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Tutorial DeviceNet
1 - Introdução
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
- 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). Atualmente mais de 300 empresas estão registradas como membros, sendo que mais de 800 oferecem produtos DeviceNet no mundo todo.
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 (como mostrado na figura 1.1).
Figura 1.1: Cenários Tecnológicos - Fonte: ATAIDE, F.H. (2004)
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 e,
- 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 disposito 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.
Um exemplo de rede DeviceNet é mostrada na figura abaixo.
Figura 1.2: Exemplo de Rede DeviceNet
1.2 - 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- Transporte eficiente de dados de controle discretos e analógicos.
- Detecção de endereço duplicado na rede.
- Mecanismo de comunicação extremamente robusto a interferências eletromagnéticas.
1.2.1 - 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. A Figura 1.2 mostra um overview do CIP dentro do modelo OSI.
Figura 1.3 - O modelo OSI dos objetos do CIP (fonte: ODVA)
CIP tem dois objetivos principais:
- Transporte de dados de controle dos dispositivos de I/O.
- Transporte de informações de configuração e diagnóstico do sistema sendo controlado.
Um nó DeviceNet é então modelado por um conjunto de objetos CIP, os quais encapsulam dados e serviços e determinam assim seu comportamento.
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.
Para maiores informações, consulte a especificação do DeviceNet (www.odva.org)
A camada de link de dados (Data link layer)
As especificações do DeviceNet definem a topologia e os componentes admissíveis. A variedade de topologia possíveis é mostrada na figura à seguir.
Figura 1.5 - Topologias possíveis com a rede DeviceNet A especificação também trata do sistema de aterramento, mix entre cabo grosso e fino (thick e thin), terminação, e alimentação de energia. A topologia básica tronco-derivação (“trunkline-dropline”) utiliza 1 cabo (2 pares torcido separados para alimentação e sinal). Cabo grosso (thick) ou fino (thin) podem ser usados para trunklines ou droplines. A distância entre extremos da rede varia com a taxa de dados e o tamanho do cabo
TAXA DE DADOS 125 Kbps
Kbps
500 Kbps
Comprimento para barramento principal com cabo grosso (“thick-trunk”)
500 m 250 m 100 m
Comprimento para barramento principal com cabo fino (“thin-trunk”)
100 m 100 m 100 m
Comprimento máximo para 1 derivação do barramento principal (“maximum-drop”)
6 m 6 m 6 m
Comprimento acumulado das derivações do barramento principal (“cumulative-drop”)
156 m 78 m 39 m
1.3.2 - Cabos 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.
Figura 3.66 - Anatomia dos cabos padrão DeviceNet Os cabos DeviceNet mais usados (fino e grosso) possuem 5 condutores identificados e utilizados de acordo com a tabela seguinte:
Cor do fio Sinal Cabo redondo
Cabo chato
Branco CAN_H Sinal DN Sinal DN Azul CAN_L Sinal DN Sinal DN Fio nu Dreno Blindagem Não usado Preto V- Alimentação Alimentação Vermelho V+ Alimentação Alimentação
Tabela 1 - Esquema de cores dos cabos DeviceNet
Figura 3.67 - Vista dos componentes do cabo padrão DeviceNet Pontos de alimentação (“Power Taps”) podem ser acrescentados em qualquer ponto da rede tornando possível a redundância da alimentação na rede. A corrente no “Trunkline” é 8 amps (com cabo grosso “thick”). No cabo tipo “thin” a corrente máxima é de 3 amps. Uma opção opto-isolado de projeto permite dispositivos energizados externamente (por ex.: partidas de drivers AC e válvulas solenóides) compartilhar o mesmo cabo do bus. Outras redes baseadas em CAN permitem somente uma única fonte de alimentação para a rede inteira. Os dispositivos podem ser alimentados diretamente da rede e comunicam-se com o mesmo cabo. Nós podem ser removido ou inseridos da rede sem desligar a rede.
1.3.6 - Leds Indicadores
Embora um produto DeviceNet não necessite ter indicadores, se este produto possuir indicadores, devem aderir à Especificação de DeviceNet. É recomendado que ou um Led de Estado do Módulo “Module Status” e um Led de Estado da Rede “Network Status”, ou uma combinação dos dois seja incluído.
O(s) indicador (s) consiste em um Led bicolor (verde/vermelho) que pode ter combinações de ligado, desliga e piscando. O Led de Estado do Módulo “Module Status” indica se o dispositivo tem alimentação e está operando adequadamente. O Led de Estado da Rede “Network Status” indica o estado do link de comunicação.
Para mais informação, visite também o site da ODVA
http://www.odva.org/
