DeviceNet: architettura, formato dei messaggi, codici di errore, funzionamento e applicazioni

Il protocollo DeviceNet è stato inizialmente sviluppato da Allen-Bradley, ora di proprietà del marchio Rockwell Automation. Si è deciso di farne una rete aperta promuovendo questo protocollo a livello globale con fornitori di terze parti. Ora, questo protocollo è gestito da ODVA Company (Open DeviceNet Vendors Association) consente a fornitori di terze parti e sviluppa standard di utilizzare il protocollo di rete . DeviceNet è semplicemente sovrapposto a Controller Area Network (CAN) tecnologia sviluppata da Bosch. Azienda. La tecnologia adottata da questa tecnologia è di ControlNet, anch'essa sviluppata da Allen Bradley. Quindi questa è la storia di Devicenet. Quindi questo articolo discute una panoramica di a Protocollo Devicenet – lavorare con le applicazioni.

Che cos'è il protocollo DeviceNet?

Il protocollo DeviceNet è un tipo di protocollo di rete utilizzato nel settore dell'automazione per l'interconnessione dei dispositivi di controllo per lo scambio di dati come PLC , controllori industriali, sensore s, attuatori e sistemi di automazione di diversi fornitori. Questo protocollo utilizza semplicemente il normale protocollo industriale su un livello multimediale CAN (Controller Area Network) e descrive un livello applicativo per coprire vari profili di dispositivo. Le principali applicazioni del protocollo Devicenet includono principalmente dispositivi di sicurezza, scambio di dati e grandi reti di controllo I/O.

Caratteristiche

Il caratteristiche di Devicenet include il seguente.

• Il protocollo DeviceNet supporta semplicemente fino a 64 nodi, incluso il numero più alto di 2048 dispositivi.
• La topologia di rete utilizzata in questo protocollo è una linea bus o un trunk tramite cavi di derivazione per il collegamento dei dispositivi.
• Una resistenza di terminazione del valore di 121 ohm viene utilizzata su qualsiasi lato della linea principale.
• Utilizza bridge, ripetitori e gateway e router.
• Supporta diverse modalità come master-slave, peer-to-peer e multi-master per trasmettere dati all'interno della rete.
• Trasporta sia il segnale che l'alimentazione su un cavo simile.
• Questi protocolli possono anche essere collegati o rimossi dalla rete in alimentazione.
• Il protocollo DeviceNet supporta semplicemente 8A sul bus poiché il sistema non è sicuro intrinsecamente e gestione ad alta potenza.

Architettura Devicenet

DeviceNet è un collegamento di comunicazione utilizzato per collegare dispositivi industriali come sensori induttivi, interruttori di fine corsa, fotoelettrici, pulsanti, spie luminose, lettori di codici a barre, controllori motore e interfacce operatore a una rete evitando cablaggi complessi e costosi. Quindi, la connettività diretta offre una migliore comunicazione tra i dispositivi. Nel caso di interfacce I/O cablate non è possibile un'analisi del livello del dispositivo.

Il protocollo DeviceNet supporta semplicemente una topologia come linea dorsale o linea di discesa in modo che i nodi possano essere facilmente collegati alla linea principale o direttamente alle diramazioni corte. Ogni rete DeviceNet consente loro di connettere fino a 64 nodi ovunque un nodo sia utilizzato dallo 'scanner' master e il nodo 63 è messo da parte come nodo predefinito da 62 nodi accessibili per i dispositivi. Tuttavia, la maggior parte dei controller industriali consente il collegamento con diverse reti DeviceNet tramite le quali il n. di nodi interconnessi possono essere estesi.

L'architettura del protocollo di rete Devicenet è mostrata di seguito. Questa rete segue semplicemente il modello OSI che utilizza 7 livelli dal livello fisico a quello applicativo. Questa rete si basa sul CIP (Common Industrial Protocol) che utilizza i tre livelli superiori di CIP dall'inizio mentre gli ultimi quattro livelli sono stati modificati per l'applicazione di DeviceNet.

Lo 'strato fisico' di DeviceNet comprende principalmente una combinazione di nodi, cavi, prese e resistori di terminazione all'interno di una topologia dorsale-discendente.

Per il livello di collegamento dati, questo protocollo di rete utilizza lo standard CAN (Controller Area Network) che gestisce semplicemente tutti i messaggi tra dispositivi e controller.

I livelli di rete e trasporto di questo protocollo stabiliranno una connessione dal dispositivo tramite ID di connessione principalmente per i nodi che includono un ID MAC di un dispositivo e un ID messaggio.

Il nodo indirizza un intervallo valido per DeviceNet che va da 0 a 63 che fornisce un totale di 64 possibili connessioni. In questo caso, il vantaggio principale dell'ID di connessione è che consente a DeviceNet di riconoscere gli indirizzi duplicati controllando l'ID MAC e segnalando all'operatore che deve essere corretto.

La rete DeviceNet non solo riduce i costi di cablaggio e manutenzione in quanto richiede meno cablaggi, ma consente anche dispositivi basati su rete DeviceNet compatibili di vari produttori. Questo protocollo di rete si basa sulla Controller Area Network o CAN, nota come protocollo di comunicazione. È stato sviluppato principalmente per la massima flessibilità tra dispositivi da campo e interoperabilità tra vari produttori.

Questa rete è organizzata come una rete di bus di dispositivi le cui caratteristiche sono la comunicazione a livello di byte e l'alta velocità che contiene la comunicazione di apparecchiature analogiche e un'elevata potenza diagnostica attraverso i dispositivi di rete. Una rete DeviceNet include fino a 64 dispositivi, incluso un singolo dispositivo su ogni indirizzo di nodo che inizia da 0 a 63.

Ci sono due cavi di tipo standard utilizzati in questa rete spessi e sottili. Il cavo spesso viene utilizzato per la linea principale mentre il cavo sottile viene utilizzato per la discesa. La lunghezza massima del cavo dipende principalmente dalla velocità di trasmissione. Questi cavi normalmente includono quattro colori di cavi come nero, rosso, blu e bianco. Il cavo nero è per un'alimentazione a 0 V, il cavo rosso è per un'alimentazione a +24 V, il cavo di colore blu è per un segnale CAN basso e il cavo di colore bianco è per un segnale CAN alto.

Come funziona Devicenet?

DeviceNet funziona utilizzando CAN (Rete Area Controllore) per il suo livello di collegamento dati e una tecnologia di rete simile viene utilizzata all'interno dei veicoli automobilistici per scopi di comunicazione tra dispositivi intelligenti. DeviceNet supporta semplicemente fino a 64 nodi solo sulla rete DeviceNet. Questa rete può includere un singolo Master e fino a 63 slave. Pertanto, DeviceNet supporta la comunicazione Master/Slave e peer-to-peer utilizzando l'I/O e la messaggistica esplicita per il monitoraggio, il controllo e la configurazione. Questo protocollo di rete è utilizzato nell'industria dell'automazione per lo scambio di dati tramite la comunicazione con i dispositivi di controllo. Utilizza il Common Industrial Protocol o CIP su un livello di supporto CAN per definire un livello di applicazione per coprire una varietà di profili di dispositivi.

Il diagramma seguente mostra come i messaggi vengono scambiati tra i dispositivi all'interno della rete di dispositivi.

In Devicenet, prima che la comunicazione dei dati di Input/Output avvenga tra i dispositivi, il dispositivo Master deve prima connettersi ai dispositivi slave con la connessione di un messaggio esplicito per descrivere l'oggetto di connessione.

Nella connessione sopra, forniamo semplicemente una singola connessione per messaggi espliciti e quattro connessioni I/O.

Quindi questo protocollo dipende principalmente dal concetto del metodo di connessione in cui il dispositivo master deve connettersi con il dispositivo slave a seconda dei dati I/O e del comando di scambio di informazioni. Per configurare un dispositivo di controllo principale, sono necessari semplicemente 4 passaggi principali e ogni funzione di passaggio è spiegata di seguito.

Aggiungi dispositivo alla rete

Qui, dobbiamo fornire l'ID MAC del dispositivo slave da includere nella rete.

Configura connessione

Per un dispositivo slave, è possibile verificare il tipo di connessione I/O e la lunghezza dei dati I/O.

Stabilisci connessione

Una volta stabilita la connessione, gli utenti possono iniziare a comunicare tramite dispositivi slave.

Accedi ai dati di I/O

Una volta che la comunicazione è stata eseguita dai dispositivi slave, è possibile accedere ai dati di I/O tramite una funzione di lettura o scrittura equivalente.

Una volta stabilita la connessione esplicita, la corsia di connessione viene utilizzata per lo scambio di informazioni generali utilizzando un nodo con gli altri nodi. Successivamente, gli utenti possono effettuare le connessioni I/O nel passaggio successivo. Quando vengono effettuate le connessioni I/O, i dati I/O possono essere semplicemente scambiati tra i dispositivi all'interno della rete DeviceNet in base alla richiesta del dispositivo master. Pertanto, il dispositivo master accede ai dati I/O del dispositivo slave con una delle quattro tecniche di connessione I/O. Per recuperare e trasmettere i dati I/O dello slave, la libreria non è solo semplice da utilizzare, ma fornisce anche molte funzioni Master di DeviceNet.

Formato messaggio Devicenet

Il protocollo DeviceNet utilizza semplicemente il CAN tipico e originale, in particolare per il suo livello Data Link. Quindi questo è l'overhead abbastanza minimo necessario da CAN a livello di collegamento dati in modo che DeviceNet diventi molto efficiente durante la gestione dei messaggi. Sul protocollo Devicenet, viene utilizzata la larghezza di banda minima della rete per il confezionamento e la trasmissione di messaggi CIP e anche il minimo sovraccarico del processore è necessario attraverso un dispositivo per trasmettere tali messaggi.

Anche se, la specifica di CAN definisce diversi tipi di formati di messaggio come dati, remoto, sovraccarico ed errore. Il protocollo DeviceNet utilizza principalmente solo il frame di dati. Quindi il formato del messaggio per il frame di dati CAN è riportato di seguito.

Nel frame di dati sopra, una volta trasmesso un bit di inizio frame, tutti i ricevitori su una rete CAN si coordineranno con il passaggio allo stato dominante dal recessivo.

Sia il bit Identifier che il bit RTR (Remote Transmission Request) nel frame formano il campo di arbitrato che viene semplicemente utilizzato per aiutare la priorità di accesso ai media. Una volta che un dispositivo trasmette, controlla anche ogni bit che trasmette in una volta e riceve ogni bit trasmesso per autenticare i dati trasmessi e consentire il rilevamento diretto della trasmissione sincronizzata.

Il CAN Control Field include principalmente 6 bit in cui il contenuto di due bit è fisso e i restanti 4 bit vengono utilizzati principalmente per un campo di lunghezza per specificare la prossima lunghezza del campo dati da 0 a 8 byte.
Il frame di dati di CAN è seguito dal campo CRC (Cyclic Redundancy Check) per identificare gli errori di frame e vari delimitatori di formattazione del frame.

Utilizzando diversi tipi di rilevamento degli errori e tecniche di confinamento dei guasti come CRC e tentativi automatici, è possibile evitare che un nodo difettoso disturbi il n/w. PUÒ fornire un controllo degli errori estremamente affidabile e una capacità di confinamento dei guasti.

Strumenti

I diversi strumenti utilizzati per analizzare il protocollo DeviceNet includono strumenti di configurazione di rete comuni come SyCon di Synergetic, NetSolver di Cutler-Hammer, RSNetworX di Allen-Bradley, DeviceNet Detective e monitor del traffico CAN o analizzatori come CAN Explorer di Peak e Canalyzer di Vector.

Gestione degli errori nel protocollo Devicenet

La gestione degli errori è la procedura per reagire e recuperare dalle condizioni di errore all'interno del programma. Poiché il livello di collegamento dati è gestito da CAN, la gestione degli errori relativa al rilevamento del nodo difettoso e all'arresto del nodo difettoso è conforme al protocollo di rete CAN. Tuttavia, gli errori nella rete del dispositivo si verificano principalmente a causa di alcuni motivi, ad esempio quando l'unità DeviceNet non è collegata correttamente o l'unità di un display potrebbe avere problemi. Per superare questi problemi, è necessario seguire la procedura seguente.

• Collegare correttamente l'unità DeviceNet.
• Separare il cavo di DeviceNet.
• Per ogni unità di visualizzazione, l'alimentatore deve misurare.
• La tensione deve essere regolata nell'intervallo della tensione nominale.
• Accendere l'alimentazione e verificare se il LED dell'unità DeviceNet si accende.
• Se il LED dell'unità DeviceNet è acceso, assicurarsi che i dettagli dell'errore del LED e correggere il problema di conseguenza.
• Se nessun LED su Devicenet è acceso, la luce potrebbe essere difettosa. Quindi è necessario verificare se i pin del connettore sono rotti o piegati.
• Collegare il DeviceNet alla connessione tramite l'attenzione.

Devicenet vs ControlNet

Le differenze tra Devicenet e ControlNet sono elencate di seguito.

Devicenet vs Modbus

Le differenze tra Devicenet e Modbus sono elencate di seguito.

Codici di errore Devicenet

Di seguito sono elencati i codici di errore DeviceNet compresi tra meno di 63 numeri e oltre 63 numeri. Qui < 63 numeri sono noti come numeri di nodo mentre >63 numeri sono noti come codici di errore o codici di stato. La maggior parte dei codici di errore si applica a uno o più dispositivi. Quindi questo viene mostrato lampeggiando alternativamente il codice e il numero di nodo. Se devono essere visualizzati più codici e numeri di nodo, il display li scorre all'interno dell'ordine dei numeri di nodo.

Nell'elenco seguente, i codici con i colori descrivono semplicemente i significati

• Il codice colore verde mostrerà condizioni normali o anormali causate dall'azione dell'utente.
• Il codice colore blu mostra errori o condizioni anomale.
• Il codice colore rosso mostra errori gravi e probabilmente necessita di uno scanner sostitutivo.

Di seguito è elencato un codice di errore Devicenet con l'azione richiesta.

Codice da 00 a 63 (Colore Verde): Il display mostra l'indirizzo dello scanner.
Codice 70 (colore blu): modificare l'indirizzo del canale dello scanner altrimenti indirizzo del dispositivo in conflitto.
Codice 71 (colore blu): l'elenco di scansione deve riconfigurare ed eliminare tutti i dati illegali.
Codice 72 (colore blu): il dispositivo deve controllare e verificare le connessioni.
Codice 73 (colore blu): confermare che il dispositivo esatto si trova a questo numero di nodo e assicurarsi che il dispositivo corrisponda alla chiave elettronica come disposto nell'elenco di scansione.
Codice 74 (colore blu): verificare la configurazione per dati inaccettabili e traffico di rete.
Codice 75 (colore verde): crea e scarica l'elenco di scansione.
Codice 76 (colore verde): crea e scarica l'elenco di scansione.
Codice 77 (colore blu): Scansione elenco o riconfigurazione del dispositivo per le corrette dimensioni di trasmissione e ricezione dei dati.
Codice 78 (colore blu): include o elimina il dispositivo dalla rete.
Codice 79 (colore blu): verificare se lo scanner è collegato a una rete adatta da almeno un altro nodo.
Codice 80 (colore verde): individuare il bit RUN all'interno del registro dei comandi dello scanner e mettere il PLC in modalità RUN.
Codice 81 (colore verde): verificare il programma PLC e i registri dei comandi dello scanner.
Codice 82 (colore blu): Verificare la configurazione del dispositivo.
Codice 83 (colore blu): accertarsi della voce dell'elenco di scansione e verificare la configurazione del dispositivo
Codice 84 (colore verde): inizializzazione della comunicazione all'interno dell'elenco di scansione da parte dei dispositivi
Codice 85 (colore blu): predisporre il dispositivo per una dimensione dei dati inferiore.
Codice 86 (colore blu): garantisce lo stato e la configurazione del dispositivo.
Codice 87 (colore blu): verificare la connessione dello scanner principale e la configurazione.
Codice 88 (colore blu): controllare i collegamenti dello scanner.
Codice 89 (colore blu): controlla la disposizione/disabilita ADR per questo dispositivo.
Codice 90 (colore verde): assicurarsi che il programma PLC e il registro dei comandi dello scanner
Codice 91 (colore blu): verifica la presenza di dispositivi guasti nel sistema
Codice 92 (colore blu): verificare se il cavo di derivazione fornisce alimentazione di rete verso la porta dello scanner DeviceNet.
Codice 95 (colore verde): non rimuovere lo scanner mentre è in corso l'aggiornamento FLASH.
Codice 97 (colore verde): verificare il programma ladder e il registro dei comandi dello scanner.
Codice 98 e 99 (colore rosso): sostituire o riparare il modulo.
Codice E2, E4 ed E5 (colore rosso): sostituire o restituire il modulo.
Codice E9 (colore verde): verifica il registro dei comandi e l'accensione del ciclo su SDN per il ripristino.
Lo scanner è il modulo che ha il display mentre il dispositivo è un altro nodo della rete, normalmente un dispositivo slave all'interno dell'elenco di scansione dello scanner. Questa può essere un'altra personalità in modalità slave dello scanner.

Vantaggi di Devicenet

I vantaggi del protocollo DeviceNet includono quanto segue.

• Questi protocolli sono disponibili a un costo inferiore, hanno un'elevata affidabilità e sono ampiamente accettati, la larghezza di banda della rete viene utilizzata in modo molto efficiente e la potenza disponibile sulla rete.
• Questi sono in grado di raccogliere grandi quantità di dati senza aumentare significativamente i costi del progetto.
• Ci vuole meno tempo per l'installazione.
• Non costoso rispetto al normale cablaggio punto-punto.
• A volte, i dispositivi DeviceNet forniscono più funzioni di controllo rispetto ai dispositivi normali o commutati.
• La maggior parte dei dispositivi Devicenet fornisce dati diagnostici molto utili che possono semplificare notevolmente la risoluzione dei problemi dei sistemi e ridurre i tempi di inattività.
• Questo protocollo può essere utilizzato con qualsiasi PC o PLC o sistema di controllo basato.

Gli svantaggi del protocollo DeviceNet includono quanto segue.

• Questi protocolli hanno la lunghezza massima del cavo.
• Hanno una dimensione limitata del messaggio e una larghezza di banda limitata.
• Il 90-95% di tutti i problemi di DeviceNet si verifica principalmente a causa di un problema di cablaggio.
• Meno numero di dispositivi per ogni nodo
• La dimensione limitata del messaggio.
• La distanza del cavo è notevolmente inferiore.

Applicazioni del protocollo DeviceNet

Il Applicazioni del protocollo DeviceNet include il seguente.

• Il protocollo DeviceNet fornisce connessioni tra diversi dispositivi industriali come attuatori, sistemi di automazione , sensori e anche dispositivi complicati senza la necessità di intervenire
• Blocchi o moduli di I/O.
• Il protocollo DeviceNet è utilizzato nelle applicazioni di automazione industriale.
• Il protocollo di rete DeviceNet è utilizzato nel settore dell'automazione per l'interconnessione dei dispositivi di controllo per lo scambio di dati.
• Il protocollo DeviceNet viene utilizzato per controllare un motore.
• Questo protocollo è applicabile in prossimità, semplici interruttori di fine corsa e pulsanti per controllare i collettori,
• Viene utilizzato in complesse applicazioni di azionamento AC e DC.

Così, questo è una panoramica di DeviceNet che è una rete Fieldbus digitale multi-drop utilizzata per collegare diversi dispositivi di multi-vendor come PLC, controller industriali, sensori, attuatori e sistemi di automazione fornendo agli utenti una rete conveniente per la gestione e la distribuzione di dispositivi semplici utilizzando l'architettura. Ecco una domanda per te, cos'è un protocollo?