Tutorial DeviceNet
1 -IntroduccinDeviceNetes una red digital,multi-punto para
conexin entre sensores, actuadores y sistemas de automatizacin
industrial en general. Esta tecnologa fue desarrollada para tener
mxima flexibilidad entre los equipos de campo e interoperabilidad
entre diferentes fabricantes.Introducido originalmente en 1994 por
Allen-Bradley,DeviceNettransfiri sutecnologa a ODVA en 1995. La
ODVA (OpenDeviceNetVendorAssociation) es una organizacin sin fines
de lucro compuesta porcentosde empresas alrededor del mundo que
mantiene, difunde y promueve la tecnologaDeviceNety otras redes
basadas en el protocolo CIP (CommonIndustrialProtocol). Actualmente
ms de 300 empresas estn registradas como miembros, y 800 ms ofrecen
productosDeviceNetde todo el mundo.La redDeviceNetest clasificada
en el nivel de red llamadadevicebus, cuyas caractersticas
principales son: alta velocidad, comunicacin a nivel de byte que
incluye comunicacin con equipos discretos y analgicos y el alto
poder de diagnstico de los dispositivos de la red (como se muestra
en la figura 1.1).
Figura 1.1:Avances Tecnolgicos - Fuente: ATAIDE, F.H. (2004)La
tecnologaDeviceNetes un estndar abierto de automatizacin con el
objetivo de transportar 2 tipos principales de informacin: Datos
cclicos de sensores y actuadores, directamente relacionados al
control y, Datos no cclicos indirectamente relacionados al control,
como configuracin y diagnstico.Los datos cclicos representan la
informacin intercambiada peridicamente entre el equipo de campo y
el controlador. Por otro lado, los no cclicos son informaciones
intercambiadas eventualmente durante la configuracin o diagnstico
del equipo de campo.La capa fsica y de acceso a la redDeviceNetest
basada en la tecnologa CAN (ControllerAreaNetwork) y las capas
superiores en el protocolo CIP, que define una arquitectura basada
en objetos y conexiones entre ellos.El CAN fue originalmente
desarrollado por la BOSCH para el mercado de automviles Europeos
para sustituir el cableado costoso por un cable en red de bajo
costo en automviles. Como resultado, el CAN tiene respuesta rpida y
confiabilidad alta para aplicaciones principalmente en las reas
automovilstica.Una redDeviceNetpuede tener hasta 64 dispositivos
donde cada dispositivo ocupa un nodo en la red, direccionados de 0
a 63. Cualquier de ellos puede ser utilizado. No hay ninguna
restriccin para el uso de ellos, aunque el uso de los 63 no es
recomendable, ya que se utiliza para la puesta en marcha.Un ejemplo
de redDeviceNetse muestra en la figura siguiente.
Figura 1.2:Exemplo de Rede DeviceNet1.2 - Caractersticas de la
red Topologa basada en bus principal con ramificaciones. El bus
principal debe ser hecho con el cableDeviceNetgrueso, y las
ramificaciones con el cableDeviceNetdelgado o plano. Cables
similares podrn usarse siempre y cuando sus caractersticas
elctricas y mecnicas sean compatibles con las especificaciones de
los cables estndarDeviceNet. Permite o uso de repetidores,
bridges,ruteadoresygateways. Suporta hasta 64 nodos, incluyendo el
maestro, direccionados de 0 a 63 (MAC ID). Cable de 2 pares: uno
para alimentacin de 24V y otro para comunicacin. Capacidad de
insertar y cambiar en caliente, sin interrumpir a la red.
Compatible con equipos alimentados por la red de 24V o como que
tengan su propia fuente. Uso de conectores abiertos o cerrados.
Proteccin contra conexin inversa y corto-circuito. Alta capacidad
de corriente en la red (hasta 16 A). Usa la misma energa de la
fuente de alimentacin. Varias fuentes pueden ser usadas en la misma
red para satisfacer las necesidades de la aplicacin en trminos de
carga y la longitud de los cables. Velocidad de comunicacin
seleccionable: de 125,250 y 500 kbps. Comunicacin basada en
conexiones de E/S y modelo de pregunta y respuesta. Diagnstico de
cada equipo y de la red. Transporte eficiente de datos de control
discretos y analgicos. Deteccin de direccionamiento duplicado en la
red. Mecanismo de comunicacin extremamente robusto para
interferencias electromagnticas.
1.2.1 - ProtocoloDeviceNetDeviceNetes una de las tres tecnologas
de redes abiertas y estandarizadas, cuya capa de aplicacin usa el
CIP (CommonApplicationLayer Capa de Aplicacin Comn). Al lado
deControlNetyEtherNet/IP, posee una estructura comn de objetos. Es
decir, es independiente del medio fsico y de la capa de enlace de
datos. Esta capa es una capa de aplicacin estndar, integrada a
interfaces de hardware y software abiertas, constituye una
plataforma de conexin universal entre componentes en un sistema de
automatizacin, desde la fbrica hasta el nivel de internet.La Figura
1.2 muestra una arquitectura del CIP dentro del modelo OSI.
Figura 1.3- El modelo OSI de los objetos del CIP (fuente:
ODVA)CIP tiene dos objetivos principales: Transporte de datos de
control de los dispositivos de I/O. Transporte de informaciones de
configuracin y diagnstico del sistema que se controla.Un
nodoDeviceNetes entonces modelado por un conjunto de objetos CIP,
los cuales encapsulan datos y servicios y determinan as mismo su
comportamiento.El Modelo de ObjetoUn nodoDeviceNetes modelado como
una coleccin de objetos. Un objeto proporciona una representacin
abstracta de un componente particular dentro de un producto. Un
ejemplo de objeto y una clase de objeto tiene atributos (datos),
que proporcionan los servicios (mtodos o procedimientos), e
implementan comportamientos. Atributos, ejemplos, clase y
direccionamiento del nodo desde (0-63) sondireccionados por
nmero.Existen objetos obligatorios (que tienen todos dispositivos)
y objetos opcionales. Los objetos opcionales son aquellos que
moldean el dispositivo de acuerdo con su categora (llamado perfil)
a la que pertenecen, tales como: AC/DC Drive, lector de cdigo de
barras o vlvula neumtica. Por ser diferentes, cada uno de ellos
tendr tambin un conjunto diferente de objetos.Para mayor
informacin, consulte las especificaciones deDeviceNeten
(http://www.odva.org/)La Capa de Enlace de Datos (Data
linklayer)Devicenetutiliza el estndar CAN sobre la capa de enlace
de datos. El gasto mnimo requerido por el protocolo CAN en la Capa
Enlace de Datos mejora el trabajo deDeviceNetcuando se trata de
mensajes. El marco de datosDeviceNetutiliza solamente el tipo de
estructura de datos del protocolo CAN (entre otros existentes en el
protocolo CAN). El protocolo utiliza un mnimo de banda para
transmisin de los mensajes de CIP. Elformato de la estructura de
datosDeviceNetse muestra en la figura 1.4Figura 1.4- Formato de la
estructura de datos1.2.2 - Modos de ComunicacinEl
protocoloDeviceNettiene dos tipos bsicos de mensajes, mensaje
cclico I/O y explcito. Cada uno de ellos es adecuado a un
determinado tipo de dato, conforme se describe abajo: CclicI/O:
tipo de telegrama sncrono dedicado al procesamiento de datos
prioritarios entre un productor y uno o ms consumidores. Se dividen
de acuerdo con el mtodo de intercambio de datos. Los principales
son: Polled: mtodo de comunicacin en que el maestro enva un
telegrama a cada uno de su lista deesclavos (scanlist). As mimo, en
cuanto reciba la solicitud, el esclavo responde rpidamente a la
solicitud del maestro. Este proceso es repetido hasta que todos
sean consultados, reiniciando el ciclo. Bit-strobe: mtodo de
comunicacin donde el maestro enva 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. Cambio
de Estado: mtodo de comunicacin donde el intercambio de datos entre
el maestro y esclavo que ocurre cuando hubo cambios en los valores
monitoreados/controlados, hasta un cierto lmite de tiempo. Cuando
este lmite es alcanzado, la transmisin y recepcin ocurren, incluso
sin alteraciones. La configuracin de esta variable de tiempo es
hecha en el programa de configuracin de la red. Cclico: otro mtodo
de comunicacin muy semejante al anterior. La nica diferencia est en
la produccin 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 tambin es
ajustado en el software de configuracin de la red. Mensaje
Explcito: tipo de telegrama de uso general y no prioritario.
Utilizado principalmente en tareas asncronas tales
comoparametrizaciny configuracin del equipo.1.2.3 - Archivo de
ConfiguracinTodo nodoDeviceNettiene un archivo de configuracin
asociado, llamado EDS (ElectronicDataSheet). Este archivo contiene
informaciones importantes sobre el funcionamiento del dispositivo y
debe ser registrado en el software de configuracin de la red.1.3 -
Capa Fsica y Medio de TransmisinDeviceNetusa una topologa de red
del tipo bus principal/derivacin que permite que tanto para el
cableado de la seal como el de la alimentacin estn presentes en el
mismo cable. Esta alimentacin, es suministrada por una fuente
conectada directamente en la red, y posee las siguientes
caractersticas: 24Vdc; Salida DC aislada de la entrada AC;
Capacidad de corriente compatible con los equipos instalados. El
tamao total de la red vara de acuerdo con la velocidad de
transmisin (125,250, 500Kbps)
Consulte tambin el documento DeviceNetCableSystem Manual de
Planeacin e Instalacin Manual - para ms informacin sobre la
instalacin de la redDeviceNetvisitehttp://www.odva.org/1.3.1 -
Topologa de la redLas especificaciones deDeviceNetdefinen la
topologa y los componentes admisibles. La variedad de topologas
posibles se muestra en la figura siguiente.
Figura 1.5 - Topologas posibles con la redDeviceNetLa
especificacin tambin trata del sistema deaterrizamiento, mezcla
entre el cable grueso y delgado (thickythin), terminadores, y
energa de alimentacin.La topologa bsica con derivacin Principal
(trunkline-dropline) utiliza 1 cable (2 pares trenzados separados
para alimentacin y seal). El cable grueso (thick) o delgado (thin)
puede ser usado para lneas principales o verticales. La distancia
entre los extremos de la red vara con la velocidad de datos y la
longitud del cable.VELOCIDAD DE DATOS125 Kbps250 Kbps500 Kbps
Longitud del Bus principal con cable grueso (thick-trunk)500
m250 m100 m
Longitud del Bus principal con cable delgado (thin-trunk)100
m100 m100 m
Longitud mxima para 1 derivacin del bus principal
(maximum-drop)6 m6 m6 m
Longitud de las derivaciones agregadas al bus principal
(cumulative-drop)156 m78 m39 m
1.3.2 - CablesHay 4 tipos de cables estandarizados: el grueso,
mediano, delgado y plano. El ms comn o usado es el cable grueso
para el bus y el cable fino para las derivaciones.
Figura 3.66- Anatomia dos cabos padro DeviceNetLos
cablesDeviceNetms usados (delgado y grueso) tienen 5 conductores
identificados y utilizados de acuerdo con la siguiente tabla:Color
del cableSealCable redondoCablechato
BlancoCAN_HSinal DNSinal DN
AzulCAN_LSinal DNSinal DN
Alambre desnudoDrenoProteccinNo usado
NegroV-AlimentacinAlimentacin
RojoV+AlimentacinAlimentacin
Tabla 1- Esquema de colores de los cablesDeviceNet
Figura 3.67- Vista dos componentes do cabo padro DeviceNetLos
Puntos de alimentacin (PowerTaps) que se pueden aadir en cualquier
punto de la red haciendo posible la redundancia de la alimentacin
en la red. La corriente en la Lnea principal es de 8 amperios (con
cable grueso thick). En el cable tipo delgado la corriente mxima es
de 3 amperios. Una opcin opto-aislada del proyecto permite
dispositivos energizados externamente (por ej.: el inicio de los
conductores AC y vlvulas solenoides) compartiendo el mismo cable
del bus. Otras redes basadas en CAN permiten solamente una nica
fuente de alimentacin para la red entera.Los dispositivos pueden
ser alimentados directamente de la rede y comunicarse con el mismo
cable. Los nodos pueden ser removidos o insertados en la red sin
desconectar la red.1.3.3 - ConectoresHay tres tipos bsicos de
conectores: abierto, mini-cerrado y micro-cerrado. El uso de uno o
de otro depende de la aplicacin y de las caractersticas del equipo
o de la conexin que debe ser hecha. Veja en las figuras siguientes
la codificacin de los hilos en cada tipo.
Figura 3.67- Conector aberto (open style)
Figura 3.68- Conector mini-cerradoFigura 3.69- Conector
micro-cerrado
1.3.4 - Terminadores de la redLos terminadores en la
redeDeviceNetayudan a minimizar las reflexiones en la comunicacin y
son esenciales para el funcionamiento de la red. Los resistores de
terminacin (121W, 1%, W) deben ser colocados en los extremos del
bus, entre los hilos CAN_H y CAN_L (blanco y azul). No coloque el
terminador dentro de un equipo o en el conector porque al ser
movido tambin mueve el terminador causando una falla general en la
red. Deje los terminadores siempre independientes y aisl los
extremos del bus, de preferencia dentro de las cajas protectoras o
cajas de paso. Para verificar si los terminadores estn presentes en
la red, mida la resistencia entre los hilos CAN_H y CAN_L (blanco y
azul) con la reddesenergizada: la resistencia medida debe estar
entre 50 y 60Ohms.
Figura 3.70 Conexin de los resistores de terminacin1.3.5 -
Derivadores TAPSExisten varios tipos de derivadores TAPS que pueden
ser conectados en una red del tipoDeviceNet. Estos derivadores
permiten combinar varios elementos de la red. Se clasifican
como:1.3.5.1 - Derivacin en T "T-Port TAP"El derivador T-Port
conecta un dispositivo simple o una lnea de derivacin lnea cada a
travs de un conector tipo conexin rpida.
1.3.5.2 - Derivacin de dispositivo "Device-Port"DevicePort son
componentes sellados que conectan al Bus de la lnea va lnea cada a
travs de conectores de desconexin rpida solamente dispositivos
compatibles ala redDeviceNet. ExistenDevicePortpara conectar 4 u 8
dispositivos.
1.3.5.3 - Derivao tipo box DeviceBoxDeviceBox son elementos
pasivos que se conectan directamente a los dispositivosDeviceNeten
TrunkLine a travs de conexiones de terminales para hasta 8 nodos.
Ellos poseen tapa removible sellada que permite montaje sobre la
mquina o fbrica.
1.3.5.4 - Derivacin de Alimentacin PowerTapEl PowerTap posee
proteccin de sobre corriente para el cable tipo thick (grueso). Con
proteccin de diodo y es posible utilizar varios PowerTaps
permitiendo as mismo el uso de varias fuentes de alimentacin.
1.3.6 - Leds IndicadoresAunque un productoDeviceNetno necesite
tener indicadores, si este producto posee indicadores, deben
cumplir con las Especificaciones deDeviceNet. Es recomendado un
Indicador de Estado del Mdulo Estado del Mdulo y un Indicador de
Estado de la Red Estado de la Red, o una combinacin de los ambos es
recomendable.El(s) indicador(s) consiste en unLedbicolor
(verde/rojo) que puede tener combinaciones deOn/Off y seales de
parpadeo. ElLedde Estado del Mdulo Module Status indica si el
dispositivo tiene alimentacin y est operando adecuadamente. ElLedde
Estado de la Rede Network Status indica el estado del enlace de
comunicacin.Para ms informacin, visite tambin la pgina de la
ODVAhttp://www.odva.org/