(diào)試工作。利用開發(fā)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(xié)議處理內(nèi)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(xié)議內(nèi)容。但其缺點就是價格昂貴，同時受限于軟件包的現(xiàn)有功能，不能向更深層的功能進行開發(fā)。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)DeviceNet節(jié)點的開發(fā)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(fā)設備之前必須首先確定的事情，也就是確定開發(fā)產(chǎn)品的功能。大多數(shù)DeviceNet產(chǎn)品只具備從機的功能，開發(fā)從機功能產(chǎn)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(chǎn)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(tài)改變（ChangeofState）通信和循環(huán)（Cyclic）I/O通信的從機產(chǎn)品的出現(xiàn)，其優(yōu)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(xié)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(guī)范中定義的那樣。但如果組態(tài)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(tài)設備。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（2）硬件設計硬件設計需滿足DeviceNet物理層和數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(lián)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(fā)器的總延時，DeviceNet規(guī)范中要求的最大延時為40ns。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)在開發(fā)DeviceNet產(chǎn)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(fā)器的選擇DeviceNet要求收發(fā)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(tǒng)DeviceNet產(chǎn)品的開發(fā)和其他嵌入式系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)的環(huán)境，再開發(fā)單片機或者更高層次CPU的應用系統(tǒng)。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（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(chǎn)品協(xié)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(chǎn)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(jié)點的開發(fā)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(fā)知識，如CAN和微處理器？是一次性設計產(chǎn)品還是將來要改進的？僅實現(xiàn)從站功能的產(chǎn)品極易開發(fā)，一些公司只要數(shù)周即可完成；但比較復雜的產(chǎn)品，如具有主站功能的，采用商業(yè)開發(fā)軟件包來開發(fā)比較好。③設計工具一般來說，可以用微處理器開發(fā)系統(tǒng)來完成開發(fā)，因此，這里只討論與DeviceNet有關的工具，其最小配置為CAN的監(jiān)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(jié)點的開發(fā)軟件的開發(fā)還要選擇合適的開發(fā)包。DeviceNet方面的軟件開發(fā)包有很多種，可以幫助進行軟件的開發(fā)。在軟件開發(fā)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(jié)點的開發(fā)（4）根據(jù)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(xiàn)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(nèi)容：①設備的內(nèi)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(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容和格式，以及在設備內(nèi)部的映像所表示的含義）。③可組態(tài)的屬性（怎樣被組態(tài)，組態(tài)數(shù)據(jù)的功能，它可能包括EDS信息）。在DeviceNet產(chǎn)品開發(fā)中，必須指定產(chǎn)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(chǎn)品的設備描述，并通過ODVA認證。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（5）決定配置數(shù)據(jù)源圖2所示，DeviceNet標準允許通過網(wǎng)絡遠程配置設備，并允許將配置參數(shù)嵌入設備中。利用這些特性，可以根據(jù)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(wǎng)絡遠程配置設備二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)（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(tǒng)的產(chǎn)品可以互連的重要步驟。DeviceNet產(chǎn)品的制造商需要通過一致性測試向購買者表明，他們的產(chǎn)品符合DeviceNet規(guī)范。用戶需通過互操作測試，以證實他們購買的產(chǎn)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(jié)點的開發(fā)2.設備描述的規(guī)劃DeviceNet規(guī)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(wǎng)絡的每一類設備都定義了設備描述。設備描述是從網(wǎng)絡的角度對設備內(nèi)部結構進行說明，它使用對象模型的方法說明設備內(nèi)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(jié)點的開發(fā)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(shù)、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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)元件的地址（類、實例和屬性）。（3）設備可配置參數(shù)的定義和訪問這些參數(shù)的公共接口——配置參數(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)對設備行為的影響、所有參數(shù)組以及訪問設備配置的公共接口。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)3.設備配置和電子數(shù)據(jù)文檔(EDS)（1）設備配置概述DeviceNet標準允許通過網(wǎng)絡遠程配置設備，并允許將配置參數(shù)嵌入設備中。利用這些特性，可以根據(jù)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(shù)據(jù)的方法包括輸出數(shù)據(jù)文檔的打印、電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）、參數(shù)對象以及參數(shù)對象存根、EDS和參數(shù)對象存根的結合。①利用打印輸出的數(shù)據(jù)文檔支持配置利用打印數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的提示，并將該數(shù)據(jù)轉發(fā)給設備。這種類型的配置工具不決定數(shù)據(jù)的前后聯(lián)系、內(nèi)容和格式。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)②利用電子數(shù)據(jù)文檔支持配置可采用被稱作電子數(shù)據(jù)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(shù)對象和參數(shù)對象存根支持配置部分定義的參數(shù)對象稱為參數(shù)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(shù)對象

參數(shù)對象將所有必要的配置信息嵌入設備。參數(shù)對象提供：到設備配置數(shù)據(jù)值的已知公共接口；說明文本；數(shù)據(jù)限制、默認、最小和最大值。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)2)

使用參數(shù)對象存根

參數(shù)對象存根提供到設備的配置數(shù)據(jù)值的已建立地址，不需說明文本的規(guī)范、數(shù)據(jù)限制和其他參數(shù)特性。當設備包括參數(shù)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(shù)的最小限度接口。④使用EDS和參數(shù)對象存根的配置配置工具可從嵌在設備中的部分參數(shù)對象或參數(shù)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(shù)信息。參數(shù)對象存根可以提供一個到設備參數(shù)數(shù)據(jù)的已知公共接口，而EDS提供說明文本、數(shù)據(jù)限制和其他參數(shù)特性，如：有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和長度，默認數(shù)據(jù)選擇，說明性用戶提示，說明性幫助文本，說明性參數(shù)名稱。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)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(shù)據(jù)。如果使用該方法配置設備，必須提供配置數(shù)據(jù)塊的格式和每個可配置屬性的地址映射。在規(guī)定配置組合的數(shù)據(jù)屬性時，必須按屬性塊給出的順序列出數(shù)據(jù)分量，大于1B的數(shù)據(jù)分量先列出低字節(jié)，小于1B的數(shù)據(jù)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(guī)范中關于EDS的部分，為所有DeviceNet產(chǎn)品的設備配置和兼容提供一個開放的標準。①電子數(shù)據(jù)文檔EDS除了包括該規(guī)范定義的、必需的設備參數(shù)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(jié)點的開發(fā)②產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔模式電子數(shù)據(jù)文檔應按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔的含義，將其修改成符合DeviceNet要求。通常，產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔向用戶提供判斷產(chǎn)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(shù)，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(shù)。圖3標準的EDS通用模塊二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)DeviceNet配置工具至少具備：將EDS裝載到配置工具的內(nèi)存；解釋EDS的內(nèi)容，判斷每個參數(shù)的特性；向用戶展示各設備參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄區(qū)或選擇清單；將用戶的參數(shù)選擇裝載到設備中正確的參數(shù)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(shù)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(shù)的對象地址。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)⑤EDS文件管理圖4為電子數(shù)據(jù)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(tǒng)。圖4電子數(shù)據(jù)文檔結構二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)定義EDS遵守以下原則：1)區(qū)（Section）：EDS文件必須劃分為可選的和必需的部分。2)區(qū)分隔符（SectionDelimiters）：必須用方括號中的區(qū)關鍵字作為合法的區(qū)分隔符來正確分隔EDS的各區(qū)。3)區(qū)順序（SectionOrder）：必須按要求的順序放置每個所需的區(qū)，可選部分可以完全省略或用空數(shù)據(jù)占位符填充。4)入口（Entry）：EDS的每個區(qū)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(qū)的上下文。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)6)供貨商特定的關鍵字（Vendor-specificKeyword）：區(qū)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(nèi)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(shù)據(jù)值。②EDS電子數(shù)據(jù)文檔的簡寫，是磁盤上的一個包括指定設備類型的配置數(shù)據(jù)的文件。③編碼格式電子數(shù)據(jù)文檔格式中編碼的屬性數(shù)據(jù)值。二、DeviceNet節(jié)點的開發(fā)④DeviceNet路徑DeviceNet類、實例、屬性格式中的對象屬性地址。⑤參數(shù)對象整體設備中的一個對象，它包括配置數(shù)據(jù)值、提示字符串、數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)以及其他設備相關信息。⑥參數(shù)對象存根參數(shù)對象的簡寫形式，它只存儲配置數(shù)據(jù)值，并且只提供一個標準的參數(shù)訪問點。三、工業(yè)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(yè)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(shù)字量輸入模塊（FR1108）、4個數(shù)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(jù)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(yè)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(yè)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(shù)，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(yè)機器人的IO擴展表2遠程I/O定義參數(shù)序號參數(shù)項參數(shù)值1模塊名稱（Name）DN_Generic2地址（Address）313供應商ID（VendorID）99994產(chǎn)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(qū)長度（ConnectionOutputSize）129輸入緩沖區(qū)長度（ConnectionInputSize）2三、工業(yè)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(yè)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(chǎn)品代碼（ProductCode）、設備類型（DeviceType）等參數(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)（表2-1）進行設定，如右圖所示三、工業(yè)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(qū)長度為12，輸入緩沖區(qū)長度為26重啟后，遠程I/O模塊的配置完成三、工業(yè)機器人的IO擴展2.任務操作——定義執(zhí)行單元I/O信號工業(yè)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(zhí)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(xù)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(shù)、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(yè)機器人的IO擴展表3執(zhí)行單元數(shù)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