1 引言
DeviceNet是基于CAN總線技術的符合全球工業標準的開放型通信網絡。CAN總線具有布線簡單、典型的總線型結構、穩定可靠、實時、抗干擾能力強、傳輸距離遠、布線成本低等特點，廣泛應用于自動化儀表、工業生產現場、數控機床等系統中，被認為是最有前途的現場總線之一。雖然DeviceNet是工業控制的設備級網絡，而它采用了先進的通信概念和技術，通過一根電纜將工業設備接成網絡，網絡中不僅有低端的工業設備，還有像變頻器、HMI這樣復雜的設備，這樣降低了系統的復雜性，減少了設備通信的電纜硬件接線，并提高系統可靠性，降低安裝、維護成本，是分布式控制系統的理想解決方案。
2 DeviceNet規范簡介
DeviceNet規范定義了一個網絡通信標準，以便組成工業控制系統使各個設備之間可以進行數據通信。DeviceNet規范除了提供ISO模型的應用層定義之外，還定義了部分物理層和數據鏈路層。規范中對DeviceNet節點的物理連接也作了規定，連接器、電纜類型、長度以及與通信相關的指示器、開關、相關的室內銘牌都作了詳細規定。
DeviceNet是建立在CAN協議基礎之上，沿用了CAN協議所規定的物理層和數據鏈路層，并補充了不同的報文格式、總線訪問仲裁規則及故障檢測和隔離方法。DeviceNet的功能和特點如圖1所示。
DeviceNet的應用層協議則采用的是通用工業協議（CIP）。CIP是一個在高層面上嚴格面向對象的協議。每個CIP對象具有屬性（數據）、服務（命令）、連接和行為（屬性值與服務間的關系），其主要功能有兩個：一是面向連接的通信；二是標準的工業應用對象。下文詳細介紹通信部分。
CIP通信最重要的特點是它用不同的方式傳輸不同類型的報文，根據報文質量要求將需要發送的報文分為顯式報文和隱式報文。
CIP另一個重要特點是基于連接進行通信的。因此DeviceNet網絡上任意兩個節點通信之前必須建立起連接，且連接可以動態建立和撤銷。請注意這里的“連接”是邏輯上的關系，而非物理層的連接。
DeviceNet支持兩種類型的連接：顯式報文連接和I/O連接。
顯式報文連接是點對點的連接方式，報文接收方必須對接到的報文做出相應的響應，通常這類報文對時間要求不高，主要用于上傳/下載程序、修改設備參數、趨勢分析和診斷等。
I/O連接則用于傳送實時性要求較高的I/O報文，可以一對一、一對多地傳送數據。DeviceNet支持多種I/O數據觸發方式，如位選通（Bit strobe）、輪詢（Poll）、狀態改變（COS）/循環（Cyclic）等。
位選通：利用8字節的廣播報文，每一位分別對應網絡上64個節點，指定要求響應的從節點，響應報文最大為8字節。
輪詢：這種觸發方式適用于絕大多數設備，相比位選通的少量I/O數據，輪詢命令可傳送任意數量的數據。輪詢命令依次發送到各從站設備，從站接收到命令后做出應答。
狀態改變：此方式多用于離散的設備，當設備狀態發生改變時，使用事件觸發方式發生通信，而不是依靠主設備不斷查詢。為了防止設備掉線，增加了心跳報文，定時獲取設備運行狀態。
循環：循環方式適用于一些模擬設備，可以根據設備信號發生的速度，靈活地設定循環通信的時間間隔，可以降低不必要的網絡流量，在模擬量輸入發生變化的時間內即可。每臺設備中，循環和狀態改變是互斥的，同一時刻只能使用一種連接方式。
下面通過圖2介紹DeviceNet網絡中兩臺設備建立通信的一般流程。
DeviceNet設備在進行信息交換前，首先要通過重復的MAC ID檢測，如果通過MAC ID檢測，則設備轉為在線狀態；否則為離線。然后通過未連接顯示報文建立顯式報文連接，主從站通過顯式報文進行各種配置和信息交換。最后，建立I/O連接，并通過I/O連接進行數據收發。不同的主站模塊建立I/O連接的流程有所差別，這里強調的是DeviceNet網絡是基于連接的一種網絡。
3 DeviceNet設備及組網
DeviceNet網絡是一種設備級的現場總線網絡，它的拓撲結構是比較自由的，典型拓撲結構是主干-分支方式，如圖3所示。
在實際應用中，Devicenet網絡基本上都采用主/從連接通信方式，因此網絡中的設備也有主從之分。
(1)主站設備
簡單來說，DeviceNet主站（掃描器）是集中管理I/O數據的設備。目前有兩種形式的主站，一種是可編程控制器（PLC）中的一個單元，它的內部集成了DeviceNet的主站功能，這種主站使用最為普遍。另一種是主站PC使用一個集成DeviceNet的主站功能PCI或USB接口卡，并通過PCI/USB總線與PC的CPU交換數據，實現對從站的管理和控制。
現代控制系統中由上位機提供的人機界面也是必不可少的，DeviceNet主站無論采用PLC單元模塊或PCI/USB接口卡，對外都具有開放的通信接口，可以適用于市面上絕大多數的組態、監控軟件。
廣州致遠電子有限公司日前推出了人機界面（HMI）主站設備，PCI和USB兩種類型接口的DeviceNet主站卡，分別是PCI-5010-D和USBCAN-E-D。它們可以使PC機快速連接到DeviceNet網絡，在最短時間內實現可視化、參數化的網絡分析及控制。主站卡不僅提供了免費ZOPC 服務器接口，可直接運行于常用的組態軟件（組態王、MCGS、Intouch等），而且還提供了標準的應用程序接口（API）、DeviceNet 掃描模塊動態鏈接庫、配套的程序示例等。
(2)從站設備
如圖3所示，從站設備有馬達驅動器、I/O設備、傳感器、按鈕組、HMI等等。通常，從站設備的控制比較簡單，大多數都采用輪詢方式工作。為了方便用戶快速設計出符合DeviceNet規范的從站設備，廣州致遠電子有限公司推出了一款嵌入式DeviceNet從站模塊——XGate-DVN10。它適用于各種干擾強、實時性要求高的工業場合，具有小巧的體積和靈活的應用方式，可以非常方便地嵌入到用戶的設備中。
4 小結
使用DeviceNet總線產品構成系統是非常方便的，只要產品符合DeviceNet規范，就可以方便地接入系統。如果你只提供從站設備，那么可以自由選用不同廠商的從站、主站、上位機軟件，可以方便地配置連接構成穩定、健碩的DeviceNet網絡，這就是開放式現場總線的優點。目前DeviceNet已經是中國國家標準，其一致性測試中國測試中心也已經成立，為國內開發、生產、銷售、應用DeviceNet現場總線設備提供了橋梁。
廣州致遠電子有限公司提供各種接口的DeviceNet接口卡、DeviceNet終端設備（包括數據采集，電機控制等）、DeviceNet分析儀、網關及網橋、OPC服務器以及基于DeviceNet協議的整套組網方案及應用開發。