Fundamentos De Redes Devicenet 1j4mg

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Escuela Superior Politécnica del Litoral Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación Especialización Electronica y Automatización Industrial

Automatización Industrial II

Red DeviceNet

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INTEGRANTES

Frank Nieto

Italo Esparza

Victor Cepeda

Fernando Basantes

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DeviceNet 1. Introducción 2. Características Generales 3. Capa Física de la red DeviceNet 4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet 10. Dispositivos para la red de campo 11. Aplicaciones Industriales

1. Introducción 2. Características Generales 3. Capa Física de la red DeviceNet

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1. Introduction

4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet

Historia

9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

Presentado en 1994, DeviceNet es un implementación del protocolo Common Industrial Protocol (CIP) para redes de comunicaciones industriales. Desarrollado originalmente por Allen-Bradley, ahora perteneciente a Rockwell Automation, su tecnología fue transferida a la ODVA (formerly Open DeviceNet Vendors Association, Inc.) que, desde entonces, mantiene, divulga y promueve el DeviceNet y otras redes basadas en el protocolo CIP. Además de esto, utiliza el protocolo Controller Area Network (CAN) para enlace de datos y al medio, capas 2 y 1 del modelo OSI/ISO, respectivamente.


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1. Introducción

4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

Que es CIP? CIP (Common Industrial Protocol) Es un protocolo de comunicación Abierto y estándar usado por las redes:  DeviceNet  ControlNet  EtherNet/IP

1. Introducción 2. Características Generales 3. Capa Física de la red DeviceNet 4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet

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1. Introduction

5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

DeviceNet es una red digital multi-punto para la conexión entre sensores, actuadores y sistemas de automatización industrial en general. Esta tecnología fue desarrollada para tener la máxima flexibilidad entre los equipos de campo e interoperabilidad entre diferentes fabricantes.


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1. Introducción


La red DeviceNet esta clasificada en el nivel de red llamada Devicebus, cuyas características principales son: 

Alta velocidad



Comunicación a nivel de byte que incluye comunicación con equipos discretos y analógicos



Alto poder de diagnóstico de los dispositivos de la red



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1. Introducción


La red de campo Devicenet es una red de comunicación industrial de tipo serial que conecta a los controladores de una red con los dispositivos de entrada y salida. Esta basada en el Modelo de Referencia OSI (Open System Interconection), estándar ISO(International Organization for Standarization)/IEC (International Electrotechnical Commission) 7498, que otorga una naturaleza jerárquica a la red estructurándola en 7 capas. Estandarización DeviceNet.


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1. Introducción


 ISO 11898 El estándar ISO 11898 es la definición del protocolo de comunicación CAN, tanto en las versiones 2.A como 2.B del año 1991, desarrollado por la empresa BOSCH originalmente en 1984. Este implementa una comunicación serial para dispositivos y como se vio en la imagen anterior, define completamente una capa de enlace y parcialmente una capa fisica.  IEC-62026-3 La norma IEC 62026-3, del año 2000, es el estándar específico para las capas #1 a #4 de la red DeviceNet. Corresponde al Volumen 3 de CIP. El Volumen 3 de CIP es la adaptación de este protocolo para DeviceNet. Este volumen toma las especificaciones CAN de ISO11898, entregando los aspectos de la capa física que esta norma no define, completando de esta forma esta capa y adopta completamente la capa de enlace CAN sin modificarla. Por lo tanto, la norma ISO 11898 está incorporada dentro del Volumen 3 de CIP, que es lo mismo que IEC-62026-3. Luego entrega las definiciones para las capas de red y transporte.


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1. Introducción


 IEC 61158

El estándar IEC 61158, del año 2000, es la definición para los buses de campo. Esta norma incluye los volúmenes 1 y 4 de CIP, en la forma de IEC 61158 tipo2. El Volumen 1 de CIP especifica completamente las capas #5 a #7 del Modelo de Referencia OSI, como un protocolo común para cuatro redes industriales, que son las siguientes:  DeviceNet  ControlNet  Ethernet/IP  CompoNet

Por otra parte, el Volumen 4 de CIP define las capas #1 a #4 de la red ControlNet. Por lo tanto, IEC 61158 define completamente a ControlNet. Por lo tanto, las capas superiores de la arquitectura de red de DeviceNet son definidas por el Volumen 1 de CIP, o que es lo mismo que una porción de IEC 61158 tipo 2


1. Introducción

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La tecnología DeviceNet es un estándar abierto de automatización con el objetivo de transportar 2 tipos principales de información: 

Datos cíclicos de sensores y actuadores, directamente relacionados al control



Datos no cícliclos indirectamenete configuración y diagnóstico

Datos Cíclicos Representan la información intercambiada periódicamente entre equipo de campo y el controlador.

relacionados

al

control,

como

Datos No Cíclicos Son informaciones intercambiadas enventualmente durante la configuración o diagnóstico del equipo de campo


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2. Caracteristicas Generales


La red DeviceNet se ubica entre los 2 primeros niveles de la jerarquia CIM (Computer Integrated Manufacturing)(Manufactura Integrada por Computadora), es decir en los niveles de sensor/actuador y campo (parcialmente en el nivel de control). La arquitectura NetLinx de comunicacion tiene como objetivo integrar diferentes niveles jerarquicos del modelo CIM de redes industriales presentes en una empresa.


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La red DeviceNet esta formada por 7 capas


segun el modelo OSI:  Capa física.  Capa enlace de datos.  Capa de red y transporte.  Capas Superiores (Sesión, Presentación y Aplicación).


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DeviceNet es una de las redes que han adoptado el esquema productor/consumidor, lo que implica que la información producida por una sola fuente en la red alimenta en forma simultánea a todos los probables receptores y deja a éstos la decisión de escuchar o no el mensaje recibido. Los beneficios del esquema se reflejan en una mejor utilización del ancho de banda y la agilización en el tiempo de respuesta en la red. La red permite que los dispositivos conectados a la misma se puedan enlazar como:  Maestro/Esclavo (Master/Slave)  Entre pares (Peer-to-Peer)  Productor/Consumidor.


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DeviceNet permite configurar en tiempo real una serie de dispositivos en red. Los parámetros de la configuración pueden ser guardados en la memoria del ordenador para posteriormente transferir la información en caso de ser necesario reemplazar algún dispositivo, también es posible reemplazar dispositivos conectados a la red en funcionamiento sin afectar las comunicaciones.


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Características Físicas


 Topología de bus lineal, compuesta por una línea troncal y derivaciones.  Número máximo de nodos = 64, direccionados de 0 a 63 (MAC ID).  La longitud máxima de la línea troncal está directamente relacionada con la velocidad de transmisión y del tipo de cable.  La longitud máxima de la línea de derivación únicamente depende de la velocidad de transmisión.  Se pueden realizar conexiones directas a dispositivos en la línea troncal, únicamente si al extraer el dispositivo no se provocan perturbaciones en la red.  Configuración de dispositivos en tiempo real.  Extracción y sustitución de dispositivos de la red en tensión.  Paquetes de dados de 8 bytes.  Alimentación y señal de comunicación en el mismo cable.


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5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet

Características Físicas


 Alta capacidad de corriente en la red (hasta 16 A).  Velocidad de comunicación seleccionable: de 125,250 y 500 kbps, según la longitud de los cables.  Detección de direccionamiento duplicado en la red.  Permite o uso de repetidores, bridges, ruteadores y gateways.


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2. Características Generales


Test de Conformidad


La ODVA ha definido pruebas y procedimientos para la aprobación de sistemas y dispositivos DeviceNet. La prueba de conformidad evalúan dos características que todo dispositivo debe cumplir: La interoperabilidad: se refiere a que todo dispositivo DeviceNet, independiente del fabricante, tiene la capacidad de ser configurado para operar dentro de una red DeviceNet. La intercambiabilidad: se refiere a que todo dispositivo que sigue un mismo perfil es capaz de ser sustituido por otro, independientemente del fabricante, que cumple con el mismo perfil.


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La prueba de conformidad se divide en 3 puntos más:  Prueba de software  Prueba de hardware  Prueba de interoperabilidad de sistema Prueba de Software Verifica las funciones del protocolo DeviceNet. Dependiendo de la complejidad del dispositivo, se transmiten cientos al Dispositivo Bajo Testeo (DUT)


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Prueba de Hardware Examina la conformidad del dispositivo con las especificaciones de la capa física. Esta prueba chequea todos los requerimientos de la especificación (por ejemplo, niveles de bits, conectores, sobrevoltaje soportado, tierra y chip CAN) Prueba de Interoperabilidad del Sistema Esta verifica que en un dispositivo pueda funcionar en una red con mas de 60 nodos y con una variedad de Scanners de varios fabricantes.


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Cuando un dispositivo ha sido aprobado en conformidad con las especificaciones DeviceNet, este llevara un sello con leyenda “DeviceNet Conformance Tested”


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3. Capa física de la red DeviceNet


La red DeviceNet utiliza una topología de red tipo TrunkLine-DropLine (Troncal/Derivación), que permite la señal y alimentación presentes en el mismo cable.


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 La red puede contener hasta 64 dispositivos direccionados de 0 a 63.Cualquiera de estas puede ser utilizada. No hay restricción, sin embargo se debe evitar la dirección 63, pues este se puede utilizar para fines de comisión.

 Los elementos de una red DeviceNet, vienen con la dirección 63 por defecto, esta debe ser cambiada antes de ingresarlo a la red para evitar duplicación de direcciones.


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Tabla 1. Wire Color

Wire Identity

Usage Round

Usage Flat

White

CAN_H

Signal

Signal

Blue

CAN_L

Signal

Signal

Bare

drain

Shield

n/a

Black

V-

Power

Power

Red

V+

Power

Power


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3. Capa física de la red DeviceNet Medio físico plano KwikLink.  Cable plano de 4 hilos.


 Ofrece hasta 50% de ahorro en costos de instalación.  Permite añadir nodos a la red de manera rápida y fácil, sin cortar la línea troncal.


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3. Capa física de la red DeviceNet Medio físico plano KwikLink.


 Codificación física para asegurar un correcto alineamiento de la conexión.  Clase 1: puede soportar hasta 8 A.  Clase 2: puede soportar hasta 4 A.


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Medio físico Redondo cable troncal Delgado (Round Thin). Reduce la longitud máxima de la línea truncal, pero permite una instalación mas compacta y económica para algunas instalaciones Velocidades de los datos

125 K baudios 250 K baudios 500K baudios

Longitud del cable local plano

420 m (1378 pies)

200 m (656 pies)

75 m (246 pies)

Longitud del cable troncal grueso

500 m (1640 pies)

250 m (820 pies)

100 m (328 pies)

Longitud del cable troncal delgado

100 m (328 pies)

Máx. Longitud del cable de derivación

6.1 m (20 pies)

Longitud acumulada del cable de derivación 156 m (512 pies) 78 m (256 pies) 39 m (128 pies) Numero de Nodos

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Tabla 2.


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3. Capa física de la red DeviceNet Fuente de alimentación.  24 Vdc.


 Salida DC aislada de la entrada AC.  Capacidad de corriente compatible con los equipos instalados. Resistencias terminadoras.  Para que un nodo pueda leer correctamente el nivel del bus, es importante evitar las reflexiones. En la red DeviceNet para evitar las reflexiones se recomienda instalar resistencias terminadoras y presentan las siguientes características: 

121 ohms.



0,25 W.



1% de tolerancia


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Niveles de Bus


La especificación CAN define dos estados lógicos: Recesivo (1 Lógico) Dominante (0 Lógico) Por lo tanto, la transmisión de mensajes CAN y de la competencia por al bus se basa en la habilidad para representar un valor de bit en terminos de “Dominante” y “Recesivo”. Esto debe ser realizado por medios eléctricos.


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Una transmisión CAN se compone de dos denominadas CAN_H (CAN Alto) y CAN_L (CAN Bajo).

señales

Estas se transmiten simultáneamente cada una por un conductor distinto y operan en modo diferencial, lo que quiere decir que portan voltajes invertidos, para disminuir la interferencia del ruido. Para la representación de un bit Recesivo los niveles de voltaje de las señales CAN_H y CAN_L es el mismo, para la representación de un bit Dominate existe una diferencia de voltaje Vdiff, en donde el nivel de voltaje de CAN_H es mayor que el CAN_L


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DeviceNet utiliza los valores definidos por ISO 11898-2, adaptada en IEC 62026-3, para los niveles de voltaje de CAN_H y CAN_L como se lo muestra acontinuacion:

Señal

Recesivo Min.

Nominal

Dominante

Unidad

Max.

Min .

Nominal

Max.

CAN_H

2,0

2,5

3,0

2,7 5

3,5

4,5

Volt

CAN_L

2,0

2,5

3,0

0,5

1,5

2,25

Volt 3. Tabla


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Codificación de Bit


El método de codificación de bit (bit-encoding) utilizado por DeviceNet es Non-Return-to-Zero (NRZ), que nos dice que el nivel de señal permanence constante durante un bit-time y así simplemente un time slot es necesario para representar un bit. Otro sistema de codificación es por Modulación por Ancho de Pulso (PWM).


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4. Capa de enlace de datos


 La Capa de Enlace de Datos (Data link layer): Devicenet utiliza el estándar CAN sobre la capa de enlace de datos. El gasto mínimo requerido por el protocolo CAN en la Capa Enlace de Datos mejora el trabajo de DeviceNet cuando se trata de mensajes. El marco de datos DeviceNet utiliza solamente el tipo de estructura de datos del protocolo CAN (entre otros existentes en el protocolo CAN).  Topología de la red: Las especificaciones de DeviceNet definen la topología y los componentes isibles. La variedad de topologías posibles se muestra en la figura siguiente.


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La capa de datos esta conformada por la especificación CAN, que define dos estados posibles: Estado dominante (nivel cero lógico). Estado recesivo (nivel uno lógico).

Niveles de voltaje definidos para la señal CAN en DeviceNet A = +3.5 VDC a +4.0 VDC (Estado Dominante) B = +2.5 VDC a +3.0 VDC (Estado Recesivo) C= +1.5 VDC a +2.0 VDC (Estado Dominante)


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 Técnica de al medio


DeviceNet utiliza el CSMA/NBA para acceder al medio físico. Esto significa que un nodo, antes de transmitir, debe verificar que el canal este libre. CSMA/NBA: al medio por Detección de Portadora/Arbitraje de Bitinteligente no destructivo.


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 Técnica de al medio


Si más de un nodo accede a la red simultáneamente, un mecanismo basado en prioridad de mensaje entrara en acción para decider cual de ellos tendrá prioridad sobre el otro. Este mecanismo es no destructivo, o sea, el mensaje es preservado.  Arbitraje del bus Cada vez que el bus esta libre, cualquier unidad (nodo) puede comenzar a transmitir un mensaje. Si 2 o mas unidades comienzan a transmitir un mensaje en el mismo momento, el conflicto por al bus es resuelto por el mecanismo de bit-wise arbitration (o arbitraje de bit inteligente) usado en el IDENTIFIER (o identificador), contenido en la trama CAN.


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 Trama de DeviceNet


DeviceNet solo utiliza el DATA FRAME, de los cuatro tipos de telegramas definidos por el protocolo CAN.

Todos los receptores en una red CAN sincronizan la transición del estado recesivo a dominante con un bit Start of Frame. El identificador y el RTR (Remote Transmission Request – not used by DeviceNet) forman el Arbitration Filed.


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 El Data Frame


El Data Frame, o Trama de Dato, porta los datos desde un dispositivo transmisor a uno o varios dispositivos receptores. Está compuesto de 7 diferentes campos de bits:  Start of Frame (Comienzo de Trama)  Arbitration Frame (Arbitraje de Trama)  Control Field (Campo de Control)  Data Field (Campo de Dato)  CRC Field (Campo CRC)  ACK Field (Campo ACK)  End of Frame (Fin de Trama)


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 Start of frame: Inicio de la trama


Consiste de un único bit “dominante”. Una estación puede comenzar a transmitir solamente cuando el bus está desocupado. Al comenzar a transmitir un nodo, éste lleva al bus a un estado dominante a través del bit de comienzo Start of Frame, por lo cual, todas las estaciones deben sincronizarse al cambio de estado producido por este para escuchar la transmisión. En el caso de que más de una unidad comience a transmitir simultáneamente, el conflicto por el al medio se resuelve mediante el arbitraje.


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 Arbitration Field: Campo de Arbitraje.


El Arbitration Field, o Campo de Arbitraje, es la porción del Data Frame en dónde opera el mecanismo de arbitraje para resolver el conflicto por el al medio. El Arbitration Field de CAN se compone del Identifier, o Identificador, y el RTR-Bit.  El Identifier

El Identifier, o Identificador, tal como su nombre lo indica, permite identificar el mensaje y su prioridad sobre otros. Posee una longitud de 11 bits. Estos bits son transmitidos en el orden desde ID-10 hasta ID-0. El bit menos significativo es ID-0. Los 7 bits más significativos, ID-10 – ID-4, no deben ser todos “recesivos”. Como se puede deducir, los mensajes con Identifier de menor valor son los que tendrán mayor prioridad, dado que comenzarán con niveles de bit dominante que les permitirán ganar el arbitraje.


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 El RTR Bit


El RTR Bit (Remote Transmisión Request Bit) se implementa para distinguir entre un Data Frame y un Remote Frame que posean un mismo Identifier. De éstos, el Data Frame tiene mayor prioridad, por lo su RTR-Bit tiene un valor dominante, mientras que el RTR-bit del Remote Frame es recesivo. Sin embargo, éste bit no es utilizado por DeviceNet, dado que sólo se utiliza el Data Frame y, por lo tanto, no necesita realizar esta distinción.


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 Control Field: Campo de control.


El Control Field, o Campo de Control, entrega la información acerca de cuántos bytes de datos son contenidos dentro del Data Field, o Campo de Dato, que le sigue después. El Control Field consiste de 6 bits, distribuidos en el Data-Length-Code, o Código de Longitud e Dato, de 4 bits y los 2 bits restantes están reservados. Los bits reservados deben ser enviados como “dominante”.


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 Data-Length-Code: Código de Longitud de Dato. El Data-Length-Code, o Código de Longitud de Dato, indica el número de bytes contenidos en el Data Field. El Data-Length-Code tiene un ancho de 4 bits y es transmitido dentro del Control Field. La siguiente tabla muestra la codificación del número de bytes de datos por el Data-Length-Code, en donde d es “dominante”, y r es “recesivo”.


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 Data Field: Campo de Dato.


El Data Field, o Campo de Dato, contiene los datos a transferir. Puede contener desde 0 hasta 8 bytes, lo cual es indicado previamente en el Campo de Control. Cada byte es de 8 bits los cuales son trasmitidos desde el MSB al LMS.

 CRC Field: Campo CRC. El CRC Field, o Campo de CRC, tiene una longitud de 16 bits, divididos en la Secuencia CRC (CRC Sequence) de 15 bits, seguida por el Delimitador CRC (CRC Delimiter) de 1 bit.


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 CRC Field: Campo CRC.

El CRC Sequence: Corresponde a una secuencia de chequeo de trama la cual es la derivada de un código de redundancia cíclica, o CRC, que opera mejor en tramas con cantidades de bit menor a 127 bits (BCH Code). Para llevar a cabo el cálculo del CRC se define un polinomio M(X), que debe ser dividio por el generador polinomial G(X). Este polinomio M(X) se compone de los coeficientes obtenidos de los campos de bits de la trama CAN Start of Frame, Arbitrion Field, Control Field, Data Field (sin los bits de relleno), y 15 coeficientes menores con valor de 0. El generador polinomial G(X) es (los coeficientes son calculados en módulo 2): +++++++1 El remanente de esta división polinómica es la Secuencia CRC transmitida.


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 CRC Field: Campo CRC.


EL CRC Delimiter: El CRC Delimiter, o Delimitador CRC, sigue a la Secuencia CRC y consiste de un único bit “recesivo”.  ACK Field: campo de ACK. El ACK Field, o Campo ACK, significa el Campo de Reconocimiento. Se compone de 2 bits, el ACK Slot, o Ranura ACK, y el ACK Delimiter, o Delimitador ACK. Cuando el nodo Transmisor envía los 2 bits del ACK Field, éstos son de niveles “recesivos”. Cuando el nodo Receptor ha recibido un mensaje correctamente, reporta esto al Transmisor por el envío de un bit “dominante” durante el ACK Slot (envía un “ACK” o reconocimiento).


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 ACK Field: campo de ACK.


El ACK Slot: Todas las estaciones habiendo recibido la Secuencia CRC reportan esto dentro del ACK SLOT sobrescribiendo el bit “recesivo” del transmisor por un bit “dominante”. El ACK Delimiter: El ACK Delimiter es el segundo bit del ACK Field y debe ser un bit “recesivo”. Como consecuencia, el ACK Slot es rodeado por 2 bits “recesivos” (CRC Delimiter y el ACK Delimiter).


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 End of Frame: Fin de la trama. Consiste en una secuencia de 7 bits recesivos.



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 Codificacion


El método de codificación de bit es el NRZ y se utiliza la técnica de bit de relleno (bit-stuffing) cada vez que el transmisor detecta 5 bits consecutivos idénticos. Sin embargo, no se aplica relleno bits a todos los campos del Data Frame. La técnica de relleno de bits se aplica en los siguientes campos del Data Frame:  Start of Frame  Arbitartion Field  Control Field  Data Field  CRC Sequence del CRC Field


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 Validacion de Mensaje El momento en que un mensaje es tomado para ser validado, es diferente para el Transmisor y el Receptor del mensaje. Validación del Transmisor: El mensaje es validado por el transmisor, si no hay error hasta el final del End of Frame. Si un mensaje está dañado, será retransmitido automáticamente y de acuerdo a la priorización. Para poder competir por el al bus con otros mensajes, la retransmisión debe comenzar tan pronto como el bus esté desocupado. Validación del Receptor: El mensaje es validado por los receptores, si no hay error hasta el último bit del End of Frame.


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5. Capa de Red y Transporte


Can Identifier (CAN-ID)


Dado que DeviceNet implementa CAN en su capa de enlace, se utiliza el Identifier de 11 bits del campo de arbitraje del Data Frame para identificar diferentes mensajes. Por consiguiente, pueden distinguirse El CAN-ID es desglosado en dos partes: MAC-ID Es la dirección del nodo (ya sea Fuente o destino) dentro de la red. Siempre es de 6 bits. Por lo tanto, la cantidad de nodos itidos en una red deviceNet es de 64. MENSAJE-ID Identifica a un tipo de mensaje.


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4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet



El rango de CAN-IDs esta dividido en 4 Grupos de Mensajes, variando el tamaño, en la siguiente table se presentan los rangos Connection ID= CAN Identifier (bits 10:0) 10

9 0

8

7

6

5

4

Message ID

3

2

Used for 1

0

Source MAC ID

1

0

MAC ID

1

1

Message ID

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Message Group 1

Message ID

Message Group 2

Source MAC ID

Message Group 3

Message ID

Message Group 4

1

x

x

x

x

Invalid CAN Identifiers

Tabla 4.

CAN-ID es la Connection-ID. Comprende el grupo de Mensaje ID , el Mensaje dentro de ester grupo y el MAC-ID del dispositivo, que puede ser la dirección de la fuente o destino. La definicion depende del Grupo de Mensaje y del Mensaje ID.


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Establecimiento de Conexión En una red DeviceNet primero debe establecer una conexión entre los dispositivos antes de poder transmitir y recibir. La conexión entrega un camino entre 2 puntos externos y configura cada estación de combinación de ruta, para que la comunicación continue abierta se usa un circuito virtual CV que permanence abierto.


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4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y Transporte de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

Conexion I/O Polled La conexión tipo Polled, o de sondeo, es usada para implementar la clásica relación Master/Slave entre una unidad de control y un dispositivo. En esta configuración, un Master puede transferir datos a un Slave usando el Poll-Request y recibir datos desde el Slave usando el Poll-Response.


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4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y transporte de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

Conexion Bit-Strobe I/O La Conexión I/O Bit-Strobe es un tipo de conexión Multicast, en que el Master realiza la transmisión de mensajes a través de un comando llamado Bit-Strobe-Command. Utilizando este comando, el Master envía un mensaje multicast que alcanza a todos los Slaves asignados por la Conexión I/O Bit-Strobe. El frame enviado por el Maestro a través de este comando, siempre es de 8 bytes o de 0 bytes (si está desocupado). De estos 8 bytes, cada Slave está asignado a 1 bit. Cada Slave puede enviar de regreso hasta 8 bytes de datos en su respuesta.


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6. Capas Superiores

4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y transporte de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet

Modelo de Objeto para DeviceNet


Dentro de los objetos, algunos son de requerimiento mínimo para los dispositivos para implementar una red funcional y estos son:  Identity Object  Message Router Object  Object Connection o Connection Manage Object  Objetos adicionales especificos de red


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7. Comunicación en DeviceNet


Modelo de comunicación


Modelos de a la red El a una red se puede realizar mediante el modelo: 

Cliente/Servidor (Origen/Destino)



Productor/consumidor (Multicast)


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7. Comunicación en DeviceNet Modelo Cliente/Servidor (Origen/Destino) SCR

DST

DATA


CRC

El nodo Originador envía los datos individualmente a cada nodo Destinatario. Para enviar la misma información varias veces a diferentes destinos hay que enviar el paquete de datos cada vez. La sincronización entre los nodos es compleja ya que los datos llegan a cada nodo en instantes diferentes. Modelo Productor/Consumidor (Multicast) CRC Identificad DATOS or El modelo Productor/Consumidor, este modelo pone la información accessible a todos los componentes de la red simultáneamente. Esto provoca que múltiples nodos pueden consumir información simultáneamente y que la sincronización de nodos sea fácil.


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7. Comunicación en DeviceNet Modos de trabajo Master/Slave (Maestro/Esclavo):


Un maestro, múltiples esclavos. Los dispositivos esclavos unicamente intercambian información con el dispositivo maestro.

Cuando se habla de conexiones Master/Slave se esta haciendo referencia a aquel conjunto de conexiones, donde los nodos que intervienen no son libres para escoger el tipo de conexión, simplemente quiere decir que la conexión esta predefinida


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4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet

Modos de trabajo

8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet

Multimaster (Multimaestro): Más de un maestro en el mismo sistema tiene su grupo de esclavos. Los dispositivos esclavos unicamente intercambian información con sus maestros. El modelo Master/Salve permite trabajar con los siguientes modelos: Modo Poll: Cuando el dispositivo recibe Información (normalmente las salidas), responde inmediatamente enviando su información (normalmente entradas). Modo Strobe: En un mismo ciclo se envía/recibe todos los datos de E/S de todos los dispositivos de la red.


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7. Comunicación en DeviceNet Modos de trabajo


Change of State (Cambio de Estadp): Los dispositivos producen información unicamente cuando cambia su estado.

El método de trabajo es eficiente porque reduce considerablemente el tráfico en la red, los dispositivos no desperdician recursos procesando información antigua.


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7. Comunicación en DeviceNet Modos de trabajo


Cyclic (Cíclico): Los dispositivos producen información a frecuencia determinada por el . La producción cíclica es eficiente porque la información se actualice a la frecuencia apropiada para el dispositivo y aplicación. Se reserve ancho de banda para dispositivos con cambios muy rápidos y la información muestreada a intervalos fijos proporciona un mejor determinismo.


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7. Comunicación en DeviceNet Modos de trabajo Peer to Peer (Entre iguales):


Los dispositivos se tratan como iguales, libres de intercambiar información con cualquier dispositivo cuando lo necesiten. Mayoritariamente utilizada con la mensajería explicita.


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Mensajes explicitos


Los mensajes explícitos son usados para carga/descarga de programas, modificación de configuración de dispositivos, tendencias, diagnósticos, etc. Son muy flexibles, pero su rendimiento es menor porque cada dispositivo debe interpretar y generar una respuesta. Características  Usado para información de control crítica (E/S)  El campo de datos únicamente contiene datos  El significado de los datos esta predefinido entre los dispositivos que se  intercambian información  El dispositivo receptor solo reacciona, usa la información  Altamente eficiente tanto para el ancho de banda como el procesamiento en el nodo.  Menos flexible  Conexiones preestablecidas


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7. Comunicación en DeviceNet Mensajes explícitos


Objetos Un objeto representa una representación abstracta de un determinado componente de un dispositivo. Un modelo de abjeto permite representar:  El conjunto de servicios de comunicaciones disponibles.  El comportamiento visible desde el exterior de un nodo.  El esquema estándar que utilizan los dispositivos para comunicarse.


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8. Componentes de una red DeviceNet


FUENTE DE ALIMENTACIÓN


CABLEADO DE LA RED: TIPO DE CABLE: Round cable KwikLink fíat cable FUNCION: LINEA TRONCAL LINEAS DERIVADAS

Color del cable

Señal

Cable redondo

Cable chato

Blanco

CAN_H

Señal DN

Señal DN

Azul

CAN_L

Señal DN

Señal DN

Alambre Desnudo

Drena

Protección

No usado

Negro

V-

Alimentación

Alimentación

Rojo

V+

Alimentación

Alimentación

Tabla 5.


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CABLEADO DE RED: CONSTITUCION: NEGRO


ALIMENTACION NEGATIVA (-24 Vcd)

ROJO

ALIMENTACION POSITIVA (+24 Vcd)

BLANCO

CAN_H (Señal alta)

AZUL

CAN-L (Señal baja)

DESNUDO

DRENAJE (inmunidad al ruido)


68



Conectores DeviceNet



69



LINEA TRONCAL (Round cable):


Línea principal de la Red DeviceNet Todos los nodos se conectan a ella a través de líneas derivadas. LINEA DERIVADA (Round cable): Está conectada a las Red Principal El diámetro es menor al de la Línea Principal


70


5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet

ESPO

7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet

Resistencias Terminales


 Se colocan en puntos terminales de la Línea Troncal.  Previenen el efecto “REBOTE” en la señal de comunicación .  ROUND CABLE : Se utilizan resistencias terminales tipo MACHO o HEMBRA  MACHO: Color Gris  HEMBRA: Color Negro

 KWIKLINK CABLE: Las resistencias terminales se usan con tapas terminales (END CAP).

L


71

8. Compenentes de una red DeviceNet


Taps


Se utilizan para conectar la línea Troncal a las líneas derivadas, cuando el medio físico es cable tipo Round cable.  TIPOS DE TAPS:  T-Port tap: Conector tipo “T” permite conectar solo una línea derivada a la LINEA TRONCAL.  DeviceBox tap: Conector tipo "CAJA” permite conectar hasta 8 líneas derivadas a la LINEA TRONCAL.  Power Tap tap: rio que permite conectar el cableado de RED a una fuente de alimentación.  DevicePort tap: Conector tipo “CAJA” que permite conectar hasta 8 nodos a una LINEA PRINCIPAL (Cable Ronda o KwikLink) utilizando una sola línea derivada.


72

8. Componentes de una red Devicenet


IDC (Conectores con aislamiento desplazable) Estos conectores se utilizan solo cuando la LINEA TRONCIDC (Conectores con aislamiento desplazable) AL es un cable tipo KWIKLINK, permitiendo :  Conectar líneas derivadas a la LINEA TRONCAL  Conectar nodos directamente a la LINEA TRONCAL

 TIPOS DE IDC:  Conector tipo abierto: Posee puntos de conexión expuestos. Se deben proteger con alguna caja o cubierta cerrada por precaución.  Microconector: No posee puntos de conexión expuestos.


73



MODULO ESCANER Es una interfaz entre los diferentes nodos que están conectados en una Red DeviceNet y su controlador.  FUNCIONES:  Organización y almacenamiento de Data (en su memoria) en forma de tablas de fácil .  Diagnostico de errores en la Red de comunicación

 TIPOS: Depende de la plataforma del controlador que se este empleando, ROCKWELL AUTOMATION utiliza 5 tipos: 1771-SDN, 1747-SDN, 1756DBN, 1784-PCIDS y 1769-SDN


74



NODOS (equipos):


Dispositivos físicos con capacidad de comunicación DeviceNet que se conectan a la red Item

Categoria

Ejemplos

1

I/O Empaquetados

ArmorBlock MaXum I/O, CompactBlock I/O

2

Modular I/O

1794 Flex I/O, 1734 POINT I/O (1734-ADN, 1734-ADNX)

3

Sensor

871TM Sensor inductivo de proximidad, RightSight Sensor Fotoeléctrico

4

Interface del Operador

view Plus, 800E Estacion de pulsadores

5

Controles de velocidad de Motores

Bulletin 160 Drive, bulletin 1305 AC Drive, PowerFlex 4

6

Dispositivos de control de movimiento

ULTRA 3000, ULTRA 5000, KINETIX 300, KINETIX 6000

7

Arrancadores de Motores

Bulletin 2100 IntelliCENTER MCC

8

Protectores de Motores

Relé de sobrecarga E3, Bulletin 100 DSA

Tabla 6.


75



 SELECCIÓN DEL TIPO DE CABLE:

Se debe seleccionar el tipo de cable a utilizar según las condiciones operacionales que deseamos que tenga nuestra red DeviceNet. Las opciones que tenemos son:  CABLE ROUND GRUESO: Se usa comúnmente para la LINEA TRONCAL. Puede manejar un rango de corriente de hasta 8 amperios. Diámetro de 12.2 mm.  CABLE ROUND DELGADO: Se usa comúnmente para las líneas derivadas. Mayor flexibilidad que el cable ronda grueso. Diámetro de 6.9 mm.  CABLE PLANO (Kwiklink) GRUESO:  CLASE 1: Se utiliza con fuentes de alimentación tipo 1. Puede manejar un rango de corriente de 8 amperios.  CLASE 2: Se utiliza con fuentes de alimentación tipo 2. Puede manejar un rango de corriente de 4 amperios.



76


Diseño de una capa física 

Se utiliza solo para líneas derivadas. Es un cable sin drenaje y con 4 conductores.



REQUERIMIENTOS OPERACIONALES DE UNA LINEA TRONCAL: Para asegurar que una línea troncal funciones adecuadamente debe cumplir con las siguientes condiciones 

CABLE RONDA Y CABLE PLANO CLASE 1: No debe conducir corrientes superiores a 8 amperios.



CABLE PLANO CLASE 2: No debe conducir corrientes superiores a 4 amperios.



TODOS LOS CABLES: No deben exceder la longitud máxima permitida de acuerdo a la velocidad de transmisión de data.


77



Diseño de una capa física 

Máxima longitud de la línea troncal:

VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN

DISTANCIA MÁXIMA CABLE PLANO

125 kbit/s

420 m

500 m

100 m

250 kbit/s

200 m

250 m

100 m

75 m

100 m

100 m

500 kbit/s Tabla 7.

DISTANCIA DISTANCIA MÁXIMA MÁXIMA CABLE RONDA CABLE RONDA GRUESO GRUESO


78



 REQUERIMIENTOS OPERACIONALES DE UNA LINEA DERIVADA: Para asegurar que una Línea Derivada funciones adecuadamente debe cumplir con las siguientes condiciones:  No debe conducir corrientes superiores a 3 amperios.  La longitud de la línea no debe superar los 6 m (desde el ultimo nodo a la Línea Troncal.  La longitud de líneas derivadas debe cumplir con los datos de la siguiente tabla para poder asegurar una adecuada funcionalidad a una determinada velocidad de transmisión:

VELOCIDAD DE TRANMISIÓN

LONGITUD MÁXIMA DE LÍNEAS DERIVADAS

125 kbits/s

156 m

250 kbits/s

78 m

500 kbits/s

39 m

Tabla 8.


79



 REQUERIMIENTOS OPERACIONALES DE LA FUENTE DE ALIMENTACION: 

La fuente de alimentación debe tener su propia protección contra sobrecorrientes.



La fuente de alimentación debe ser colocada lo mas cercana posible del centro de la red.



La fuente de alimentación deber ser calculada de manera que pueda suministrar la potencia mínima exigida por cada nodo.



La corriente máxima debe calcularse de acuerdo a la longitud de la línea derivada, según la siguiente tabla:

LONGITUD DE LA LINEA DERIVADA

CORRIENTE MAXIMA

1.5 m

3 Amperios

2m

2 Amperios

3m

1.5 Amperios

6m

0.75 Amperios

Tabla 9.


80





CÁLCULO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA REQUERIDA POR LA RED: 

MÉTODO DE REVISIÓN DE TABLAS: Se emplea en la fase inicial del diseño de Red. En ningún segmento de la red debe haber sobrecargas.



Se realiza una sumatoria de los requerimientos de energía de cada dispositivo o nodo.



Se determina la longitud total de la red.



Se revisan los valores máximos permitidos de corriente que aparecen en las tablas pre-definidas.


81



 RESISTENCIAS TERMINALES:  Se deben colocar a ambos extremos de la línea troncal.  Los valores de las resistencia debe ser de 120 Ohmios y con una máxima disipación de potencia de ¼ W.


82

10. Dispositivos para la red de campo

5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet 10. Dispositivos para la red de Campo

Dado que la red de campo DeviceNet ha sido diseñada para nivel bajo de automatización como sensores y actuadores, existe la manera de comunicarlos con los niveles de alto nivel, es por ello que es necesario estar familiarizado con los diferentes dispositivos que se utilizaran. Clasificación de componentes


83



Plataforma de Control

10. Dispositivos para la red de Campo

Se compone de un Controlador Lógico Programable junto a un modulo de comunicación para soportar comunicación a una red DeviceNet.


84



Plataforma de Control


Algunas plataformas de control disponibles para DeviceNet  ControlLogix  CompactLogix  PLC-5  FlexLogix  SLC 500


85



Medio


Como se menciono anteriormente en la capa física de DeviceNet, se definen 3 medios que son:


86



Configuración típica de red DeviceNet con medio Round-Thick Claves de los dispositivos para el medio Round-Thick 1. Thick trunk cable 2. Terminator 3. T-port 4. 5. 6. 7.

Power tap DeviceBox DevicePort Thin drop cable

8. ArmorBlock MaXum 9. ArmorBlock cordsets 10. Aux power cable

Tabla 10.

11. Aux power tee 12. Open terminator 13. DeviceNet photoelectric sensor 14. DeviceNet proximity switch 15. DeviceNet limit switch 16. DeviceNet encoder 17. DeviceNet link 18. Standard photoelectric sensor 19. Standard proximity switch 20. Standard limit switch


87



Configuracion típica de red DeviceNet con medio Round-Thin Claves de los dispositivos para el medio RoundThin 1. 2. 3. 4.

Thick trunk/ dropcable Terminator T-port Power tap

5. DeviceBox 6. DevicePort 7. ArmorBlock MaXum 8. ArmorBlock cordsets 9. Open terminator 10. DeviceNet photoelectric sensor

Tabla 11.

11. DeviceNet inductive proximity switch 12. DeviceNet limit switch 13. DeviceNet encoder 14. DeviceNet link 15. Standard photoelectric sensor 16. Standard proximity switch 17. Standard limit switch


88



Configuración típica de red DeviceNet con medio Plano-KwikLink Claves de los dispositivos para el medio Pla oKwikLink 1. Flat trunk cable 2. Flat auxiliary power cable 3. splice kit 4. Terminator 5. conector IDC 6. Open-Style IDC 7. Class I drop/ power tap 8. DevicePort 9. KwikLink drop cable 10. Terminal chamber 11. Conduit adapter 12. Flat cable end cap 13. Mounting clamp

Tabla 12.

14. Dust cap 15. ArmorBlock MaXum 16. ArmorBlock cordsets 17. DeviceNet Rigthsight sensor 18. DeviceNet Series 9000 sensor 19. DeviceNet inductive proximity sensor 20. DeviceNet limit switch 21. DeviceNet encoder 22. DeviceLink 23. Standard photoelectric sensor 24. Standard proximity sensor 25. Standard limit switsh


89



Sensores DeviceNet Son sensores con capacidades de comunicación directa con una red DeviceNet, este es un nodo para la red. Son llamados también DISPOSITIVOS INTELIGENTES debido a que poseen características especiales tales como autodiagnóstico, autodetección de tasa de transmisión de la red y reemplazo automatic de dispositivo.


90



Herramientas de Software Las principales herramientas de software para la red DeviceNet son:  Architecture Builder  RSLogix5000  RSNetwork  RSLinx


91



Architecture Builder Este software es una herramienta para el diseño de redes que implementan el protocolo CIP, es decir, DeviiceNet, ControlNet y EtherNet/IP. Tomando en cuenta el medio, los dispositivos y otros factores asociados.


94



RSNetWorx La comunicación entre el PC donde corre RSNetwork y la red DeviceNet se realiza por los medios:  Por Puerto de red si existe un módulo de comunicación EtherNet/IP.  Por la conexión de una interfaz de comunicación en el PC anfitrión del software. La conexión entre el programa RSNetworky la red DeviceNet es establecida por el servidor de comunicación RSLinx.


95



RSLinx Este software es un servidor de comunicación que permite el enlace entre una red de la familia CIP y los softwares de aplicación en entorno Windows. Más funcionalidades.  Como servidor de comunicación, establece la comunicación entre la red y los programas RSLogix 5000 y RSNetWorx.  Subir () un lenguaje en porgrama Ladder desde un PLC y modificarlo.  Navegar por los dispositivos de la red y monitorear su estado.


96

11. Aplicaciones Nacionales en la Industria

4. Capa de enlace de datos de una red DeviceNet 5. Capa de red y aplicación de la red DeviceNet 6, Capas Superiores de la red DeviceNet 7. Comunicación en DeviceNet 8. Componentes de una red DeviceNet 9. Pasos para diseñar el cableado de una red DeviceNet 10. Dispositivos para la red de Campo

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11. Aplicaciones Nacionales en laIndustria

https://asecuador-public.sharepoint.com/ Una empresa ubicada en Quito con certificación (Recongnized System Integrator) que ofrece servicios y productos en los campos de la Ingeniería Instrumentación, Control de Procesos y Automatización, desde el año 2.004.

Electrónica,

Desarrollo un proyecto dedicado en el ensamblaje automotriz, es importante mencionar que todo el funcionamiento estará sostenido por una red industrial confiable y de altas prestaciones como DeviceNet.

Arquitectura de control de sensores, motores electricos, electrovalvulas y pulsantes


97



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Arquitectura de control del sistema y pantalla HMI de la planta general del sistema



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Pantalla HMI de sensores

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