DeviceNet现场总线在低压电器上的应用研究
摘要
现场总线是二十世纪八十年代末、九十年代初在国际上发展形成的广泛应用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连网络。这项以计算机技术、通讯技术和控制技术为主的综合技术，已经越来越成为自动化技术发展的热点。为了适应中国工业发展的需要，研究和开发自己的总线产品是十分必要的。
本文选取了工业上广泛使用的低压I／O模块为开发的本体，在其上实现现场总线之一的DeviceNet现场总线协议。旨在通过对普通I／O模块的DeviceNet现场总线接口的开发，研究DeviceNet现场总线产品的开发过程和DeviceNet通讯协议，希望对国内的DeviceNet总线产品的开发起到铺垫作用。本文的主要工作包括：
首先，概述了现场总线的特点、网络体系结构，并密切跟踪国内外现场总线技术的发展动态，对目前有较大影响力的几种总线的发展背景和技术特点进行了比较分析，指出了各类总线的优缺点及其应用领域。
然后，研究了DeviceNet现场总线协议，对协议的体系结构进行了分析。DeviceNet规范是一套完善、严密的协议体系，可以应用于各种不同的领域，本文主要对其在低压电器上的应用进行了研究，实现了DeviceNet通讯接口的软／硬件设计。
DeviceNet通讯接口的硬件设计采用了Philips公司的P87C591在片CAN控制器芯片来实现DeviceNet应用层协议，并用PCA82C250 CAN总线收发器实现到DeviceNet总线的物理接口。本文设计了从站通讯接口的硬件连接原理图，完成了硬件电路板的制作，并与woodhead公司的5136-DNP-PCI主站卡一起组成了一个典型的主／从网络，从而提供了一种易实现、高可靠的硬件解决方案。
DeviceNet通讯接口的软件设计采用C51语言来实现。重点设计了从站的重复MAC ID检测、预定义主／从方式通讯以及从站的状态转换等软件模块。按照DeviceNet通讯协议实现了从站各种对象，并用广州周立功公司出品的TKS-591仿真机进行软件仿真和测试。结果表明，从站能正常与主站进
DeviceNet现场总线在低压电器上的应用研究
行通讯，实现各种预定功能。
最后，本文对DeviceNet现场总线的开发进行了总结，
摘要
并就目前DevieeNet
总线产品开发的趋势和热点给出了作者
鲍二竺壑j刘‘DeviceNet，急线在低
压电器上的应用和开发作了一些有益的探讨，希望对国内的总线产品的开发
起到抛砖引玉的作用。
Fieldbus is a kind of network for intelligent device of work field developed in the 80-90 of 20 century. It has been widely used in the fields of process automation, manufacture automation as well as building automation. As a new technology, The Fieldbus integrated computer technology, communication technology and control technology, and so, it has been the focus of the automation development of the world. It is necessary to research and development our own Fieldbus products in order to cooperate with the prospect of our country's economy.
This paper selects one of the low voltage apparatus on which to implement the DeviceNet Specification. The I/O module will be selected as the low voltage apparatus. The main intention is to research the DeviceNet specification and the development of the DeviceNet products via this work, and hope this work can do something for the development of the Fieldbus products. The main works of this paper are as follows:
First, this paper describes the characters and the network frame of the Fieldbus, and keeps close watch on the new developments of the Fieldbus. The background and characteristics of several important Fieldbus are analyzed and compared, and their competent fields are also mentioned.
And then, the DeviceNet specification is studied and its frame .is discussed carefully. The DeviceNet specification is a set of perfectly and logically protocol, and can be used for kinds of different fields. This paper researches its implementation on low voltage apparatus and realizes hardware and software design for the DeviceNet interface.
The P87C591 microcontroller with CAN controller chip was selected to realize the DeviceNet specification, and the PCA82C250 CAN transceiver was
used for connecting to the DeviceNet bus. This paper designs the hardware circuit and completed the hardware manufacture of the slave node. The slave node combined with the 5136-DNP-PCI master board made by woodhead company make up of a typical master/slave network. An easy build and reliable hardware solution is available in this paper.
The software of the DeviceNet interface was compiled by C51, including the duplicate MAC ID detect, the predefined master/slave connection set, the state transition diagram and so on. This paper realizes the objects of the slave according to the DeviceNet specification, and emulates by TKS-591 emulator. The results shown that the slave can communicate with the master as we have expected.
Finally, the paper gives an abstract description for the development of the DeviceNet filedbus products. The trend of the development and research hot spot of Fieldbus are put forwarded. In order to prompt the development of DeviceNet products in our nation, the paper provides author's opinions on both application and implementation of the DeviceNet Fieldbus on low voltage apparatus.
本文选取了工业上广泛使用的低压I／O模块为开发的本体，在其上实现现场总线之一的DeviceNet现场总线协议。旨在通过对普通I／O模块的DeviceNet现场总线接口的开发，研究DeviceNet现场总线产品的开发过程和DeviceNet通讯协议，希望对国内的DeviceNet总线产品的开发起到铺垫作用。本文的主要工作包括：
首先，概述了现场总线的特点、网络体系结构，并密切跟踪国内外现场总线技术的发展动态，对目前有较大影响力的几种总线的发展背景和技术特点进行了比较分析，指出了各类总线的优缺点及其应用领域。
然后，研究了DeviceNet现场总线协议，对协议的体系结构进行了分析。DeviceNet规范是一套完善、严密的协议体系，可以应用于各种不同的领域，本文主要对其在低压电器上的应用进行了研究，实现了DeviceNet通讯接口的软／硬件设计。
DeviceNet通讯接口的硬件设计采用了Philips公司的P87C591在片CAN控制器芯片来实现DeviceNet应用层协议，并用PCA82C250 CAN总线收发器实现到DeviceNet总线的物理接口。本文设计了从站通讯接口的硬件连接原理图，完成了硬件电路板的制作，并与woodhead公司的5136-DNP-PCI主站卡一起组成了一个典型的主／从网络，从而提供了一种易实现、高可靠的硬件解决方案。
DeviceNet通讯接口的软件设计采用C51语言来实现。重点设计了从站的重复MAC ID检测、预定义主／从方式通讯以及从站的状态转换等软件模块。按照DeviceNet通讯协议实现了从站各种对象，并用广州周立功公司出品的TKS-591仿真机进行软件仿真和测试。结果表明，从站能正常与主站进
DeviceNet现场总线在低压电器上的应用研究
行通讯，实现各种预定功能。
最后，本文对DeviceNet现场总线的开发进行了总结，
摘要
并就目前DevieeNet
总线产品开发的趋势和热点给出了作者
鲍二竺壑j刘‘DeviceNet，急线在低
压电器上的应用和开发作了一些有益的探讨，希望对国内的总线产品的开发
起到抛砖引玉的作用。
Fieldbus is a kind of network for intelligent device of work field developed in the 80-90 of 20 century. It has been widely used in the fields of process automation, manufacture automation as well as building automation. As a new technology, The Fieldbus integrated computer technology, communication technology and control technology, and so, it has been the focus of the automation development of the world. It is necessary to research and development our own Fieldbus products in order to cooperate with the prospect of our country's economy.
This paper selects one of the low voltage apparatus on which to implement the DeviceNet Specification. The I/O module will be selected as the low voltage apparatus. The main intention is to research the DeviceNet specification and the development of the DeviceNet products via this work, and hope this work can do something for the development of the Fieldbus products. The main works of this paper are as follows:
First, this paper describes the characters and the network frame of the Fieldbus, and keeps close watch on the new developments of the Fieldbus. The background and characteristics of several important Fieldbus are analyzed and compared, and their competent fields are also mentioned.
And then, the DeviceNet specification is studied and its frame .is discussed carefully. The DeviceNet specification is a set of perfectly and logically protocol, and can be used for kinds of different fields. This paper researches its implementation on low voltage apparatus and realizes hardware and software design for the DeviceNet interface.
The P87C591 microcontroller with CAN controller chip was selected to realize the DeviceNet specification, and the PCA82C250 CAN transceiver was
used for connecting to the DeviceNet bus. This paper designs the hardware circuit and completed the hardware manufacture of the slave node. The slave node combined with the 5136-DNP-PCI master board made by woodhead company make up of a typical master/slave network. An easy build and reliable hardware solution is available in this paper.
The software of the DeviceNet interface was compiled by C51, including the duplicate MAC ID detect, the predefined master/slave connection set, the state transition diagram and so on. This paper realizes the objects of the slave according to the DeviceNet specification, and emulates by TKS-591 emulator. The results shown that the slave can communicate with the master as we have expected.
Finally, the paper gives an abstract description for the development of the DeviceNet filedbus products. The trend of the development and research hot spot of Fieldbus are put forwarded. In order to prompt the development of DeviceNet products in our nation, the paper provides author's opinions on both application and implementation of the DeviceNet Fieldbus on low voltage apparatus.
引文
[1]佟为明，林景波，张东中，宋军波，现场总线概述，低压电器，2002年第4期，34～39
[2]阳宪惠，现场总线技术及应用，清华大学出版社，1999
[3]李平康，对DCS从功能分散到位置分散的研究，华北电力技术，1997年第9期，15～18
[4]章剑雄，冯浩，现场总线技术概述，自动化与仪表，2002年第17卷第6期，1～3
[5]Udo Lutze, Reduce Control System Complexing With Fieldbus Technology,Control Engineering, 1995, 42(11), 87～92
[6]Gianluca Gena, Luca Durante, A driano Valenzano, Standard field-bus networks for industrial application, Computer Standards & Interfaces, 1995(17),155～167.
[7]区锐相，李克夭，魏胜，现场总线技术及其应用，精密制造与自动化，2002年第3期，20～23
[8]王锦标，现场总线和现场总线控制系统，化工自动化及仪表，1997年第24卷第2期，3～7
[9]郑文波，郭新，现场总线开放系统互连参考模型，工业控制计算机，1997年第6期，1～3
[10]马莉，陶国成，郭霞，OSI参考模型与现场总线通讯模型的发展与应用，现代电子技术，2003年第2期，23～25
[11]董爱华，舒国汀，DeviceNet总线技术应用探讨，东华大学学报(自然科学版)，2002年，第28卷，第5期，75～79
[12]Disk Johnson, The Future of Fieldbus At Milestone 1995, Control Engineering,1994 41(13), 49～52
[13]许小林，冯冬芹，褚健，“基金会现场总线(FF)技术”讲座，自动化仪表，2003年第23卷第1期，60～62
[14]王智，陈积明，孙优贤，FF现场总线控制系统的质量要求及其实现技术，化工自动化及仪表，2002年第29卷第1期，1～7
[15]罗文广，陶甫廷，覃伟年，基金会现场总线体系结构，广西工学院学报，1997年第8卷第4期，48～52
[16]European Committee for Electrotechnical Standardization,General Purpose Field Communication System,Vol.2,Profibus,EN50170,1996.
[17]廖廷常，方彦军，PROFIBUS现场总线控制试验系统的研究与探讨，实验室研究与探索，2002年第21卷第1期，50～52
[18]王平，王双庆，邢建春、卫立新，Profibus现场总线智能从站通讯接口设计，工业仪表与自动化装置，2002年第1期，26～28
[19]邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计，清华大学出版社，1996
[20]杜吉龙，浅谈CAN总线的应用，半导体技术，2003年，第28卷，第1期，58～59
[21]易军，王红蕾，CAN总线技术在实际控制系统中的应用研究，贵州工业大学学报(自然科学版)，2002年第31卷第1期，59～61
[22]佟为明，陈向阳，李凤阁，吴赞，DeviceNet现场总线技术，微处理机，2002年，第1期，1～3
[23]贾青，DeviceNet技术及其产品开发，单片机与嵌入式系统应用，2001年，第1期，26～31
[24]蒋昆仑，DeviceNet总线技术，自动化与仪器仪表，2003年第4期，1～3
[25]刘权，DeviceNet技术，微计算机信息，2000年第16卷第4期，15～17
[26]Steve Biegacki, Dave VanGompel, The application of DeviceNet in process control, ISA Transactions, 1996, Vol,35, No.2, 169～176
[27]叶舒奇，DeviceNet现场总线及其在低压电器领域中的发展前景，微计算机信息，2000年第16卷第6期，12～14
[28]Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE802.3, Part 3:2000 Standard, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD)and Physical Layer Specification, 2000.
[29]沈德耀，金敏，网络通讯与控制—现场总线纵横谈，仪器仪表标准化与
计量，2003年第1期
[30]BOSCH, Inc., CAN 2.0 Specification PART A&B, 1991.3
[31]Open DeviceNet Vendor Association Inc., DeviceNet Specification, June 30, 1999,Release 2.0, Errata 1&2
[32]王桂荣，钱剑敏，CAN总线和基于CAN总线的高层协议，计算机测量与控制，2003．11(5)，391～394
[33]刘建吕，钱晓龙，冯立，陈智锋，左云，CAN总线及DeviceNet现场总线，基础自动化，2001年，第8卷，第3期，1～3
[34]杨彗，田亮，田敏，CAN总线协议分析，中国仪器仪表，2002．4，1～4
[35]谌黎明，CAN总线技术特点及在DeviceNet现场总线中的应用，低压电器，2000年，第5期，39～41
[36]魏震，贾青，谢剑英，现场总线协议的对象模型，基础自动化，2001年第8卷第4期，19～21
[37]徐达银，胡仁杰，DeviceNet通讯产品开发，工业控制计算机，2003年，第16卷，第2期，27～29
[38]阮于东，DeviceNet总线的设备描述，电世界，2002年，第3期，7～9
[39]Philips Inc., P8xC591 Data Sheet, 2000 Jul 26
[40]邹继军，饶运涛，基于SJA1000的CAN总线系统智能节点设计，单片机与嵌入式系统应用，2001(12)，26～31
[2]阳宪惠，现场总线技术及应用，清华大学出版社，1999
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计量，2003年第1期
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[31]Open DeviceNet Vendor Association Inc., DeviceNet Specification, June 30, 1999,Release 2.0, Errata 1&2
[32]王桂荣，钱剑敏，CAN总线和基于CAN总线的高层协议，计算机测量与控制，2003．11(5)，391～394
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[40]邹继军，饶运涛，基于SJA1000的CAN总线系统智能节点设计，单片机与嵌入式系统应用，2001(12)，26～31