基于DeviceNet協(xié)議的總線測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、低壓電器(2012No7·現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)通信· 鄭靜(1983,女,工程師,主要從事現(xiàn)場總線測試、工業(yè)軟件測試技術(shù)研究?；贒eviceNet 協(xié)議的總線測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)鄭靜,李新強(qiáng),王愛國,苑佳(上海電器設(shè)備檢測所,上海200063摘要:在分析DeviceNet 總線標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議測試要求的基礎(chǔ)上,提出并實現(xiàn)一種DeviceNet 協(xié)議物理層、一致性和互操作性的測試系統(tǒng)和試驗方法。試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)和方法可以滿足DeviceNet 總線的各項測試需求,且已成功地運用在上海電器設(shè)備檢測所的DeviceNet 測試實驗室中。關(guān)鍵詞:總線測試系統(tǒng);DeviceNet ;物理層

2、;一致性;互操作性中圖分類號:TP 336文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1001-5531(201207-0036-03Design and Implementation of Fieldbus Test SystemBased on DeviceNet ProtocolZHENG Jing ,LI Xinqiang ,WANG Aiguo ,YUAN Jia(Shanghai Testing Inspection Institute for Electrical Equipment ,Shanghai 200063,China Abstract :A physical layer ,conform

3、ance and interoperability testing method of DeviceNet protocol were pres-ented and implemented based on the analysis of DeviceNet fieldbus standard and protocol testThe experimental re-sults indicate that the testing method can accomplish the DeviceNet fieldbus test ,and it is successfully used in t

4、he STIEE DeviceNet testing laboratoryKey words :fieldbus testing system ;DeviceNet ;physical layer ;conformance ;interoperability李新強(qiáng)(1983,男,工程師,主要從事智能電網(wǎng)用戶端產(chǎn)品檢測技術(shù)的研究。王愛國(1976,男,工程師,主要從事低壓電器檢測技術(shù)和設(shè)備的研究。0引言現(xiàn)場總線的出現(xiàn)為傳統(tǒng)工業(yè)的自動化帶來了革命,成為自動化技術(shù)發(fā)展的一個熱點。目前,已得到應(yīng)用的現(xiàn)場總線有幾十種,其中DeviceNet 現(xiàn)場總線具有開放、高效和低價等特點,特別適合應(yīng)用于制造業(yè)、工業(yè)

5、控制和電力系統(tǒng)等行業(yè)中1。DeviceNet 的應(yīng)用包括對限位開關(guān)、接近傳感器、繼電器、電動機(jī)起動器、操作面板、模擬輸入、模擬輸出和控制器等產(chǎn)品的控制、通信等操作。DeviceNet 是一種基于CAN 總線的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),2000年正式成為IEC 62026國際標(biāo)準(zhǔn)(有關(guān)低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備、控制器與電氣設(shè)備接口8種推薦協(xié)議之一。2002年,GB /T 1885832002低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備控制器設(shè)備接口(CDI 第3部分:DeviceNet 2被批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)。開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會(Open DeviceNetVendor Association ,ODVA 作為所有Devi

6、ceNet 開發(fā)者的國際組織,負(fù)責(zé)管理開放技術(shù)的開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)的制訂和更新。本文根據(jù)ODVA 組織推出的DeviceNet 標(biāo)準(zhǔn)和測試操作規(guī)范,介紹了Devi-ceNet 總線測試的原理、測試系統(tǒng)的基本組成和測試方法。1測試的基本原理和流程現(xiàn)場總線的一個重要技術(shù)特征是標(biāo)準(zhǔn)化和開放性,即聲明基于此技術(shù)的產(chǎn)品需要符合總線通信標(biāo)準(zhǔn),需要能夠與其他廠家產(chǎn)品及系統(tǒng)互連2。盡管各設(shè)備廠商都聲明其產(chǎn)品的通信接·現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)通信·低壓電器(2012No7口符合DeviceNet 協(xié)議,但從實際應(yīng)用中的反饋表明,各種產(chǎn)品都存在各種不符合協(xié)議規(guī)范的問題,從而導(dǎo)致不同廠商的產(chǎn)品無法實現(xiàn)互操作。為了

7、對協(xié)議的實現(xiàn)進(jìn)行評價,檢驗產(chǎn)品是否符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)協(xié)議實現(xiàn)的錯誤,提高產(chǎn)品總線的通信能力,對產(chǎn)品的DeviceNet 總線協(xié)議進(jìn)行測試非常必要。11測試框架DeviceNet 、CAN 及OSI 參考模型(ISO /IEC 7489-1之間的關(guān)系如圖1所示3。DeviceNet 以ISO 18898為基礎(chǔ),使用控制器局域網(wǎng)(CAN 技術(shù)。因此,分別對應(yīng)ISO 總線模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層,DeviceNet 協(xié)議的測試也是由三部分組成。對于物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的檢測,主要是從設(shè)備的物理接口、電氣特性等方面進(jìn)行,通過靜態(tài)觀察以及借助物理設(shè)備,如數(shù)字萬用表、示波器等來實現(xiàn)。對于應(yīng)用層的測

8、試,是指對設(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測試,主要通過搭建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和測試軟件來實現(xiàn)。 圖1DeviceNet 規(guī)約與OSI 參考模型結(jié)構(gòu)的比較12測試流程DeviceNet 總線規(guī)約的測試主要包括物理層測試、一致性測試和互操作性測試?；镜臏y試流程和內(nèi)容有:(1針對DeviceNet 協(xié)議進(jìn)行物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的檢查,檢驗DeviceNet 設(shè)備是否符合OD-VA DeviceNet 規(guī)范中提出的物理層介質(zhì)、狀態(tài)指示器和開關(guān)等要求。主要測試內(nèi)容包括:連接器結(jié)構(gòu)、狀態(tài)指示燈、MAC ID 開關(guān)、絕緣與阻抗、最小操作電壓、電壓范圍功耗、瞬間電流、雙絞信號線電壓、CAN 調(diào)速與誤接線測試等。針對這些測試內(nèi)

9、容,需要借助相應(yīng)的外部設(shè)備輔助檢查,如采用信號發(fā)生器提供正弦信號、利用數(shù)字萬用表測試電壓、使用示波器測試雙絞信號線的電平等。(2應(yīng)對被測設(shè)備進(jìn)行一致性測試,主要檢測檢驗DeviceNet 設(shè)備是否符合ODVA DeviceNet 規(guī)范中所定義的五大對象(標(biāo)志對象、DeviceNet 對象、路由對象、組合對象、連接對象的一致性。主要測試內(nèi)容包括:重復(fù)MAC ID 檢查、UCMM 功能、分配顯式報文連接的預(yù)定義主/從連接組、分配I /O 報文連接的預(yù)定義主/從連接組。進(jìn)行一致性測試試驗的PC 機(jī)必須裝有專業(yè)測試輸出并安裝能收發(fā)DeviceNet 信號的板卡。(3需對被測設(shè)備進(jìn)行互操作性測試,主要是

10、檢測檢驗DeviceNet 設(shè)備是否能夠在ODVA DeviceNet 規(guī)范中所定義的、最高波特率為500kb /s 、最大網(wǎng)絡(luò)長度為100m 、最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為64節(jié)點的DeviceNet 總線網(wǎng)絡(luò)中正常運行,并且保證其“不影響其他節(jié)點運行”和“不被其他節(jié)點影響”4。主要的測試內(nèi)容包括:上電順序測試、電源通斷測試、設(shè)備非連接重連接測試、網(wǎng)絡(luò)重負(fù)荷測試?；ゲ僮餍詼y試較為復(fù)雜,要完成該項測試,需要構(gòu)建互操作性測試平臺,編寫互操作性測試的相關(guān)測試程序。2測試的實現(xiàn)方法協(xié)議測試一般需要根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和國際組織測試導(dǎo)則中的要求,搭建相應(yīng)的測試環(huán)境和設(shè)計測試方法。下面介紹DeviceNet 總線協(xié)議測試中三

11、個重要測試項目的實現(xiàn)方法和是否合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)。21CAN_H 和CAN_L 間的阻抗和電容測試該項測試僅適用于:金屬底盤和大地實現(xiàn)絕緣的設(shè)備;現(xiàn)場配線的設(shè)備進(jìn)行隔離/非隔離測試。ODVA 組織發(fā)布的測試導(dǎo)則中對于物理層的CAN_H 和CAN_L 之間的阻抗和電容有明確的規(guī)定:要求這兩個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)必須滿足輸入阻抗20k 、輸入電容25pF 。為了實現(xiàn)兩個技術(shù)指標(biāo)的測量,設(shè)計測試電路如圖2所示。選取T25-6T 作為50/120的阻抗變換器。低壓電器(2012No7·現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)通信 ·圖2輸入阻抗和電容測試電路采用1MHz信號發(fā)生器在U i處產(chǎn)生大約5V(p-p差的100

12、kHz正弦信號,利用數(shù)字萬用表測試并計算U o/U i的比值。若比值05,則被測設(shè)備通過阻抗測試的要求,即輸入阻抗的差大于20k。利用公式f c =Ui/Uo44106(1求出f c,并設(shè)置信號發(fā)生器產(chǎn)生這個頻率的信號,重新測量U o。計算新測量的U o與舊的U o之間的比值,如果比值0707,則被測設(shè)備通過電容測試的要求,即輸入電容差不足25pF。22協(xié)議一致性的自動連續(xù)測試一致性測試實質(zhì)上是由測試裝置向被測裝置發(fā)出各種協(xié)議報文,如建立連接、取消連接、報文超時、顯示保溫等,查看被測裝置的應(yīng)答和動作是否符合協(xié)議的規(guī)定。搭建一個協(xié)議一致性的測試平臺,將被測試品和主站連成網(wǎng)絡(luò),供電24V,根據(jù)試品

13、廠商提供的STC文件,由DeviceNet協(xié)議性能測試軟件自動測試試品的協(xié)議一致性。測試期間按軟件提示通斷電源、復(fù)位試品多次,分別驗證在125、250、500kb/s三種不同波特率下各個相應(yīng)LOG 文件有無差錯提示,從而判斷被測的產(chǎn)品協(xié)議與總線標(biāo)準(zhǔn)的一致性。23設(shè)備連接非連接測試設(shè)備連接非連接測試是互操作性的一個關(guān)鍵測試內(nèi)容,需要搭建DeviceNet互操作性測試平臺,如圖3所示。同時,需要定義互操作性測試的“操作狀態(tài)”。將這一狀態(tài)定義如下:被測設(shè)備連接在網(wǎng)絡(luò)上,主站進(jìn)行掃描,所有的設(shè)備通信正常;所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)燈和模塊燈指示都處于常綠狀態(tài);所有從站的連接保持在已建立好的連接狀態(tài),且連接是穩(wěn)定的

14、、不丟失的。設(shè)備的連接 非連接測試的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為圖3互操作性測試平臺斷開主站或被測設(shè)備的連接后再接入網(wǎng)絡(luò),能使整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在60s重新建立連接5。根據(jù)該測試指標(biāo),將測試劃分為三個部分:有時間溢出的主站非連接重連接測試、無時間溢出的主站非連接重連接測試和作為從站的被測設(shè)備的非連接重連接測試。只有這三個測試都通過,被測設(shè)備方可通過設(shè)備的連接非連接測試。這三個測試內(nèi)容的具體測試方法分別對應(yīng)以下的三點:(1從網(wǎng)絡(luò)上斷開主站連接,等待主站超時后將主站重新接入網(wǎng)絡(luò)。如果所有連接在60s 內(nèi)重新建立且網(wǎng)絡(luò)返回到“操作狀態(tài)”,被測設(shè)備就通過了有時間溢出的主站非連接重連接測試。(2從網(wǎng)絡(luò)上斷開主站連接后在5s

15、內(nèi)重新接入網(wǎng)絡(luò)。如果所有連接在60s內(nèi)重新建立,且網(wǎng)絡(luò)返回到“操作狀態(tài)”,被測設(shè)備就通過了無時間溢出的主站非連接重連接測試。(3從網(wǎng)絡(luò)上斷開作為從站的被測設(shè)備的連接,等待與被測設(shè)備有關(guān)的連接超時,將被測設(shè)備重新接入網(wǎng)絡(luò)。如果與被測設(shè)備有關(guān)的連接在60s內(nèi)重新建立,且網(wǎng)絡(luò)返回到“操作狀態(tài)”,被測設(shè)備就通過了從站的被測設(shè)備的非連接重連接測試。3結(jié)語本文根據(jù)ODVA組織發(fā)布的DeviceNet規(guī)范、物理層、狀態(tài)指示器和開關(guān)的測試程序等參考資料,在分析物理層測試、一致性測試和互操(下轉(zhuǎn)第53頁·電能質(zhì)量·低壓電器(2012No7器的容量,容量選擇小,則不能達(dá)到改善穩(wěn)定性的效果;容量

16、選擇大,則經(jīng)濟(jì)性差?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1田海峰,余洋基于MB 的并網(wǎng)風(fēng)電場動態(tài)仿真C 中國高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十四屆學(xué)術(shù)年會論文集,2008:2569-26722戴慧珠,陳默子,王偉勝,等中國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及有關(guān)技術(shù)服務(wù)J 中國電力,2005,38(1:80-843AKHMATOV VAnalysis of dynamic behavior of elec-tric power systems with large amount of wind power D Denmark :Technical University of Denmark ,20034李東東,陳陳風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)仿真的

17、風(fēng)速模型J 中國電機(jī)工程學(xué)報,2005,25(21:41-445藺紅,晃勤并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模與仿真J 可再生能源,2006,4(128:63-656包能勝,陳慶新,姜桐百千瓦級風(fēng)機(jī)建模與仿真J 太陽能學(xué)報,1997,18(1:51-587吳學(xué)光,張學(xué)成,印永華,等異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用J 電網(wǎng)技術(shù),1998,22(6:68-728范偉,趙書強(qiáng),胡炳杰應(yīng)用STATCOM 提高風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定性J 電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(4:40-449HA L T ,SAHA T KInvestigation of power loss andvoltage stabili

18、ty limits for large wind farm connections to a subtransmission network C Proceedings of IEEE Power Engineering Society General Meeting ,Denver ,CO ,USA ,New York ,N Y ,USA ,2004:2251-225610茅靖峰,孫玉坤,吳愛華,等靜止同步補(bǔ)償器裝置建模、控制與仿真研究J 系統(tǒng)仿真學(xué)報,2007(7:2332-233611劉麗霞,衣書偉,姚衍民靜止無功補(bǔ)償器在電壓穩(wěn)定中的分析研究J 華東電力,2006,34(8:15-1712楊曉萍,孫曉娟新型無功發(fā)生器的控制方法研究J 電機(jī)電器技術(shù),2004(1:36-3913靳靜,艾芊,趙巖FACTS 裝置在風(fēng)電場中無功補(bǔ)償原理與仿真J 電力自動化設(shè)備,2007,27(8:58-61收稿日期:檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿2011-07-24(上接第38頁作性測試的基本原理的基礎(chǔ)上,提出了測試的主要項目和相應(yīng)的測試方案。此方案已經(jīng)被成功地運用到DeviceNet