DeviceNet. 
Автоматизированная система управления очистки городских сточных вод

DeviceNet — протокол, разработанный и опубликованный в 1994 году компанией Allen Bradley и впоследствии переданный в ведение специально организованной для его поддержки ассоциации ODVA (OpenDeviceNet Vendor Association Inc.).

DeviceNet — недорогое, простое и эффективное решение для объединения в единую систему разнообразных устройств промышленной автоматизации независимых производителей (фото, термодатчики, стартеры, считыватели штриховых кодов, элементы человекмашинного интерфейса: клавиатуры, дисплейные панели, — наряду управляющими устройствами: PLC, компьютерами и т. д. рисунок 3.13.).

Рисунок 3.13 — Пример сети DeviceNet.

Первые устройства, удовлетворяющие спецификации DeviceNet, появились на рынке в начале 1995 года. Помимо снижения стоимости, при разработке протокола также стояла задача упрощения и унификации диагностики подобных устройств, часто либо физически недоступных, либо допускающих такую диагностику посредством своих собственных, весьма отличающихся между собой интерфейсов. Как и все CAN HLP, протокол DeviceNet построен на двух нижних уровнях стандарта CAN, дополненных более детальными, чем в других HLP, спецификациями физического уровня.

Сеть DeviceNet имеет шинную топологию с отводами. Физической средой передачи является 4 проводной кабель (CAN_H, CAN_L, Vcc, Ground), причем возможны две его разновидности: толстый (внешний диаметр 12,2 мм) и тонкий (6,9 мм).Оба варианта кабеля могут использоваться как для основной магистрали (транка), так и для отводов или комбинироваться. Определены лишь три значения скорости передачи данных — 125,250 и 500 кбит/с. Максимальные длины центральной магистрали и отводов в зависимости от скорости передачи и типа кабеля приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Соотношение длины и скоростей передачи.

Важной особенностью сети DeviceNet является возможность питания модулей непосредственно от сетевого кабеля, причем стандартизованы как напряжение питания (24 В), так и максимальная токовая нагрузка (8 А на толстом кабеле, 3 А на тонком), а также допускается применение нескольких (в отличие от других стандартов на базе CAN, которые вообще предусматривают питание от шины) источников питания, например с целью резервирования, в любой точке шины. Все это дает возможность построения автономной сети, не зависящей от наличия или качества внешнего питания, а при необходимости позволяет легко демонтировать и снова развернуть систему на новом месте. Сеть DeviceNet допускает «горячее» (без обесточивания сети) подключение и отключение модулей. При наличии оптоэлектронной развязки сигнальных цепей в модулях их питание может осуществляться от внешнего источника. Спецификацией DeviceNet предусмотрены и такие нюансы, как типы, цвет и количество индикаторов состояния модуля (включения, работоспособности, подключения к сети), хотя само по себе наличие таких индикаторов не является обязательным. Стандарт DeviceNet содержит также подробное описание многочисленных типов переходников, разветвителей (одиночных и многопортовых), соединителей (mini, micro), сетевых отводов и т. п.

В целях еще большего снижения стоимости системы на базе сети DeviceNet не так давно фирмой Allen Bradley был предложен новый тип кабельной разводки на основе 4 проводного плоского кабеля — KwikLink.

При описании организации типов данных, сетевого поведения модулей в DeviceNet используется объектно-ориентированная модель. Обязательные классы объектов включают в себя следующие:

объект удостоверения (Identity object) содержит информацию о модуле (код производителя, продукта, версия и т. п.);

объект соединения (Connection object) — логический порт вводавывода устройства;

объект DeviceNet включает MAC ID (идентификатор модуля), скорость передачи, состояние модуля и т. п.;

объект сообщения (Message router object) перенаправляет явное сообщение получателю.

При передаче данных в сети DeviceNet эффективно используется принцип адресации CAN протокола ориентацией на потребителя, и узлы выбирают «свои» передаваемые в сети данные по их идентификаторам. Всего определены два типа сообщений:

сообщения ввода вывода (I/O messages) предназначены для целей управления устройствами и передачи данных в реальном времени между узлами в широковещательном режиме или в режиме «точка-точка», используют идентификаторы высоким приоритетом, которые и определяют содержание сообщения;

явные сообщения (Explicit messages) предназначены для многоцелевого обмена данными в режиме «точка-точка» и обеспечивают типичный сервис «запрос ответ», используют идентификаторы с низким приоритетом и применяются обычно для конфигурирования устройств и целей диагностики, значение сообщения содержится в поле данных.

При необходимости передачи данных длиной более восьми байтов применяется механизм фрагментации. В зависимости от потребностей обмена и возможностей модулей возможны мастер ведомый (master slave), мультимастерный (multi master) или равноправный (peer to peer) способы взаимодействия устройств. Пересылки данных могут инициироваться путем опроса, циклически или при изменении их значения (change of state).

Максимальное число узлов в сети DeviceNet — 64. Такое ограничение связано с 6 разрядным двоичным форматом идентификатора модуля MAC ID (он является частью CAN ID, причем в DeviceNet используется только стандартный тип CAN фрейма с 11 разрядным ID). Однако общее число устройств ввода вывода может достигать 2048 (по 32 на узел).

Модули в сети могут быть как UCMM типа (UnConnected Message Manager), способные выставлять равноправные (peer to peer) соединения с другими модулями, так и Predefined Master/Slave типа, которые не могут произвольно выбирать путь соединения, и их объекты соединения конфигурируются при включении устройства. Реализация последнего типа модуля требует меньшей длины кода и производительности управляющего микроконтроллера, что снижает общую стоимость устройства.

В сети DeviceNet не всегда устройство с меньшим значением идентификатора модуля — MAC ID (он составляет лишь часть CAN идентификатора) выигрывает арбитраж. Это зависит и от того, к какой группе принадлежит сообщение. Всего таких групп четыре (в порядке убывания приоритета):

наиболее критичные ко времени доставки сообщения;

явные и сообщения ввода вывода для соединения типа Predefined Master/Slave;

несрочные сообщения, использующиеся для диагностики и мониторинга;

сообщения для off line подключения используются на этапе инсталляции модулей.

Для обеспечения стыкуемости устройств разных производителей и их взаимодействия в рамках единой сети стандарт DeviceNet, подобно некоторым другим HLP, определяет ряд профилей устройств. Формированием и стандартизацией библиотек профилей занимаются специальные группы (Special Interest Groups) ассоциации ODVA.

Более 285 производителей членов ассоциации ODVA занимаются разработкой и производством устройств, инструментальных средств и программного обеспечения для сетей DeviceNet.