Geräte Netz - DeviceNet

DeviceNet ist ein Netzwerkprotokoll, das in der Automatisierungsindustrie verwendet wird, um Steuergeräte für den Datenaustausch zu verbinden. Es verwendet das Common Industrial Protocol über eine Controller Area Network- Medienschicht und definiert eine Anwendungsschicht, um eine Reihe von Geräteprofilen abzudecken. Zu den typischen Anwendungen gehören der Informationsaustausch, Sicherheitsgeräte und große E/A-Steuerungsnetzwerke.

Geschichte

DeviceNet wurde ursprünglich von der amerikanischen Firma Allen-Bradley (jetzt im Besitz von Rockwell Automation ) entwickelt. Es ist ein Anwendungsschichtprotokoll , das auf der von Bosch entwickelten CAN- Technologie ( Controller Area Network ) basiert. DeviceNet adaptiert die Technologie des Common Industrial Protocol und nutzt CAN, wodurch es im Vergleich zu den traditionellen RS-485- basierten Protokollen kostengünstig und robust ist .

Um den Einsatz von DeviceNet weltweit zu fördern, hat Rockwell Automation das „offene“ Konzept übernommen und beschlossen, die Technologie an Drittanbieter weiterzugeben. Daher wird es jetzt von ODVA verwaltet , einer unabhängigen Organisation mit Sitz in Nordamerika. Die ODVA verwaltet die Spezifikationen von DeviceNet und überwacht die Weiterentwicklung von DeviceNet. Darüber hinaus stellt ODVA die Einhaltung der DeviceNet-Standards durch Konformitätstests und Anbieterkonformität sicher .

ODVA beschloss später, DeviceNet wieder unter das Dach seines Vorgängers zu bringen und die Technologie gemeinsam als Common Industrial Protocol oder CIP zu bezeichnen, das die folgenden Technologien umfasst:

ODVA beansprucht eine hohe Integrität zwischen den drei Technologien aufgrund der gemeinsamen Protokollanpassung, die industrielle Steuerungen im Vergleich zu anderen Technologien viel einfacher macht.

DeviceNet ist als IEC 62026-3 standardisiert.

Die Architektur

Technischer Überblick Definieren Sie das siebenschichtige OSI-Architekturmodell, die physikalische Schicht, die Sicherungsschicht und die Anwendungsschicht

  1. Netzwerk zusätzlich zum Signal, aber auch mit Stromversorgung, netzunabhängige Unterstützungsnetzwerkfunktion (wird in der Regel in kleinen Geräten wie Fotodetektoren, Endschaltern oder Näherungsschaltern usw. verwendet) [2]
  2. Erlaubt drei Bitraten: 125 kbit/s, 250 kbit/s und 500 kbit/s, der Haupttrunk unter verschiedenen Bitraten (Trunk) ist umgekehrt proportional zur Länge und Bitrate
  3. Flachkabelnetz nutzbar
  4. Ein einzelnes Netzwerk kann bis zu 64 Knoten haben, Knotenadresse (in DeviceNet MAC-ID genannt) von 0–63. Normalerweise ist die Standardadresse für ein neues Out-of-the-Box-Gerät 63
  5. Erkennungsfunktion für doppelte Knotenadressen
  6. Unterstützt Master-Slave- und End-to-End (Peer-to-Peer)-Kommunikationsarchitektur, aber die meisten Geräte arbeiten in der früheren Netzwerkarchitektur
  7. Mehrere Netzwerke ermöglichen eine einzige Master-Funktion
  8. Kann in Umgebungen mit hohem Geräuschpegel verwendet werden

Physikalische Schicht

Knoten werden über eine Trunkline-Dropline-Topologie entlang eines DeviceNet-Netzwerks verteilt. Diese Topologie ermöglicht eine einfache Verkabelung und den Zugriff auf das Netzwerk über mehrere Abgriffe. Darüber hinaus können Knoten einfach entfernt und hinzugefügt werden, um Produktionsausfallzeiten zu reduzieren, die Netzwerkflexibilität zu erhöhen und die Zeit für die Fehlerbehebung zu verkürzen. Da die Bitübertragungsschicht optisch vom Gerät isoliert ist, können sich Kommunikationsstrom und Gerätestrom denselben Bus teilen (wodurch die Komplexität des Netzwerks und der darin enthaltenen Komponenten weiter reduziert wird). ( Einleitung )

DeviceNet unterstützt 125 kbit/s, 250 kbit/s und 500 kbit/s Datenraten. Abhängig vom gewählten Kabeltyp kann DeviceNet die Kommunikation bis zu 500 Meter unterstützen (mit runden Kabeln mit großem Durchmesser). Typische Rundkabel unterstützen bis zu 100 Meter, während Flachkabel bis zu 380 Meter bei 125 kbit/s und 75 Meter bei 500 kbit/s unterstützen. ( Physische Schicht )

Datenübertragungsebene

DeviceNet verwendet als Data Link Layer einen differentiellen seriellen Bus ( Controller Area Network ). Mit CAN als Backbone benötigt DeviceNet minimale Bandbreite zum Übertragen und Verpacken von Nachrichten. Darüber hinaus kann dank des Datenrahmenformats und der Leichtigkeit, mit der der Prozessor die Daten analysieren kann, ein kleinerer Prozessor im Design des Geräts ausgewählt werden. Siehe unten für das vollständige Format. ( Die Sicherungsschicht )

CAN-Datenrahmenformat 

1 bit      => Start of frame
11 bits    => Identifier
1 bit      => RTR bit
6 bits     => Control field
0–8 bytes  => Data field
15 bits    => CRC sequence
1 bit      => CRC delimiter
1 bit      => Acknowledge
1 bit      => Ack delimiter
7 bits     => End of frame
>2 bits    => Interframe space

Referenz: Tabelle: Datenrahmenformat .

Beim Senden des ersten Datenpakets wird das Start-of-Frame-Bit gesendet, um alle Empfänger im Netzwerk zu synchronisieren. Der CAN-Identifier (bezeichnet von 0–63) und das RTR-Bit ergeben zusammen die Priorität, mit der auf die Daten zugegriffen oder diese geändert werden kann. Niedrigere Bezeichner haben Vorrang vor höheren Bezeichnern. Neben der Übertragung dieser Daten an andere Geräte überwacht das Gerät auch die gesendeten Daten. Diese Redundanz validiert die übertragenen Daten und eliminiert gleichzeitige Übertragungen. Wenn ein Knoten gleichzeitig mit einem anderen Knoten sendet, sendet der Knoten mit der niedrigeren 11-Bit-Kennung weiter, während das Gerät mit der höheren 11-Bit-Kennung stoppt. ( Einführung & Physikalische Schicht .)

Die nächsten sechs Bits enthalten Informationen zum Spezifizieren des Steuerfelds. Die ersten zwei Bits sind fest, während die letzten vier verwendet werden, um das Längenfeld des Datenfelds zu spezifizieren. Das Datenfeld enthält null bis acht Bytes Nutzdaten. ( Physische Schicht .)

Der folgende Datenrahmen ist das CRC- Feld. Der Rahmen besteht aus 15 Bits, um Rahmenfehler zu erkennen, und behält zahlreiche Formatbegrenzer bei. Aufgrund der einfachen Implementierung und Immunität gegenüber den meisten verrauschten Netzwerken bietet CAN ein hohes Maß an Fehlerprüfung und Fehlereingrenzung. ( Physische Schicht .)

Netzwerk

DeviceNet beinhaltet ein verbindungsbasiertes Netzwerk. Eine Verbindung muss zunächst entweder von einem UCMM ( Unconnected Message Manager ) oder einem Gruppe 2 Unconnected Port hergestellt werden. Von dort können explizite und implizite Nachrichten gesendet und empfangen werden. Explizite Nachrichten sind Datenpakete, die im Allgemeinen eine Antwort von einem anderen Gerät erfordern. Typische Nachrichten sind Konfigurationen oder nicht zeitkritische Datenerfassung. Implizite Nachrichten sind zeitkritische Datenpakete, die im Allgemeinen Echtzeitdaten über das Netzwerk übermitteln. Eine explizite Nachrichtenverbindung muss zuerst hergestellt werden, bevor eine implizite Nachrichtenverbindung hergestellt wird. Sobald die Verbindung hergestellt ist, routet der CAN-Identifier Daten an den entsprechenden Knoten. ( Die Netzwerk- und Transportschichten .)

Siehe auch

Externe Links

Anmerkungen

  1. ^ [1] , Überblick über die DeviceNet-Technologie .
  2. ^ Häufig gestellte Fragen zu Controller Area Network Solutions, Was ist DeviceNet?
  3. ^ "IEC 62026-3:2014: Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte - Controller-Geräte-Schnittstellen (CDIs) - Teil 3: DeviceNet" . IEC . Abgerufen am 20. Juli 2016 .
  4. ^ a b c d e f g h "DeviceNet Technical Overview" Archiviert 2007-01-28 an der Wayback Machine von Open DeviceNet Vendor Association, Inc. (ODVA)