Um dispositivo pode ter vários conjuntos de entrada e saída. Por exemplo, um dispositivo leitor de código de barras pode ter algum conjunto de entradas e saídas discretas. Os objetos de montagem para o dispositivo de código de barras podem incluir uma montagem com apenas dados de código de barras, uma montagem com apenas dados de I/O ou uma montagem que contém código de barras e dados de I/O. Isso fornece a máxima flexibilidade para o usuário final. Um usuário final que não usa a E/S no leitor de código de barras seleciona a primeira montagem. Um usuário que está usando o leitor de código de barras como um dispositivo de E/S discreto pode selecionar o segundo conjunto, enquanto o usuário que usa ambos pode selecionar o último conjunto.

A Figura 2 mostra um dispositivo com mais de um conjunto. Neste exemplo, o usuário pode escolher entre dois conjuntos para um medidor de vazão simples. A montagem nº 1 contém o fluxo e a temperatura, enquanto a montagem nº 2 contém os dados discretos de E/S.

Nesses casos, a conexão de E/S deve ser configurada para fazer referência a um conjunto diferente do padrão. No objeto de conexão, há no mínimo duas instâncias de conexão. Uma instância é para a conexão explícita e uma instância para a conexão de E/S. A conexão explícita descreve como as mensagens explícitas são transferidas. A conexão de E/S descreve como as mensagens são gerenciadas.

O atributo de caminho de conexão na conexão de E/S é o objeto de montagem que contém os dados a serem consumidos e produzidos. Existem várias maneiras diferentes de especificar o caminho de conexão, a maioria das quais requer mais explicações do que as fornecidas.

Para alterar o caminho da conexão, um usuário pode usar uma mensagem explícita para definir esse caminho diretamente ou, em muitos casos, o fornecedor do dispositivo fornece um atributo de seletor em um dos objetos do aplicativo para definir o caminho com mais facilidade. Se um dispositivo suporta apenas o gerenciamento direto do atributo do caminho de conexão, o usuário pode ter que consultar a documentação do dispositivo ou a especificação DeviceNet para especificar corretamente o caminho.

As mensagens de E/S vêm em vários tipos.

• POLLED – As mensagens de polling são mensagens de solicitação/resposta emitidas para a conexão de polling e enviadas pelo scanner na taxa de sua escolha.
• CYCLIC – As mensagens cíclicas são mensagens agendadas. Nesse modo, o dispositivo escravo emite periodicamente mensagens para o mestre em uma taxa programada.
• Mudança de estado (COS) – mensagens COS são produzidas na conexão de E/S em um evento. Além disso, uma mensagem de pulsação também é emitida pelo dispositivo escravo. A pulsação permite que o scanner saiba que o dispositivo escravo ainda está ativo.

Todas as mensagens transferem um conjunto de E/S entre o mestre e o escravo (às vezes chamados de scanner e adaptador, respectivamente). As mensagens de E/S também implementam um esquema de fragmentação para dados de E/S maiores que os oito bytes de dados do Padrão CAN. Ao contrário do protocolo de fragmentação usado para mensagens explícitas, a fragmentação para mensagens de E/S não é reconhecida e não é sequenciada. As múltiplas mensagens são transmitidas sem nenhuma codificação especial ou número de sequência. O receptor simplesmente reconstrói os dados de E/S na ordem em que as mensagens são recebidas.

DeviceNet Sinopse

Os códigos de serviço de atributo GET e SET são as mensagens mais comuns transportadas por mensagens explícitas. Os dados do código de serviço associados a essas mensagens incluem o seguinte.

• Object Class – Este é o número de classe do objeto no dispositivo de destino.
• Número da instância – esta é a ocorrência específica da classe de objeto no dispositivo de destino. Por exemplo, um dispositivo com 16 pontos de entrada pode ser implementado com um objeto de entrada com 16 instâncias, uma para cada ponto de entrada.
• ID do atributo – Este é o índice para o valor específico no objeto que está sendo endereçado pelo serviço de atributo Get ou Set.
• Valor do atributo (somente definido) – este é o novo valor para o atributo.

Uma solicitação de serviço Obter para obter o número de série do dispositivo é semelhante a esta:

Todas as mensagens explícitas são roteadas por meio do roteador de mensagens explícitas dentro do dispositivo. O roteador valida a classe de objeto. Se a mensagem explícita contiver uma classe inválida, o roteador rejeita a mensagem e retorna um código de erro ao solicitante. Se o roteador validar a classe de objeto, ele a transmitirá ao objeto de destino para processamento. A resposta do objeto de destino é retornada ao solicitante por meio do roteador. Observe que esta é apenas a visão de rede da operação do dispositivo e pode ou não ser como o dispositivo é implementado.

Uma aplicação interessante de mensagens explícitas é que elas podem ser usadas para ler dados de E/S. Uma mensagem explícita pode ser formada para obter os dados de atributo que contêm os dados de E/S. Os dados de E/S podem ser recuperados do objeto de origem que gera os dados ou do objeto de montagem que contém os dados prontos para serem transferidos para o mestre.

Uma conexão de mensagem explícita pode suportar um mecanismo de fragmentação para mensagens maiores que oito bytes. As mensagens explícitas fragmentadas contêm apenas seis bytes de dados. Dois bytes de cabeçalho para gerenciar a fragmentação são adicionados a cada mensagem. Um byte de cabeçalho indica a posição da mensagem fragmentada (primeiro, último, meio) na sequência da mensagem, enquanto o segundo byte contém um número de sequência.

Ao contrário da fragmentação de mensagens de E/S, as mensagens explícitas devem ser confirmadas. O receptor (dispositivo mestre ou escravo) deve transmitir uma mensagem indicando a aceitação da mensagem fragmentada antes que a próxima mensagem na sequência seja transmitida.

Dispositivos DeviceNet não são necessários para suportar fragmentação de mensagem explícita. De fato, a maioria dos dispositivos não faz fragmentação de mensagem tão explícita e a entrega de confirmação necessária requer uma quantidade enorme de recursos do dispositivo. Um fato pouco conhecido é que a maioria dos nomes de dispositivos DeviceNet (strings ASCII) tem oito ou menos bytes de comprimento para evitar suporte para fragmentação de mensagem explícita, pois nomes de produtos mais longos seriam transferidos para o mestre como uma sequência de mensagem fragmentada.

Mensagens de estabelecimento de conexão

Existem apenas dois requisitos para colocar com sucesso um novo dispositivo em uma rede: a taxa de transmissão do dispositivo deve corresponder à taxa de transmissão de todos os outros dispositivos na rede; e o endereço do dispositivo não deve entrar em conflito com o endereço de outro dispositivo.

TAXA DE TRANSMISSÃO

A taxa de transmissão limita o comprimento da rede. Existem três taxas de transmissão para redes DeviceNet: 125K, 250K e 500K. Muito simplesmente, as redes CAN exigem que cada dispositivo ouça seus próprios bits à medida que são transmitidos e defina o bit de confirmação em toda e qualquer mensagem transmitida na rede. A implementação deste último requisito determina o comprimento máximo da rede para cada taxa de transmissão.

Identificar a taxa de transmissão atual de um dispositivo pode ser um desafio. A menos que um dispositivo seja configurado usando dipswitches e a taxa de transmissão possa ser discernida a partir das chaves, não há como saber qual pode ser a taxa de transmissão. Uma das razões pelas quais um dispositivo pode não se conectar é uma taxa de transmissão diferente da taxa de transmissão da rede. Se você não conhece a taxa de transmissão de um dispositivo, o único método seguro para encontrá-lo é tentar conectá-lo a cada taxa de transmissão.

Endereço DeviceNet

Um endereço inteiro é atribuído a cada dispositivo DeviceNet em uma rede. Este número inteiro é o endereço do dispositivo, o mesmo que um MAC ID. Há um máximo de 64 nós em uma rede DeviceNet. Esses nós ocupam os endereços de 0 a 63 e podem ser configurados usando chaves ou usando uma ferramenta de configuração DeviceNet. Dois dispositivos não podem ocupar o mesmo endereço.

Quando um dispositivo é ligado, ele envia uma mensagem solicitando acesso à rede. Parte dessa mensagem é o número de série exclusivo do dispositivo. Se mais de um dispositivo do mesmo fornecedor reivindicar o mesmo ID de fornecedor ao ligar e tentar acessar a rede no mesmo instante, o dispositivo com o menor número de série DeviceNet foi bem-sucedido. Todos os outros dispositivos falham. Essa sequência é explicada com mais detalhes na próxima seção.

Sequência de MAC ID duplicada

A Especificação exige que os dispositivos em transição do estado off-line para o on-line sigam uma sequência de mensagens muito específica com um tempo específico. Essa sequência depende da mensagem de solicitação de MAC ID duplicada. Essa mensagem consiste no ID do fornecedor e no número de série do dispositivo. O ID do fornecedor é o ID inteiro atribuído ao fornecedor pelo ODVAenquanto o número de série é um inteiro longo exclusivo atribuído pelo fornecedor. Como o fornecedor é obrigado a atribuir um número de série exclusivo a cada dispositivo, dois dispositivos DeviceNet em qualquer lugar do planeta não podem ter a mesma combinação de fornecedor/número de sequência. Isso garante que duas mensagens de solicitação de MAC ID duplicadas não possam ter o mesmo conteúdo. Se dois dispositivos do mesmo fornecedor tentarem acessar a rede no mesmo instante durante a sequência de MAC ID duplicada, o dispositivo com a combinação de fornecedor/número de sequência mais baixa obterá acesso primeiro.

A sequência de MAC ID duplicado consiste em enviar duas mensagens de solicitação de MAC ID duplicadas consecutivas com um atraso de um segundo entre as mensagens. Durante o atraso, qualquer dispositivo online com o mesmo MAC ID deve emitir uma mensagem de resposta duplicada do MAC ID. Se o dispositivo ingressando na rede receber uma mensagem de resposta duplicada do MAC ID, ele fará a transição para o estado de falha de comunicação. Se nenhuma resposta for recebida após o segundo atraso de um segundo, o dispositivo pode fazer a transição oficialmente para o estado online.

Existem outros requisitos mais sutis para dispositivos. Por exemplo, se um dispositivo no estado online receber uma mensagem de resposta MAC ID duplicada, ele deve fazer a transição imediatamente para o estado offline. Receber uma resposta de MAC ID duplicada indica que há outro dispositivo na rede no estado online com o mesmo MAC ID.

Mensagens diversas

Uma mensagem que está diretamente oposta à mensagem de solicitação de MAC ID duplicada é a mensagem de desligamento do dispositivo. Esta mensagem transmite o fato de que um dispositivo está passando do estado online para o estado offline ou inexistente. Esta é uma mensagem opcional que pode ser usada por um dispositivo para sinalizar uma condição de falha, comando remoto ou algum outro motivo para se desligar da rede.

Outra mensagem usada com pouca frequência é a mensagem de pulsação do dispositivo. Dispositivos que suportam operações COS usam a mensagem de pulsação do dispositivo para comunicar ao mestre que estão operacionais. Se nenhuma mensagem COS contendo novos dados for produzida por um período definido, o dispositivo produzirá a mensagem DHB.

Estados de erro

Os dispositivos DeviceNet podem assumir qualquer um dos seguintes estados.

Tipos de dispositivos DeviceNet

Existem três tipos básicos de dispositivos e um dispositivo pode suportar qualquer um ou todos os tipos de dispositivos simultaneamente.

Dispositivos Mestres (Scanners)

Dispositivos mestres, são dispositivos “próprios” dispositivos escravos. Um mestre pode possuir muitos ou todos os dispositivos escravos, mas um escravo só pode pertencer a um mestre por vez.

Um dispositivo mestre deve primeiro alocar um dispositivo escravo para obter a propriedade. O processo de alocação (descrito posteriormente) é um conjunto de mensagens de handshaking em que o dispositivo mestre solicita o controle do escravo e então configura o escravo para transferir um determinado conjunto de dados a uma taxa de dados especificada pelo mestre. O conjunto típico de mensagens que solicitam propriedade é conhecido como conjunto de conexões mestre/escravo predefinido.

O processo de alocação é simplesmente uma mensagem de solicitação explícita aberta emitida na porta de mensagem não conectada solicitando a propriedade do dispositivo escravo. Se o escravo aceitar a propriedade, ele responde afirmativamente e cria as conexões solicitadas pelo dispositivo mestre na mensagem de solicitação. Normalmente, o mestre solicita uma conexão explícita e uma de E/S.

Um escravo pode negar a solicitação de alocação do dispositivo mestre se já estiver alocado para outro mestre ou se o dispositivo mestre solicitar um tipo de conexão não suportado. Por exemplo, se o mestre solicitar uma conexão cíclica e o escravo suportar apenas conexões com polling, a solicitação de alocação será negada.

Depois que o escravo aceita a solicitação de conexão, o mestre usa a conexão de mensagem explícita para configurar a conexão de E/S. A configuração inclui definir os dois atributos mais importantes da conexão de E/S: a taxa de pacotes esperada e os caminhos de conexão produzidos e consumidos. A taxa de pacotes esperada é a taxa na qual o mestre espera varrer o dispositivo escravo. Se o mestre falhar na varredura nessa taxa, o dispositivo escravo entra em um estado de tempo limite e deve ser explicitamente reativado pelo dispositivo mestre. Os caminhos de conexão produzidos e consumidos são os caminhos para os objetos do aplicativo onde os dados são gerados ou armazenados respectivamente. Geralmente, esses caminhos referem-se a um dos conjuntos suportados pelo dispositivo escravo.

A varredura pode começar assim que o dispositivo escravo estiver totalmente configurado. Durante a varredura, o dispositivo mestre produz e consome dados escravos. O mestre produz dados para o conjunto de saída do escravo que são identificados pelo caminho de conexão consumido no escravo. O mestre consome dados gerados a partir do conjunto de entrada do escravo que são identificados pelo caminho de conexão produzido no conjunto de saída do escravo.

Dispositivos Escravos (Adaptadores)

Os dispositivos escravos recebem e transmitem dados específicos do aplicativo de e para um dispositivo mestre. Os dispositivos escravos, por definição, implementam o conjunto de conexões mestre-escravo predefinido descrito na seção anterior.

Os dispositivos escravos devem suportar pelo menos um ou mais dos seguintes tipos de transporte de mensagens de E/S.

• POLLING – O dispositivo mestre transmite dados de E/S para o dispositivo escravo em alguma taxa. Essa taxa deve ser maior que a taxa especificada pela taxa de pacote esperada quando a conexão foi configurada. O dispositivo escravo responde a uma mensagem de polling produzindo os dados em seu conjunto de entrada.
• CYCLIC – O dispositivo mestre transmite dados de E/S para o dispositivo escravo em alguma taxa. Essa taxa deve ser maior que a taxa especificada pela taxa de pacote esperada quando a conexão foi configurada. O dispositivo escravo pode ou não ser configurado para responder imediatamente. Em uma situação típica, o dispositivo escravo produz seus dados de E/S em uma frequência configurada pelo dispositivo mestre.
• CHANGE-OF-STATE (COS) – O dispositivo mestre transmite dados de E/S para o dispositivo escravo em alguma taxa de varredura maior do que a especificada na taxa de pacotes esperada. O dispositivo escravo pode ou não ser configurado para responder imediatamente. Na situação típica, o dispositivo escravo produz seus dados de E/S somente quando a camada de aplicação indica que os dados foram alterados ou após a expiração de algum cronômetro de transmissão, também conhecido como cronômetro de pulsação.

Um dispositivo mestre transmite implicitamente seu modo de operação atual a cada varredura de E/S. Se o dispositivo mestre (normalmente um controlador programável) estiver em um modo não operacional, o mestre produzirá uma mensagem de E/S com zero bytes de dados, conhecida como mensagem de modo IDLE. O dispositivo escravo pode então implementar qualquer funcionalidade exigida do dispositivo quando seu mestre não estiver no modo de execução. As mensagens recebidas com pelo menos um único byte de dados de E/S indicam ao dispositivo escravo que o mestre agora está no modo de operação. O DeviceNet não requer um dispositivo escravo para implementar qualquer comportamento específico quando um dispositivo mestre está em modo IDLE.

Dispositivos mestres, como ferramentas de configuração, geralmente alocam o conjunto de conexões predefinidas de um dispositivo escravo solicitando apenas a conexão de solicitação de mensagem explícita. Esses dispositivos normalmente alocam a conexão EM, obtêm ou definem um atributo específico e, em seguida, liberam o conjunto de conexões. Se esses dispositivos estiverem atualmente alocados por outro dispositivo mestre, o mestre que possui o escravo imita as mensagens de um dispositivo escravo não conectado, mas aceita apenas a conexão de mensagem explícita. Mensagens para o escravo de propriedade são recebidas por este mestre e enviadas para o escravo. A resposta do escravo é recebida e retransmitida ao solicitante original, como se o dispositivo mestre original estivesse se comunicando diretamente com o escravo. Desta forma, um dispositivo, como uma ferramenta de configuração, pode obter ou definir um atributo de um escravo, mesmo que um mestre já o possua.

Sequência de alocação mestre

Um mestre faz uma conexão com um dispositivo escravo usando a seguinte sequência.

1. O mestre emite uma mensagem de solicitação aberta não conectada ao escravo. Um dispositivo escravo que suporta mensagens não conectadas aloca uma conexão de mensagem explícita e responde à mensagem do mestre. O escravo retorna um ID de conexão e descreve o tipo de mensagem que o escravo pode suportar. Esses escravos então continuam com a Etapa 6 da sequência de conexão da mensagem.
2. Se um escravo não responder à solicitação de mensagem não conectada em um segundo, o mestre emite uma segunda mensagem de solicitação aberta não conectada. Escravos que não suportam mensagens não conectadas irão ignorar a mensagem de solicitação aberta não conectada.
3. Um escravo pode responder à segunda solicitação, alocar uma conexão de mensagem explícita e retornar o ID da conexão ao mestre. Esses escravos então continuam com a Etapa 6 da sequência de conexão da mensagem.
4. Se um dispositivo escravo falhar em responder a ambas as solicitações de mensagens não conectadas, o mestre espera mais um segundo e emite uma solicitação de conexão somente do Grupo 2. Esta mensagem tenta uma alocação de uma conexão explícita e/ou IO usando a porta somente do Grupo 2. Esta é uma porta especial projetada apenas para suportar alocação simples de dispositivos escravos.
5. Escravos que falham em responder à solicitação de conexão somente do Grupo 2 são marcados como com falha. Alguns mestres podem repetir a sequência de alocação periodicamente, mas não há requisitos para fazê-lo.
6. Usando a conexão explícita feita na etapa anterior, o mestre usa a conexão para configurar a conexão de E/S. O mestre define o tempo limite de E/S, caminhos de conexão e outros atributos necessários para operar a conexão de E/S.
7. Depois que a conexão de E/S estiver concluída, algum mestre excluirá explicitamente a conexão explícita, pois ela não é mais necessária.

Problemas de mídia física

Indicadores e Interruptores

Dispositivos DeviceNet são configurados usando hardware externo ou ferramentas de configuração de software. O hardware externo pode incluir chaves rotativas, botões giratórios, chaves DIP e outros dispositivos de entrada fixos. As ferramentas de configuração de software acessam a configuração interna do dispositivo pela rede DeviceNet ou outra porta de comunicação. Ferramentas genéricas que podem configurar qualquer dispositivo utilizam a rede DeviceNet. As ferramentas específicas do fornecedor que configuram apenas os dispositivos desse fornecedor podem usar a rede DeviceNet ou alguma outra porta de comunicação em um dispositivo.

Alguns usuários finais preferem a configuração usando switches. Sua filosofia sustenta que um dispositivo pode ser facilmente substituído se tudo o que for necessário for definir interruptores e conectar os dispositivos de substituição. Outros usuários finais preferem configuração de software. Esses usuários veem os switches como uma fonte potencial de falha do dispositivo.

Terminação

DeviceNet requer resistores de terminação em cada extremidade de uma linha tronco. Um resistor de 1/4 watt e 120 ohm deve ser colocado em cada extremidade do tronco entre os sinais CAN-H e CAN-L. A Especificação recomenda expressamente que esses resistores de terminação não sejam incluídos em um dispositivo.

Isolamento

O isolamento de dispositivos é recomendado para dispositivos com conexões a fontes de alimentação externas.

Folhas de Dados Eletrônicos (EDS)

Os fornecedores DeviceNet são obrigados a fornecer algum tipo de documentação especificando como seu dispositivo é configurado. O documento pode ser um conjunto de instruções impressas ou algum arquivo eletrônico. No mínimo, o fornecedor deve fornecer instruções para quaisquer switches externos e uma lista de valores de classe, instância e atributo que controlam a configuração do dispositivo. Alguns fornecedores criam um conjunto de configuração contendo os dados do parâmetro. Essa montagem fornece um único atributo, um único ponto de referência onde todos os parâmetros do dispositivo podem ser lidos e gravados.

Uma listagem eletrônica dos atributos que configuram um dispositivo geralmente é fornecida por um fornecedor. Às vezes, esses arquivos EDS fornecem pouca ou nenhuma informação sobre o dispositivo ou podem ser muito longos e complexos. Os arquivos EDS mais extensos permitem que as ferramentas de configuração configurem com precisão o dispositivo usando identificadores de texto para valores de bit e outras sequências de texto muito informativas.

Dispositivos DeviceNet Típicos

Dispositivos de E/S DeviceNet

A maioria dos dispositivos são dispositivos escravos de E/S. Um dispositivo de E/S DeviceNet transfere pontos de E/S discretos ou analógicos para um mestre. Os dispositivos de E/S vêm em todas as formas e tamanhos, de um ou dois pontos a muitos pontos. Muitos dispositivos de E/S não são isolados e são alimentados pela rede, enquanto outros usam saídas isoladas.

Mestres DeviceNet

Dispositivos mestres são geralmente controladores programáveis ​​ou computadores pessoais. Eles alocam escravos e transferem dados entre o mestre e seus escravos.

Gateways DeviceNet

Os gateways DeviceNet convertem dados de outro protocolo para DeviceNet. Os gateways Modbus para DeviceNet, por exemplo, convertem dispositivos Modbus em dispositivos DeviceNet. Os gateways ASCII para DeviceNet recebem dados ASCII e os convertem em Modbus. Existem inúmeros conversores de protocolo para DeviceNet.

A questão difícil para um gateway é mapear dados no outro protocolo para a estrutura de objeto do DeviceNet. Por exemplo, o protocolo Modbus representa seus dados como uma série de números inteiros de 16 bits, enquanto o CIP representa os dados como atributos que fazem parte de objetos. Um gateway DeviceNet deve permitir que algum método converta os dados em seu Modbus nativo, ASCII ou outro formato para a estrutura baseada em objeto do DeviceNet.

Pilha Mestre DeviceNet

Uma pilha de software mestre é o software que implementa o protocolo de comunicação DeviceNet e CIP. Um mestre deve ser capaz de enviar mensagens pela rede CAN física. Para fazer isso, ele deve conhecer a interface de registro particular de um controlador CAN selecionado. Um desenvolvedor de dispositivo que deseja implementar um mestre deve criar a interface entre o mestre e o controlador CAN selecionado pelo projetista de hardware. Às vezes, como no caso do mestre, as pilhas fornecidas pela Real Time Automation, Inc., um arquivo de interface para um controlador CAN específico, são entregues como parte da pilha mestre.

Para implementar um mestre, o aplicativo controla os dispositivos para alocar o número de bytes de dados para produzir e consumir e com que frequência os dispositivos escravos são pesquisados. Para obter mais informações sobre como implementar um aplicativo mestre DeviceNet, entre em contato com a Real Time Automation, Inc.

Pilhas Escravas DeviceNet

Uma pilha de software escravo DeviceNet é o software que implementa o protocolo de comunicação DeviceNet e CIP. Um escravo deve ser capaz de receber uma mensagem de alocação de um mestre, consumir saídas geradas pelo mestre e produzir entradas. Para fazer isso, ele deve conhecer a interface de registro particular de um controlador CAN selecionado, assim como a pilha mestre DeviceNet. Um desenvolvedor de dispositivo que deseja implementar um escravo deve criar a interface entre o escravo e o controlador CAN selecionado pelo projetista de hardware. Às vezes, como no caso das pilhas secundárias fornecidas pela Real Time Automation, Inc., um arquivo de interface para um controlador CAN específico é fornecido como parte da pilha secundária.

Para implementar um escravo DeviceNet, o aplicativo controla o endereço DeviceNet, o número de bytes de dados a serem produzidos e consumidos e a estrutura do objeto do dispositivo. A implementação da estrutura de objeto do dispositivo no escravo é uma das partes mais importantes da implementação de um dispositivo escravo. Essa estrutura é aquela vista pelos usuários do dispositivo e deve ser implementada corretamente para atender suas necessidades.