DeviceNet

Seminario Iaci - DeviceNet

Seminario de Automatización y Control Industrial

Buses de Campo

DeviceNet

Alumnos: Gastón Pinat Javier García

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¿Qué es DeviceNet? DeviceNet es un enlace de comunicaciones de bajo costo para conectar dispositivos industriales como sensores inductivos, fotoeléctrico, fines de carrera, pulsadores, lectores de código de barra, indicadores luminosos, interfaces de operador, controladores de motores, etc, a una red, evitando costosos y complejos cableados. La conectividad directa provee una mejor comunicación entre los dispositivos, y un diagnóstico a nivel de dispositivo que sería imposible en el caso de interfaces entrada / salida cableadas. Por otra parte, permite un fácil intercambio de productos, incluso de componentes similares provistos por diferentes fabricantes.

Un poco de historia DeviceNet es una red abierta creada por Rockwell Automation (www.rockwellautomation.com) en el año 1993. Se basa en el protocolo CAN ( Controller Area Network , www.can-cia.org), el cual fue desarrollado por la firma alemana Robert Bosch GMBH, para su utilización en automóviles. Las especificaciones y protocolo son abiertos, lo que significa que otros fabricantes no necesitan adquirir hardware, software o derechos legales para conectar dispositivos a un sistema. Rockwell Automation ha pasado la especificación de DeviceNet a la Asociación Abierta de Fabricantes de DeviceNet (ODVA, www.odva.org).

¿Cómo funciona?

Definición del modelo ISO/OSI de siete capas para DeviceNet

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Se basa en el estándar ISO de siete capas para redes de comunicaciones (modelo OSI). Utiliza el protocolo CAN, que es un protocolo orientado a mensajes, para la capa de enlace y CIP (Common Industrial Protocol), que es un protocolo orientado a objetos, para las capas de nivel superior. El método de acceso al medio es el CSMA/NBA, lo que significa que antes de transmitir un nodo “escucha” si alguien más está transmitiendo y solo en el caso de estar libre el canal comienza a transmitir (CSMA: Acceso Múltiple por Detección de Portadora). Si dos nodos comienzan a transmitir al mismo tiempo se da prioridad al que tenga el identificador más bajo pero no se pierde la información transmitida (NBA: Arbitraje de Bit No destructivo). Una vez que un nodo está transmitiendo “escucha” también lo que él mismo transmite para detectar errores. A través del protocolo CIP se pueden enviar mensajes Explícitos (o de información, que generalmente requieren una respuesta de otra unidad pero no son de tiempo crítico) o Implícitos (o de control, son paquetes de información crítica usados para transmitir datos en tiempo real). Una vez hecha la conexión el identificador CAN direcciona la información al nodo correspondiente. Las funciones que cumple el protocolo CIP en las distintas capas son: Capa de aplicación: Le presenta al usuario una lista de los nodos, con sus objetos y a su vez

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la clase, los servicios, los atributos y las distintas reacciones de estos últimos. Capa de presentación: Se encarga de “traducir” los datos ingresados por el usuario en datos

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que pueda entender la capa inferior. Capa de sesión: Lleva un control de las conexiones abiertas y se encarga de enrutar los

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datos. Se colocan la MAC ID del nodo en el que se encuentra el objeto, el número de clase e instancia y el servicio requerido, de modo que la capa inferior (capa de transporte) pueda realizar el ruteo. El modelo de objetos CIP trabaja en la modalidad productor-consumidor, pero se pueden configurar los dispositivos de la red para operar en una arquitectura maestro-esclavo o una arquitectura de control distribuido usando comunicación punto a punto. Los tipos de mensajes que se definen son: 

Sondeo: El maestro interroga uno por uno cada nodo para recibir o enviar una actualización

del estado del nodo. 

Strobing: Un nodo solicita mediante difusión simultánea la actualización a todos los nodos,

que responden en un orden predeterminado por una lista. 

Envío cíclico: Los dispositivos son configurados para enviar mensajes de forma regular

según el tiempo programado. 

Cambio de estado: Los nodos únicamente envían mensajes cuando su estado cambia.



Mensajes fragmentados: Es empleado para el caso donde es necesario enviar más de 8

bytes de datos en un solo envío. En este caso, sen enviarán mensajes de hasta 8 bytes donde viajan los datos fragmentados para posteriormente ser unidos de nuevo.

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

Gestión de mensajes no conectados (UCMM): Permite la comunicación punto a punto entre

dos dispositivos, es decir sin la necesidad de gestión de un maestro. No todos los dispositivos tienen esta funcionalidad ya que requiere mayores recursos.

Topología DeviceNet soporta una topología “trunk-line/drop-line”, lo que significa que los nodos se pueden conectar directamente a la línea principal o mediante derivaciones cortas (con longitudes máximas de 6 m)

Topología “trunk-line/drop-line”

Cada nodo se identifica a través del identificador CAN de 11 bits.

Formato de Trama de Datos CAN

Cada red DeviceNet permite entonces conectar hasta 64 nodos donde un nodo es utilizado por el “scanner” maestro y el nodo 63 es reservado como el nodo por defecto, quedando disponibles 62 nodos para los dispositivos. Sin embargo la mayoría de los controladores industriales permiten conectarse a múltiples redes DeviceNet, con lo cual se puede ampliar la cantidad de nodos interconectados. Se utilizan cables gruesos para la línea principal ya que permiten una mayor longitud de distribución de la red.

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Tamaño de la red Longitud de la red (distancias máximas para un cable grueso) Paquetes de información Topología Direccionamiento

Hasta 64 nodos 125 Kbps 500 m 250 Kbps 250 m 500 Kbps 100 m 0-8 bytes Lineal (trunkline/dropline); alimentación y señal sobre el mismo cable Punto-a-punto con Multi-Punto (uno-a-muchos); Multi-Maestro y Maestro/Esclavo; “polled” o cambiode-estado (basado-en-eventos)

Tabla 1: Resúmen de las características de DeviceNet

Menores velocidades de transmisión de datos posibilitan también mayores distancias de transmisión, como se puede ver en la Tabla 2.

VELOCIDADES Longitud de cable grueso Longitud de cable fino Cable plano Máxima longitud de línea de bajada Longitud de bajada acumulativa

125 KBPS 500 m 100 m 380 m 6m 156 m

250 KBPS 250 m 100 m 200 m 6m 78 m

500 KBPS 100 m 100 m 75 m 6m 39 m

Tabla 2: La distancia de extremo a extremo varía con la tasa de transferencia y el grosor de los cables

La configuración típica emplea dos pares trenzados: control y alimentación (un par de hasta 8 Amps para la alimentación y otro de hasta 3 Amps para los datos), con alimentación de 24 Vdc. Los equipos de poca potencia pueden alimentarse también directamente de la red ya que DeviceNet puede adaptarse a periféricos opto-aislados.

Derivaciones y Conexiones Las derivaciones se hacen a través de unos conectores especiales (taps). También es necesario el uso de terminaciones con impedancia de 120 ohms, aproximadamente.

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Ejemplos de conexiones

Los conectores terminales de los dispositivos pueden ser de diversos tipos:

Tipos de conectores

Referencias

http://en.wikipedia.org/wiki/DeviceNet

http://es.wikipedia.org/wiki/CAN_bus

http://www.odva.org

http://www.rockwellautomation.com

http://www.uv.es/rosado/sid/Capitulo3_rev0.pdff

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