REDE DEVICENET

DeviceNet é um rede digital, multi-drop para conexão entre sensores, atuadores e sistema de automação industrial em geral. Ela foi desenvolvida para ter máxima flexibilidade entre equipamentos de campo e interoperabilidade entre diferentes vendedores.

Apresentado em 1994 originalmente pela Allen-Bradley, o DeviceNet teve sua tecnologia transferida para a ODVA em 1995. A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) é uma organização sem fins lucrativos composta por centenas de empresas ao redor do mundo que mantém, divulga e promove o DeviceNet e outras redes baseadas no protocolo CIP (Common Industrial Protocol).

A rede DeviceNet é classificada no nível de rede chamada devicebus, cuja características principais são: alta velocidade, comunicação a nível de byte englobando comunicação com equipamentos discretos e analógicos e alto poder de diagnostico dos devices da rede.

A tecnologia DeviceNet é um padrão aberto de automação com objetivo de transportar 2 tipos principais de informação:

Dados cíclicos de sensores e atuadores, diretamente relacionados ao controle.

Dados acíclicos indiretamente relacionados ao controle, como configuração e diagnóstico.

Os dados cíclicos representam informações trocadas periodicamente entre o equipamento de campo e o controlador. Por outro lado, os acíclicos são informações trocadas eventualmente durante configuração ou diagnóstico do equipamento de campo.

A camada física e de acesso da rede DeviceNet é baseada na tecnologia CAN (Controller Area Network) e as camadas superiores no protocolo CIP, que define uma arquitetura baseada em objetos e conexões entre eles.

O CAN originalmente foi desenvolvido pela BOSCH para o mercado de automóvel Europeu para substituir os caros chicotes de cabo por um cabo em rede de baixo custo em automóveis. Como resultado, o  CAN tem resposta rápida e confiabilidade alta para aplicações principalmente nas áreas automobilística.

Uma rede DeviceNet pode conter até 64 dispositivos onde cada dispositivo ocupa um nó na rede, endereçados de 0 a 63. Qualquer um destes pode ser utilizado. Não há qualquer restrição, embora se deva evitar o 63, pois este costuma ser utilizado para fins de comissionamento.

Exemplo de aplicação

Características da Rede Topologia baseada em tronco

principal com ramificações. O tronco principal deve ser feito com o cabo DeviceNet grosso, e as ramificações com o cabo DeviceNet fino ou chato. Cabos similares podem ser usados desde que suas características elétricas e mecânicas sejam compatíveis com as especificações dos cabos padrão DeviceNet.

Características da Rede Permite o uso de repetidores,

bridges, roteadores e gateways.

Suporta até 64 nós, incluindo o mestre, endereçados de 0 a 63 (MAC ID).

Cabo com 2 pares: um para alimentação de 24V e outro para comunicação.

Características da Rede Inserção e remoção à quente, sem

perturbar a rede. Suporte para equipamentos

alimentados pela rede em 24V ou com fonte própria.

Uso de conectores abertos ou selados.

Proteção contra inversão de ligações e curto-circuito.

Alta capacidade de corrente na rede (até 16 A).

Características da Rede Uso de fontes de alimentação de prateleira. Diversas fontes podem ser usadas na

mesma rede atendendo às necessidades da aplicação em termos de carga e comprimento dos cabos.

Taxa de comunicação selecionável :125,250 e 500 kbps.

Comunicação baseada em conexões de E/S e modelo de pergunta e resposta.

Diagnóstico de cada equipamento e da rede.

Características da Rede Transporte eficiente de dados de

controle discretos e analógicos. Detecção de endereço duplicado

na rede. Mecanismo de comunicação

extremamente robusto a interferências eletromagnéticas.

Protocolo DeviceNet DeviceNet é uma das três tecnologias

abertas e padronizadas de rede, cuja camada de aplicação usa o CIP (Common Application Layer). Ao lado de ControlNet e EtherNet/IP, possuem uma estrutura comum de objetos. Ou seja, ele é independente do meio físico e da camada de enlace de dados. Essa camada de aplicação padronizada, aliada a interfaces de hardware e software abertas, constitui uma plataforma de conexão universal entre componentes em um sistema de automação, desde o chão-de-fábrica até o nível da internet. 

O Modelo de Objeto Um nó DeviceNet é modelado como uma coleção de objetos.

Um objeto proporciona uma representação abstrata de um componente particular dentro de um produto. Um exemplo de objeto e uma classe de objeto têm atributos (dados), fornecem serviços (métodos ou procedimentos), e implementa comportamentos. Atributos, exemplos, classe e endereço de nó (0-63) são endereçados por número.

Existem objetos obrigatórios (todo dispositivo deve conter) e objetos opcionais. Objetos opcionais são aqueles que moldam o dispositivo conforme a categoria (chamado de perfil) a que pertencem, tais como: AC/DC Drive, leitor de código de barras ou válvula pneumática. Por serem diferentes, cada um destes conterá um conjunto também diferente de objetos.

Devicenet utiliza o padrão CAN na camada de link de dados.O mínimo overhead requerido pelo protocolo CAN no data link layer faz o DeviceNet eficiente no tratamento de mensagens. Frame de dados DeviceNet utiliza somente o tipo de frame de dados do protocolo CAN (dentre outros existentes no protocolo CAN). O protocolo utiliza um mínimo de largura de banda para transmissão das mensagens CIP.

Camada de Link de Dados

Modos de Comunicação O protocolo DeviceNet

possui dois tipos básicos de mensagens, cyclic I/O e explicit message. Cada um deles é adequado a um determinado tipo de dado:

Explicit Message Explicit Message: tipo de

telegrama de uso geral e não prioritário. Utilizado principalmente em tarefas assíncronas tais como parametrização e configuração do equipamento.

Cyclic I/O Cyclic I/O: tipo de telegrama síncrono

dedicado à movimentação de dados prioritários entre um produtor e um ou mais consumidores. Dividem-se de acordo com o método de troca de dados. Os principais são:Polled;Bit-strobe;Change of State;Cyclic;

Cyclic I/OPolled: método de comunicação em que o mestre envia um telegrama a cada um dos escravos da sua lista (scan list). Assim que recebe a solicitação, o escravo responde prontamente a solicitação do mestre. Este processo é repetido até que todos sejam consultados, reiniciando o ciclo.

Cyclic I/OBit-strobe: método de comunicação onde o mestre envia para a rede um telegrama contendo 8 bytes de dados. Cada bit destes 8 bytes representa um escravo que, se endereçado, responde de acordo com o programado.

Cyclic I/OChange of State: método de comunicação onde a troca de dados entre mestre e escravo ocorre apenas quando houver mudanças nos valores monitorados/controlados, até um certo limite de tempo. Quando este limite é atingido, a transmissão e recepção ocorrerão mesmo que não tenha havido alterações. A configuração desta variável de tempo é feita no programa de configuração da rede.

Cyclic I/OCyclic: outro método de comunicação muito semelhante ao anterior. A única diferença fica por conta da produção e consumo de mensagens. Neste tipo, toda troca de dados ocorre em intervalos regulares de tempo, independente de terem sido alterados ou não. Este período também é ajustado no software de configuração de rede.

Arquivo de Configuração Todo nodo DeviceNet possui um

arquivo de configuração associado, chamado EDS (Electronic Data Sheet). Este arquivo contém informações importantes sobre o funcionamento do dispositivo e deve ser registrado no software de configuração de rede.

Camada Física e Meio de Transmissão

DeviceNet usa uma topologia de rede do tipo tronco/derivação que permite que tanto a fiação de sinal quanto de alimentação estejam presentes no mesmo cabo. Esta alimentação, fornecida por uma fonte conectada diretamente na rede, e possui as seguintes características:

24Vdc; Saída DC isolada da entrada AC; Capacidade de corrente compatível com os

equipamentos instalados. O tamanho total da rede varia de acordo com

a taxa de transmissão (125,250, 500Kbps)

As especificações do DeviceNet definem a topologia e os componentes admissíveis. A variedade de topologia possíveis é mostrada na figura à seguir.

Topologia da Rede

Há 4 tipos de cabos padronizados: o grosso, o médio, o fino e o chato. É mais comum o uso do cabo grosso para o tronco e do cabo fino para as derivações.

Cabos

Há três tipos básicos de conectores: o aberto, o selado mini e o selado micro. O uso de um ou de outro depende da conveniência e das características do equipamento ou da conexão que deve ser feita. Veja nas figuras seguintes a codificação dos fios em cada tipo.

Conectores

Terminadores de Rede As terminações na rede DeviceNet ajudam a minimizar as

reflexões na comunicação e são essenciais para o funcionamento da rede. Os resistores de terminação (121W, 1%, ¼ W) devem ser colocados nas extremidades do tronco, entre os fios CAN_H e CAN_L (branco e azul).

Não coloque o terminador dentro de um equipamento ou em conector que ao ser removido também remova o terminador causando uma falha geral na rede. Deixe os terminadores sempre independentes e isolados nas extremidades do tronco, de preferência dentro de caixas protetoras ou caixas de passagem.

Para verificar se as terminações estão presentes na rede, meça a resistência entre os fios CAN_H e CAN_L (branco e azul) com a rede desenergizada: a resistência medida deve estar entre 50 e 60 Ohms.

Terminadores de Rede