DeviceNet: Arquitetura, Formato de Mensagem, Códigos de Erro, Funcionamento e Suas Aplicações

O protocolo DeviceNet foi inicialmente desenvolvido pela Allen-Bradley, agora propriedade da marca Rockwell Automation. Foi decidido torná-la uma rede aberta, promovendo esse protocolo globalmente com fornecedores terceirizados. Agora, este protocolo é gerenciado pela ODVA Company (Open DeviceNet Vendors Association) permite que fornecedores terceirizados e desenvolva padrões para usar o protocolo de rede . DeviceNet é simplesmente colocado em camadas sobre o Rede de Área do Controlador (CAN) tecnologia desenvolvida pela Bosch. Companhia. A tecnologia adotada por esta tecnologia é da ControlNet que também é desenvolvida por Allen Bradley. Portanto, esta é a história da Devicenet. Assim, este artigo discute uma visão geral de um Protocolo Devicenet – trabalhar com aplicativos.

O que é o protocolo DeviceNet?

O protocolo DeviceNet é um tipo de protocolo de rede que é usado no campo da indústria de automação, interconectando dispositivos de controle para troca de dados como CLPs , controladores industriais, sensor s, atuadores e sistemas de automação de diferentes fornecedores. Este protocolo simplesmente usa o protocolo industrial normal sobre uma camada de mídia CAN (Controller Area Network) e descreve uma camada de aplicação para cobrir vários perfis de dispositivos. As principais aplicações do protocolo Devicenet incluem principalmente dispositivos de segurança, troca de dados e grandes redes de controle de E/S.

Características

o Funcionalidades do Devicenet inclui o seguinte.

• O protocolo DeviceNet simplesmente suporta até 64 nós, incluindo o maior número de 2048 dispositivos.
• A topologia de rede utilizada neste protocolo é uma linha de barramento ou tronco através de cabos drop para conectar os dispositivos.
• Uma resistência de terminação de valor de 121 ohms é usada em qualquer lado da linha tronco.
• Ele usa pontes, repetidores, gateways e roteadores.
• Ele suporta diferentes modos como master-slave, peer-to-peer e multi-master para transmitir dados dentro da rede.
• Ele carrega o sinal e a energia em um cabo semelhante.
• Esses protocolos também podem ser conectados ou removidos da rede em poder.
• O protocolo DeviceNet simplesmente suporta 8A no barramento devido ao sistema não ser intrinsecamente seguro.& manuseio de alta potência.

Arquitetura Devicenet

DeviceNet é um link de comunicação usado para conectar dispositivos industriais como sensores indutivos, interruptores de limite, fotoelétricos, botões, luzes indicadoras, leitores de código de barras, controladores de motor e interfaces de operação a uma rede, evitando fiação complexa e cara. Assim, a conectividade direta proporciona uma melhor comunicação entre os dispositivos. No caso de interfaces de E/S com fio, não é possível uma análise do nível do dispositivo.

O protocolo DeviceNet simplesmente suporta uma topologia como linha-tronco ou linha suspensa para que os nós possam ser facilmente conectados à linha principal ou a ramificações curtas diretamente. Cada rede DeviceNet permite que eles conectem até 64 nós onde quer que um nó seja utilizado pelo “scanner” mestre e o nó 63 seja separado como o nó padrão por 62 nós acessíveis para os dispositivos. Mas, a maioria dos controladores industriais permite a conexão com várias redes DeviceNet pelas quais o no. de nós que estão interconectados podem ser estendidos.

A arquitetura do protocolo de rede Devicenet é mostrada abaixo. Essa rede simplesmente segue o modelo OSI que usa 7 camadas das camadas Física para a Aplicação. Esta rede é baseada no CIP (Common Industrial Protocol) que utiliza as três camadas superiores de CIP desde o início, enquanto as últimas quatro camadas foram modificadas para a aplicação do DeviceNet.

A “camada física” do DeviceNet inclui principalmente uma combinação de nós, cabos, derivações e resistores de terminação dentro de uma topologia de linha tronco- linha dropline.

Para a camada de enlace de dados, este protocolo de rede utiliza o padrão CAN (Controller Area Network) que simplesmente trata todas as mensagens entre dispositivos e controladores.

As camadas de rede e transporte deste protocolo estabelecerão uma conexão pelo dispositivo por meio de IDs de conexão principalmente para os nós que incluem um ID MAC de um dispositivo e um ID de mensagem.

O nó endereça um intervalo válido para DeviceNet que varia de 0 a 63, o que fornece um total de 64 conexões possíveis. Aqui, o principal benefício do ID de conexão é que ele permite que o DeviceNet reconheça endereços duplicados verificando o MAC ID e sinalizando ao operador que ele precisa ser corrigido.

A rede DeviceNet não apenas diminui os custos de fiação e manutenção, pois precisa de menos fiação, mas também permite dispositivos baseados em rede DeviceNet de vários fabricantes. Este protocolo de rede é baseado na Controller Area Network ou CAN, conhecido como protocolo de comunicação. Foi desenvolvido principalmente para máxima flexibilidade entre dispositivos de campo e interoperabilidade entre vários fabricantes.

Esta rede é organizada como uma rede de barramento de dispositivos cujas características são comunicação em nível de byte e alta velocidade que contém comunicação de equipamentos analógicos e alto poder de diagnóstico através dos dispositivos de rede. Uma rede DeviceNet inclui até 64 dispositivos, incluindo um único dispositivo em cada endereço de nó que começa de 0 a 63.

Existem dois cabos do tipo padrão usados ​​nesta rede, grossos e finos. O cabo grosso é usado para a linha tronco, enquanto o cabo fino é usado para a linha suspensa. O maior comprimento do cabo depende principalmente da velocidade de transmissão. Esses cabos normalmente incluem quatro cores de cabos como preto, vermelho, azul e branco. O cabo preto é para uma fonte de alimentação de 0V, o cabo vermelho é para uma fonte de alimentação de +24 V, o cabo de cor azul é para um sinal CAN baixo e o cabo de cor branca é para um sinal CAN alto.

Como o Devicenet funciona?

DeviceNet funciona usando CAN (Rede de Área do Controlador) pois sua camada de enlace de dados e tecnologia de rede similar é utilizada em veículos automotivos para fins de comunicação entre dispositivos inteligentes. DeviceNet simplesmente suporta até 64 nós apenas na rede DeviceNet. Esta rede pode incluir um único mestre e até 63 escravos. Assim, DeviceNet suporta comunicação mestre/escravo e ponto a ponto usando E/S, bem como mensagens explícitas para monitoramento, controle e configuração. Este protocolo de rede é utilizado na indústria de automação para troca de dados por comunicação com dispositivos de controle. Ele usa o Common Industrial Protocol ou CIP sobre uma camada de mídia CAN para definir uma camada de aplicativo para cobrir uma variedade de perfis de dispositivos.

O diagrama a seguir mostra como as mensagens são trocadas entre dispositivos dentro da rede de dispositivos.

No Devicenet, antes que a comunicação de dados de entrada/saída ocorra entre os dispositivos,  o dispositivo mestre deve primeiro se conectar aos dispositivos escravos com a conexão de mensagem explícita para descrever o objeto de conexão.

Na conexão acima, simplesmente fornecemos uma única conexão para mensagens explícitas e quatro conexões de E/S.

Portanto, este protocolo depende principalmente do conceito do método de conexão em que o dispositivo mestre deve se conectar ao dispositivo escravo, dependendo dos dados de E/S e do comando de troca de informações. Para configurar um dispositivo de controle mestre, existem apenas 4 etapas principais envolvidas e cada função de etapa é explicada abaixo.

Adicionar dispositivo à rede

Aqui, devemos fornecer o MAC ID do dispositivo escravo para incluir na rede.

Configurar conexão

Para um dispositivo escravo, você pode verificar o tipo de conexão de E/S e o comprimento dos dados de E/S.

Estabelecer conexão

Uma vez que a conexão é feita, os usuários podem começar a se comunicar através de dispositivos escravos.

Acessar dados de E/S

Uma vez que a comunicação é feita pelos dispositivos escravos, os dados de E/S podem ser acessados ​​através de uma função de leitura ou escrita equivalente.

Uma vez que a conexão explícita é feita, a via de conexão é utilizada para trocar informações amplas usando um nó para os outros nós. Depois disso, os usuários podem fazer as conexões de E/S na próxima etapa. Quando as conexões de E/S são feitas, os dados de E/S podem ser simplesmente trocados entre dispositivos dentro da rede DeviceNet com base na demanda do dispositivo mestre. Assim, o dispositivo mestre acessa os dados de E/S do dispositivo escravo com uma das quatro técnicas de conexão de E/S. Para recuperar e transmitir os dados de E/S do escravo, a biblioteca não é apenas simples de utilizar, mas também fornece muitas funções Master do DeviceNet.

Formato de mensagem Devicenet

O protocolo DeviceNet simplesmente usa CAN típico e original, especialmente para sua camada de enlace de dados. Portanto, este é o mínimo necessário para o CAN na camada de enlace de dados para que o DeviceNet se torne muito eficiente ao lidar com mensagens. No protocolo Devicenet, a menor largura de banda da rede é utilizada para empacotar e transmitir mensagens CIP e também é necessária a menor sobrecarga do processador por meio de um dispositivo para transmitir essas mensagens.

Mesmo assim, a especificação do CAN define diferentes tipos de formatos de mensagem como dados, remoto, sobrecarga e erro. O protocolo DeviceNet usa principalmente apenas o quadro de dados. Portanto, o formato da mensagem para o quadro de dados CAN é fornecido abaixo.

No quadro de dados acima, uma vez que um bit de quadro é transmitido, todos os receptores em uma rede CAN coordenarão com a transição para o estado dominante do recessivo.

Tanto o Identificador quanto o bit RTR (Remote Transmission Request) no quadro formam o campo de arbitragem que é usado simplesmente para ajudar a prioridade de acesso à mídia. Uma vez que um dispositivo transmite, ele também verifica cada bit transmitido de uma vez e recebe cada bit transmitido para autenticar os dados transmitidos e permitir a detecção direta da transmissão sincronizada.

O CAN Control Field inclui principalmente 6 bits onde o conteúdo de dois bits é fixo e os 4 bits restantes são utilizados principalmente para um campo de comprimento para especificar o próximo comprimento do campo de dados de 0 a 8 bytes.
O Data Frame do CAN é seguido pelo campo CRC (Cyclic Redundancy Check) para identificar erros de frame e vários delimitadores de formatação de frame.

Usando diferentes tipos de detecção de erros, bem como técnicas de confinamento de falhas, como CRC e tentativas automáticas, um nó defeituoso pode ser evitado de perturbar o n/w. O CAN fornece verificação de erros extremamente robusta, bem como capacidade de confinamento de falhas.

Ferramentas

As diferentes ferramentas usadas para analisar o protocolo DeviceNet incluem ferramentas comuns de configuração de rede como SyCon da Synergetic, NetSolver da Cutler-Hammer, RSNetworX da Allen-Bradley, DeviceNet Detective e monitores de tráfego CAN ou analisadores como o CAN Explorer da Peak e o Canalyzer da Vector.

Tratamento de erros no protocolo Devicenet

O tratamento de erros é o procedimento de reação e recuperação das condições de erro dentro do programa. Como a camada de enlace de dados é tratada pelo CAN, o tratamento de erros relacionado à detecção do nó defeituoso e ao desligamento do nó defeituoso é de acordo com o protocolo de rede CAN. Mas, os erros na rede de dispositivos ocorrem principalmente devido a alguns motivos, como quando a unidade de DeviceNet não está conectada corretamente ou a unidade de um display pode ter problemas. Para superar esses problemas, o procedimento a seguir precisa ser seguido.

• Conecte a unidade DeviceNet corretamente.
• Separe o cabo do DeviceNet.
• Para cada unidade de exibição, a fonte de alimentação precisa medir.
• A tensão precisa se ajustar na faixa de tensão nominal.
• Ligue a energia e verifique se o LED da unidade DeviceNet acende.
• Se o LED da unidade DeviceNet estiver LIGADO, certifique-se de que os detalhes do erro do LED e corrija o problema de acordo.
• Se nenhum LED no Devicenet estiver LIGADO, a luz pode estar com defeito. Portanto, é necessário verificar se algum pino do conector está quebrado ou dobrado.
• Conecte o DeviceNet à conexão por atenção.

Devicenet vs ControlNet

A diferença entre Devicenet e ControlNet está listada abaixo.

Devicenet vs Modbus

A diferença entre Devicenet e Modbus está listada abaixo.

Códigos de erro Devicenet

Os códigos de erro DeviceNet abaixo de 63 números e acima de 63 números estão listados abaixo. Aqui, < 63 números são conhecidos como números de nó, enquanto > 63 números são conhecidos como códigos de erro ou códigos de status. A maioria dos códigos de erro se aplica a um ou mais dispositivos. Portanto, isso é mostrado piscando o código e o número do nó alternadamente. Se vários códigos e números de nó devem ser mostrados, a exibição circula entre eles na ordem do número de nó.

Na lista a seguir, os códigos com cores simplesmente descrevem os significados

• O código de cor verde mostrará condições normais ou anormais causadas pela ação do usuário.
• O código de cor azul mostra erros ou condições anormais.
• O código de cor vermelha mostra erros graves e provavelmente precisa de um scanner de substituição.

Aqui, um código de erro Devicenet com a ação necessária está listado abaixo.

Código de 00 a 63 (Cor Verde): O display mostra o endereço do scanner.
Código 70 (cor azul): Modifique o endereço do canal do scanner caso contrário o endereço do dispositivo é conflitante.
Código 71 (cor azul): A lista de varredura precisa reconfigurar e eliminar quaisquer dados ilegais.
Código 72 (cor azul): O dispositivo precisa verificar e verificar as conexões.
Código 73 (cor azul): Confirme se o dispositivo exato está neste número de nó e certifique-se de que o dispositivo seja igual à chave eletrônica conforme organizado na lista de varredura.
Código 74 (cor azul): Verifique a configuração para dados inaceitáveis ​​e tráfego de rede.
Código 75 (cor verde): Crie e baixe a lista de varredura.
Código 76 (cor verde): Crie e baixe a lista de varredura.
Código 77 (cor azul): Escaneie a lista ou reconfigure o dispositivo para os tamanhos de dados de transmissão e recepção adequados.
Código 78 (cor azul): Incluir ou excluir o dispositivo da rede.
Código 79 (cor azul): Verifique se o scanner está conectado a uma rede adequada por pelo menos um outro nó.
Código 80 (cor verde): Localize o bit RUN no registro de comando do scanner e coloque o PLC no modo RUN.
Código 81 (cor verde): Verifique o programa do PLC, bem como os registros de comando do scanner.
Código 82 (cor azul): Verifique a configuração do dispositivo.
Código 83 (cor azul): Certifique-se da entrada da lista de varredura e verifique a configuração do dispositivo
Código 84 (cor verde): Inicializando a comunicação dentro da lista de varredura por dispositivos
Código 85 (cor azul): Disponha o dispositivo para um tamanho de dados menor.
Código 86 (cor azul): Garantir o status e a configuração do dispositivo.
Código 87 (cor azul): Verifique a conexão do scanner primário e a configuração.
Código 88 (cor azul): Verifique as conexões do scanner.
Código 89 (cor azul): Verifique a disposição/desative o ADR para este dispositivo.
Código 90 (cor verde): Certifique-se de que o programa PLC e o registro de comando do scanner
Código 91 (cor azul): Verifique o sistema quanto a dispositivos com falha
Código 92 (cor azul): Verifique se o cabo drop está fornecendo energia de rede para a porta do scanner DeviceNet.
Código 95 (cor verde): Não remova o scanner quando a atualização do FLASH estiver em andamento.
Código 97 (cor verde): Verifique o programa Ladder e o registro de comando do scanner.
Código 98 e 99 (cor vermelha): Substitua ou faça a manutenção do seu módulo.
Código E2, E4 e E5 (Cor Vermelha): Substitua ou Devolva o módulo.
Código E9 (Cor Verde): Verifique o registro do comando e a potência do ciclo no SDN para recuperar.
O scanner é o módulo que tem o display enquanto o Dispositivo é algum outro nó na rede, normalmente um dispositivo escravo dentro da lista de varredura do scanner. Esta pode ser mais uma personalidade de modo escravo do scanner.

Vantagens do Devicenet

As vantagens do protocolo DeviceNet incluem o seguinte.

• Esses protocolos estão disponíveis a um custo menor, têm alta confiabilidade e ampla aceitação, a largura de banda da rede é usada com muita eficiência e a energia disponível na rede.
• Estes são capazes de coletar grandes quantidades de dados sem aumentar significativamente os custos do projeto.
• Leva menos tempo para instalar.
• Não é caro em comparação com a fiação ponto a ponto normal.
• Às vezes, os dispositivos DeviceNet fornecem mais recursos de controle em comparação aos dispositivos normais ou comutados.
• A maioria dos dispositivos Devicenet fornece dados de diagnóstico muito úteis que podem facilitar muito a solução de problemas dos sistemas e reduzir o tempo de inatividade.
• Este protocolo pode ser utilizado com qualquer PC ou PLC ou sistemas de controle baseados.

As desvantagens do protocolo DeviceNet incluem o seguinte.

• Esses protocolos têm comprimento máximo de cabo.
• Eles têm um tamanho limitado de mensagem e largura de banda limitada.
• 90 a 95% de todos os problemas do DeviceNet ocorrem principalmente devido a um problema de cabeamento.
• Menor número de dispositivos para cada nó
• O tamanho limitado da mensagem.
• A distância do cabo é significativamente menor.

Aplicativos do protocolo DeviceNet

o Aplicações do protocolo DeviceNet inclui o seguinte.

• O protocolo DeviceNet fornece conexões entre diferentes dispositivos industriais como atuadores, sistemas de automação , sensores e também dispositivos complicados sem a necessidade de intervenção
• Blocos ou módulos de E/S.
• O protocolo DeviceNet é usado em aplicações de automação industrial.
• O protocolo de rede DeviceNet é utilizado na indústria de automação para interconectar dispositivos de controle para troca de dados.
• O protocolo DeviceNet é usado para controlar um motor.
• Este protocolo é aplicável em proximidade, interruptores de limite simples e botões de pressão para controlar manifolds,
• Isso é usado em aplicações complexas de inversores CA e CC.

Assim, isso é uma visão geral do DeviceNet que é uma rede Fieldbus digital multiponto usada para conectar vários dispositivos de vários fornecedores, como PLCs, controladores industriais, sensores, atuadores e sistemas de automação, fornecendo uma rede econômica aos usuários para gerenciar e distribuir dispositivos simples usando a arquitetura. Aqui está uma pergunta para você, o que é um protocolo?