Rede Industrial DeviceNet​

​Controller Area Networking ou CAN é um padrão de comunicação com um conjunto bastante grande de descendentes que inclui DeviceNet, CanOpen, Can Kingdom e várias centenas de outros descendentes em todo o mundo.

O CAN foi criado pela Bosch na Alemanha em março de 1985. A empresa Bosch o projetou para substituir a fiação automotiva.

Nessa aula vamos conhecer um pouco das características que tornam o protocolo CAN único.

Um protocolo simples, fácil de implementar e muito inteligente.

Vamos conhecer mais algumas características do CAN e aprender um pouco sobre a relação de taxa de transmissão e comprimento do barramento CAN.

O protocolo CAN é estruturado basicamente em comparação com o modelo ISO/OSI com as camadas 1 e 2.​

Nessa aula vamos entender como funciona essa questão da arquitetura do CAN.

Uma rede CAN pode ser configurada para trabalhar com dois formatos de mensagem (ou "frame") diferentes: o formato de Standard (padrão) ou base (descrito em CAN 2.0 A e CAN 2.0 B) e o formato de frame extended (estendido) (descrito apenas por CAN 2.0 B).

Vamos dar uma conferida na diferença entre cada um deles nessa aula.

Na comunicação entre os nós de uma rede CAN são transmitidos diferentes tipos de frames, cada um com sua respectiva função.​

• Frame de dados;​

• Frame Remoto;​

• Frame de erro;​

• Frame de sobrecarga.​

Nessa aula vamos estudar sobre os sinais da rede CAN.

Aqui vamos começar a conhecer os Bits Dominante e Recessivos no protocolo CAN.

O protocolo CAN possui algumas formas de identificar erros, sendo as principais o:

Bit Stuffing, CRC, Reconhecimento (ACK), Contadores de erro e Barramento Off (BUS Off).

Vamos falar um pouco de cada uma dessas formas de identificação de erros do CAN BUS nessa aula.

O ponto chave do protocolo CAN é sem sombra de dúvida o seu sistema de Arbitragem.

Quando existe um acesso simultâneo ao barramento CAN é através da arbitragem que se define qual mensagem deve prosseguir na comunicação.

Vamos aprender como esse sistema funciona.

Nessa aula vamos analisar um pouco da interface e arquitetura de um dispositivo CAN e também conhecer um pouco sobre Filtragem das mensagens CAN.

Nessa aula vamos estudar sobre a parte física da rede CAN que engloba seu cabeamento, terminadores e conectores.

​Nessa primeira aula prática vamos ver como dois dispositivos se comunicam via CAN BUS.

Pra essa aula vamos utilizar duas placas Arduino, sendo um UNO e o outro MEGA.

Vamos utilizar dois controladores CAN MCP2515 para criar nosso barramento.

Assim vamos dar nossos primeiros passos na comunicação CAN BUS.

​Nessa segunda aula vamos ver como realizar acionamentos via CAN BUS e também como configurar o filtro de mensagens por ID nos devices CAN.

Biblioteca utilizada nessa aula: https://github.com/autowp/arduino-mcp2515

​Nessa terceira aula vamo ver como podemos enviar sinais analógicos pelo barramento CAN.

Vamos ler uma entrada analógica em um dos nosso Arduinos e enviar esse valor via CAN BUS para realizar acionamentos no outro Arduino.

A biblioteca utiliada nessa aula é a mesma utilizada na última aula.

Em uma aplicação industrial, com o monitoramento de rede você pode identificar se a rede está funcionando normalmente ou está congestionada, além disso, gargalos podem ser identificados na rede para identificar e melhorar o desempenho com atualizações na infraestrutura. Identificação de problemas: Quando podemos ler/escrever no barramento CAN se torna possível identificar todos os problemas relacionados à rede. Ao ler as informações adquiridas pelo sniffer é possível identificar os pacotes errados e/ou identificar o nó que não respondeu às requisições. Isso facilita a identificação eficiente de dispositivos defeituosos na rede e oferece a capacidade de executar ações corretivas rápidas.

​​Nessa aula vamos aprender como podemos coletar os dados do nosso barramento CAN BUS e enviá los para a plataforma do Node-Red.

Assim poderemos por exemplo criar Dashboards e monitorar o funcionamento dos dispositivos em uma rede CAN BUS.

O DeviceNet é um membro de uma família de redes que implementa o Common Industrial Protocol (CIP™) em suas camadas superiores.​

O CIP abrange um conjunto de mensagens e serviços para uma variedade de aplicações de automação de fabricação, incluindo controle, segurança, proteção, energia, sincronização, movimento, configuração, diagnóstico e informações.​

​A rede DeviceNet, como outras redes CIP, segue o modelo Open Systems Interconnection (OSI), que define um framework para implementação de protocolos de rede em sete camadas: física, enlace de dados, rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação. Vamos aprender como a DeviceNet se compara ao modelo OSI.

Nessa aulas vamos falar um pouco sobre como é composta a camada física de um dispositivo DeviceNet e também como é a arquitetura da rede.

O DeviceNet usa CAN padrão não modificado para sua camada de enlace de dados. A camada de link de dados da DeviceNet está definida pela especificação CAN e pela implementação de chips de controlador CAN.

Vamos ver as característica da camada 02 do DeviceNet nesta aula.

​O DeviceNet é uma rede baseada em conexão, o que significa que um relacionamento (ou seja, conexão) com um dispositivo deve primeiro ser estabelecido para trocar dados com esse dispositivo.

Vamos aprender como isso ocorre nesta aula.

​DeviceNet usa o Common Industrial Protocol (CIP), um protocolo controlador/dispositivo predefinido estritamente orientado a objetos, nas camadas superiores.

Vamos aprender um pouco mais como tudo funciona por aqui.

O DeviceNet fornece um esquema de comunicação alternativo e simplificado baseado em uma relação controlador/dispositivo.

Chamado de “Conjunto de conexão de controlador/dispositivo predefinido”, esse esquema simplifica tanto o empacotamento quanto o movimento de dados contidos nas mensagens de I/O mais usadas em aplicações de controle.

Nessa aula vamos estudar os métodos de troca de dados da rede DeviceNet​.

Vamos ver com mais detalhes os métodos polling, cíclico e mudança de estado.

O CIP também tem a habilidade para trabalhar com a camada de Data Link (camada 2 do modelo OSI) para prover a entrega de dados mais eficientes.

Métodos de comunicação múltiplos ajudam a entrega de mensagens de maneira eficiente, que é necessário para o último controle de uma aplicação.

​É importante ter um protocolo na camada de aplicação que lhe permite tirar proveito dos serviços produtor/consumidor, um termo que referência o método no qual é transportada informação sobre a camada Data Link.

​Fundamentalmente, DeviceNet emprega um modelo de mensagem peer-to-peer, mas também provê para um esquema de comunicação simplificado baseado em uma relação master/slave (mestre/escravo).

Esse esquema predefinido de conexão é conhecido como o conjunto de conexão predefinida master/slave.

O protocolo da DeviceNet suporta ambos os comandos Polled e Strobed.

Vamos aprender como funciona cada um deles nessa aula.

O ponto de maior importância para o perfeito funcionamento de uma rede DeviceNet é a qualidade de instalação, seguindo critérios e procedimentos definidos pelo fabricante, e garantindo a operação da rede de forma estável e constante.

Vamos falar um pouco das etapas de um projeto de rede DeviceNet.

​Vamos aprender nessa aula quais tipos de topologia a rede DeviceNet suporta e também conhecer os tipos de cabos que podemos utilizar na conexão dos nossos dipositivos DeviceNet.

Nessa aula vamos conversar sobre a importância da identificação dos dispositivos da nossa rede DeviceNet e também conhecer alguns dos principais elementos de conexão da rede.

A indicação do endereçamento no fluxograma da rede é muito importante, para facilitar a troca caso algum equipamento necessite de manutenção.

Em uma rede DeviceNet nós temos 64 endereços ativos para utilizar, porem existem alguns que são reservados para dispositivos especificos.

Vamos aprender como se configura os endereços nos dispositivos em uma rede DeviceNet.

Vamos ver nessa aula um pouco mais sobre os cabos da Rede DeviceNet.​

O comprimento dos cabos da rede DeviceNet devem estar descritos na fluxograma da rede, pois com esta informação podemos determinar a queda de tensão dos instrumentos observando os limites do comprimento de acordo com o tipo do cabo.

A distância entre dois pontos não deve exceder a distância máxima de cabo permitida para a taxa de transmissão de dados utilizada.

A distância máxima do cabo não é, necessariamente, apenas o comprimento do tronco, é a distância máxima entre dois dispositivos.

O resistor de terminação reduz as reflexões dos sinais de comunicação na rede que causam distúrbios na comunicação, com constantes e aleatórias paradas e eventualmente interrupções total do seu funcionamento.​

Escolha resistor baseado no tipo de cabo (redondo ou chato) e conector (aberto ou selado) que você utiliza.​

Vamos conhecer os tipos de resistores de terminação que fornecem conexão às derivações e linha tronco.​

​Uma coisa imprescindível na implementação de uma rede DeviceNet é a avaliação da queda de tensão ao longo da linha, que é ocasionada pela resistência ohmica do cabo submetida a corrente de consumo dos equipamentos alimentados pela rede.

Nessa aula vamos aprender a calcular essa queda de tensão nos equipamentos da rede.

​Para se determinar qual o valor de tensão que irá chegar aos equipamentos de campo, primeiramente devemos determinar as correntes nos trechos dos cabos, baseado na corrente de consumo dos equipamentos e pela lei de Kirchoff​.

Nessa aula vamos falar sobre fontes de alimentação e como resolver os problemas de queda de tensão no barramento DeviceNet.

Para determinar se você tem alimentação adequada para os dispositivos em seu sistema a cabo, podemos utilizar o método de procura.​

​Nessa aula vamos falar mais um pouco do método de procura que é utilizado para determinar a configuração de uma fonte de alimentação, utilizando alguns exemplos.

Vamos conhecer o método de cálculo total. Devemos utilizar o método de cálculo total se sua avaliação inicial indicar que uma seção está sobrecarregada ou se seus requisitos de configuração não puderem ser atendidos usando o método de procura.

A ligação correta do aterramento em uma rede digital é considerada um item importante.​

Por isso vamos dedicar uma aula exclusiva para falar sobre aterramento da nossa rede DeviceNet.

​Os equipamentos que podem ser ligados a um barramento DeviceNetbasicamente classificam-se em:Dispositivos de Entrada/Saída (I/O), Dispositivos mestres (Scanner) e Dispositivos Gateways.

Vamos analisar o papel de cada um deles e tambem conhecer algumas interfaces de comunicação.

Vamos iniciar nossas práticas com a rede DeviceNet e aprender a configurar a comunicação entre os nossos devices.

Nessa primeira aula desse módulo vamos conhecer a bancada e alguns dos dispositivos que vamos trabalhar.

Para iniciar a nossa configuração em uma rede DeviceNet a primeira coisa a ser feita é a configuração de um drive de comunicação no software RSLinx para uma das interfaces de comunicação DeviceNet que tivermos disponível.

Sempre que você deseja executar alguma ação que envolva a comunicação entre um CLP Allen Bradley e o PC, você estará fazendo isto porque em algum momento configurou a “ponte” entre os dois equipamentos no software RSLinx. Para ter acesso a configuração do nosso Scanner DeviceNet também precisamos configurar o nosso drive de comunicação no RSLinx.

Idependente se estamos usando um adaptador DeviceNet como o 1770-KFD ou até mesmo se estivermos utilizando outra rede CIP como ponte, por exemplo, uma rede EtherNet/IP, ainda sim, o primeiro passo é configurar o drive adequado no RSLinx.

A interface usada, na gama de aplicações da Rockwell Automation, para trabalhar em uma rede DeviceNet é RSNetworx for DeviceNet.

Este aplicativo é usado para adicionar nós à rede, configurar dispositivos, monitorar os diferentes parâmetros e auxiliar na localização de falhas quando uma falha está presente ou os dispositivos na rede não estão funcionando como esperado.

Vamos falar mais um pouco dessa ferramenta de configuração da rede DeviceNet.

Um dispositivo em uma rede DeviceNet pode assumir um endereço único de 0 a 63 conforme aprendemos.

Alguns dispositivos possuem chaves físicas para realizar essa configuração, já outros devem ser configurados apenas via software.

Nessa aula vamos aprender como podemos configurar via software o endereço para dispositivos que possuem chaves fícicas de endereçamento.

Nessa aula vamos aprender como funciona o mapeamento dos dados da rede DeviceNet no CLP.

Nas aulas passadas configuramos o nosso relé DSA com o RSNetWorx e definimos as áreas de memórias que serão lidas pelo nosso Scanner para as entradas e saídas do DSA.

Agora vamos ver como o Scanner troca esses dados com o CLP e nos permite utilizar os status das entradas e comandar as saídas do DSA via software de programação.

A plataforma que vamos utilizar para essa prática é o RSLogix 5000 da Rockwell Automation.

O Devicenet Tag Generator é um recurso adicionado ao ambiente de programação Rockwell Software RSLogix que elimina a configuração manual normalmente associada à adição de produtos DeviceNet a um sistema de controle baseado em Logix. Essa ferramenta de configuração gratuita define automaticamente os tags de dados, ajudando a reduzir o tempo de programação necessário.

O RSNetWorx for DeviceNet é um programa aplicativo Windows de 32 bits que permite configurar dispositivos DeviceNet. Usando uma representação gráfica ou de planilha de sua rede, você pode configurar todos os dispositivos na rede. Nós já demos os primeiros passos nessa plataforma, agora vamos explorar mais alguns detalhes.

Nessa aula vamos comhecer as messagens explicitas do DeviceNet.

O Explicit Messaging é usado para transferir dados que não requerem atualizações contínuas.

Com o Explicit Messaging, você pode configurar e monitorar os parâmetros de um dispositivo escravo na rede DeviceNet.

Continuando nosso estudo sobre mensagens explicitas na rede DeviceNet, vamos aprender como podemos mudar parâmetros dos Devices da rede usando esse recurso.

Substituir dispositivos em uma rede DeviceNet pode ser um desafio para aqueles que não conhecem os seus caminhos, porem existem técnicas que nos permitem substituir facilmente um dispositivo por outro igual em caso de falha sem a necessidade de nenhum software para parametrizar o novo device.

Nesse artigo vamos conhecer uma dessas técnicas.

Nessa aula vamos ver na prática como podemos automatizar a substituição dos nossos devices da rede DeviceNet.

Essa é uma ótima ação que facilita muito a manutenção da sua rede.

Quando trabalhamos com dispositivos em rede é interessante que em nossas IHMs ou sistemas supervisórios possamos ter uma identificação gráfica dos status de conexão dos nossos devices, pois isso facilita e muito uma possível resolução de problemas.

A proposta dessa aula é justamente demostrar como podemos coletar os status de conexão dos nossos dispositivos em uma rede DeviceNet e coloca-los em uma IHM.

​Nessa aula vamos inserir mais um dispositivo em nossa rede DeviceNet, agora vamos trabalhar com um inversor de frequencia da WEG do modelo CFW300 com um cartão CCAN.

Nesse primeiro momento vamos inserir os parâmetros básicos para que possamos colocar esse drive na nossa rede.

​Nesse segundo momento vamos aprender a configurar o nosso inversor de frequencia da WEG no RSNetWorx For DeviceNet.

O detalhe aqui é que o drive em questão não é um dispositivo da Allen Bradley e por isso para integra-lo ao RSNetWorx vamos precisar trabalhar com o seu arquivo EDS.

Essa é uma ótima oportunidade para aprendermos como instalar o EDS no RSNetWorx.​​

O conversor de frequência CFW300 possui sete opções de configuração. Duas delas seguem o ODVA AC/DC Drive Profile. As outras cinco representam palavras específicas do conversor de frequência do CFW300. ​

Nessa aula vamos estudar a chamada de velocidade básica (instância ODVA Basic Speed de 2 palavras​), essas instâncias representam a interface de operação mais simples de um dispositivo de acordo com o Perfil do Drive AC/DC.

Nessa nova etapa vamos trabalhar com o formato de dados para a instância ODVA Extended Speed (2 palavras).​

​A chamada de Extended Speed, essa instância apresenta uma interface de operação do equipamento um pouco mais refinada do que a instância ODVA Basic Speed​, que segue o Perfil do Drive AC/DC.

​Nessa aula vamos continuar estudando o acionamento de drives via rede DeviceNet, mas com uma abordagem um pouco diferente.... Vamos aprender a ler parâmetros do drive via mensagens explicitas.

Na aula passada aprendemos a ler os parametros do nosso inversor de frequência via rede DeviceNet utilizando mensagens explicitas.

Nessa aula vamos aprender como alterar parametros do nosso drive via rede DeviceNet.

Em anexo a essa aula estou deixando o projeto do CLP, IHM e RSNetWorx que utilizamos até aqui.

Essa aula tem como objetivo ensinar como podemos alterar os ícones dos dispositivos no software RSNetWorx for DeviceNet.

Essa é uma prática que deve ser adotada sempre que for instalado um arquivo EDS de um dispositivo que não seja da Rockwell Automation.​

O que é o recurso DeviceNet AutoScan e como ele é configurado?

O recurso DeviceNet AutoScan permite que um scanner mapeie automaticamente uma rede de dispositivos escravos em sua lista de varredura sem o uso do RSNetWorx for DeviceNet. Isso melhora muito a facilidade de configuração de uma rede DeviceNet, especialmente redes compostas por dispositivos simples.

A rede DeviceNet não funcionará corretamente se as regras de projeto não forem seguidas.

Mesmo uma rede que antes se pensava estar funcionando corretamente pode começar a apresentar operação anormal ou anômala devido ao design incorreto do sistema.

Um resistor de terminação igual a 121 Ohms 1% , 1/4W deve ser conectado em cada extremidade do cabo tronco.

Muito importante: A rede DeviceNet não funcionará corretamente sem resistores de terminação.

Vamos aprender mais uma técnica de verificação de problemas em uma rede DeviceNet.

O tema agora é verificação de tensão da rede DeviceNet. É preciso entender que DeviceNet é na verdade uma rede de tensão diferencial de três fios e a comunicação é realizada pela comutação dos sinais CAN-H (fio branco) e CAN-L (fio azul) em relação à linha V- (fio preto).

​Outro recurso que temos para ajudar no diagnóstico de uma rede DeviceNet é observar os leds dos dispositivos da rede.

Essa é uma ótima forma para fazer um diagn[ostico rápido da situação da comunicação entre os dispositivos.

Outra forma de analisar anomalias em nossa rede DeviceNet é observar os códigos do display do nosso Scanner da rede.

Eles vão nos indicar falhas em nossos dispositivos apartir de um código de falha seguido do número do dispositivo que apresenta o problema.

O CANtouch é um dispositivo de diagnóstico portátil operado por bateria para análise física e lógica do barramento CAN. Com seu moderno controle de toque, permite um manuseio intuitivo e eficiente sem um computador adicional.

Obrigado!