Automatización Y Control Industrial
“Bus de Comunicación” DeviceNet
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1 Introducción -DiviceNet es un bus de comunicación para realizar la conexión de sensores, actuadores y sistemas de automatización general. -Fue presentado en 1994, DeviceNet es un implementación del protocolo Common Industrial Protocol (CIP) para redes de comunicaciones industriales. Desarrollado originalmente por la AllenBradle. -Utilizado principalmente en el interconexión de controladores industriales y dispositivos de entrada/salida (E/S o I/O), el protocolo sigue el modelo productor-consumidor, suporta múltiplos modos de comunicación y posee prioridad entre mensajes. Se puede decir que DeviceNet es CAN BUS adaptado a la industria, Principalmente se le agregó un par adicional para transportar alimentación de 24V a los dispositivos del ducto y se agregó blindaje para reducir la interferencia.
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DeviceNet, es una red digital de múltiples dispositivos que conecta y sirve como una comunicación entre controladores industriales y aparatos de E/S. Cada dispositivo o controlador es un nodo en la red. DeviceNet sigue el modelo productor-consumidor que admite múltiples jerarquías de comunicación y prioridad de mensajes. Los sistemas DeviceNet pueden ser configurado para operar en una arquitectura de control maestro-esclavo o control distribuido, usando una comunicación punto-a-punto. Los sistemas DeviceNet ofrecen un único punto de conexión para configuración y control al admitir E/S y mensajería explicita. DeviceNET también tiene la característica de contar con energía en la red. Esto permite a dispositivos con requisitos de energía limitada, ser alimentado directamente desde la red, reduciendo los puntos de conexión y el tamaño físico. DeviceNet es un sistema que opera a nivel campo de la pirámide CIM. En cierto modo, tiene la característica de enfrentar un tráfico formado por un gran número de pequeños paquetes, intercambiados con frecuencia entre un alto número de estaciones que forman la red y que muchas veces trabajan en tiempo real
Tabla 1. Características de DeviceNet
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Características de la señal de DeviceNet
La red DeviceNet está clasificada en el nivel de red llamada devicebus, cuyas características principales son: alta velocidad, comunicación a nivel de byte que incluye comunicación con equipos discretos y analógicos y el alto poder de diagnóstico de los dispositivos de la red La capa de datos está conformada por la especificación CAN, que define dos estados posibles:
Estado dominante (nivel cero lógico).
Estado recesivo (nivel uno lógico)
-Niveles de voltaje definidos para la señal CAN en DeviceNet A = + 3.5 VDC to +4.0 VDC (Estado Dominante) B = +2.5 VDC to +3.0 VDC (Estado Recesivo) C = +1.5 VDC to +2.0 VDC (Estado Dominante)
Técnica de acceso al medio: DeviceNet utiliza el CSMA/NBA para acceder el medio físico. Esto significa que un nodo, antes de transmitir, debe verificar que el canal este libre CSMA/NBA: Acceso al Medio por Detección de Portadora/Arbitraje de Bit-inteligente no destructivo. Si más de un nodo accede a la red simultáneamente, un mecanismo basado en prioridad de mensaje entrará en acción para decidir cuál de ellos tendrá prioridad sobre el otro. Este mecanismo es no destructivo, o sea, el m ensajees preservado. Arbitraje del bus: Cada vez que el bus está libre, cualquier unidad (nodo) puede comenzar a transmitir un mensaje. Si 2 o más unidades comienzan a transmitir un mensaje en el mismo momento, el conflicto por el acceso al bus es resuelto porel mecanismo de bit-wise arbitration (o arbitraje de bitinteligente) usando el IDENTIFIER (o identificador), contenido en la t rama CAN.
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Transmisión de información en DeviceNet
-DeviceNet es una red digital, multi-punto para conexión entre sensores, actuadores y sistemas de automatización industrial en general. -DeviceNet usa una topología de red del tipo bus principal/derivación que permite que tanto para el cableado de la señal como el de la alimentación estén presentes en el mismo cable. Esta alimentación, es suministrada por una fuente conectada directamente en la red, y posee las siguientes características:
24Vdc;
Salida DC aislada de la entrada AC;
Capacidad de corriente compatible con los equipos instalados.
El tamaño total de la red varía de acuerdo con la velocidad de transmisión (125,250, 500Kbps)
-El protocolo DeviceNet tiene dos tipos básicos de mensajes, mensaje cíclico I/O y explícito. Cada uno de ellos es adecuado a un dete rminado tipo de dato, conforme se describe abajo: 1. Cíclic I/O: tipo de telegrama síncrono dedicado al procesamiento de datos prioritarios entre un productor y uno o más consumidores. Se dividen de acuerdo con el método de intercambio de datos. Los principales son: a. Polled : método de comunicación en que el maestro envía un telegrama a cada uno de su lista de esclavos (scan list). Así mimo, en cuanto reciba la solicitud, el esclavo responde rápidamente a la solicitud del maestro. Este proceso es repetido hasta que todos sean consultados, reiniciando el ciclo. b. Bit-strobe: método de comunicación donde el maestro envía un telegrama por la red con 8 bytes de datos. Cada bit de estos 8 bytes representa un esclavo que, se direcciona y responde de acuerdo con lo programado. c.
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Cambio de Estado: método de comunicación donde el intercambio de datos entre el maestro y esclavo que ocurre cuando hubo cambios en los valores monitoreados/controlados, hasta un cierto límite de tiempo. Cuando este límite es alcanzado, la transmisión y recepción ocurren, incluso sin alteraciones. La configuración de esta variable de tiempo es hecha en el programa de configuración de la red.
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d. Cíclico: otro método de comunicación muy semejante al anterior. La única diferencia está en la producción y consumo de mensajes. En este tipo, todo el intercambio de datos ocurre en intervalos regulares de tiempo, independiente de ser alterados o no. Este periodo también es ajustado en el software de configuración de la red. 2. Mensaje Explícito: tipo de telegrama de uso general y no prioritario. Utilizado principalmente en tareas asíncronas tales como parametrización y configuración del equipo.
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5 Medio de comunicación de DeviceNet Utiliza un medio guiado para la comunicación. El sistema de cableado comienza en el punto de conexión de un dispositivo en la red. El sistema de cableado DeviceNet utiliza una topología troncal y línea de derivación.
Figura 1. Descripción sistema de cableado.
6 Características de los cables Cable Redondo Grueso (Round thick): Dimensionado para 8A con un diámetro exterior de 12,2m, utilizado generalmente como cable troncal en una red D eviceNet, también puede ser utilizado como cable de derivación para conectar dispositivos de la línea troncal. El cable redondo grueso contiene cinco conductores: un par trenzado (rojo y negro) para 24V de alimentación, par trenzado (azul y blanco) para señal, y una malla.
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Figura 2. Cable redondo grueso
Cable Redondo Delgado (Round thin): Dimensionado para 3A, con un diámetro exterior de 6.9mm, conecta dispositivos a la línea de derivación, mediante tomas de conexión. También puede utilizarse como cable troncal. El cable redondo delgado contiene cinco conductores: un par t renzado (rojo y negro) para 24V de alimentación, un par trenzado (azul y blanco) para señal, y una malla.
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Figura 3. Cable redondo delgado Cable Plano (flat): tiene una guía física para evitar fallos de conexión. Las tres variaciones del cable KwikLink no disponen de blindaje y contienen cuatro conductores, el cable plano se usa exclusivamente para la línea troncal.
Figura 4. Cable redondo delgado
Clase 1 (CL1): por las especificaciones del NEC, la fuente de energía tiene que tener una salida clasificada de menos 30V y 1000VA. De acuer do con el tamaño de los conductores del cable plano, la corriente no ha de superar los 8A. Clase 2 (CLC2): por las especificaciones del NEC, la fuente de energía tiene que tener una salida clasificada de menos 30V y 100VA. La corriente no ha de superar los 4ª. Mucho más flexible que el cable CL1.
El cable plano contiene cuatro conductores: un par (rojo y negro) para 24V dc de alimentación y un par (azul y blanco) para señal. El cable de derivación para sistemas KwikLink, es un cable gris de 4 conductores y sin blindaje. Solo se utiliza con sistemas de cable plano KwikLink.
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-La red DeviceNet está basada en el Modelo de Referencia OSI, estándar ISO/IEC 7498, que otorga una naturaleza jerárquica a la red e structurándola en 7capas.
-DeviceNet se compone de tres estándares internacionales. Pero dado que el protocolo CAN (ISO11898) está contenido dentro del Volumen 3 de CIP,DeviceNet queda totalmente definida por el protocoloCIP en sus Volúmenes 1 y 3, o que es lo mismo que los estándares internacionales IEC 61158 e IEC 62026 respectivamente.
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8 Ventajas y Desventajas de DeviceNet 8.1
Ventajas
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Tiempos reducidos de preparación e instalación debido a un esquema de alambrado simplificado de acometidas múltiples y debido a la eliminación de cableado de punto a punto. DeviceNet puede también reducir los errores potenciales de alambrado y el tiempo requerido para corregirlos. Esto reducir los costos de alambrado por un factor de tres o cuatro. Reducción significativa de los costos de mantenimiento. Los dispositivos inteligentes pueden detectar un problema antes que provoque daños serios, pérdida de producto, o tiempo muerto. Tiempo muerto reducido debido a diagnóstico hasta el nivel de nodo. Los departamentos de ingeniería reducidos consideran que los E/S inteligentes ahorran tiempo. Por ejemplo, los instrumentos tienen capacidad de base de datos, pueden ser calibrados en el campo, y pueden desempeñar diagnóstico a distancia. La capacidad de conexión y utilización, así como una mejor capacidad de detección de fallas y diagnóstico, reducen el tiempo muerto. DeviceNet ayuda a las plantas a cumplir con los estándares de calidad y seguridad según ISO 9000. Capacidad de agregar fácilmente dispositivos incrementales a una instalación existente o planeada. Inteligencia incrementada en los nodos, lógica distribuida, eliminarán la necesidad de controladores separados para muchas aplicaciones.
Desventajas
El ancho de banda limitado, por ende el tamaño del mensaje también es limitado, es menos eficiente con respecto a otros buses de campo. Presenta Interferencia eléctrica en algunas redes, esto puede ser que las unidades de frecuencia u otras fuentes de ruido han afectado en la red. Está siendo menos utilizado ya que la red Ethernet llegó a mejorar la comunicación en la industria.
Las principales fallas en un diseño de red de campo DeviceNet son debido a que no se han seguido correctamente las recomendaciones de los desarrolladores. En la red DeviceNet, factores críticos son: longitud total de la red/velocidad de transmisión, sistema de energización y puesta a tierra. Por otra parte, si en el diseño de una red se han respetado las recomendaciones del desarrollador, se debe evaluar la configuración de la re d.
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9 Conclusión DeviceNet encuentra una de sus aplicaciones principales en redes de Drives (dispositivos para el control de motores) debido a la buena inmunidad al ruido eléctrico que le entrega la representación de un bit a través de voltajes inversos, los que cancelan las perturbaciones.
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