DeviceNet: architektura, format wiadomości, kody błędów, działanie i jego zastosowania

Protokół DeviceNet został początkowo opracowany przez firmę Allen-Bradley, obecnie należącą do marki Rockwell Automation. Postanowiono uczynić ją otwartą siecią, promując ten protokół na całym świecie z zewnętrznymi dostawcami. Teraz ten protokół jest zarządzany przez firmę ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) umożliwia zewnętrznym dostawcom i rozwija standardy korzystania z protokół sieciowy . DeviceNet jest po prostu umieszczony na wierzchu Sieć kontrolera (CAN) technologia opracowana przez firmę Bosch. Firma. Technologia przyjęta przez tę technologię pochodzi z ControlNet, która jest również rozwijana przez Allena Bradleya. Oto historia Devicenet. Tak więc w tym artykule omówiono omówienie Protokół Devicenet – praca z aplikacjami.

Co to jest protokół DeviceNet?

Protokół DeviceNet jest jednym z typów protokołu sieciowego, który jest używany w branży automatyki poprzez łączenie urządzeń sterujących w celu wymiany danych, takich jak PLC , sterowniki przemysłowe, czujnik s, siłowniki i systemy automatyki od różnych dostawców. Protokół ten po prostu wykorzystuje normalny protokół przemysłowy w warstwie medialnej CAN (Controller Area Network) i opisuje warstwę aplikacji obejmującą różne profile urządzeń. Główne zastosowania protokołu Devicenet obejmują głównie urządzenia zabezpieczające, wymianę danych i duże sieci sterowania I/O.

Cechy

The cechy Devicenet obejmują następujące elementy.

• Protokół DeviceNet po prostu obsługuje do 64 węzłów, w tym 2048 największej liczby urządzeń.
• Topologia sieci używana w tym protokole to linia magistrali lub magistrala przez kable odgałęźne do łączenia urządzeń.
• Rezystancja końcowa o wartości 121 omów jest używana po dowolnej stronie linii magistrali.
• Wykorzystuje mosty, repeatery, bramy reklamowe i routery.
• Obsługuje różne tryby, takie jak master-slave, peer-to-peer i multi-master do przesyłania danych w sieci.
• Przenosi zarówno sygnał, jak i zasilanie podobnym kablem.
• Protokoły te można również podłączyć lub usunąć z sieci podczas zasilania.
• Protokół DeviceNet po prostu obsługuje 8A na magistrali, ponieważ system nie jest wewnętrznie bezpieczny.

Architektura Devicenet

DeviceNet to łącze komunikacyjne używane do łączenia z siecią urządzeń przemysłowych, takich jak czujniki indukcyjne, wyłączniki krańcowe, fotoelektryczne, przyciski, lampki sygnalizacyjne, czytniki kodów kreskowych, sterowniki silników i interfejsy operatora, dzięki unikaniu skomplikowanego i kosztownego okablowania. Tak więc łączność bezpośrednia zapewnia lepszą komunikację między urządzeniami. W przypadku przewodowych interfejsów I/O analiza poziomu urządzenia nie jest możliwa.

Protokół DeviceNet po prostu obsługuje topologię, taką jak magistrala lub linia odgałęzienia, dzięki czemu węzły można łatwo podłączyć bezpośrednio do głównej linii lub krótkich odgałęzień. Każda sieć DeviceNet umożliwia im podłączenie do 64 węzłów, gdziekolwiek węzeł jest używany przez główny „skaner”, a węzeł 63 jest odłożony jako węzeł domyślny przez 62 węzły dostępne dla urządzeń. Jednak większość sterowników przemysłowych umożliwia połączenie z kilkoma sieciami DeviceNet, dzięki którym nie. węzłów, które są ze sobą połączone, można rozszerzyć.

Poniżej przedstawiono architekturę protokołu sieciowego Devicenet. Ta sieć jest po prostu zgodna z modelem OSI, który wykorzystuje 7 warstw, od warstw fizycznych do warstw aplikacji. Sieć ta jest oparta na protokole CIP (Common Industrial Protocol), który od samego początku wykorzystuje trzy wyższe warstwy CIP, podczas gdy ostatnie cztery warstwy zostały zmodyfikowane do zastosowania DeviceNet.

„Warstwa fizyczna” DeviceNet obejmuje głównie kombinację węzłów, kabli, odczepów i rezystorów zakończeniowych w ramach topologii magistrala-odgałęzienie.

W warstwie łącza danych ten protokół sieciowy wykorzystuje standard CAN (Controller Area Network), który po prostu obsługuje wszystkie komunikaty między urządzeniami i sterownikami.

Warstwy sieci i transportu tego protokołu nawiążą połączenie przez urządzenie za pomocą identyfikatorów połączeń, głównie dla węzłów, które zawierają identyfikator MAC urządzenia i identyfikator wiadomości.

Węzeł adresuje prawidłowy zakres sieci DeviceNet, który wynosi od 0 do 63, co zapewnia łącznie 64 możliwe połączenia. W tym przypadku główną zaletą identyfikatora połączenia jest to, że umożliwia DeviceNet rozpoznawanie zduplikowanych adresów poprzez sprawdzanie identyfikatora MAC i sygnalizowanie operatorowi, że wymaga naprawy.

Sieć DeviceNet nie tylko zmniejsza koszty okablowania i konserwacji, ponieważ wymaga mniej okablowania, ale także umożliwia korzystanie z urządzeń różnych producentów, które są zgodne z siecią DeviceNet. Ten protokół sieciowy jest oparty na sieci Controller Area Network lub CAN, która jest znana jako protokół komunikacyjny. Został opracowany głównie z myślą o maksymalnej elastyczności między urządzeniami polowymi i interoperacyjności między różnymi producentami.

Ta sieć jest zorganizowana jak sieć magistrali urządzeń, której cechami charakterystycznymi są komunikacja na poziomie bajtów i duża prędkość, która zawiera analogową komunikację sprzętu i wysoką moc diagnostyczną przez urządzenia sieciowe. Sieć DeviceNet obejmuje do 64 urządzeń, w tym jedno urządzenie na każdym adresie węzła, który zaczyna się od 0 do 63.

W tej sieci stosowane są dwa standardowe kable, gruby i cienki. Gruby kabel jest używany do linii magistrali, a cienki kabel jest używany do linii dropline. Najwyższa długość kabla zależy głównie od szybkości transmisji. Kable te zwykle zawierają cztery kolory kabli, takie jak czarny, czerwony, niebieski i biały. Czarny kabel jest do zasilania 0 V, czerwony kabel do zasilania +24 V, niebieski kabel do niskiego sygnału CAN, a biały kabel do sygnału wysokiego CAN.

Jak działa Devicenet?

DeviceNet działa przy użyciu CAN (sieć kontrolera) ze względu na warstwę łącza danych i podobną technologię sieciową jest wykorzystywana w pojazdach samochodowych do celów komunikacji między inteligentnymi urządzeniami. DeviceNet po prostu obsługuje do 64 węzłów tylko w sieci DeviceNet. Ta sieć może zawierać jednego urządzenia nadrzędnego i do 63 urządzeń podrzędnych. Dlatego DeviceNet obsługuje komunikację Master/Slave i peer-to-peer za pomocą wejść/wyjść, a także komunikaty jawne do monitorowania, sterowania i konfiguracji. Ten protokół sieciowy jest wykorzystywany w przemyśle automatyki do wymiany danych poprzez komunikację z urządzeniami sterującymi. Wykorzystuje protokół Common Industrial Protocol lub CIP w warstwie nośnika CAN, aby zdefiniować warstwę aplikacji obejmującą różne profile urządzeń.

Poniższy diagram pokazuje, w jaki sposób komunikaty są wymieniane między urządzeniami w sieci urządzeń.

W sieci Devicenet, zanim nastąpi komunikacja danych wejściowych/wyjściowych między urządzeniami, urządzenie główne powinno najpierw połączyć się z urządzeniami podrzędnymi za pomocą połączenia z wyraźnym komunikatem, aby opisać obiekt połączenia.

W powyższym połączeniu zapewniamy po prostu jedno połączenie dla komunikatów jawnych i cztery połączenia we/wy.

Tak więc ten protokół zależy głównie od koncepcji metody połączenia, w której urządzenie główne powinno łączyć się z urządzeniem podrzędnym w zależności od polecenia danych we/wy i wymiany informacji. Aby skonfigurować główne urządzenie sterujące, potrzebne są po prostu 4 główne kroki, a każda funkcja kroku jest wyjaśniona poniżej.

Dodaj urządzenie do sieci

Tutaj musimy podać identyfikator MAC urządzenia podrzędnego, które ma zostać włączone do sieci.

Skonfiguruj połączenie

W przypadku urządzenia podrzędnego można zweryfikować typ połączenia we/wy i długość danych we/wy.

Nawiąż połączenie

Po nawiązaniu połączenia użytkownicy mogą rozpocząć komunikację za pośrednictwem urządzeń podrzędnych.

Dostęp do danych we/wy

Gdy komunikacja jest realizowana przez urządzenia podrzędne, dostęp do danych we/wy można uzyskać za pomocą równoważnej funkcji odczytu lub zapisu.

Po nawiązaniu jawnego połączenia linia połączenia jest wykorzystywana do wymiany szerokich informacji za pomocą jednego węzła z innymi węzłami. Następnie użytkownicy mogą wykonać połączenia we/wy w następnym kroku. Po nawiązaniu połączeń we/wy dane we/wy mogą być po prostu wymieniane między urządzeniami w sieci DeviceNet w zależności od zapotrzebowania urządzenia nadrzędnego. Tak więc urządzenie master uzyskuje dostęp do danych we/wy urządzenia podrzędnego za pomocą jednej z czterech technik połączeń we/wy. Aby odzyskać i przesłać dane I/O urządzenia podrzędnego, biblioteka jest nie tylko prosta w użyciu, ale także zapewnia wiele funkcji Master sieci DeviceNet.

Format wiadomości Devicenet

Protokół DeviceNet po prostu wykorzystuje typową, oryginalną sieć CAN, szczególnie w warstwie Data Link. Jest to więc najmniejsze obciążenie wymagane przez CAN w warstwie łącza danych, dzięki czemu DeviceNet stanie się bardzo wydajna podczas obsługi komunikatów. W protokole Devicenet najmniejsza przepustowość sieci jest wykorzystywana do pakowania i przesyłania komunikatów CIP, a także do przesyłania takich komunikatów przez urządzenie jest konieczne najmniejsze obciążenie procesora.

Mimo to specyfikacja CAN definiuje różne typy formatów wiadomości, takie jak dane, zdalne, przeciążenie i błędy. Protokół DeviceNet wykorzystuje głównie tylko ramkę danych. Tak więc format wiadomości dla ramki danych CAN jest podany poniżej.

W powyższej ramce danych, po przesłaniu początku bitu ramki, wszystkie odbiorniki w sieci CAN będą koordynować przejście do stanu dominującego ze stanu recesywnego.

Zarówno identyfikator, jak i bit RTR (Remote Transmission Request) w ramce tworzą pole arbitrażu, które jest po prostu używane do wspomagania priorytetu dostępu do mediów. Gdy urządzenie transmituje, sprawdza również każdy bit przesyłany jednocześnie i odbiera każdy transmitowany bit, aby uwierzytelnić przesyłane dane i umożliwić bezpośrednie wykrycie zsynchronizowanej transmisji.

Pole kontrolne CAN zawiera głównie 6 bitów, gdzie zawartość dwóch bitów jest stała, a pozostałe 4 bity są wykorzystywane głównie w polu długości, aby określić nadchodzącą długość pola danych od 0 do 8 bajtów.
Po ramce danych CAN następuje pole CRC (Cyclic Redundancy Check) w celu zidentyfikowania błędów ramki i różnych ograniczników formatowania ramki.

Używając różnych rodzajów wykrywania błędów, a także technik ograniczania błędów, takich jak CRC i automatyczne ponawianie prób, można uniknąć zakłócania n/w przez wadliwy węzeł. CAN zapewnia niezwykle solidne sprawdzanie błędów, a także zdolność ograniczania błędów.

Narzędzia

Różne narzędzia używane do analizy protokołu DeviceNet obejmują popularne narzędzia do konfiguracji sieci, takie jak SyCon firmy Synergetic, NetSolver firmy Cutler-Hammer, RSNetworX firmy Allen-Bradley, monitory ruchu DeviceNet Detective i CAN lub analizatory, takie jak CAN Explorer firmy Peak i Canalyzer firmy Vector.

Obsługa błędów w protokole Devicenet

Obsługa błędów to procedura reagowania i usuwania błędów w programie. Ponieważ warstwa łącza danych jest obsługiwana przez CAN, obsługa błędów związanych z wykryciem wadliwego węzła i zamknięciem wadliwego węzła jest zgodna z protokołem sieciowym CAN. Jednak błędy w sieci urządzeń występują głównie z pewnych powodów, na przykład gdy jednostka DeviceNet nie jest prawidłowo podłączona lub jednostka wyświetlacza może mieć problemy. Aby rozwiązać te problemy, należy wykonać następującą procedurę.

• Podłącz prawidłowo urządzenie DeviceNet.
• Odłącz kabel DeviceNet.
• Dla każdej jednostki wyświetlacza należy zmierzyć zasilanie.
• Napięcie musi się dostosować w zakresie napięcia znamionowego.
• Włącz zasilanie i sprawdź, czy świeci dioda LED urządzenia DeviceNet.
• Jeśli dioda LED urządzenia DeviceNet jest WŁĄCZONA, sprawdź szczegóły błędu diody LED i odpowiednio popraw problem.
• Jeśli żadna dioda LED w sieci Devicenet nie jest włączona, światło może być uszkodzone. Musisz więc sprawdzić, czy jakiekolwiek styki złącza są złamane lub zgięte.
• Podłącz DeviceNet do połączenia poprzez uwagę.

Sieć Devicenet vs ControlNet

Poniżej wymieniono różnice między Devicenet i ControlNet.

Devicenet a Modbus

Poniżej wymieniono różnice między Devicenet a Modbus.

Kody błędów Devicenet

Poniżej wymieniono kody błędów DeviceNet o numerach poniżej 63 i powyżej 63. Tutaj < 63 numery są znane jako numery węzłów, podczas gdy liczby > 63 są znane jako kody błędów lub kody stanu. Większość kodów błędów dotyczy jednego lub większej liczby urządzeń. Jest to pokazane przez miganie kodu oraz numeru węzła na przemian. Jeśli musi być pokazanych kilka kodów i numerów węzłów, wyświetlanie przechodzi przez nie w kolejności numerów węzłów.

Na poniższej liście kody z kolorami po prostu opisują znaczenia

• Kod koloru zielonego pokaże normalne lub nienormalne warunki, które są spowodowane działaniem użytkownika.
• Kod koloru niebieskiego pokazuje błędy lub nienormalne warunki.
• Kod koloru czerwonego pokazuje poważne błędy i prawdopodobnie wymaga wymiany skanera.

Poniżej znajduje się kod błędu Devicenet z wymaganym działaniem.

Kod od 00 do 63 (kolor zielony): Wyświetlacz pokazuje adres skanera.
Kod 70 (kolor niebieski): Zmodyfikuj adres kanału skanera, w przeciwnym razie adres urządzenia powoduje konflikt.
Kod 71 (kolor niebieski): Lista skanowania wymaga ponownej konfiguracji i wyeliminowania wszelkich nielegalnych danych.
Kod 72 (kolor niebieski): Urządzenie musi sprawdzić i zweryfikować połączenia.
Kod 73 (kolor niebieski): Potwierdź, że dokładnie urządzenie znajduje się pod tym numerem węzła i upewnij się, że urządzenie jest zgodne z kluczem elektronicznym ułożonym na liście skanowania.
Kod 74 (kolor niebieski): Sprawdź konfigurację pod kątem niedopuszczalnego ruchu danych i sieci.
Kod 75 (kolor zielony): Utwórz i pobierz listę skanowania.
Kod 76 (kolor zielony): Utwórz i pobierz listę skanowania.
Kod 77 (kolor niebieski): Przeskanuj listę lub ponownie skonfiguruj urządzenie pod kątem odpowiednich rozmiarów danych nadawania i odbioru.
Kod 78 (kolor niebieski): Dołącz lub usuń urządzenie z sieci.
Kod 79 (kolor niebieski): Sprawdź, czy skaner jest podłączony do odpowiedniej sieci przez co najmniej jeden inny węzeł.
Kod 80 (kolor zielony): Zlokalizuj bit RUN w rejestrze poleceń skanera i ustaw PLC w trybie RUN.
Kod 81 (kolor zielony): Sprawdź program PLC oraz rejestry poleceń skanera.
Kod 82 (kolor niebieski): Sprawdź konfigurację urządzenia.
Kod 83 (kolor niebieski): Upewnij się, że wpis na liście skanowania i zweryfikuj konfigurację urządzenia
Kod 84 (kolor zielony): Inicjowanie komunikacji w ramach listy skanowania przez urządzenia
Kod 85 (kolor niebieski): Rozmieść urządzenie w celu uzyskania mniejszego rozmiaru danych.
Kod 86 (kolor niebieski): Sprawdź stan i konfigurację urządzenia.
Kod 87 (kolor niebieski): Sprawdź połączenie głównego skanera i konfigurację.
Kod 88 (kolor niebieski): Sprawdź połączenia skanera.
Kod 89 (kolor niebieski): Sprawdź rozmieszczenie/wyłącz ADR dla tego urządzenia.
Kod 90 (kolor zielony): Upewnij się, że program PLC i rejestr poleceń skanera
Kod 91 (niebieski kolor): Sprawdź system pod kątem uszkodzonych urządzeń
Kod 92 (kolor niebieski): Sprawdź, czy kabel przyłączeniowy dostarcza zasilanie sieciowe do portu DeviceNet skanera.
Kod 95 (kolor zielony): Nie wyjmuj skanera, gdy trwa aktualizacja FLASH.
Kod 97 (kolor zielony): Sprawdź program drabinkowy i rejestr poleceń skanera.
Kod 98 i 99 (kolor czerwony): Wymień lub napraw swój moduł.
Kod E2, E4 i E5 (kolor czerwony): Wymień lub zwróć moduł.
Kod E9 (kolor zielony): Sprawdź rejestr poleceń i moc cyklu w SDN, aby odzyskać.
Skaner to moduł z wyświetlaczem, podczas gdy Urządzenie jest innym węzłem w sieci, zwykle urządzeniem podrzędnym na liście skanowania skanera. To może być jeszcze jedna osobowość skanera działająca w trybie slave.

Zalety Devicenet

Do zalet protokołu DeviceNet należą:

• Protokoły te są dostępne po niższych kosztach, mają wysoką niezawodność i mają powszechną akceptację, przepustowość sieci jest wykorzystywana bardzo wydajnie i dostępna moc w sieci.
• Są one w stanie gromadzić duże ilości danych bez znacznego zwiększania kosztów projektu.
• Instalacja zajmuje mniej czasu.
• Niekosztowne w porównaniu z normalnym okablowaniem punkt-punkt.
• Czasami urządzenia DeviceNet zapewniają więcej funkcji sterowania w porównaniu ze zwykłymi lub przełączanymi urządzeniami.
• Większość urządzeń Devicenet zapewnia bardzo przydatne dane diagnostyczne, które mogą znacznie ułatwić rozwiązywanie problemów przez systemy i skrócić przestoje.
• Protokół ten może być używany z dowolnym komputerem PC lub sterownikiem PLC lub opartymi na nim systemami sterowania.

Wady protokołu DeviceNet obejmują następujące elementy.

• Te protokoły mają maksymalną długość kabla.
• Mają ograniczony rozmiar wiadomości i ograniczoną przepustowość.
• 90 do 95% wszystkich problemów z DeviceNet wynika głównie z problemu z okablowaniem.
• Mniejsza liczba urządzeń dla każdego węzła
• Ograniczony rozmiar wiadomości.
• Odległość kabla jest znacznie krótsza.

Aplikacje protokołu DeviceNet

The Aplikacje protokołu DeviceNet obejmują następujące elementy.

• Protokół DeviceNet zapewnia połączenia między różnymi urządzeniami przemysłowymi, takimi jak siłowniki, systemy automatyki , czujniki, a także skomplikowane urządzenia bez konieczności ingerencji
• Bloki lub moduły we/wy.
• Protokół DeviceNet jest używany w aplikacjach automatyki przemysłowej.
• Protokół sieciowy DeviceNet jest wykorzystywany w przemyśle automatyki do łączenia urządzeń sterujących w celu wymiany danych.
• Do sterowania silnikiem wykorzystywany jest protokół DeviceNet.
• Ten protokół ma zastosowanie w zbliżeniowych, prostych wyłącznikach krańcowych i przyciskach do sterowania rozdzielaczami,
• Jest to wykorzystywane w złożonych aplikacjach napędów AC i DC.

Tak więc jest to przegląd DeviceNet która jest wielopunktową, cyfrową siecią Fieldbus używaną do łączenia kilku urządzeń od wielu dostawców, takich jak sterowniki PLC, sterowniki przemysłowe, czujniki, siłowniki i systemy automatyki, zapewniając użytkownikom opłacalną sieć do zarządzania i dystrybucji prostych urządzeń za pomocą architektura. Oto pytanie do Ciebie, czym jest protokół?