DeviceNet: Architektur, Nachrichtenformat, Fehlercodes, Funktionsweise und Anwendungen

Das DeviceNet-Protokoll wurde ursprünglich von Allen-Bradley entwickelt, das jetzt im Besitz der Marke Rockwell Automation ist. Es wurde beschlossen, es zu einem offenen Netzwerk zu machen, indem dieses Protokoll weltweit bei Drittanbietern beworben wird. Jetzt wird dieses Protokoll von der ODVA Company (Open DeviceNet Vendors Association) verwaltet, die Drittanbietern die Verwendung ermöglicht und Standards entwickelt Netzwerkprotokoll . DeviceNet wird einfach darüber geschichtet Controller Area Network (CAN) Technologie, die von Bosch entwickelt wurde. Gesellschaft. Die von dieser Technologie übernommene Technologie stammt von ControlNet, das ebenfalls von Allen Bradley entwickelt wurde. Das ist also die Geschichte von Devicenet. Daher behandelt dieser Artikel einen Überblick über a Devicenet-Protokoll – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist das DeviceNet-Protokoll?

Das DeviceNet-Protokoll ist eine Art von Netzwerkprotokoll, das im Bereich der Automatisierungsindustrie verwendet wird, indem Steuergeräte zum Austauschen von Daten wie z SPS , Industriesteuerungen, Sensor s, Aktuatoren & Automatisierungssysteme von verschiedenen Anbietern. Dieses Protokoll verwendet einfach das normale Industrieprotokoll über eine CAN (Controller Area Network)-Medienschicht und beschreibt eine Anwendungsschicht, um verschiedene Geräteprofile abzudecken. Die Hauptanwendungen des Devicenet-Protokolls umfassen hauptsächlich Sicherheitsgeräte, Datenaustausch und große I/O-Steuerungsnetzwerke.

Merkmale

Das Funktionen von Devicenet füge folgendes hinzu.

• Das DeviceNet-Protokoll unterstützt einfach bis zu 64 Knoten, einschließlich der höchsten Anzahl von 2048 Geräten.
• Die in diesem Protokoll verwendete Netzwerktopologie ist eine Busleitung oder ein Trunk durch Drop-Kabel zum Verbinden der Geräte.
• Auf jeder Seite der Hauptleitung wird ein Abschlusswiderstand mit einem Wert von 121 Ohm verwendet.
• Es verwendet Brücken, Repeater, Gateways und Router.
• Es unterstützt verschiedene Modi wie Master-Slave, Peer-to-Peer und Multi-Master, um Daten innerhalb des Netzwerks zu übertragen.
• Es überträgt sowohl das Signal als auch die Stromversorgung über ein ähnliches Kabel.
• Diese Protokolle können auch mit dem Netz verbunden oder von diesem entfernt werden.
• Das DeviceNet-Protokoll unterstützt einfach 8 A auf dem Bus, da das System intrinsisch nicht sicher ist. & hohe Belastbarkeit.

Devicenet-Architektur

DeviceNet ist eine Kommunikationsverbindung, die verwendet wird, um industrielle Geräte wie induktive Sensoren, Endschalter, Lichtschranken, Drucktasten, Anzeigeleuchten, Barcodeleser, Motorsteuerungen und Bedienerschnittstellen mit einem Netzwerk zu verbinden, indem eine komplexe und kostspielige Verkabelung vermieden wird. Direkte Konnektivität ermöglicht also eine bessere Kommunikation zwischen Geräten. Bei kabelgebundenen I/O-Schnittstellen ist eine Analyse der Geräteebene nicht möglich.

Das DeviceNet-Protokoll unterstützt einfach eine Topologie wie Trunk-Line oder Drop-Line, sodass Knoten problemlos direkt mit der Hauptleitung oder kurzen Abzweigungen verbunden werden können. Jedes DeviceNet-Netzwerk ermöglicht es ihnen, bis zu 64 Knoten zu verbinden, wo immer ein Knoten vom Master-„Scanner“ verwendet wird und Knoten 63 als Standardknoten für 62 Knoten reserviert ist, auf die die Geräte zugreifen können. Die meisten Industriesteuerungen ermöglichen jedoch die Verbindung mit mehreren DeviceNet-Netzwerken, wodurch die Nr. von Knoten, die miteinander verbunden sind, können erweitert werden.

Die Architektur des Devicenet-Netzwerkprotokolls ist unten dargestellt. Dieses Netzwerk folgt einfach dem OSI-Modell, das 7 Schichten von der physischen bis zur Anwendungsschicht verwendet. Dieses Netzwerk basiert auf dem CIP (Common Industrial Protocol), das von Anfang an die drei höheren Schichten von CIP verwendet, während die letzten vier Schichten für die Anwendung von DeviceNet modifiziert wurden.

Die „physikalische Schicht“ von DeviceNet umfasst hauptsächlich eine Kombination aus Knoten, Kabeln, Abgriffen und Abschlusswiderständen innerhalb einer Trunkline-Dropline-Topologie.

Für die Datenverbindungsschicht verwendet dieses Netzwerkprotokoll den CAN-Standard (Controller Area Network), der einfach alle Nachrichten zwischen Geräten und Controllern verarbeitet.

Die Netzwerk- und Transportschichten dieses Protokolls stellen eine Verbindung durch das Gerät über Verbindungs-IDs hauptsächlich für die Knoten her, die eine MAC-ID eines Geräts und eine Nachrichten-ID enthalten.

Der Knoten adressiert einen gültigen Bereich für DeviceNet, der von 0 bis 63 reicht, was insgesamt 64 mögliche Verbindungen bietet. Hier besteht der Hauptvorteil der Verbindungs-ID darin, dass DeviceNet doppelte Adressen erkennen kann, indem es die MAC-ID überprüft und dem Betreiber signalisiert, dass sie behoben werden muss.

Das DeviceNet-Netzwerk senkt nicht nur die Verdrahtungs- und Wartungskosten, da es weniger Verkabelung benötigt, sondern ermöglicht auch DeviceNet-Netzwerk-kompatible Geräte verschiedener Hersteller. Dieses Netzwerkprotokoll basiert auf dem Controller Area Network oder CAN, das als Kommunikationsprotokoll bekannt ist. Es wurde hauptsächlich für maximale Flexibilität zwischen Feldgeräten und Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern entwickelt.

Dieses Netzwerk ist wie ein Gerätebus-Netzwerk organisiert, dessen Merkmale die Kommunikation auf Byte-Ebene und eine hohe Geschwindigkeit sind, die eine analoge Gerätekommunikation und eine hohe Diagnoseleistung durch die Netzwerkgeräte enthält. Ein DeviceNet-Netzwerk umfasst bis zu 64 Geräte, einschließlich eines einzelnen Geräts an jeder Knotenadresse, die von 0 bis 63 beginnt.

In diesem Netzwerk werden zwei Standardkabel dick und dünn verwendet. Dickes Kabel wird für die Stammleitung verwendet, während dünnes Kabel für die Stichleitung verwendet wird. Die maximale Kabellänge hängt hauptsächlich von der Übertragungsgeschwindigkeit ab. Diese Kabel umfassen normalerweise vier Kabelfarben wie Schwarz, Rot, Blau und Weiß. Das schwarze Kabel ist für eine 0-V-Stromversorgung, das rote Kabel für eine +24-V-Stromversorgung, das blaue Kabel für ein CAN-Low-Signal und das weiße Kabel für ein CAN-High-Signal.

Wie funktioniert Devicenet?

DeviceNet funktioniert mit CAN (Controller Area Network) für seine Datenverbindungsschicht und ähnliche Netzwerktechnologie wird in Kraftfahrzeugen für Kommunikationszwecke zwischen intelligenten Geräten verwendet. DeviceNet unterstützt einfach bis zu 64 Knoten nur im DeviceNet-Netzwerk. Dieses Netzwerk kann einen einzelnen Master und bis zu 63 Slaves umfassen. DeviceNet unterstützt also die Master/Slave- und Peer-to-Peer-Kommunikation durch Verwendung von E/A sowie Explicit Messaging für Überwachung, Steuerung und Konfiguration. Dieses Netzwerkprotokoll wird in der Automatisierungsindustrie zum Datenaustausch durch Kommunikation mit Steuergeräten verwendet. Es verwendet das Common Industrial Protocol oder CIP über eine CAN-Medienschicht, um eine Anwendungsschicht zur Abdeckung einer Vielzahl von Geräteprofilen zu definieren.

Das folgende Diagramm zeigt, wie die Nachrichten zwischen Geräten innerhalb des Gerätenetzes ausgetauscht werden.

In Devicenet sollte sich das Master-Gerät zunächst mit der Verbindung einer expliziten Nachricht zur Beschreibung des Verbindungsobjekts mit den Slave-Geräten verbinden, bevor die Ein-/Ausgangsdatenkommunikation zwischen den Geräten stattfindet.

In der obigen Verbindung stellen wir einfach eine einzelne Verbindung für explizite Nachrichten und vier I/O-Verbindungen bereit.

Dieses Protokoll hängt also hauptsächlich vom Konzept der Verbindungsmethode ab, bei der sich das Master-Gerät mit dem Slave-Gerät verbinden sollte, je nach Befehl für E/A-Daten und Informationsaustausch. Um ein Master-Steuergerät einzurichten, sind lediglich 4 Hauptschritte erforderlich, und jede Schrittfunktion wird unten erklärt.

Gerät zum Netzwerk hinzufügen

Hier müssen wir die MAC-ID des Slave-Geräts angeben, das in das Netzwerk aufgenommen werden soll.

Verbindung konfigurieren

Bei einem Slave-Gerät können Sie die Art der E/A-Verbindung und die Länge der E/A-Daten überprüfen.

Verbindung herstellen

Sobald die Verbindung hergestellt ist, können Benutzer mit der Kommunikation über Slave-Geräte beginnen.

Greifen Sie auf E/A-Daten zu

Sobald die Kommunikation von Slave-Geräten erfolgt ist, kann auf die E/A-Daten über eine entsprechende Lese- oder Schreibfunktion zugegriffen werden.

Sobald die explizite Verbindung hergestellt ist, wird die Verbindungsspur verwendet, um breite Informationen unter Verwendung eines Knotens mit den anderen Knoten auszutauschen. Danach können Benutzer im nächsten Schritt die E/A-Verbindungen herstellen. Wenn E/A-Verbindungen hergestellt werden, können E/A-Daten je nach Bedarf des Master-Geräts einfach zwischen Geräten innerhalb des DeviceNet-Netzwerks ausgetauscht werden. Das Master-Gerät greift also mit einer der vier E/A-Verbindungstechniken auf die E/A-Daten des Slave-Geräts zu. Um die E/A-Daten des Slaves wiederherzustellen und zu übertragen, ist die Bibliothek nicht nur einfach zu verwenden, sondern bietet auch viele Master-Funktionen von DeviceNet.

Devicenet-Nachrichtenformat

Das DeviceNet-Protokoll verwendet einfach typisches, originales CAN, insbesondere für seine Datenverbindungsschicht. Dies ist also der relativ geringste Overhead, der von CAN auf der Datenverbindungsschicht benötigt wird, damit DeviceNet bei der Verarbeitung von Nachrichten sehr effizient wird. Über das Devicenet-Protokoll wird die geringste Netzwerkbandbreite zum Packen sowie zum Übertragen von CIP-Nachrichten verwendet und es ist auch der geringste Prozessoraufwand durch ein Gerät erforderlich, um solche Nachrichten zu übertragen.

Die Spezifikation von CAN definiert jedoch verschiedene Arten von Nachrichtenformaten wie Daten, Remote, Überlast und Fehler. Das DeviceNet-Protokoll verwendet hauptsächlich nur den Datenrahmen. Das Nachrichtenformat für den CAN-Datenrahmen ist unten angegeben.

Sobald in dem obigen Datenrahmen ein Start-of-Frame-Bit übertragen wird, koordinieren alle Empfänger über ein CAN-Netzwerk den Übergang vom rezessiven zum dominanten Zustand.

Sowohl der Identifier als auch das RTR-Bit (Remote Transmission Request) im Frame bilden das Arbitrierungsfeld, das einfach verwendet wird, um die Medienzugriffspriorität zu unterstützen. Sobald ein Gerät sendet, prüft es auch jedes gesendete Bit auf einmal und empfängt jedes gesendete Bit, um die gesendeten Daten zu authentifizieren und eine synchronisierte Übertragung direkt zu erkennen.

Das CAN-Steuerfeld umfasst hauptsächlich 6 Bits, wobei der Inhalt von zwei Bits festgelegt ist und die verbleibenden 4 Bits hauptsächlich für ein Längenfeld verwendet werden, um die Länge des bevorstehenden Datenfelds von 0 bis 8 Bytes zu spezifizieren.
Dem Datenrahmen von CAN folgt das CRC-Feld (Cyclic Redundancy Check), um Rahmenfehler und verschiedene Trennzeichen für die Rahmenformatierung zu identifizieren.

Durch die Verwendung verschiedener Arten der Fehlererkennung sowie von Techniken zur Fehlereingrenzung wie CRC und automatische Wiederholungen kann verhindert werden, dass ein fehlerhafter Knoten das n/w stört. CAN bietet eine äußerst robuste Fehlerprüfung sowie Fehlereingrenzungskapazität.

Werkzeug

Zu den verschiedenen Tools, die zur Analyse des DeviceNet-Protokolls verwendet werden, gehören gängige Netzwerkkonfigurationstools wie SyCon von Synergetic, NetSolver von Cutler-Hammer, RSNetworX von Allen-Bradley, DeviceNet Detective und CAN-Verkehrsmonitore oder Analysatoren wie CAN Explorer von Peak und Canalyzer von Vector.

Fehlerbehandlung im Devicenet-Protokoll

Die Fehlerbehandlung ist das Verfahren zum Reagieren auf und Wiederherstellen von Fehlerzuständen innerhalb des Programms. Da die Datenverbindungsschicht von CAN gehandhabt wird, erfolgt die Fehlerbehandlung in Bezug auf die Erkennung eines fehlerhaften Knotens und das Herunterfahren des fehlerhaften Knotens gemäß dem CAN-Netzwerkprotokoll. Die Fehler im Gerätenetz treten jedoch hauptsächlich aus bestimmten Gründen auf, z. B. wenn die Einheit von DeviceNet nicht richtig angeschlossen ist oder die Einheit eines Displays Probleme hat. Um diese Probleme zu überwinden, muss das folgende Verfahren befolgt werden.

• Schließen Sie das DeviceNet-Gerät ordnungsgemäß an.
• Trennen Sie das Kabel von DeviceNet.
• Für jede Anzeigeeinheit muss die Stromversorgung gemessen werden.
• Die Spannung muss sich im Bereich der Nennspannung einstellen.
• Schalten Sie die Stromversorgung ein und überprüfen Sie, ob die LED der DeviceNet-Einheit aufleuchtet.
• Wenn die LED der DeviceNet-Einheit eingeschaltet ist, überprüfen Sie die LED-Fehlerdetails und beheben Sie das Problem entsprechend.
• Wenn keine LEDs am Devicenet eingeschaltet sind, ist das Licht möglicherweise defekt. Sie müssen also überprüfen, ob Verbindungsstifte gebrochen oder verbogen sind.
• Verbinden Sie das DeviceNet mit dem Anschluss durch Achtung.

Devicenet vs. ControlNet

Die Unterschiede zwischen Devicenet und ControlNet sind unten aufgeführt.

Devicenet vs. Modbus

Die Unterschiede zwischen Devicenet und Modbus sind unten aufgeführt.

Devicenet-Fehlercodes

Die DeviceNet-Fehlercodes mit Nummern unter 63 und Nummern über 63 sind unten aufgeführt. Hier werden < 63 Zahlen als Knotennummern bezeichnet, während > 63 Zahlen als Fehlercodes oder Statuscodes bezeichnet werden. Die meisten Fehlercodes gelten für einzelne oder mehrere Geräte. Dies wird also durch abwechselndes Blinken des Codes sowie der Knotennummer angezeigt. Wenn mehrere Codes und Knotennummern angezeigt werden müssen, werden sie in der Reihenfolge der Knotennummern zyklisch angezeigt.

In der folgenden Liste beschreiben die Codes mit Farben lediglich die Bedeutung

• Der grüne Farbcode zeigt normale oder anormale Zustände an, die durch die Aktion des Benutzers verursacht werden.
• Der blaue Farbcode zeigt Fehler oder anormale Bedingungen an.
• Der rote Farbcode zeigt schwerwiegende Fehler und erfordert wahrscheinlich einen Ersatzscanner.

Hier ist unten ein Devicenet-Fehlercode mit der erforderlichen Aktion aufgeführt.

Code von 00 bis 63 (grüne Farbe): Das Display zeigt die Adresse des Scanners an.
Code 70 (blaue Farbe): Ändern Sie die Adresse des Scannerkanals, andernfalls widersprüchliche Adresse des Geräts.
Code 71 (blaue Farbe): Die Scan-Liste muss neu konfiguriert und illegale Daten entfernt werden.
Code 72 (blaue Farbe): Das Gerät muss die Verbindungen prüfen und verifizieren.
Code 73 (blaue Farbe): Bestätigen Sie, dass sich das genaue Gerät an dieser Knotennummer befindet, und stellen Sie sicher, dass das Gerät dem elektronischen Schlüssel entspricht, der in der Scanliste angeordnet ist.
Code 74 (blaue Farbe): Überprüfen Sie die Konfiguration auf inakzeptablen Daten- und Netzwerkverkehr.
Code 75 (grüne Farbe): Scanliste erstellen und herunterladen.
Code 76 (grüne Farbe): Scanliste erstellen und herunterladen.
Code 77 (blaue Farbe): Liste scannen oder Gerät für die richtigen Übertragungs- und Empfangsdatengrößen neu konfigurieren.
Code 78 (Blaue Farbe): Das Gerät in das Netzwerk aufnehmen oder aus dem Netzwerk löschen.
Code 79 (blaue Farbe): Überprüfen Sie, ob der Scanner über mindestens einen anderen Knoten mit einem geeigneten Netzwerk verbunden ist.
Code 80 (grüne Farbe): Suchen Sie das RUN-Bit im Scanner-Befehlsregister und versetzen Sie die SPS in den RUN-Modus.
Code 81 (grüne Farbe): Überprüfen Sie das SPS-Programm sowie die Befehlsregister des Scanners.
Code 82 (blaue Farbe): Überprüfen Sie die Konfiguration des Geräts.
Code 83 (blaue Farbe): Überprüfen Sie den Scanlisteneintrag und überprüfen Sie die Konfiguration des Geräts
Code 84 (grüne Farbe): Initialisierung der Kommunikation innerhalb der Scan-Liste nach Geräten
Code 85 (blaue Farbe): Richten Sie das Gerät für eine geringere Datengröße ein.
Code 86 (Blau): Stellen Sie den Gerätestatus und die Konfiguration sicher.
Code 87 (blaue Farbe): Überprüfen Sie die Verbindung des primären Scanners und die Konfiguration.
Code 88 (blaue Farbe): Überprüfen Sie die Anschlüsse des Scanners.
Code 89 (Blau): Anordnung prüfen/ADR für dieses Gerät deaktivieren.
Code 90 (grüne Farbe): Stellen Sie sicher, dass das SPS-Programm und das Befehlsregister des Scanners vorhanden sind
Code 91 (Blau): Überprüfen Sie das System auf fehlerhafte Geräte
Code 92 (blaue Farbe): Überprüfen Sie, ob das Drop-Kabel Netzwerkstrom zum Port des Scanners DeviceNet liefert.
Code 95 (grüne Farbe): Entfernen Sie den Scanner nicht, während das FLASH-Update ausgeführt wird.
Code 97 (grüne Farbe): Überprüfen Sie das Kontaktplanprogramm und das Befehlsregister des Scanners.
Code 98 & 99 (rote Farbe): Ersetzen oder warten Sie Ihr Modul.
Code E2, E4 & E5 (rote Farbe): Modul ersetzen oder zurücksenden.
Code E9 (grüne Farbe): Überprüfen Sie das Befehlsregister und die Leistung des Zyklus auf dem SDN, um es wiederherzustellen.
Der Scanner ist das Modul mit der Anzeige, während das Gerät ein anderer Knoten im Netzwerk ist, normalerweise ein Slave-Gerät in der Scan-Liste des Scanners. Dies kann eine weitere Slave-Modus-Persönlichkeit des Scanners sein.

Vorteile von Devicenet

Zu den Vorteilen des DeviceNet-Protokolls gehören die folgenden.

• Diese Protokolle sind zu geringeren Kosten erhältlich, haben eine hohe Zuverlässigkeit und eine weit verbreitete Akzeptanz, die Netzwerkbandbreite wird sehr effizient genutzt und die verfügbare Leistung im Netzwerk.
• Diese sind in der Lage, große Datenmengen zu sammeln, ohne die Kosten des Projekts wesentlich zu erhöhen.
• Die Installation dauert weniger Zeit.
• Kostengünstig im Vergleich zu einer normalen Punkt-zu-Punkt-Verkabelung.
• Manchmal bieten DeviceNet-Geräte im Vergleich zu normalen oder geschalteten Geräten mehr Steuerfunktionen.
• Die meisten Devicenet-Geräte bieten sehr hilfreiche Diagnosedaten, die die Fehlersuche in Systemen sehr vereinfachen und Ausfallzeiten reduzieren können.
• Dieses Protokoll kann mit jedem PC oder SPS oder basierenden Steuerungssystemen verwendet werden.

Zu den Nachteilen des DeviceNet-Protokolls gehören die folgenden.

• Diese Protokolle haben eine maximale Kabellänge.
• Sie haben eine begrenzte Nachrichtengröße und eine begrenzte Bandbreite.
• 90 bis 95 % aller DeviceNet-Probleme treten hauptsächlich aufgrund eines Verkabelungsproblems auf.
• Weniger Geräte für jeden Knoten
• Die begrenzte Größe der Nachricht.
• Die Kabellänge ist deutlich kürzer.

DeviceNet-Protokollanwendungen

Das Anwendungen des DeviceNet-Protokolls füge folgendes hinzu.

• Das DeviceNet-Protokoll stellt Verbindungen zwischen verschiedenen Industriegeräten wie Aktoren, Automatisierungssysteme , Sensoren, aber auch komplizierte Geräte, ohne dass ein Eingriff erforderlich ist
• E/A-Blöcke oder -Module.
• Das DeviceNet-Protokoll wird in industriellen Automatisierungsanwendungen verwendet.
• Das DeviceNet-Netzwerkprotokoll wird in der Automatisierungsindustrie zum Verbinden von Steuergeräten zum Datenaustausch verwendet.
• Das DeviceNet-Protokoll wird zur Steuerung eines Motors verwendet.
• Dieses Protokoll ist anwendbar in der Nähe, einfache Endschalter und Drucktasten zur Steuerung von Verteilern,
• Dies wird in komplexen AC- und DC-Antriebsanwendungen verwendet.

Das ist also eine Übersicht über DeviceNet Dabei handelt es sich um ein digitales Multi-Drop-Feldbus-Netzwerk, das verwendet wird, um mehrere Geräte von mehreren Anbietern wie SPS, Industriesteuerungen, Sensoren, Aktoren und Automatisierungssysteme zu verbinden, indem den Benutzern ein kostengünstiges Netzwerk zur Verwaltung und Verteilung einfacher Geräte bereitgestellt wird Die Architektur. Hier ist eine Frage an Sie, was ist ein Protokoll?