交流伺服系统中基于DeviceNet协议的CAN总线接口设计

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２∞８　ＮＯ．１　６　

Ｔ技术　

Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａ　鬲＿Ｆ　

交流伺服系统中基于Ｄ　ｅ　ｖ　ｉ　ｃ　ｅ　Ｎ　ｅ　ｔ协议的　

Ｏ　Ａ　Ｎ总线接口设计　

郭迪　郭和平　

（１．武汉科孚德自动化有限公司；　２．武汉钢铁工程技术集团自动化公司　湖北武汉４３００８０）　

摘要：本文研究了伺服系统总线接口设计的实现方法。主要设计了高效可靠的基于Ｄｅｖｉ　ｅｅＮｅｔ协议的ＣＡＮ总线接口。参考标准的通　

讯协议规范，研究了ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议的基本原理和设计方法，分析探讨了ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ分段报文的概念以及软件实现。　

关键词：交流伺服驱动系统　ＣＡＮ总线ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议　

中图分类号：ＴＮ　７ｌｌ　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ６７４—０９８ｘ（２００８）０６（ａ）一００２９—０２　

系统中微控制器ＡＴ８９Ｃ５ｌＥＤ２用来实　

障诊断。显式报文请求指明了对象、实例　

ＣＡＮ—ｂｕｓ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）　

现通讯的应用层协议。它设计在Ｘ　２模式　和属性，以及所要调用的特定分类服务，　

即控制器局域网，是国际上应用最广泛的　

下工作。单片机通过访问ＳＪＡ　ｌ　０００的寄存　

并由报文路由对象传递到相应的对象。　

现场总线之一。作为一种技术先进、可靠　

器来实现和上位机的通信。Ｃ　Ａ　Ｎ控制器　主机如果发送显式报文请求（Ｇｒｏｕｐ　２　

ＪＡ　ｌ　０００的接收寄存器和发送寄存器用于　Ｍｅｓｓａｇｅ　４），则从机的显式报文连接对象　

性高、功能完善、成本合理的远程网络通　

Ｓ　

１引言　

讯控制方式，ＣＡＮ—ｂｕｓ已被广泛应用到各　

暂时存放接收和发送的数据。单片机发送　

将请求数据包发送给报文路由对象，报文　

个自动化控制系统中。ＣＡＮ通信协议是在　数据则通过设置Ｓ　ＪＡｌ　０００的命令寄存器发　路由对象根据数据包中包含的信息将此数　

充分考虑了工业现场环境的背景下制定　送命令位，接收数据是通过中断方式实　据包传递给相应的处理对象，处理对象解　

的，它采用了国际标准化组织的开放系统　

现，ＳＪＡ　ｌ０００的ＩＮＴ引脚与ＡＴ８９Ｃ５　ｌＥＤ２　

析该请求数据包的剩余信息并结合自身当　

ＮＴ１引蝌睫，使单　啦ＣＡＮ　

前的状态完成相应的操作，然后将响应数　互连（ＩＳＯ　ＯＳＩ）模型中七层中的两层，即物　

的Ｉ

的中断请求。采样周期２ｍｓ由ＡＴ８９Ｃ５ｌＥＤ２的　

据交给报文路由对象，报文路由对象再将　

　其传递给显式报文连接对象，显式报文连　

络结构。但是在实际应用中，即使实现一　

定时器中断产生。

个最简单的基于Ｃ　Ａ　Ｎ的分布式网络控制　

接对象将此信息打包，通过显式报文响应　

系统，除第二层协议提供的服务外，还需　

３伺服系统现场总线接口软件设计　

通道（Ｇｒｏｕｐ　２　Ｍｅｓｓａｇｅ　３）将响应数据包　

要完成一些附加的功能。　

３．１　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ连接的建立　发送给主机，完成一次显式报文信息交换。　

针对ＣＡＮ总线的上述特点，一些生产　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议实现的是一个基于连接　

对于小于等于８个字节的数据，可以　

理层和数据链路层，是０ＳＩ的一种简化网　

商和国际性组织相继制定了一些Ｃ　Ａ　Ｎ总　的网络系统。只有当对象之间已建立连接　采用非分段式显式报文请求／响应格式　

如表ｌ和表２所示。　

线应用层协议，其中发展比较成熟，影响　

后，才能通过网络进行报文传送。

力较大的有：ＣＡＮ　ＫｉｎｇｄＯｉｎ，ＣＡＬ，　

ＣＡＮＯｐｅｎ，ＳＤＳ，ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等。其中　

ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议规定了两种类型连接：Ｉ／Ｏ　

连接和显示连接。　

表１请求报文数据包　

字节　

０　

ｌ　

２　

３　

７　

ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ是由Ａｌｌｅｎ—Ｂｒａｄｌｅｙ公司开发的基　

ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ节点在开机后能够立即寻址　

于ＣＡＮ总线的开放式网络协议。ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ　

的唯一端口是“非连接信息、管理器端口”　

７　ｌ　６　５－０　

技术为工业控制系统提供了一套高可靠性，　

（Ｕ　ＣＭＭ端口）和预定义主／从连接组的　

低成本的解决方案。本文主要探讨的即是　“Ｇｒｏｕｐ２非连接显式请求端口”。本设计采　

采用ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议实现的ＣＡＮ总线接口。　用的是仅限组２的通讯方式。预定义主／　

从连接组用于简单而快速地建立一个连　

ａｇ【０】｛ⅪＤ　№ｃＤ　

剐置【０】Ｉ　服务码　

对象Ｄ　

实科ｌＤ　

墨务数据　

２伺服系统现场总线硬件接口设计　

接。当使用预定义的主／从连接组时，客　

ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ现场总线接口结构框图如图　户机（主站）和服务器（从站）之间只允　

ｌ所示。本文所设计的ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ接口电路　许存在一个显式连接。连接建立过程如　

表２响应报文数据包　

下：主机（ＰＣ或ＰＬＣ）通过组２的保留信　

Ｇｒｏｕｐ２　

独立ＣＡＮ通信控制器ＳＪＡ１０００、ＣＡＮ总线　

息通道，即非连接显式报文请求（

收发器８２Ｃ２５０和高速光电耦合器６Ｎｌ　３７。　Ｍｅｓｓａｇｅ　６），发送“分配预定义主／从连　

接组”请求报文，从机接收到该信息之后，　

中，主要由４部分构成：ｇ－￣￥ｉｌ器８９Ｃ５ｌＥＤ２、　

则通过组２非连接显式报文响应通道　

络中传输应用和过程数据。Ｉ／０报文通常　

（Ｇｒｏｕｐ　２　Ｍｅｓｓａｇｅ　３）发送“分配成功”　

使用高优先级的报文标识符。Ｉ／０报文传　

微处理器８９Ｃ５ｌＥＤ２负责对ＳＪＡｌ０００　

的信息给主机。通讯连接建立好以后，从　送通过Ｉ／０信息连接对象来实现。　

进行初始化，通过控制Ｓ　ＪＡ　ｌ　０００实现数据　

Ｉ／０信息报文格式的最重要的特性是　

机在接收到主机发送来的请求帧后，根据　

的接收和发送等通信任务，同时实现通讯　

数据帧中的连接标识符判断是显式报文请　

完全利用了Ｃ　Ａ　Ｎ数据场来传输过程数据。

协议功能。　

连接的端点通过Ｃ　Ａ　Ｎ报文标识符来识别　

求或是Ｉ／Ｏ报文请求。　

总线收发器采用Ｐｈｉｌｉｐｓ的８２Ｃ２５０，它　

过程数据的重要性。Ｉ／０报文的处理过程　

３　２报文处理　

与ＳＪＡ１０００之间采用光隔离器件６Ｎ１　３７实　

显式信息报文用于ＤｅｖｉＣｅＮｅｔ协议网　

类似显示报文的处理。

现光电隔离，减少外部信号对系统的干　

ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议对Ｉ／０报文的８个字节　

络中两个设备之间的一般性数据交换。显　

扰，提高系统运行的可靠性，采用外部通　

式报文通常使用低优先级的报文标识符。　

的数据只当作单纯的数据，并没有对这部　

讯电源供电或Ｄ　Ｃ　ＤＣ电源隔离器件。从　

显式报文为点对点传送，采用典型的请　分信息进行定义，不过针对不同的设备给　

整体性能来说，系统设计具有很好的通用　

求／响应通讯模式，通常用于设备配置、故　

出了不同的参考模式，系统可根据自己的　

性和实用性。　

图１　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ接口框图　

根据自身支持的连接方式和当前所处的状　

态发送给主机适当的响应。如果从机没有　

被其他主机“占有”，且主机的报文正确，　

Ｉ／Ｏ信息报文用于在ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议网　

科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　２９　

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！　

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：　

Ｔ技术　

实际情况和设备需求自定义这部分信启、的　以直线定　为例进行说明。设在　

议做起，首先研究ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ协议规范，诈　

含义。针埘伺眼系统应用灾际，设计＿ｒ两　

Ｐｏｌｌｅｄ　１／Ｏ方式下，主机（ＭＡＣＩＤ＝０）要　对ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ通信梭Ｌｊ玎发的方法和Ｉ：具　

种Ｉ／／０报丈：运动命令和控制参教读写命　

求从机（ＭＡＣＩＤ＝３）以绝对运动方式移动　做了ｉ羊纠的惆研，然后根惦实际需求，自　

令。其　｛１运动命令丰要用：ｒ埘问恨系统的　

到化置０ｘ　ｌ　２３４５６７８，则主机的请求报文和　行编写ｒ　Ｄｅｖｉ　ｃｅＮ　ｅｔ协　爻伐歧应用层程序，　

监｝见与挖制，包括能够吠时反映电机的当　

从饥的响应报文如下　２所示。　实现Ｄｅｖｉ　ｃｅＮ　ｅｔ协议，成功完成开发调试。　

前状态，如ｆ＿［Ｌ机当前转速，当前的似置等；　

通过这样的工作，成功秘罢ｒ宝黯的开发　

而控芾】Ｊ参数读　弓命令主要用　读取或者修　

４结语　

经验，为今后开发更为复杂的ＤｅｖｉｃｅＮｃｔ产　

改『ⅡＪ服系统的关键ｌ＾ｊ酃参数如控制器增　

奉＿文的开发工作ｊｆ：没有采用现成的开　

品打下了　寅的基础，同时包为国内同行　

益．　个命令控剖卞．以肢系统的状态奇　

发软件包，而足选择从ＤｅｖｉｃｏＮｃ　Ｌ底层协　

的开发工作提供ｒ一定的借鉴。　

询等。Ｉ　面是运动命令举例蜕＿１月。　

运动命令报支格式如Ｉ表３所示。　

Ｍａｓｔｅ￣　８１ａＶ￣　

噬＾ｃｔ辩０）　堪＾ＣＩＤ：３，　

ｔ＿采：ＣＩＤ＝ｌ０，￣８００１ｌ　１０１　ｂｌｔ）Ｉ）ｔｔｔ＝６３，ｌｌ　Ｏ０，０３，７８　ｓ６孔１２　

表３运动命令报文的格式　

Ｂｙｔｅ　Ｂ　ｌ　Ｂ碡６　ｌ　Ｂｉｔ５　ｌ　Ｂ“Ｉ　Ｂｄ３　ｌ　Ｂｄ２　Ｂ扪　ＢｄＯ　

Ｇｚｏ￣ｐ　２　

０　０　ｌ教蠡百效ｌ　ｉ｛惠捧ｆ报警Ｉ警告　衙暇捷能　开始运厅　

ｌ　聃砬粪型　Ｉ奇々代码　

２　Ｏ　

ＰｏⅡＲｅ《　Ｕｔ　　｝　ＬＬ　

３　０　旋转方向　增量麓对　

方式　

４　奇令霸应数据募一个字节《最溉位｝　

ｉ｜袋：Ｃ秘：Ｏ，１¨ｌ，Ｏ０００ｔｌ　ｃｂｌｔ）Ｄｔｔ＾：６３　１１　Ｏ０，０３，ｆ６　ｏｂ　Ｏ０　Ｏ０　

５　奇々鹧应数据第二十字节（竣氍位｝　

６　命母鹕寝数罨第三个字节｛魏蔫位》　

Ｉ　Ｉ　ｌ一当前；曝　

７　奇々鹧龟数据翥西个字节｛最蔫位｝　

ＰｏｌＩ

方式　

ｓｏ

ｌ　

ｕ　

Ｒｔｊ’＾

Ｍ＾∞

Ｍ・—＿』

——＿ｊ

　Ｉ　

　Ｌ—一

　Ｌ—１

白事代码：直嫒　

．正嘲格转、　

啊应英翟：当蔚　

辑秘　儡　蛐　

始ｉｉ行　

图２通讯过程示意图　

（上接２４页）　

表２学习过程的输出数据　

学习过程输出为上游水位处理值、闩　【２　Ｊ神经网络理论　ＭＡＴ［　ＡＢ７实现北京：　

ｔ　０　　‘ｔ　

平均气温处理值、ｆ．）＝移量观测值，处理值、　

电子工业出版｝土，２００５．　

Ｌ＾Ｉ’

（　，　　，　　；Ｌ＾Ｉ’　

移节观测值处理值的拟合、拟合误差。　

【３　Ｊ　Ｈａｇａｎ　Ｍ　Ｔ，Ｄｅｍｕｔｈ　Ｈ　Ｂ。ＢｅａＪｅ，Ｍ　

（℃），　（

７４，　ｌ，ｌ１　ｎ镐　；　ｆ１．耱１１　０　ｌ５８　

８ｌ，　１０　　｛ｔ　　、ｉ　Ｈ．∞ｌ８　－０１６１８　

学习过程输出数据如表２所示。　

砷经网络设计．机械川　出版社．　

“・　１４　ｆ　５，　ｉ　¨Ｔ　虬，ｌ　０蔫Ｓ，　

２　ｌ６ｔ　７ｌ艟，　ｉ　ｆ２　∞∞，ｌ　・Ｏ舢∞　

预报过程输｝１ｊ为上游水位处理值、日　

【４　Ｊ李元松，李新半，张戍良．基下ＢＰ　络　

８５　８，　＂　７氛０９　｛　１．２Ｉ４２、｝　１．９５５ｅ，　

ｅ５　２ｊｔ　７＆１４，　｛　觚４１．　１０　８拐，，　

平均气温处理值、水平位移的预报值、预　的隧道围岩他移预测＇方法．岩｛：力学与　

９５尊　２３　４　＇ｚ‘ｌ，　｝　＇２蚺神．｛０皱＇２，　

９４．，５・　２４．１－　乏弼－　；　乏莽神　：０艚５２．　

报误差。于贞报过程输出数据与寅际输出数　

工程学报，２ｏｏ６．　

¨６２，　２２　，　７２卵　｝　７２２４２２　ｏ　ｌ２７Ｓ，　

ｅ４　６　２５　２　ｆ之ｌ，，　｝　ｆ２辨辩，　０１嫩　

据如表３所示。　

［５】　张　明．八１．｝中经　络的模　及其应　

“拄　２，３，　７２毅　ｌ盯艟０　ａ　

辐６４．　２　，　２唯、ｉ　１聃　，０苷４９，　

用．复ｔｑ．人学　版社，１　９９　５．　

ｅ５“，　２５．　２ｔ４，ｌ　ｆ１　３ｓ５ｅ，，０ｆ９Ｉ　

ｅ５ｆ・　２氛４　２Ｈ，　ｆ毛Ｓｏ４３　・０　３蛳　

表３　实际输出数据与预报过程输出数据　

【６］常斌，李宁，马玉扩．砷经网络方法在洞　

％６１ｔ　２ｔｔ，　　；ｔ　ｌ　ｌ　｛　ｔ一　一０ｌ讹　

％抟．　２ｊ　Ｓ，　ｔ　艚．　１　鹞篱。　－０打篱　

窒施Ｉ：期应力及变　颅测中的应用及　

％１３、　２５　２莓６，　ｒ２　ｓｒ　０　，　

ｅ　钉・　ｌ，，　７２嚣，　ｔ２帮”，　—Ｏ　２，”－　

、　）　（Ｉ＾）　｛雌）　

其改进．岩：｛：力学与１：捍学报２０００．　

．　

８６，锝、、　”ｅ・　ｔ　１Ｔ一　｛　ｔ　７３再－　－１嚣再－　

％４、　ｌ，１，　　；ｔ　６　；　３　４Ｃ８１－０　１　，　

【７　Ｊ贺晓琴，陈俊，卞　＿匕．ＢＰ砷经网络在航道　

ｅｓ，，　ｌ　ｒ　　｝ｔ　ｔ，　ｒ　”３２．　－１盯轮，　

８５．ｅ　－　ｌｌ　，　　｝ｓ２，　Ｈ拍拈．　・Ｏ１ｅ喜ｓ　

麓　。・篓ｉ　７３．　７４．　！　－０．６＇／５＇／￣　

网总运量预测中的　用．水运管理，　

＊　ｌ，－　ｌ２，　　ｌ７　５９．　ｒ４　２嶙２　一０．ｒ０６２　

８６．２２　ｌ２　７４．１　７４，３１１６￣　．１８ｌ６　

３Ｓ种・　ｅ　ｒ，　７４＊－　Ｉ７４　６６”，０ｌ∞ｌ，　

∞．ｔ９　１１．２　７４．∞　７４．４Ｘ）ｌａａ　０　Ｏ∞　

２００６．　

％４ｓｔ　Ｉ　Ｓ　６ｔ　７４　５４，　ｒ４翦铝　０ｌｅｌ５，　

％蕾・　１４　ｅ－　ｒＳ１４　ｔ毫鹳壮．、　ｌ　１ｅ７２，　

要：　：：　！：　：　：！　：　垡：罂！：　！：　！兰　

【８　Ｊ赵振宇．模糊理论和神经网络的基础与　

％始　ｌ＆５－　ｔａ４　　ｌ，　一０鳟¨，　

％　Ｉ，－　ｒ●．Ｓ　ｔＳ　２８嚣　ｔ　２１０４ｔ　

应用．清华大学出版　，ｌ　９９６．　

％’２、　２Ｓ，　ｔ　Ｓ　４，　　｛７２轮３　ｌ　ｌ６６Ｓ－　

％＊　２５　２５．　ｔ｛２５一　　ｔｌ　Ｔｓ．１　ｌ　４镗７　

４结语　

【９　Ｊ　．未宜斌，］　培道．多　前馈冲经网络改　

ｅｓ　５２、　２５　ｅ・ｌ　”６４ｔ　２　Ｏ　．　ｌ∞５６　

∞　４２－　ｓｎ　ｓ，　７１托，　｝　ｔ１．．９∞。　—ｎ１ｌ∞．　

本文采用的是对Ｂ　Ｐ算法中的传递函　进算法及其应　计算机　程，２ｏｏ　３．　

ｅ５’２　ｓｎ１　ｔ　７ｎ嚣　１　拍　、　一　６Ｔ　

¨坼・　２５．２，　，　辨．　１２尊他．　—ｌ　．　

数进行改进的方法，使得对于某些不易标　

％０４ｔ　２５．，・　ｑ托－　　｝ｎ　镗ｌｒｔ｝　一ｌ

，

６０１７　

％科ｔ　２ｔ，，　｛　ｎ４ｔ　｛　赳Ｏｔ　｝　一ｌ戢盯　

准化的数据来说，此方法也是个不错的选　

“∞　２ｔ　５　｛　ｎ科、　ｌ　ｎ铮８１－　一０舄８１，　

３童静ｔ　ｎ∞　｛　ｒ２　ｓ２ｌｒ－｝一１．　ｌ　

择。并　应用于大坝安全临测中，得到ｒ　

满意的结果。然而此方法也有不足之处，　

３应用　

收敛速度比传统的方法要慢一些，稳定性　

３　１工程与监测概况　

要芹一些。这还有侍丁做进一步的探讨。　

某人坝监测项目主要白环境鼍（包括　

水化．气温、降雨等）以及坝顺水平ｆ　移、　

参考文献　

坝顶垂直似移、接缝开度和坝基渗压。　

【ｌ　Ｊ酆玉，杨洁明　ＢＰ砷经　络算法探讨　科　

３．２改进Ｂ　Ｐ算法在工程中的应用　

技情报开发与经济，２００６　

３Ｏ　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　３ｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ