摘要：以基于CAN的DeviceNet技術為基礎，采用DeviceNet從站協議芯片DN1022和意法半導體公司的32位單片機STM32F051R8T6為智能電機保護器設計了一款DeviceNet從站模塊，并介紹了DeviceNet網絡應用系統構建方法。

關鍵詞：智能電機保護器；DeviceNet；組網

0引言

隨著工業現場底層設備的種類越來越多，功能越來越強大，現場總線技術已經得到了廣泛的應用?；贑AN總線的DeviceNet技術，由美國Rockwell公司提出，并由ODVA（OpenDeviceNetVendorsAssociation）進一步開發并做一致性認證。其憑借低成本、高性能、設備級診斷等優異的性能在國際上得到了普遍的采用。DeviceNet協議主要應用于汽車、半導體、電氣機器、運送傳輸系統、食品、水處理、沖壓與注塑等領域。[1]

目前開發該協議的方式有：

（1）向ODVA購買協議規范，自己完成協議開發，此種方式對研發要求高，優點是成本較低，缺點是開發時間較長。

（2）購買第三方協議包開發?，F在市場上一些大的自動化廠商（如德國赫優訊）提供DeviceNet協議包，供應商可向其購買開發。協議開發包的功能全面，但成本較高、有一定的技術難度。

（3）購買協議模塊。一些自動化廠商（如ANYBUS、赫優訊）提供集成了DeviceNet協議的IC模塊，供應商只需要將此IC設計到產品的內部并利用串口等進行一些簡單的設置即可。這種方式簡便、開發周期短，缺點是結構固定、成本較高。

（4）協議芯片。DN1022內部集成了DeviceNet協議從站功能，集成度高、封裝簡單，滿足一般的DeviceNet從節點功能要求，而且成本低、易開發、不受結構限制。[2][3][4]

介紹了一種基于DN1022芯片的電機保護器DeviceNet從站功能模塊的開發，不僅實現了現場控制系統對電機重要參數及運行狀態等的實時監控，還可完成總線對電機的遠程啟/停控制，為工業生產帶來了很大便利。

1智能電機保護器的DeviceNet通訊模塊開發

1.1主要芯片介紹

1.1.1控制器

MCU芯片采用意法半導體公司的Cortex™-M0架構內核的32位處理器STM32F051R8T6，時鐘頻率高達48MHz，內置64Kbçš„Flash、8Kçš„RAM、1個12位D/A轉換器、11個定時器、5通道DMA控制器、55個高速I/O口、2個I2C接口、2個USART、時鐘管理等多種資源，具有很高的性價比。

1.1.2DN1022協議芯片

DN1022芯片內置DeviceNetGroup2OnlySlave從站協議棧,具有內置的CAN口和DeviceNet處理引擎，高速串行口、并行口和配置口。用戶處理器可通過高速串口或者并口和該協議芯片通信，只需實現一個簡單的通信協議即可。[5]

DN1022技術指標：

◆支持最大64個輸入字節，64個輸出字節

◆支持POLL(輪詢)、COS（狀態改變）、CYCLIC(循環)三種數據觸發方式

◆內置CAN控制器

◆芯片供電電壓3.0V-5.5V

1.2硬件功能框圖

DeviceNet從站模塊的硬件功能如圖1所示。設備上電后，用戶CPU從保護器讀取對DN1022的配置數據。讀取成功并配置完成DN1022后，將DN1022設定為運行態。在運行狀態下，保護器與DeviceNet主站間進行數據交互。工作指示燈顯示模塊CPU的配置、DN1022的初始化及CPU讀取保護器數據的狀態，網絡指示燈顯示DeviceNet的網絡狀態。

圖1DeviceNet從站模塊的硬件功能

1.3DN1022工作原理介紹

（1）配置：設備上電后，用戶處理器對DN1022進行配置，過程如圖2所示。需要配置的參數有地址、波特率、NetworkInput連接長度、Networkoutput連接長度等。

圖2  DN1022配置

（2）I/O數據交換，過程如圖3所示。DN1022內部有一個I/O數據緩沖區，DeviceNet主站與DN1022之間的數據交互是異步進行的。

圖3DeviceNet主站、DN1022、用戶CPU間的I/O數據交換

1.4軟件設計

軟件設計用C語言完成。主要包括CPU的初始化、讀保護器配置命令、DN1022配置、保護器與DeviceNet主站間的交互數據等。

軟件主程序：

 int main(void)      

{

       CPU_INIT();                //CUP初始化

       disp(1);                        //CUP正常工作，指示燈閃爍第1下

       read_setting();

 set_1022();                            //配置DN1022 

        while (1)

    {

           read_master();               //讀取實時參數          

          PrepareIOrequest();      //給DeviceNet主站上傳保護器數據

 ï¼›                                //出錯異常處理

        }

}

軟件流程如圖4所示。

圖4DeviceNet模塊軟件流程

2DeviceNet組網

目前較普遍的DeviceNet組網方式為主/從連接，依靠主站的管理來完成數據交換。采用的主站有集成了DeviceNet主站功能的PLC、計算機插卡（USB卡、PCI卡）等。尤以PLC的使用最為普遍。下面分別介紹這兩種組網方式。

2.1周立功DeviceNet主站（計算機USB卡）

周立功USBCAN-E-D主站卡可實現DeviceNet主從站間的通訊。利用上位機軟件CANManagerforDeviceNet設置主從站的波特率、通訊地址、掃描時間、延時時間、數據觸發方式（如輪詢、狀態改變）等參數。周立功主站與安科瑞電氣電機保護器（從站）交互I/O數據的軟件界面如圖5所示。這種方式組網簡單、使用方便，特別適合生產與調試。

圖5周立功USBCAN-E-D主站監控

2.2臺達DVPPLC

臺達電子DVP系列小型PLC，結合其DeviceNet主站掃描模塊DVPDNET_SL，可作為工業現場的DeviceNet主站。結合安科瑞集成有DeviceNet從站功能的ARD電機保護器，進行主從站網絡的搭建，步驟為：

（1）按要求完成主從站的硬件接線。

（2）利用DeviceNet通訊配置軟件DeviceNetBuilder2.00進行組態，如圖6所示。完成網絡組態后，主站為DNETScanner，其余為電機保護器從站。

（3）利用編程軟件WPLSoft軟件進行數據監控。

配置好通訊網絡后，可通過監控和設置PLC的相應寄存器來完成主站對從站的管理和控制如圖7所示。啟動WPLSoft軟件后，在裝置監控窗口里設置相應寄存器的起始地址和寄存器數量，結合從站的通訊地址表，就可以實時監控從站的電參量等參數。還可以設定寄存器的值，向從站下發命令，實現通信線遠程控制。

圖6DeviceNet通訊配置組態

圖7監控與設置PLC的寄存器數值

3結束語

基于DeviceNet現場總線技術的智能電機保護器，采用最新的單片機技術，設計體積緊湊，實現了工業過程控制對電動機的遠程控制與高效管理。

文章來源：《自動化應用》2014年第2期

參考文獻：

[1]李正軍，現場總線與工業以太網及其應用技術，機械工業出版社，2013.

[2]ODVADeviceNetSpecification，2013.

[3]李二強，全惠敏，周琴，王興剛，智能斷路器DeviceNet通信模塊設計與實現,2011.

[4]張戟，程旻，謝劍英，基于現場總線DeviceNet的智能設備開發指南2004.

[5]DN1022使用手冊，上海泗博自動化技術有限公司，2013.