DeviceNet: Arkitektur, meddelandeformat, felkoder, funktion och dess applikationer

DeviceNet-protokollet utvecklades först av Allen-Bradley som nu ägs av varumärket Rockwell Automation. Det beslutades att göra det till ett öppet nätverk genom att marknadsföra detta protokoll globalt med tredjepartsleverantörer. Nu hanteras detta protokoll av ODVA Company (Open DeviceNet Vendors Association) tillåter tredjepartsleverantörer och utvecklar standarder att använda nätverksprotokoll . DeviceNet är helt enkelt skiktat ovanpå Controller Area Network (CAN) teknologi som utvecklats av Bosch. Företag. Tekniken som används av denna teknik är från ControlNet som också är utvecklad av Allen Bradley. Så detta är historien om Devicenet. Så den här artikeln diskuterar en översikt av en Devicenet-protokoll – arbeta med applikationer.

Vad är DeviceNet Protocol?

DeviceNet-protokollet är en typ av nätverksprotokoll som används inom automationsindustrin genom att sammankoppla styrenheter för utbyte av data som t.ex. PLC:er , industriella kontroller, sensor s, ställdon & automationssystem från olika leverantörer. Detta protokoll använder helt enkelt det normala industriella protokollet över ett CAN (Controller Area Network) medialager och beskriver ett applikationslager för att täcka olika enhetsprofiler. Huvudapplikationerna för Devicenet-protokollet inkluderar främst säkerhetsanordningar, utbyte av data och stora I/O-kontrollnätverk.

Funktioner

De funktioner i Devicenet inkluderar följande.

• DeviceNet-protokollet stöder helt enkelt upp till 64 noder inklusive det 2048 högsta antalet enheter.
• Nätverkstopologin som används i detta protokoll är en busslinje eller trunk through drop-kablar för anslutning av enheterna.
• Ett avslutningsmotstånd på 121 ohm används på vilken sida som helst av trunkledningen.
• Den använder broar, repeatrar och annonsgateways och routrar.
• Den stöder olika lägen som master-slave, peer-to-peer och multi-master för att överföra data inom nätverket.
• Den bär både signalen och strömmen på en liknande kabel.
• Dessa protokoll kan också anslutas eller tas bort från nätverket med ström.
• DeviceNet-protokollet stöder helt enkelt 8A på bussen på grund av att systemet inte är säkert i sig.& hög effekthantering.

Devicenet arkitektur

DeviceNet är en kommunikationslänk som används för att ansluta industriella enheter som induktiva sensorer, gränslägesbrytare, fotoelektriska, tryckknappar, indikatorlampor, streckkodsläsare, motorkontroller och operatörsgränssnitt till ett nätverk genom att undvika komplexa och kostsamma kablar. Så direkt anslutning ger bättre kommunikation mellan enheter. I fallet med trådbundna I/O-gränssnitt är en analys av enhetsnivån inte möjlig.

DeviceNet-protokollet stöder helt enkelt en topologi som trunk-line eller drop-line så att noder enkelt kan anslutas till huvudlinjen eller korta grenar direkt. Varje DeviceNet-nätverk tillåter dem att ansluta upp till 64 noder varhelst en nod används av master-”skannern” och nod 63 är avsatt som standardnod av 62 noder tillgängliga för enheterna. Men de flesta industriella styrenheter tillåter anslutning till flera DeviceNet-nätverk där no. av noder som är sammankopplade kan utökas.

Devicenets nätverksprotokollarkitektur visas nedan. Detta nätverk följer helt enkelt OSI-modellen som använder 7 lager från fysiska till applikationslager. Detta nätverk är baserat på CIP (Common Industrial Protocol) som använder de tre högre skikten av CIP från början medan de sista fyra skikten har modifierats för tillämpningen av DeviceNet.

DeviceNets 'fysiska lager' inkluderar huvudsakligen en kombination av noder, kablar, uttag och termineringsmotstånd inom en trunkline-dropline-topologi.

För datalänkslagret använder detta nätverksprotokoll CAN-standarden (Controller Area Network) som helt enkelt hanterar alla meddelanden mellan enheter och styrenheter.

Nätverks- och transportskikten i detta protokoll kommer att upprätta en anslutning av enheten genom anslutnings-ID:n främst för noderna som inkluderar ett MAC-ID för en enhet och ett meddelande-ID.

Noden adresserar ett giltigt område för DeviceNet som sträcker sig från 0 till 63 vilket ger totalt 64 möjliga anslutningar. Här är den största fördelen med anslutnings-ID:t att det tillåter DeviceNet att känna igen dubbletter av adresser genom att kontrollera MAC-ID och signalera till operatören att det måste fixas.

DeviceNet-nätverket minskar inte bara lednings- och underhållskostnaderna eftersom det behöver mindre ledningar utan tillåter också DeviceNet-nätverkskompatibla enheter från olika tillverkare. Detta nätverksprotokoll är baserat på Controller Area Network eller CAN som är känt som kommunikationsprotokoll. Den utvecklades främst för maximal flexibilitet mellan fältenheter och interoperabilitet mellan olika tillverkare.

Detta nätverk är organiserat som ett enhetsbussnätverk vars egenskaper är kommunikation på bytenivå och hög hastighet som innehåller analog utrustningskommunikation och hög diagnostisk effekt genom nätverksenheterna. Ett DeviceNet-nätverk inkluderar upp till 64 enheter inklusive en enda enhet på varje nodadress som börjar från 0 – 63.

Det finns två kablar av standardtyp som används i detta nätverk tjocka och tunna. Tjock kabel används för stamledningen medan den tunna kabeln används för dropline. Den högsta kabellängden beror främst på överföringshastigheten. Dessa kablar inkluderar normalt fyra färger av kablar som svart, röd, blå och vit. Den svarta kabeln är för en 0V strömförsörjning, den röda kabeln är för en +24 V strömförsörjning, den blå färgkabeln är för en låg CAN-signal och den vita kabeln är för en CAN High-signal.

Hur fungerar Devicenet?

DeviceNet fungerar genom att använda CAN (Controller Area Network) för sitt datalänkslager och liknande nätverksteknik används inom fordonsfordon för kommunikationsändamål mellan smarta enheter. DeviceNet stöder helt enkelt upp till 64 noder på endast DeviceNet-nätverket. Detta nätverk kan inkludera en enda Master och upp till 63 slavar. Så, DeviceNet stöder Master/Slave och peer-to-peer-kommunikation genom att använda I/O samt explicit meddelandehantering för övervakning, kontroll och konfiguration. Detta nätverksprotokoll används inom automationsindustrin för datautbyte genom kommunikation med styrenheter. Den använder Common Industrial Protocol eller CIP över ett CAN-medialager för att definiera ett applikationslager för att täcka en mängd olika enhetsprofiler.

Följande diagram visar hur meddelanden utbyts mellan enheter inom enhetens nätverk.

I Devicenet, innan Input/Output-datakommunikation sker mellan enheterna, bör Master-enheten först ansluta till slavenheter med anslutning av explicit meddelande för att beskriva anslutningsobjektet.

I ovanstående anslutning tillhandahåller vi helt enkelt en enda anslutning för explicita meddelanden & fyra I/O-anslutningar.

Så detta protokoll beror huvudsakligen på anslutningsmetodkonceptet där Master-enheten ska ansluta till slavenheten beroende på I/O-data & informationsutbyte-kommandot. För att ställa in en huvudstyrenhet är det helt enkelt fyra huvudsteg involverade och varje stegfunktion förklaras nedan.

Lägg till enhet i nätverket

Här måste vi tillhandahålla MAC ID för slavenheten som ska inkluderas i nätverket.

Konfigurera anslutning

För en slavenhet kan du verifiera typen av I/O-anslutning och längden på I/O-data.

Upprätta anslutning

När anslutningen väl är upprättad kan användare börja kommunicera via slavenheter.

Få åtkomst till I/O-data

När kommunikationen väl har gjorts av slavenheter kan I/O-data nås via en motsvarande läs- eller skrivfunktion.

När väl den explicita anslutningen är gjord, används anslutningsbanan för att utbyta bred information med användning av en nod till de andra noderna. Efter det kan användare göra I/O-anslutningarna inom nästa steg. När I/O-anslutningar görs kan I/O-data enkelt utbytas mellan enheter inom DeviceNet-nätverket baserat på kravet från masterenheten. Så masterenheten kommer åt slavenhetens I/O-data med en av de fyra I/O-anslutningsteknikerna. För att återställa & överföra I/O-data från slaven är biblioteket inte bara enkelt att använda utan tillhandahåller också många Master-funktioner i DeviceNet.

Devicenet meddelandeformat

DeviceNet-protokollet använder helt enkelt typiska, ursprungliga CAN, speciellt för dess datalänkslager. Så detta är den ganska minsta overhead som krävs av CAN i datalänklagret så att DeviceNet kommer att bli mycket effektivt när det hanterar meddelanden. Över Devicenet-protokollet används den minsta nätverksbandbredden för paketering såväl som sändning av CIP-meddelanden och minsta processoroverhead krävs genom en enhet för att överföra sådana meddelanden.

Även om specifikationen för CAN definierar olika typer av meddelandeformat som data, fjärrkontroll, överbelastning och fel. DeviceNet-protokollet använder huvudsakligen bara dataramen. Så meddelandeformatet för CAN-dataramen ges nedan.

I ovanstående dataram, så snart en start av rambit har sänts, kommer alla mottagare över ett CAN-nätverk att samordna sig med övergången till det dominerande tillståndet från recessiven.

Både identifieraren och RTR-biten (Remote Transmission Request) i ramen bildar skiljedomsfältet som helt enkelt används för att hjälpa mediaåtkomstprioritet. När en enhet väl sänder kontrollerar den också varje bit som den sänder på en gång och tar emot varje sänd bit för att autentisera de överförda data och för att möjliggöra direkt detektering av synkroniserad överföring.

CAN-kontrollfältet inkluderar huvudsakligen 6-bitar där innehållet i de två bitarna är fixerat och de återstående 4-bitarna används huvudsakligen för ett längdfält för att specificera den kommande datafältslängden från 0 till 8 byte.
Dataramen för CAN följs av fältet CRC (Cyclic Redundancy Check) för att identifiera ramfel och olika ramformateringsavgränsare.

Genom att använda olika typer av feldetektering såväl som felinneslutningstekniker som CRC och automatiska återförsök, kan en felaktig nod undvikas från att störa n/w. KAN ge extremt robust felkontroll samt felinneslutningskapacitet.

Verktyg

De olika verktygen som används för att analysera DeviceNet-protokollet inkluderar vanliga nätverkskonfigurationsverktyg som Synergetics SyCon, Cutler-Hammers NetSolver, Allen-Bradleys RSNetworX, DeviceNet Detective & CAN-trafikövervakare eller analysatorer som Peaks CAN Explorer & Vectors Canalyzer.

Felhantering i Devicenet Protocol

Felhantering är proceduren för att reagera på och återhämta sig från felförhållandena i programmet. Eftersom datalänklagret hanteras av CAN är felhanteringen relaterad till upptäckten av felaktig nod och avstängning av den felaktiga noden enligt CAN-nätverksprotokollet. Men, Felen i Device Net uppstår främst på grund av vissa orsaker som när enheten i DeviceNet inte är korrekt ansluten eller enheten på en bildskärm kan ha problem. För att lösa dessa problem måste följande procedur följas.

• Anslut DeviceNet-enheten korrekt.
• Ta isär kabeln till DeviceNet.
• För varje displayenhet måste strömförsörjningen mätas.
• Spänningen måste justeras inom området för märkspänning.
• Slå PÅ strömmen och kontrollera om LED-lampan på DeviceNet-enheten tänds.
• Om LED-lampan på DeviceNet-enheten är PÅ, se till att LED-felet är detaljerad och åtgärda problemet därefter.
• Om inga lysdioder på Devicenet är påslagna kan lampan vara defekt. Så måste verifiera om några kontaktstift är trasiga eller böjda.
• Anslut DeviceNet till anslutningen genom uppmärksamhet.

Devicenet vs ControlNet

Skillnaden mellan Devicenet och ControlNet listas nedan.

Devicenet vs Modbus

Skillnaden mellan Devicenet och Modbus listas nedan.

Devicenet felkoder

DeviceNet-felkoderna från under 63 nummer och över 63 nummer listas nedan. Här är < 63 nummer kända som nodnummer medan >63 nummer är kända som felkoder eller statuskoder. De flesta felkoder gäller för enstaka eller flera enheter. Så detta visas genom att blinka koden samt nodnumret växelvis. Om flera koder och nodnummer måste visas, växlar displayen genom dem i nodnummerordning.

I följande lista beskriver koderna med färger helt enkelt betydelserna

• Den gröna färgkoden kommer att visa normala eller onormala tillstånd som orsakas av användarens agerande.
• Den blå färgkoden visar fel eller onormala förhållanden.
• Den röda färgkoden visar allvarliga fel och behöver förmodligen en ersättningsskanner.

Här listas en Devicenet-felkod med den nödvändiga åtgärden nedan.

Kod från 00 till 63 (grön färg): Displayen visar skannerns adress.
Kod 70 (Blå färg): Ändra adressen till skannerkanalen som annars står i konflikt med enhetens adress.
Kod 71 (blå färg): Skanningslistan måste konfigureras om och eliminera olaglig data.
Kod 72 (blå färg): Enheten måste kontrollera och verifiera anslutningar.
Kod 73 (blå färg): Bekräfta att den exakta enheten är på detta nodnummer och se till att enheten är lika med den elektroniska nyckeln som är arrangerad i skanningslistan.
Kod 74 (blå färg): Verifiera konfigurationen för oacceptabel data- och nätverkstrafik.
Kod 75 (grön färg): Skapa och ladda ner skanningslistan.
Kod 76 (grön färg): Skapa och ladda ner skanningslistan.
Kod 77 (blå färg): Skanna lista eller konfigurera om enheten för rätt sändnings- och mottagningsdatastorlekar.
Kod 78 (blå färg): Inkludera eller ta bort enheten från nätverket.
Kod 79 (blå färg): Kontrollera om skannern är ansluten till ett lämpligt nätverk med minst en annan nod.
Kod 80 (grön färg): Leta upp RUN-biten i skannerkommandoregistret och placera PLC i RUN-läget.
Kod 81 (grön färg): Verifiera PLC-programmet samt skannerns kommandoregister.
Kod 82 (blå färg): Kontrollera enhetens konfiguration.
Kod 83 (blå färg): Se till att posten i skanningslistan och verifiera enhetens konfiguration
Kod 84 (grön färg): Initierar kommunikation inom skanningslistan av enheter
Kod 85 (blå färg): Ordna enheten för en mindre datastorlek.
Kod 86 (blå färg): Säkerställ enhetsstatus och konfiguration.
Kod 87 (blå färg): Verifiera anslutningen av den primära skannern och konfigurationen.
Kod 88 (blå färg): Kontrollera skannerns anslutningar.
Kod 89 (blå färg): Kontrollera arrangemang/avaktivera ADR för denna enhet.
Kod 90 (grön färg): Se till att skannerns PLC-program & kommandoregister
Kod 91 (blå färg): Verifiera systemet för felaktiga enheter
Kod 92 (blå färg): Kontrollera om kabeln ger nätverksström mot porten på skannern DeviceNet.
Kod 95 (grön färg): Ta inte bort skannern när FLASH-uppdateringen pågår.
Kod 97 (grön färg): Verifiera skannerns stegprogram & kommandoregister.
Kod 98 & 99 (röd färg): Byt ut eller serva din modul.
Kod E2, E4 & E5 (röd färg): Byt ut eller returnera modul.
Kod E9 (grön färg): Verifiera kommandoregistret och strömstyrkan på SDN för att återställa.
Skannern är modulen som har displayen medan enheten är någon annan nod i nätverket, normalt en slavenhet inom skannerlistan. Detta kan vara ytterligare en personlighet i slavläge hos skannern.

Fördelar med Devicenet

Fördelarna med DeviceNet-protokollet inkluderar följande.

• Dessa protokoll är tillgängliga till lägre kostnad, har hög tillförlitlighet och har bred acceptans, nätverksbandbredd används mycket effektivt och tillgänglig kraft i nätverket.
• Dessa är kapabla att samla in stora mängder data utan att kostnaderna för projektet ökar avsevärt.
• Det tar kortare tid att installera.
• Inte dyrt jämfört med normal punkt-till-punkt kabeldragning.
• Ibland ger DeviceNet-enheter fler kontrollfunktioner jämfört med normala eller switchade enheter.
• De flesta av Devicenet-enheterna tillhandahåller mycket användbara diagnostiska data som kan göra system att felsöka mycket enklare och minska stilleståndstiden.
• Detta protokoll kan användas med vilken PC eller PLC som helst eller baserade styrsystem.

Nackdelarna med DeviceNet-protokollet inkluderar följande.

• Dessa protokoll har maximal kabellängd.
• De har en begränsad storlek på meddelanden och begränsad bandbredd.
• 90 till 95 % av alla DeviceNet-problem uppstår huvudsakligen på grund av ett kabelproblem.
• Mindre antal enheter för varje nod
• Meddelandets begränsade storlek.
• Kabelavståndet är betydligt kortare.

DeviceNet Protocol Applications

De DeviceNet-protokollapplikationer inkluderar följande.

• DeviceNet-protokollet tillhandahåller anslutningar mellan olika industriella enheter som ställdon, automationssystem , sensorer och även komplicerade anordningar utan krav på att ingripa
• I/O-block eller moduler.
• DeviceNet-protokollet används i industriella automationsapplikationer.
• DeviceNet nätverksprotokoll används inom automationsindustrin för att sammankoppla styrenheter för utbyte av data.
• DeviceNet-protokollet används för att styra en motor.
• Detta protokoll är tillämpligt i närhet, enkla gränslägesbrytare och tryckknappar för att styra grenrör,
• Detta används i komplexa AC- och DC-drivtillämpningar.

Detta är alltså en översikt över DeviceNet som är ett multi-drop, digitalt fältbussnätverk som används för att ansluta flera enheter från flera leverantörer som PLC:er, industriella styrenheter, sensorer, ställdon och automationssystem genom att tillhandahålla ett kostnadseffektivt nätverk till användarna för att hantera och distribuera enkla enheter genom att använda arkitekturen. Här är en fråga till dig, vad är ett protokoll?