DeviceNet: tudo o que você precisa saber

Em ambientes industriais, os dispositivos devem se comunicar, para o pleno funcionamento dos sistemas de produção.

Um dos protocolos mais utilizados para isso é o DeviceNet, que facilita a conexão entre sensores, atuadores e controladores, impactando na eficiência operacional.

Essa rede de baixo nível e protocolo aberto é amplamente adotada na automação industrial, para controle e monitoramento, em segmentos como: alimentício, papel e celulose, fabricação automotiva, etc.

Continue a leitura e descubra sua origem, funcionamento, características e se ela poderia funcionar para a sua aplicação.

O que é DeviceNet?

DeviceNet é um protocolo aberto utilizado em ambiente industrial para comunicação entre dispositivos de automação.

Ele atua com equipamentos analógicos e digitais simples ou complexos, e é adotado na camada de aplicação de baixo nível nos processos industriais, conectando até 64 nós em uma rede. 

Baseado na estrutura CAN (Controller Area Network), oferece suporte à troca de dados entre sensores, atuadores, controladores e computadores. Sua alimentação e sinal são em cabo único, oferecendo opções de fiação simples e com valor otimizado.

Como surgiu a DeviceNet?

Em 1990, DeviceNet foi criada originalmente pela empresa Allen-Bradley (que pertence atualmente à Rockwell Automation), mas entregue a uma associação independente, a Open Device Vendors Association (ODVA), para transformá-la em um protocolo aberto.

Como citamos acima, a rede usa como padrão o Controller Area Network (CAN) que, por sua vez, foi desenvolvido pela Bosch, na década de 80, para possibilitar a comunicação entre dispositivos inteligentes. 

Como funciona a rede DeviceNet?

Uma rede DeviceNet é alimentada em 24Vcc e seu meio físico é formado por cinco condutores. O protocolo necessita de dois resistores de terminação (com resistência igual a 121Ω e capacidade de dissipar 1/4W), afixados nas extremidades da rede.

O protocolo suporta I/Os e mensagens explícitas para um único ponto de conexão, possibilitando configuração, monitoramento e controle.

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Quantos dispositivos podem ser ligados na rede DeviceNet?

Uma única rede pode ter até 64 dispositivos conectados. Recomenda-se que o scanner DeviceNet (mestre da rede) receba o endereço 00 e os escravos entre 01 e 62, mantendo o endereço 63 disponível, evitando que um dispositivo fique improdutivo por causa de duplicação de nó (quando um dispositivo novo é inserido).

Principais características da DeviceNet

• Topologia tronco (trunk-line), conectada a várias derivações (drop-lines), que não podem ficar a mais de 6 metros do tronco;
• O próprio loop alimenta os dispositivos conectados à rede, bem como a maioria dos sensores;
• Muitas formas de troca de dados são suportadas: cíclica, polled, strobed;
• A configuração pode ser multi-mester ou mestre-escravo;
• O tamanho da rede de ponta a ponta pode ser de 100, 250 ou 500 metros, a depender de sua taxa de transmissão: 500, 250 ou 125 Kbps, respectivamente;
• Usa o Protocolo Industrial Comum (CIP) nas camadas superiores;
• Segue a interconexão de Sistemas Abertas (modelo OSI);
• Permite transição e encaminhamento para outros CIP Networks, como Ethernet IP;
• Usa o CAN para a camada de link de dados e CIP para as camadas superiores.

DeviceNet: topologia

Para fazer a conexão física entre os instrumentos que a compõem, a rede pode ser estruturada de diferentes formas: Branch line, Tree e Line.

As instalações podem ser realizadas com o uso de cabos finos, limitando-se a 6 metros por lance, não importando a taxa de transmissão. A topologia básica é baseada em uma linha principal com derivações partindo do próprio cabo principal.

Meio físico da rede DeviceNet

São usados dois pares de fios: um para a comunicação (na qual os sinais são baseados em uma técnica de tensão diferencial para redução dos ruídos eletromagnéticos e do efeito de indução, garantindo a integridade da informação) e outro para a alimentação contínua dos dispositivos (em 24V, protegendo contra acidentes).

Quais os principais tipos de cabos utilizados nas redes DeviceNet?

Os cabos da DeviceNet são normalizados e têm especificações rígidas que asseguram o funcionamento adequado da rede nos comprimentos preestabelecidos. Os módulos podem ser ligados com cabo tronco ou fino.

O tamanho do cabo tem relação direta com a sua indutância e capacitância distribuída. Veja os comprimentos máximos dos cabos em função da taxa de transmissão da rede:

Vantagens e desvantagens da DeviceNet

Quando analisamos suas características gerais, a DeviceNet é uma boa opção de rede industrial, pois traz importantes benefícios, como a redução drástica de custos ao fazer a integração de todos os dispositivos de E/S em uma rede tronco, com condutores de comunicação e energia no mesmo cabo, diminuindo a fiação.

Veja outras vantagens e pontos negativos:

Vantagens

• Uso eficiente da largura de banda da rede e da potência disponível na rede;
• Baixo custo, em comparação com a fiação ponto a ponto normal;
• Ampla aceitação;
• Alta confiabilidade;
• Intercambialidade e interoperabilidade;
• Troca de módulo pode ser feita à quente;
• Protocolo aberto e capacidade de operar com diferentes dispositivos, incluindo analógicos;
• Coleta grandes quantidades de dados, sem elevar significativamente os custos do projeto;
• Pode fornecer mais recursos de controle em comparação com dispositivos normais ou comutados;
• Leva menos tempo para instalar, em comparação a outras redes;
• Fornece dados de diagnóstico úteis para a solução de problemas e redução do tempo de inatividade;
• Pode ser usada com vários modelos de PCs e CLPs; etc.

Desvantagens

• Largura de banda, tamanho de mensagem e do cabo limitados;
• 90 a 95% de todos os problemas desta rede ocorrem principalmente devido a problemas de cabeamento;
• Baixo número de dispositivos para cada nó.

Principais aplicações da rede Devicenet

Devido às suas características, a DeviceNet é amplamente utilizada na indústria, em seus diferentes segmentos.

Compõe, principalmente, sistemas de automação, atuando com produtos fornecidos por vários fabricantes, desde sensores até Interfaces Homem-Máquina, permitindo uma comunicação eficiente.

Assim, é adotada em:

• automação industrial;
• controle de processos;
• sistemas de transporte e embalagem;
• blocos ou módulos de E/S;
• controle de coletores e motores;
• aplicações complexas de inversores CA e CC;
• máquinas de produção especializadas; etc.

Como configurar a DeviceNet?

Vimos acima que podemos ter até 64 nós em uma rede DeviceNet. Cada um desses nós tem seu próprio identificador de controle de acesso à mídia ou MAC ID. 

Quando adquirimos um dispositivo para esta rede, ele virá com seu MAC ID e precisará ser configurado, já tendo em mente a rede em que o mesmo será instalado.

Outros dados também necessitam de configuração, como: o identificador de classe, o identificador de instância e o identificador de atributo.

Após esse passo, deve-se acessar o sistema de controle para adicionar o DeviceNet scanner. Então, o software irá localizar os dispositivos conectados, para conclusão da instalação.

Para configurar os dispositivos DeviceNet, deve ser levado em consideração o tipo de sistema em que eles serão inseridos, entre outros fatores determinantes.

Como fazer manutenção na DeviceNet?

Para o funcionamento adequado de uma rede DeviceNet, é fundamental garantir a qualidade da instalação, seguindo critérios e procedimentos definidos pela ODVA e realizando um projeto prévio e detalhado.

Esse projeto deve incluir todos os dispositivos pertencentes à rede, com a sua respectiva identificação e localização física, além da entrada e saída do cabo de rede e suas derivações. Quando bem feito, a rede dificilmente apresentará instabilidades.

A monitoração da DeviceNet tomará por base esse projeto e poderá utilizar instrumentos como medidores de conexão (Net Meter, DeviceNet Alert, etc.) e de falhas e problemas (como o Detective Device).

PROFINET e DeviceNet: entenda a relação

É muito comum que, em uma mesma indústria, sejam encontrados dois tipos de protocolo em funcionamento.

Para integrá-los e ter, por exemplo, uma rede no chão de fábrica e outro tipo de rede no nível de sistema de controle, devem ser utilizados couplers ou conversores.

É possível também ter uma conexão transparente entre o nível de controle e os equipamentos de campo, conectando o sinal de um protocolo em outra rede e permitindo a configuração dos dispositivos de campo de forma remota.

Conclusão

A necessidade de conexão entre equipamentos de sistemas de automação acarretou no surgimento das redes industriais, que permitiram que esses dispositivos pudessem compartilhar dados e recursos.

A DeviceNet é uma delas, que trouxe aumento da produtividade por meio da melhoria de controle de processos e fluxo de informações.

Entre suas principais características, destaca-se a capacidade de atuar com aparelhos analógicos e digitais, sendo uma alternativa para economizar e fazer trocas rápidas entre pontos.

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