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Curso Redes Industriais DeviceNet Com o desenvolvimento da informática nos anos 80 e a constante redução dos custos de componentes microcontrolados, possibilitou o inicio dos sistemas com comunicação serial em larga escala mundial aplicados as redes de comunicação dos microcomputadores. Já no inicio dos anos 90 vários protocolos de comunicação digital tentam estabelecer-se no mercado de automação industrial, e de fato vários deles estão em uso controlando processos automáticos e distribuindo informações aos equipamentos de controle. Devido ao fracasso do processo de normalização de um único protocolo, várias associações técnicas foram estabelecidas propondo protocolos abertos onde vários fabricantes poderiam desenvolver produtos oferecendo aos usuários independência na escolha. De fato o protocolo DeviceNet firmou-se no mercado pela diversidade de produtos oferecidos e também pela excelente solução técnica de uma rede produtor- consumidor que poupa o meio físico das desgastantes trocas de dados inócoas. A associação de importantes fabricantes mundiais de automação a ODVA ( Open DeviceNet Vendor Association ) trouxe a confiabilidade e estabilidade que os usuários almejavam. PREFÁCIO: 1 - Introdução: 1.1 - Conceitos de Redes Industriais 1 1.2 - Tipos de Comunicação Serial 2 1.2.1 - Point to Point 2 1.2.2 - Master / Slave 2 1.2.3 - Multi Master 3 1.2.4 - Producer / Consumer 3 1.3 - Métodos de Comunicação 4 1.3.1 - Polled Message 4 1.3.2 - Strobed Message 4 1.3.3 - Cyclic Message 5 1.3.4 - Change of State 5 1.4 - Protocolos de Mercado 6 2 - Rede DeviceNet: 2.1 - Introdução 7 2.2 - Meio Físico 8 2.3 - Topologias 8 2.3.1 - Branch Line 8 2.3.2 - Tree 9 2.3.3 - Line 9 2.3.4 - Star 10 2.3.5 - Ring 10 2.4 - Números de Estações Ativas 11 2.5 - Número de Redes por PLC 12 2.5.1 - Memória Disponível 12 2.5.2 - Rack 12 2.5.3 - Tempo de Resposta 12 2.6 - Taxa de Comunicação 13 2.7 - Cabos DeviceNet 13 2.7.1 - Composição Cabo Redondo 14 2.7.2 - Cabo Grosso 14 2.7.3 - Cabo Fino 14 2.7.4 - Cabo Flat 14 2.7.5 - Características dos Cabos 14 2.8 - Comprimento dos Cabos 15 ÍNDICE: 3 - Projeto da Rede DeviceNet: 3.1 - Comprimento dos Cabos 16 3.1.1 - Comprimento do Cabo Grosso 16 3.1.2 - Comprimento do Cabo Fino 17 3.1.2.1 - Comprimento das Derivações 17 3.1.2.2 - Soma das Derivações 17 3.1.3 - Linha Tronco 17 3.1.4 - Derivações 17 3.2 - Queda de Tensão 18 3.2.1 - Cálculo das Correntes 18 3.2.2 - Cálculo das Quedas de Tensões 19 3.2.3 - Tensão nos Equipamentos 21 3.2.4 - Conclusão 21 3.3 - Posicionamento da Fonte 22 3.3.1 - Recalculo das Correntes 22 3.3.2 - Recalculo das Tensões 23 3.3.3 - Extensão da Rede 24 3.3.4 - Múltiplas Fontes de Alimentação 24 3.4 - Alimentação da Rede 26 3.4.1 - Fonte de Alimentação 26 3.4.2 - Distribuidor de Alimentação 26 3.4.3 - Resistor de Terminação 27 3.4.4 - Posição do Resistor de Terminação 27 3.5 - Interoperabilidade 28 3.5.1 - Distribuidor de Rede 28 3.5.2 - Layout com Distribuidor de Rede 29 3.6 - Aterramento da Rede 3.6.1 - Malha de Aterramento 30 3.6.2 - Entrada dos Cabos nos Equipamentos 30 3.6.3 - Borne de Dreno 30 3.6.4 - Isolação do Dreno 30 3.6.5 - Verificação da Isolação da Blindagem 31 3.6.6 - Aterramento da Blindagem 31 3.6.7 - Blindagem com Múltiplas Fontes 31 3.6.8 - Blindagem dos Instrumentos de Campo 31 4 - Protocolo: 4.1 - Camadas OSI 32 4.2 - Protocolo DeviceNet 33 4.3 - CAN Data Frame 33 4.4 - Arbitração e Controle 34 4.5 - Erros de Comunicação 35 4.6 - Grupos de Mensagens 36 4.7 - Mensagens 36 5 - Software: 5.1 - Conversor DeviceNet / RS232 37 5.2 - Overview RSLinx 38 5.2.1 - Configurando o Linx para Comunicar com o NetWorx 39 5.3 - Overview RSNetWorks 41 5.4 - Instalando EDS 42 5.4.1 - Instalando o Arquivo de EDS 42 5.4.2 - Instalando a Ícone 43 5.5 - Modo On / Off line 44 5.6 - Scanner DeviceNet 45 5.6.1 - Scanlist 45 5.6.2 - Mapeamento de Memória 46 5.6.2.1 - Mapeamento das Entradas 46 5.6.2.2 - Mapeamento das Saídas 47 5.6.2.3 - Endereçamento da Memória 47 5.7 - Configuração de Equipamentos 48 5.7.1 - Parâmetros de Comunicação 48 5.7.2 - Configuração Entradas e Saídas 49 5.7.3 - Monitoração das Entradas 50 5.7.4 - Proteção Watch Dog 50 6 - Manutenção: 6.1 - Endereçamento 51 6.1.1 - Endereçamento via Hardware 51 6.1.1.1 - Chave Dipswitch 52 6.1.1.2 - Tabela de Endereços 52 6.1.2 - Endereçamento via Software 53 6.2 - Led de Sinalização 54 6.2.1 - Significado Led Rede 54 6.3 - Display do Scanner 55 6.4 - Substituição de Equipamentos 56 6.5 - Equipamento Faltando 56 6.6 - Novo Equipamento na Rede 57 6.6.1- Inclusão de um Novo Equipamento na Rede 57 Anexos: Anexo I - Termos e Definições (tradução de termos em inglês) 58 Anexo II - Lista de Códigos de Erros 60 Anexo III - Check list para Start Up DeviceNet 62 Anexo IV - Troubleshooting 65 Anexo V - ODVA - Open DeviceNet Vendor Association 68 1.1 - Conceitos de Redes Industriais: A automação industrial vem a vários anos tentando substituir o velho padrão de corrente 4-20mA, por um sistema de comunicação serial. As redes industriais apresentam como grande vantagem a redução significativa de cabos de controle e seus acessórios (bandejamento, leitos, eletrodutos, conectores, painéis, etc) que interligam os elementos de campo ao sistema controlador (PLC). A redução também é muito significativa no projeto e na instalação, pois com menos cabos, diminui-se o tempo de projeto e dos detalhes de encaminhamento dos cabos. Na instalação inicial o tempo também é reduzido na mesma proporção, pois menos cabos serão lançados e painéis de rearrango não serão mais necessários e menos conexões serão realizadas. Do ponto de vista da manutenção, ganha-se a medida que o sistema fornece mais informações de status e diagnósticos, mas por outro lado requer-se pessoal mais qualificado e treinado para compreender e utilizar os recursos disponíveis. A figura abaixo ilustra a forma tradicional de interligação dos dispositivos de campo com o seu controlador, em comparação com os dispositivos ligados em rede e distribuídos no campo. Existe também uma tendência de todos os dispositivos serem inteligentes e poderem se comunicar com a rede, principalmente devido a crescente redução dos custos dos componentes microcontrolados. Por outro lado nem sempre a distribuição total da inteligência nos elementos básicos tais como: sensores, chaves, sinaleiros, relés, etc; é interessante; pois pode-se optar por módulos I/O inteligentes que concentram as informações de vários elementos básicos principalmente de I/O digitais reduzindo o tráfico na rede. 1 Sense Rede DeviceNet Tendência: Dispositivos ligados em rede com o controlador (PLC). Tradicional: Cada dispositivo conectado individualmente ao controlador (PLC). 1.2 - Tipos de Comunicação Serial: Neste tópico apresentaremos uma breve descrição dos tipos de comunicação mais comuns utilizados em troca de dados serialmente. O tipo de comunicação define a conexão entre os equipamentos e a maneira como é feita a troca das informações no que se diz respeito ao caminho percorrido pelos dados. 1.2.1 - Point-to-Point: Na comunicação ponto a ponto a troca de dados é feita diretamente entre os dois elementos, sem a necessidade de um “gerenciador”. Sendo amplamente empregada em equipamentos autônomos, que normalmente realizam suas tarefas sozinhos, mas necessitam de configuração ou dados para manipulação, como exemplo podemos citar: um computador e o mouse, um inversor de frequência e seu configurador, transmissor de pressão e seu configurador Hart, etc. No exemplo abaixo, a comunicação ponto a ponto é utilizada por um sensor que envia dados para um controlador e um analisador. 1.2.2 - Master-Slave: A comunicação Mestre / Escravo, amplamente utilizada, possui um mestre para gerenciar a comunicação, e tem como função solicitar e receber os dados e comandos. Os outros participantes da rede conhecidos como escravos, que nunca iniciam uma comunicação e respondem com dados para o mestre, que mantém uma lista de todos os escravos presentes na rede e rotineiramentesolicita para cada escravo a troca de dados. Esta forma de comunicação é uma das mais utilizadas, mas nem sempre é a mais adequada pois como em uma rede industrial controlando módulos de I/O, messagens repetitivas e desnecessárias poluem o tráfico na rede. Sense 2 Rede DeviceNet ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v 1.2.3 - Multi-Master: A rede Multimestre é prevista por vários protocolos de comunicação, mas com pouca aplicação em redes industriais. Oferece como vantagem a possibilidade de dois mestres utilizarem o mesmo meio físico, mas na prática poucos protocolos permitem a troca de dados de um escravo para os dois mestres, sendo que o comum neste tipo de configuração é cada mestre possuir seu conjunto de escravos. 1.2.4 - Producer-Consumer: As redes Produtor-Consumidor suportam os três métodos de comunicação expostos anteriormente: ponto-a-ponto, mestre-escravo e multimestre. Do ponto de vista prático, esta forma de comunicação é mais flexível, pois dependendo da natureza da informação a ser trocada pode-se optar pela forma mais adequada, otimizando o barramento no que diz respeito ao trâfego. A rede DeviceNet utiliza este conceito e aplica as várias formas de comunicação dependendo da função a ser realizada pelos equipamentos. Outra grande vantagem disponível na rede Produtor-Consumidor é a possibilidade de uma informação ser gerada e distribuída por qualquer equipamento da rede, como aplicação prática deste principio pode-se observar um configurador da rede que envia parâmetros de configuração para um equipamento qualquer da rede. Exemplo: configuração de um inversor de frequência, definição do tipo de entrada em um módulo analógico de I/O, etc. 3 Sense Rede DeviceNet ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v carlos.silva Highlight 1.3 - Métodos de Comunicação: O tipo de comunicação define basicamente os equipamentos que participam da troca de dados, e o método define a forma com que as informações (messagens) serão trocadas. A rede DeviceNet admite os seguintes métodos: 1.3.1 - Polled Message: O mestre gera uma mensagem de comando direcionada a um determinado escravo (ponto-a-ponto), transmitindo também dentro da mensagem os dados específicos para este escravo, tais como: comando on / off para a saídas de I/O ou dados para um display, etc. A resposta do escravo é direcionada ao mestre e também inclui seus dados. O mestre irá gerar uma mensagem para cada escravo configurado com a comunicação Polled e acolherá a resposta de todos. 1.3.2 - Strobed Message: O mestre transmite uma mensagem tipo mult-cast para todos os escravos configurados como Strobed, além de um bit de comando para cada um, junto com a instrução. Os escravos respondem em seguida. Sense 4 Rede DeviceNet ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v a cada 100ms analógico I/O a cada 2000ms polling ciclico a cada 5ms digital I/O mudança de estado ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v carlos.silva Highlight 1.3.3 - Cyclic Message: Tanto o mestre como os escravos podem gerar uma messagem cíclica, a intervalos de tempo pré-estabelecidos, com o comando ou dado a ser enviado. Pode ser aplicado para sinais mais lentos como medição de temperatura, onde a leitura do dado duas vezes por segundo, traz o mesmo efeito prático do que a temperatura ser lida dezenas de vezes por segundo. 1.3.4 - Change of State Message: A comunicação change of state ou mudança de estado, é uma das mais eficientes para leitura de entradas digitais, as mensagens são transmitidas da mesma maneira que a cíclica, só que geradas a partir de uma alteração de I/O. Na maioria das aplicações com sinais on / off de: sensores de proximidades, chaves fim de curso, contatos auxiliares e botoeiras, enviariam sinais somente quando houvesse alteração, reduzindo o tráfico da rede com mensagens iguais e repetidas dezenas de vezes por segundo. O protocolo prevê ainda que se após alguns milisegundos quando não houver alteração das entradas, uma nova mensagem é enviada ao scanner para identificar que o equipamento de campo continua funcionando na rede. Este tipo de comunicação é especialmente indicada para redes com muitos sinais, visando reduzir o tempo de scan da rede. 5 Sense Rede DeviceNet ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v analógico I/O a cada 5ms a cada 2000ms a cada 100ms ALLEN-BRADLEY 7 8 9 4 5 6 1 2 3 . 0 - <-----------------' < - - F1 F6 F2 F7 F3 F8 F4 F9 F5 F1 0 PanelView 550 < > ^ v digital I/O 1.4 - Protocolos de Mercado: Atualmente existe um elevado número de protocolos disponíveis no mercado, sendo que muitos deles são protocolos proprietários, ou seja, foram desenvolvidos por um fabricante e na maioria dos casos somente ele dispõe de equipamentos. Ao contrário destes tipos de protocolos, a rede DeviceNet faz parte de um grupo denominados protocolos abertos, ou seja, o mesmo está disponível para qualquer fabricante que se dispuser a desenvolver produtos que atendam a determinadas especificações, sendo que geralmente existe uma organização que determina as regras a serem seguidas, no caso da DeviceNet esta organização é a ODVA. A tabela acima apresenta os principais protocolos encontrados atualmente no mercado, mas existem muitos outros que não tem tanta expressão para as redes industriais ou são proprietários. Não existe nenhum protocolo melhor do que outro, mas algum pode ser o mais indicado para uma certa aplicação do que o outro. Como exemplo, o Fieldbus Foundation, não é o mais adequado para pequenas plantas que manipulam mais entradas e saídas digitais, assim como a Rede AS-Interface não se aplica em processos com muitos sinais analógicos. A rede DeviceNet traz uma boa relação custo-beneficio, pois pode manipular tanto sinais on / off como analógicos de sistemas automatizados, e oferece uma gama muito grande de produtos de diversos fabricantes. Sense 6 Rede DeviceNet Origem / Destino Mestre - Escravo Multi-mestre Produtos / Consumidor Profibus DP AS-Interface Interbus - S RIO Profibus FMS Modbus Plus LONWorks DH+ DeviceNet ControlNet FieldBus Foundation carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2 - Rede DeviceNet: A rede DeviceNet é uma rede de baixo nível que proporciona comunicações utilizando o mesmo meio físico entre equipamentos desde os mais simples, como sensores e atuadores, até os mais complexos, como Controladores Lógicos Programáveis (PLC) e microcomputadores. A rede DeviceNet possui o protocolo aberto, tendo um número expressivo de fornecedores de equipamento que adotaram o protocolo. A ODVA (Open DeviceNet Vendor Association - www.odva.org), é uma organização independente com objetivo de divulgar, padronizar e difundir a rede DeviceNet visando seu crescimento mundial. 2.1 - Introdução: A rede DeviceNet é baseada no protocolo CAN (Controller Area Network), desenvolvido pela Bosh nos anos 80 originalmente para aplicação automobilística. Posteriormente adaptada ao uso industrial devido ao excelente desempenho alcançado, pois em um automóvel temos todas característicascríticas que se encontram em uma indústria, como: alta temperatura, umidade, ruídos eletromagnéticos, ao mesmo tempo que necessita de alta velocidade de resposta, e confiabilidade, pois o airbag e o ABS estão diretamente envolvidos com o risco de vidas humanas. O protocolo CAN define uma metodologia MAC (Controle de Acesso ao Meio) e fornece como segurança um checagem CRC (Vistoria Redundante Cíclica), que detecta estruturas alteradas e erros detectados por outros mecanismos do protocolo. A rede DeviceNet é muito versátil, sendo utilizado em milhares de produtos fornecidos por vários fabricantes, desde sensores inteligentes até interfaces homem-máquina, suportanto vários tipos de mensagens fazendo com que a rede trabalhe da maneira mais inteligente. 7 Sense Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.2 - Meio Físico: O meio físico da rede DeviceNet utiliza dois pares de fios, um deles para a comunicação e o outro para alimentação em corrente contínua dos equipamentos. Os sinais de comunicação utilizam uma técnica de tensão diferencial para reduzir o efeito de indução e ruídos eletromagnéticos. A alimentação em corrente contínua é de 24V, o que prove proteção aos instaladores contra acidentes. 2.3 - Topologias: Topologia é o termo adotado para ilustrar a forma de conexão fisica entre os participantes da rede, e exigem vários tipos mas nem todos são aplicáveis a rede DeviceNet. 2.3.1 Branch Line: É a configuração básica da rede DeviceNet, onde existe um cabo principal, também chamado de linha tronco, e derivações que podem ser efetuadas por conectores ou caixas de distribuição, utilizando-se cabo de menor secção para as derivações. Existe um limite no comprimento do cabo tronco, juntamente com um limite pequeno para as derivações e também um limite geral que compreende a soma do comprimento de todas as derivações. Sense 8 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) Fonte 24VccFonte 24Vcc Cabo DeviceNet:Cabo DeviceNet: Alimentação 24Vcc: 1 parAlimentação 24Vcc: 1 par Sinal Digital CAN: 1 parSinal Digital CAN: 1 par O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight Existem carlos.silva Highlight 2.3.2 - Tree: A topologia em arvore pode ser executada utilizando-se caixas de distribuição onde o troco principal da rede entra e sai, e as derivações são interligadas aos equipamentos. Não existe um limite para o número de derivações, mas somente um máximo de estações ativas que se comunicam na rede. 2.3.3 - Line: Nada impede que o cabo principal da rede entre e saia dos equipamentos formando uma rede em linha, mas deve-se atentar para o detalhe que na necessidade de substituição de um equipamento causará a interrupção dos outros equipamentos subsequentes. 9 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N carlos.silva Highlight 2.3.4 - Star: Esta aplicação não é permitida, além do que não tem muita aplicação prática, pois não elimina a conexão de cada equipamento ao PLC 2.3.5 - Ring: Também não é permitida a implementação da rede DeviceNet em anel, pois a forma de propagação dos sinais digitais na rede necessita de terminadores. Sense 10 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.4 - Números de Estações Ativas: A rede DeviceNet pode ter 64 equipamentos ativos, que utilizam o barramento para se comunicar, endereçados de 0 a 63. Ressaltamos que este número significa 64 equipamentos com comunicação CAN ligados ao mesmo meio físico. No entanto deve-se observar que as caixas de derivação não ocupam nenhum endereço na rede e os módulos de I/O, muitas vezes independentemente do número de entrada e saídas ocupa somente um endereço. Sugerimos a utilização de no máximo 61 equipamentos e deixar os seguintes endereços livres ao se fazer um novo projeto: • 0 para o scanner; • 62 para a interface microcomputador-rede • 63 para novos equipamentos que venham a ser inclusos Nota: segundo os padrões DeviceNet os equipamentos novos saem de fábrica com o endereço 63. 11 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) #53#53 #16#16 #62#62 #25#25 #51#51 Fonte 24VccFonte 24Vcc #2#2 carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.5 - Número de Redes por PLC: Quando existe a necessidade da instalação de mais do que 64 estações ativas, pode-se utilizar mais scanners, mas existem os seguintes fatores limitantes: 2.5.1 - Memória disponível: Normalmente é o principal limitante. A maneira como a CPU faz a leitura da rede através do scanner, é variável conforme o fabricante/família do equipamento, porém, basicamente é a memória da CPU um dos limitantes, pois cada equipamento da rede ocupa um espaço da memória, similarmente ao que ocorre com os cartões de I/O convencional; 2.5.2 - Rack: Existem determinados fabricantes que fornecem PLC’s com um rack para um determinado número de cartões, e caso todos os slots estejam ocupados, para expandir há a necessidade de troca/expansão do rack. Outra interface utilizada ao invés do scanner são placas ligadas diretamente ao micro, e neste caso o limitante é o número de slots livres. 2.5.3 - Tempo de Resposta: Quanto maior o número de I/O que o PLC deve fazer a varredura, maior o tempo de processamento das informações, portanto este também é outro limitante, principalmente em processos onde exista a necessidade de velocidade na leitura/processamento/ação. Como foi citado anteriormente, dependendo do método de comunicação do equipamento de campo, são gerados maiores ou menores tempo de varredura, assim como também varia o tamanho do pacote de informações a serem trocados entre equipamento de campo/scanner. Concluímos que não existe regra prática para se determinar o tempo de varredura da rede, devendo prevalecer o bom senso analisando os instrumentos ligados a rede; sinais on/off normalmente não degradam o tempo de resposta, e normalmente não acarretam restrições no número de equipamentos, mas já os instrumentos que tem a comunicação “pesada”, como IHM (Interface Homem-Máquina) e/ou inversores, o número de equipamentos na rede deve ser reduzido. Sense 12 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.6 - Taxa de Comunicação: A taxa decomunicação é a velocidade com que os dados são transmitidos no barramento da rede, e quanto maior a velocidade, menor é o tempo de varredura da rede, mas em contra partida menor é o comprimento máximo dos cabos. A tabela abaixo apresenta as tres velocidades de transmissão possíveis: Taxas de Transmissão 125 Kbits / s 250 Kbits / s 500 Kbits / s Na grande maioria das aplicações, a velocidade ideal é de 125 kbit / s pois gera a melhor relação custo/benefício, devido a possibilidade da instalação de mais equipamentos, pois permite o maior comprimento de cabo possível. A taxa de transmissão pode ser configurada via hardware (chaves dipswitch) ou via software, normalmente da mesma forma que o endereço DeviceNet. Importante: Em uma mesma rede DeviceNet, todos os equipamentos devem estar configurados para a mesma taxa de comunicação, caso contrário se houver algum equipamento configurado em outra taxa de comunicação provavelmente irá interromper o funcionamento de toda a rede. 2.7 - Cabos DeviceNet: Os cabos para redes DeviceNet possuem dois pares de fios, um para alimentação 24Vcc e outro para a comunicação digital. São normalizados e possuem especificações rígidas que garantem o funcionamento da rede nos comprimentos pré-estabelecidos. A especificações determinam também as cores dos condutores, que seguem a tabela abaixo para sua identificação: Condutor Função VM - vermelho - RD positivo 24Vcc BR - branco - WH comunicação (CAN-H) DN - dreno dreno (GND) AZ - azul - BL comunicação (CAN-L) PR - preto - BK negativo 24Vcc 13 Sense Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.7.1 - Composição do Cabo Redondo: O cabo DeviceNet redondo é composto por um par de fios de alimentação 24Vcc (VM e PR) envolvido por uma fita de alumínio, e um par de fios para comunicação (BR e AZ) também envolvido por uma fita de alumínio. Existe também um fio de dreno (sem capa plástica), que está eletricamente conectado a malha trançada externa do cabo, que cobre 65% da superfície. 2.7.2 - Cabo Grosso: O cabo DeviceNet grosso, também conhecido como Trunk Cable, possui um diâmentro externo de 12,5mm, com capa de PVC ou em casos especiais em PU. Observe que devido a formação e o diâmetro externo, o cabo é pouco flexível e dificulta as manobras. 2.7.3 - Cabo Fino: O cabo DeviceNet fino, também conhecido como Thin or Drop Cable, possui um diâmentro externo de 7mm, com capa de PVC ou em casos especiais em PU. Devido ao menor diâmetro, o cabo fino possui uma manobrabilidade maior, mas ainda requer alguns cuidados. 2.7.4 - Cabo Flat: O cabo DeviceNet Flat, possui dimensões de 5,3mm de espessura por 19,3mm de largura e foi desenvolvido para ser utilizado com conectores especiais, que utilizam a técnica de perfuração, onde pinos condutores perfuram a isolação do cabo e conectam-se aos condutores. Nota: os cabos flats não possuem blindagem e nem dreno, e devem ser lançados em leitos de cabos separados dos cabos de potência. 2.7.5 - Características dos Cabos: A tabela abaixo apresenta as características básicas dos cabos DeviceNet. Tipo do Cabo Bitola Alimen. Bitola Dreno Bitola Comun. Corrente Dimensões Resistência Cabo Grosso 15 AWG 18 AWG 18 AWG 8A 12,5mm 0,015 W /m Cabo Fino 22 AWG 22 AWG 24 AWG 3A 7,0mm 0,069 W /m Cabo Flat 16 AWG - 16 AWG 8A 5,3x19,3mm 0,019 W /m Sense 14 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 2.8 - Comprimento dos Cabos: A tabela abaixo apresenta os comprimentos máximos dos cabos em função da taxa de comunicação adotada para a rede, observe que quanto maior o cabo maior sua indutância e capacitância distribuída que atenua o sinais digitais de comunicação: Tipo do Cabo Função do Cabo Taxa de Tansmissão 125 Kbits/s 250 Kbits/s 500 Kbits/s Cabo Grosso Tronco 500m 250m 100m Cabo Fino Tronco 100m CaboFlat Tronco 380m 200m 75m Cabo Fino Derivação 6m Cabo Fino S derivações 156m 78m 39m Os limites nos comprimentos dos cabos foram tecnicamente determinados e normalizados e devem ser rigorosamente respeitados, para que haja garantia do funcionamento adequado da rede. Se os limites forem extrapolados, a rede pode inicialmente funciona, porém, intermitentemente podem ocorrer quedas na comunicação devido a transitórios e instabilidades devido ao baixo nível no sinal diferencial de comunicação e desta forma devemos tomar o máximo cuidado desde o projeto até a instalação. 15 Sense Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3 - Projeto de Redes DeviceNet: A instalação de redes sem um pré-projeto, levam a frustantes resultados operacionais, quando funcionam, e muitas vezes de difícil correção, pois normalmente os fundamentos básicos não foram observados. A rede DeviceNet, bem como as demais redes industriais dependem de um projeto antecipado, onde todas as condições de contorno são avaliadas. Abaixo citamos os principais tópicos que devem ser analisados: Nos próximos itens estaremos avaliando um projeto através de um exemplo prático da instalação de uma rede com monitores de válvulas como um único equipamento de campo para facilitar os cálculos. O monitor de válvulas é um instrumento muito utilizado em rede e possui duas entradas digitais que sinalizam o estado aberto e fechado da válvula e através de uma saída aciona uma válvula solenóide que comanda a abertura da válvula. Estamos supondo que o monitor é alimentado pela rede DeviceNet e consome 0,5A, mas na prática a avaliação da corrente de consumo deve ser utilizada como o valor real de cada um dos instrumentos presentes na rede. 3.1 - Comprimento dos Cabos: Nos exemplos a seguir estamos considerando que a rede irá operar na taxa de 125KBits/s e os limites dos cabos de acordo com a tabela 2.8: 3.1.1 - Comprimento do Cabo Grosso: No exemplo abaixo totalizou-se 486m o que atende os requisitos para a a velocidade de 125KBits/s (até 500m). 3.1.2 - Comprimento do Cabo Fino: Para o cabo fino deve-se fazer duas avaliações: 3.1.2.1 - Comprimento das Derivações: Sense 17 Rede DeviceNet S e n s o re s e I n s tr u m e n to s carlos.silva Highlight O comprimento máximo para as derivações é de 6m independentemente da taxa de comunicação selecionada para a rede, o que o nosso exemplo está atendendo. 3.1.2.2 - Soma das Derivações: Outro ponto limitante é a soma de todas as derivações, que não deve extrapolar os valores apresentados na tabela 2.8, e no caso do exemplo acima também se enquadra no previsto para a rede de 125KBits/s. 3.1.3 - Linha Tronco: A linha tronco da rede DeviceNet pode ser implementada com o cabo grosso com seu comprimento máximo limitado em função da taxa de comunicação, conforme a tabela 2.8, ou ainda pode ser implementada com o cabo fino onde seu comprimento máximo deve ser 100m independentemente da taxa de comunicação. É possível ainda a utilização do cabo flat, mas deve-se evitar seu encaminhamento próximo a outros cabos que possam gerar indução eletromagnética. 3.1.4 - Derivações: As especificações da rede DeviceNet não permitem a utilização de cabo grosso nas derivações, mas dependendo do carregamento e comprimento da rede é até possível sua utilização, mas lembramos que a rede estará fora das especificações originais. 18 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 5 0 m 5 0 m 15m15m 6m6m 9m9m 6 m 6 m 3 5 m 3 5 m 6m6m O P E N O P E N O P E N O P E N 4m4m 2 m 2 m S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N TÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) #53#53 #16#16 #62#62 #25#25 #51#51 Fonte 24VccFonte 24Vcc #2#2 2 5 m 2 5 m 35m35m Cabo Fino:Cabo Fino: Comprimento < 6mComprimento < 6m Soma:6 + 6 + 6 + 2 + 4Soma:6 + 6 + 6 + 2 + 4 =24m < 156m=24m < 156m carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.2 - Queda de Tensão: Imprescidível 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. Quanto maior o comprimento da rede, maior o número de equipamentos e mais elevado o consumo dos instrumentos de campo, mais elevadas serão as quedas de tensões podendo inclusive não alimentar adequadamente os mais distantes. Outro ponto a considerar é o posicionamento do fonte de alimentação na rede, que quanto mais longe do centro de carga maior será a queda de tensão. Segundo as especificações da rede DeviceNet admiti-se uma queda de tensão máxima de 4,65V, ou seja, nenhum elemento ativo deve receber uma tensão menor do 19,35V entre os fios VM e PR. Lembramos no entanto, de que na prática a restrição é maior ainda, pois normalmente as cargas ligadas aos módulo de saída on / off normalmente admitem uma variação de 10%, ou seja não poderiam receber tensão menor do que 21,6V. U devices ³ 21,6V Existem alguns meios para esta avaliação, e o primeiro seria medir as quedas em todos os equipamentos ativos com a rede energizada e todas as cargas ligadas, lembramos que esta não é a melhor forma de se analisar o problema pois as modificações implicam normalmente em mudanças na instalação já realizada. Outros meios como: gráficos, programas de computador estão disponíveis, mas para uma análise precisa sugerimos o cálculo baseado na lei de ohm. 3.2.1 - Cálculo das Correntes: 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: “A somatória das correntes que chegam em um nó é igual a somatória das correntes que saem do mesmo”. Sense 18 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 5 0 m 5 0 m 15m15m 2,5A2,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 2A2A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A 1 A 1 A 2 5 + 3 5 + 3 5 = 9 5 m 2 5 + 3 5 + 3 5 = 9 5 m 6m6m 0,5A0,5A O P E N O P E N ~ 0mA~ 0mA O P E N O P E N 0,5A0,5A 4m4m 2 m 2 m 1 A 1 A EE FF AA CC BB DD GG HH IIJJ S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V c a V c a (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) 3A3A #53#53 #16#16 #62#62 #25#25 #51#51 Fonte 24VccFonte 24Vcc #2#2 carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight Analisando-se os diversos pontos ( nós ) obtemos as correntes descritas abaixo e indicadas na figura anterior: Note que iniciamos o levantamento pelo ponto mais distante da fonte, pois para determinarmos o valor de corrente que deve chegar em cada nó temos que saber qual o valor de corrente que saí do mesmo. Ponto H: 1,0ANo ponto H temos a soma das correntes consumidas pelos equipamentos com endereço 25 ( J ) e 62 ( I ). Ponto F: 1,5AA corrente que sai ao ponto F, vinda da fonte de alimentação, irá alimentar os equipamentos G, H e I resultando em 1,5A. Ponto D: 2,0AAcrescenta-se ao anterior o consumo do elemento E. Ponto B: 2,5ANeste ponto teremos mais 0,5A do equipamento C. Ponto A: 3,0AComo todos os equipamentos possuem o mesmo consumo, acrescentamos mais 0,5A do monitor do endereço A. Fonte: 3,0A Finalmente o consumo requerido da fonte será de 3,0A. Nota 1: para este cálculo despreza-se a corrente consumida pelo scanner do PLC, pois estes miliamperes são insignificantes para causar algum problema. Nota 2: O valor apresentado do consumo dos monitores de válvulas de 0,5A é um valor didático para simplificar os cálculos, o valor real de uma solenóide “low power” é da orderm de 0,05A. 3.2.2 - Cálculo das Quedas de Tensões: Os cálculos das quedas de tensão serão baseados na Lei de Ohm, aplicada a cabos onde o valor da resistência depende do comprimento do cabo: U = R x I e R = p x L U = r x L x I A tabela abaixo apresenta o resultado da formula para queda de tensão no cabo, considerando a resistividade específica de cada modelo: Tipo do Cabo Resistividade do Cabo Fórmula da Queda de Tensão Cabo Grosso 0,015 W /m U = 0,015 Lx I ( V ) Cabo Fino 0,069 W /m U = 0,069 Lx I ( V ) Cabo Flat 0,019 W /m U = 0,019 Lx I ( V ) 19 Sense Rede DeviceNet Sendo: U = tensão em Volts R = resistência em Ohms I = corrente em Amperes e: R = resistência equivalente do cabo em Ohms r = resistividade do cabo utilizado Ohms / Metro L = comprimento do cabo em Metros Aplicando-se a fórmula para o nosso exemplo abaixo temos: Fonte: Partindo-se da fonte de alimentação com a tensão nominal de 24Vcc, temos nos pontos seguintes: UA = 21,75V: A corrente de 3,0A sobre o lance de 50 metros de cabo grosso: U = 0,015W/m x 50m x 3A = 2,25V \UA = 24V - 2,25V = 21,75V UB = 21,19V: O trecho AB de 15m está submetido a corrente de 2,5A: U = 0,015W/m x 15m x 2,5A = 0,56V \UB = 21,75V - 0,56V = 21,19V UEF = 20,92V:Supomos que a distância E até F é desprezível, então teremos apenas um subtrecho de 9m sumetido a 2,0A: U = 0,015W/m x 9m x 2A = 0,27V \UEF = 21,19V - 0,27V = 20,92V UH = 19,50V: No trecho final com 95m e corrente de 1A, temos: U = 0,015W/m x 95m x 1A = 1,42V \UH = 20,92V - 1,42V = 19,50V Apesar dos cálculos acima ainda não representarem a tensão que efetivamente chega aos equipamentos, já podemos verificar que a tensão no fim da linha está muito perto do mínimo requerido (19,35V). Sense 20 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N B = 21,19VB = 21,19V H = 19,50VH = 19,50V A = 21,75VA = 21,75V D = 20,92VD = 20,92V 0,5A0,5A 4m4m 5 0 m 5 0 m 15m15m 2,5A2,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 2A2A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A 9m x 0,0159m x 0,015 x2A = 0,27Vx2A = 0,27V 1 A 1 A 2 m 2 m 9 5 m x 0 ,0 1 5 9 5 m x 0 ,0 1 5 x1 A = 1 ,4 2 V x1 A = 1 ,4 2 V 1 A 1 A 9 5 m 9 5 m 6m6m 0,5A0,5A 15m x 0,01515m x 0,015 x2,5A = 0,56Vx2,5A = 0,56V3A3A 50m x 0,01550m x 0,015 x3A =2,25Vx3A =2,25V EE FF CC GG IIJJ 24,00V24,00V carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.2.3 - Tensão nos Equipamentos: Analogamente iremos aplicar a mesma Lei de Ohm para as derivações observando que a resistividade do cabo fino das derivações é menor do que a do cabo grosso. UC = 20,98V: A derivação da linha tronco até o equipamento C é de 6m: U = 0,069W/m x 6m x 0,5A = 0,21V \UC = 21,19V - 0,21V = 20,98V UE = 20,77V: A queda de tensão nesta derivação será a mesma pois o comprimento também é de 6m e a corrente de 0,5A, portanto: U = 0,069W/m x 6m x 0,5A = 0,21V \UE = 20,98V - 0,21V = 20,77V UG = 20,77V: O mesmo acontece com a derivação FG (desprezando-se a distancia entre o trecho DF: U = 0,21V \UG = 20,77V UI = 19,36V: No trecho de 2m temos a corrente de 1A: U = 0,069W/m x 2m x 1A = 0,14V \UI = 19,50V - 0,14V = 19,36V UJ = 19,22V: No trecho restante de 4m temos somente 0,5A: U = 0,069W/m x 4m x 0,5A = 0,14V \UJ = 19,36V - 0,14V = 19,22V 3.2.4 - Conclusão: Desta forma, verificamos que o pontoJ apresenta tensão menor do que 19,35V e irá apresentar problemas de alimentação. Observe também que os pontos C, E, G, I e H não acionarão corretamente suas solenóides que admitem uma queda de tensão máxima de 10%, ou seja, funcionam bem com até 21,6V. IMPORTANTE: não adianta aumentar a capacidade da fonte, que não trará nenhum efeito na queda de tensão na rede, e no nosso exemplo uma fonte de 3A ou 50A não resolveria o problema. 21 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 2m x 0,0692m x 0,069 x1A = 0,14Vx1A = 0,14V I = 19,36VI = 19,36V C = 20,98VC = 20,98V B = 21,19VB = 21,19V E = 20,77VE = 20,77V G = 20,77VG = 20,77V H = 19,50VH = 19,50VA = 21,75VA = 21,75V Limite DeviceNet > 24V - 4,65V > 19,35VLimite DeviceNet > 24V - 4,65V > 19,35V D = 20,92VD = 20,92V 4m x 0,0694m x 0,069 x0,5A = 0,14Vx0,5A = 0,14V6m x 0,0696m x 0,069 x0,5A = 0,21Vx0,5A = 0,21V 0,5A0,5A 4m4m 5 0 m 5 0 m 15m15m 2,5A2,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 2A2A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A J = 19,22VJ = 19,22V 1 A 1 A 2 m 2 m 1 A 1 A 9 5 m 9 5 m 6m6m 0,5A0,5A Somente o Ponto A está correntamente alimentado acima de 24V - 10% (21,6V) Somente o Ponto A está correntamente alimentado acima de 24V - 10% (21,6V) 24,00V24,00V 3A3A carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.3 - Posicionamento da Fonte: Como pudemos verificar no exemplo anterior, quanto maior for o comprimento dos cabos maior será a queda de tensão e uma maneira simples de diminuir significativamente a queda de tensão é a mudança da fonte de alimentação externa. O ponto ideal para a colocação da fonte de alimentação na rede é o mais próximo possível do centro de carga, ou seja no trecho da rede que mais consome. Normalmente não se deve instalar a fonte junto ao PLC, pois geralmente está localizado longe do primeiro equipamento de campo. 3.3.1 - Recalculo das Correntes: Para melhor visualização iremos a seguir refazer os cálculos das quedas de tensão reposicionando-se a fonte e os cálculos seguem o mesmo raciocínio adotado: Ponto H: 1,0ANo ponto H temos a soma das correntes consumidas pelos equipamentos J e I, nada mudou. Ponto F: 1,5AA corrente que sai ao ponto F, vinda da fonte de alimentação, irá alimentar os equipamentos G, H e I resultando em 1,5A. Ponto D: 2,0AAcrescenta-se ao anterior o consumo do elemento E, e sem mudanças até este ponto. Ponto B: 1,0ANeste ponto observamos uma redução, através do ponto B passa a corrente somente, dos equipamentos A e C com total de 1A. Ponto A: 0,5ANo ponto A, circula somente 0,5A e o trecho até o PLC somente alguns mA que são despreziveis para os nossos cálculos. Note que o valor de corrente fornecido pela fonte não se alterou com relação ao exemplo anterior, porém não temos nenhum trecho da rede com a corrente total de 3A, ao contrário do exemplo anterior. Sense 22 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 5 0 m 5 0 m 15m15m 0,5A0,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 1A1A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A 1 A 1 A 9 5 m 9 5 m 3A3A 6m6m 0,5A0,5A O P E N O P E N 24,00V24,00V ~ 0mA~ 0mA O P E N O P E N 0,5A0,5A 4m4m 2 m 2 m 1 A 1 A EE FF AA CC BB DD GG HH IIJJ carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.3.2 - Recalculo das Tensões: UD = 24,00V: Ponto de entrada da fonte de alimentação. UE = 23,79V: Queda de somente 0,5A do equipamento E no cabo fino de 6m: U = 0,069W/m x 6m x 0,5A = 0,21V \UE = 24V - 0,21V = 23,79V UF = 24,00V: Consideremos o trecho DF de comprimento desprezível. UG = 23,79V: Idem ao ponto E. UH = 22,58V: No trecho final com 95m e corrente de 1A, temos: U = 0,015W/m x 95m x 1A = 1,42V \UH = 24,00V - 1,42V = 22,58V UI = 22,44V: Onde temos 1A dos equipamento I e J sob o cabo fino de 2m: U = 0,069W/m x 2m x 1A = 0,14V \UI = 22,58V - 0,14V = 22,44V UJ = 22,30V: Somente 0,5A do equipamento J no trecho de cabo fino 2m: U = 0,069W/m x 4m x 0,5A = 0,14V \UJ = 22,44V - 0,14V = 22,30V UB = 23,86V: Queda de 1A dos equipamentos A e B no trecho BD: U = 0,015W/m x 9m x 1,0A = 0,14V \UB = 24V - 0,14V = 23,86V UC = 23,65V: Idem ao ponto E, resultando em: UC = 23,86V - 0,21V = 23,65V UA = 23,74V: Queda de 0,5A do equipamento A no trecho AB: U = 0,015W/m x 15m x 0,5A = 0,12V\UA = 23,86V - 0,12V = 23,74V Com esta alteração a tensão mínima da configuração anterior no ponto J de 19,22V passou para 22,30 com um ganho de 3,08V. Um grande número de casos podem ser resolvidos somente com a alteração da posição da fonte de alimentação. Se considerarmos no exemplo anterior, somente a válvula do ponto A estava corretamente alimentada, com tensão maior que 24V -10% ou seja: 21,6V e no exemplo atual todas estão perfeitamente alimentadas, confirmamos que o pré-projeto da rede é de extrema necessidade, pois mudanças depois da instalação pronta pode causar serios transtornos. 23 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N Sense Eletrônica LtdaSense Eletrônica Ltda 2m x 0,0692m x 0,069 x1A = 0,14Vx1A = 0,14V I = 22,44VI = 22,44V C = 23,65VC = 23,65V B = 23,86VB = 23,86V E = 23,79VE = 23,79V G = 23,79VG = 23,79V H = 22,58VH = 22,58V A = 23,75VA = 23,75V Ganho de 3,22V Ganho de 3,22V D = 24,00VD = 24,00V 4m x 0,0694m x 0,069 x0,5A = 0,14Vx0,5A = 0,14V 6m x 0,0696m x 0,069 x0,5A = 0,21Vx0,5A = 0,21V 0,5A0,5A 4m4m 5 0 m 5 0 m 15m15m 0,5A0,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 1A1A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A 9m x 0,0159m x 0,015 x1A = 0,14Vx1A = 0,14V J = 22,30VJ = 22,30V 1 A 1 A 2 m 2 m 9 5 m x 0 ,0 1 5 9 5 m x 0 ,0 1 5 x1 A = 1 ,4 2 V x1 A = 1 ,4 2 V 1 A 1 A 9 5 m 9 5 m 3A3A 6m6m 0,5A0,5A 15m x 0,01515m x 0,015 x0,5A = 0,11Vx0,5A = 0,11V 032001 1 DeviceNet032001 1 DeviceNet Ganho de 3,22V somente posicionando a fonte em outro local Ganho de 3,22V somente posicionando a fonte em outro local Não adianta aumentar a capacidade da fonte. Não adianta aumentar a capacidade da fonte. carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.3.3 - Extensão da Rede: Outro ponto importante são as alterações realizadas depois da instalação concluída, para exemplificar-mos os efeitos sobre a queda de tensão, iremos supor que o trecho final da rede com os equipamentos I e J foram alterados e serão montados em outro local necessitando uma extensão de 215m: Recalculando-se a queda de tensão nestes pontos teremos: UH = 19,35V: No trecho final com 95 mais 215m e corrente de 1A, temos: U = 0,015W/m x 310m x 1A = 4,42V \UH = 24,00V - 4,65V = 19,35V UI = 19,21V: Onde temos 1A dos equipamento I e J sob o cabo fino de 2m: U = 0,069W/m x 2m x 1A = 0,14V \UI = 19,35V - 0,14V = 19,21V UJ = 19,07V: Somente 0,5A do equipamento J no trecho de cabo fino 2m: U = 0,069W/m x 2m x 0,5A = 0,14V \UJ = 19,21V - 0,14V = 19,07V Com esta alteração na rede os equipamentos I e J não irão funcionar, portanto confirmamos que qualquer modificação deve ser criteriosamente estudada para evitar transtornos e retrabalhos. 3.3.4 - Múltiplas Fontes de Alimentação: A rede DeviceNet admite ser alimentada por múltiplas fontes de alimentação ao longo da linha tronco e esta prática deve ser adotada para redes longas e com consumo elevado. Outra vantagem da utilização de múltiplas fontes de alimentação é a possibilidade de se utilizar correntes muitos elevadas que podem ser segmentadas em trechos com até 8 Amperes. Na implementação do uso de múltiplas fontes, cada trecho deve ser segmentado, interrompendo-se o fio vermelho, mantendo-se os outros, de forma que cada trecho seja alimentado por uma única fonte. Sense 24 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N #53#53 5 0 m 5 0 m 15m15m 2,5A2,5A 0,5A0,5A 6m6m 9m9m 2A2A 6 m 6 m 0 ,5 A 0 ,5 A 3 10 m x 0 ,0 1 5 3 1 0 m x 0 ,0 1 5 x1 A = 4 ,6 5 V x1 A = 4 ,6 5 V 1 A 1 A 9 5 m + 2 1 5 m = 3 1 0 m 9 5 m + 2 1 5 m = 3 1 0 m 3A3A 6m6m 0,5A0,5A Sensores e Instrumentos ASI-KF-3002/110-220Vca ASI-KF-3002/110-220Vca FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUA FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUA TIPO CHAVEADA TIPO CHAVEADA ONON (F) (F) Vca Vca (+) (+) (-) (-) REDE ASI REDE ASI(N) (N) #2#2 #51#51 O P E N O P E N 4m x 0,0694m x 0,069 x0,5A = 0,14Vx0,5A = 0,14V J = 19,07VJ = 19,07V #25#25 #16#16 ~ 0mA~ 0mA O P E N O P E N#62#62 0,5A0,5A 4m4m I = 19,21VI = 19,21V H = 1 9 ,3 5 V H = 1 9 ,3 5 V 2 m 2 m 1 A 1 A 2m x 0,0692m x 0,069 x1A = 0,14Vx1A = 0,14V carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight Observe que o negativo de todos os trechos não devem ser interrompidos e apenas uma única fonte de alimentação deve estar ligada ao aterramento. Esta técnica será exemplificada a seguir como uma solução para o problema da extensão do cabo da rede: Observe que a Fonte 1 alimenta o trecho que sai do PLC passando pelos equipamentos A, B, E até o G: UA = 22,50V: Queda de 2A (A+C+E+G) sobre 50m de cabo grosso: U = 0,015W/m x 50m x 2A = 1,50V \UA = 24V - 1,50V = 22,50V UC = 21,95V: Queda de 1,5A (C+E+G) sobre 15m de cabo grosso mais queda de 6m com cabo fino sob o consumo do instrumento C: U = 0,015W/m x 15m x 1,5A + 0,069W/m x 6m x 0,5A = 0,55V \UC = 22,50V - 0,55V = 21,95V UE = 21,61V: Queda de 1,0A (E+G) sobre 9m de cabo grosso mais queda de 6m com cabo fino sob o consumo do instrumento C: U = 0,015W/m x 9m x 1,0A + 0,069W/m x 6m x 0,5A = 0,34V \UE = 21,95V - 0,34V = 21,61V. UG = 21,61V: Idem ao equipamento E pois o trecho DF é desprezível. A Fonte 2 alimenta os instrumentos I e J. UI = 23,86V: Queda de 1,0A (I+J) sobre 2m de cabo fino: U = 0,069W/m x 2m x 1A = 0,14V \UI = 24,00V - 0,14V = 23,86V UJ = 23,72V: Queda de 0,5A (J) sobre 4m de cabo fino: U = 0,069W/m x 4m x 0,5A = 0,14V \UJ = 23,86V - 0,14V = 23,72V Conclusão: observamos que as duas fontes assim posicionadas atendem perfeitamente os requisitos, pois todos os equipamentos estão adequadamente alimentados, e o que é melhor, todas as solenóides de saída serão alimentadas dentro da faixa de 10% pois em todos os pontos a tensão é maior que 21,6V. 25 Sense Rede DeviceNet S e n s o re s e I n s tr u m e n to s S e n s o re s e I n s tr u m e n to s carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.4 - Alimentação da Rede: Segundo as especificações da rede DeviceNet a alimentação 24Vcc deve ser estabilizada, estável e com proteções, sendo que a proteção de picos de surge (certificação CE categoria 3 para pulsos de surge), transitórios gerados na rede de corrente alternada que alimenta a fonte de alimentação possam passar para a rede DeviceNet e causar a queima dos equipamentos. 3.4.1 - Fonte de Alimentação: A fonte de alimentação para a rede DeviceNet deve fornecer uma tensão contínua e estabilizada em 24 Vcc independentemente da corrente consumida. Aconselhamos que a fonte utilizada para alimentar a rede DeviceNet e / ou os módulos de saídas possuam proteção contra curto circuito, para que uma sobrecorrente não possa colocar em risco o cabo da rede. Caso a fonte de alimentação esteja posicionada longe do seu centro de carga, pode-se elevar um pouco a tensão da rede, corrigindo a queda de tensão excessiva que possa existir no final da linha. Para tanto deve-se verificar a máxima tensão admissível por todos os equipamentos conectados na rede e as cargas conectadas aos módulos que possuem saída e se utilizem da tensão da rede para alimentação dos I/O’s. 3.4.2 - Distribuidor de Alimentação: A linha CA que serve as fontes de alimentação pode ter outros equipamentos, inclusive de grande porte, tais como: transformadores, motores, inversores de frequência, freios eletromagnéticos, chaves seccionadoras, etc; que em operação normal podem produzir altos picos de tensão transitória inclusive com alta energia, devido as altas correntes sobre as cargas de alta indutância. Caso as fontes de alimentação utilizadas na rede DeviceNet não possuam proteção adequada irão deixar que os pulsos de alta energia que chegam através da linha Ca possam passar para a linha em CC e poderão danificar os chips da interface CAN dos instrumentos. Aconselhamos utilizar fontes de alimentação ou distribuidores de alimentação que possuam diodos especiais que neutralizam os pulsos de alta energia. Sense 26 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.4.3 - Resistores de Terminação: Nos extremos da rede deve-se instalar um resistor de terminação, que possui o objetivo de reduzir possiveis reflexões do sinal na rede, que causa distírbios na comunicação, com constantes e aleatória paradas e eventualmente interrupção total do seu funcionamento. O resistor de terminação deve ser de 121W, mas admite-se o valor comercial mais comum de 120W e sendo a potência dissipada é minima e um resistor de 1/4W estaria adequado. 3.4.2 - Posição do Resistor de Terminação: Os resistores devem ser conectados entre os fios de comunicação ( BR branco e AZ azul ), nos dois extremos da rede, nos pontos entre todos que possuem a maior distância entre si, ou nas duas caixas de distribuição nos extremos da rede. Uma maneira prática de se verificar se uma determinada rede possui os dois resistores é medir a resistência entre os fios de comunicação azul e branco, obtendo-se 60W, indicaria que os resistores estão presentes na rede, mas não garante que eles estão na posição correnta. A figura acima ilustra também a utilização dos distribuidores de alimentação integrando as fontes externas e os resistores de terminação a rede. 27 Sense Rede DeviceNet 121121 1/4W1/4W O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 5 0 m 5 0 m 15m15m 6m6m 9m9m 6 m 6 m 3 1 0 m 3 1 0 m O P E N O P E N O P E N O P E N 4m4m 2 m 2 m Sensores e Instrumentos ASI-KF-3002/110-220VcaASI-KF-3002/110-220Vca FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUAFONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUA TIPO CHAVEADATIPO CHAVEADA ONON (F)(F) VcaVca (+)(+) (-)(-) REDE ASIREDE ASI (N)(N) Fonte 1Fonte 1 120120 S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V c a A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V c a F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) Fonte 2Fonte 2 PPlluugg ppaarraa EEnnddeerreeççaaddoorr 66-- 55 ++ EE2244 44 55 AASSII RREEDDEE II//OO==ØØ ØØhh -- IIDD== hh AA SS II++ AA SS II-- 1111 1122 1100 RREEDDEE EE--44 77 77 EE33 99 88 ---- 88 EE--33EE--11 EE--22 1111 -- ++ EE44 1100 AASSII--MMDD--44EEPP--VVTT MMÓÓDDUULLOO DDEE 44 EENNTTRRAADDAASS 11EE1111 -- 22 33 22 EENNTTRRAADDAASS PPNNPP ++ EENNTTRRAADDAASS PPNNPP ++ Sensores e InstrumentosSensores e Instrumentos PP lluu gg pp aa rraa EE nn dd ee rree ççaa dd oo rr 66 -- 55 ++ EE 22 44 44 55 AA SS II RR EE DD EE II// OO == ØØ ØØ hh -- IIDD == hh AASSII++ AASSII-- 11 11 11 22 11 00 RR EE DD EEEE --44 77 77 EE 33 9988 ---- 88 EE --33 EE --11 EE --22 11 11 --++ EE 44 11 00 AA SS II-- MM DD --44 EE PP --VV TT MM ÓÓ DD UU LL OO DD EE 44 EE NN TT RR AA DD AA SS 11 EE 11 11 -- 22 3322 EE NN TT RR AA DD AA SS PP NN PP ++ EE NN TT RR AA DD AA SS PP NN PP ++ S e n s o re s e I n s tr u m e n to s S e n s o re s e I n s tr u m e n to s 120120 carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.5 - Interoperabilidade: Uma grande vantagemda rede DeviceNet é a habilidade de se ligar/desligar os equipamentos com a rede energizada sem a necessidade de desligar a sua alimentação. Mas deve-se adotar medidas extras com relação a topologia e estrutura de conexão, para que ao se substituir um equipamento não ocorra o desligamento dos subsequentes. 3.5.1 - Distribuidor de Rede: Para efetuar trocas “a quente” com maior segurança, deve-se utilizar as caixas de derivação, onde liga-se e desliga-se os equipamentos através de conectores “plug-in” que minimizam a probabilidade de curtos entre os fios, que podem interromper o funcionamento da rede e até danificar permanentemente vários equipamentos. Deve-se prever a substituição de qualquer equipamento ativo sem interromper o funcionamento da rede, portanto a adoção da topologia em linha deve ser adotada com restrições. Sense 28 Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V ca F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) #53#53 #16#16 #62#62 #25#25 #51#51 #2#2 carlos.silva Highlight 3.5.2 - Layout com Distribuidor de Rede: Já a opção com distribuidores permite a substituição de qualquer elemento ativo sem interromper o funcionamento do restante da rede. 29 Sense Rede DeviceNet O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N O P E N 5 0 m 5 0 m 15m15m 6m6m 9m9m 6 m 6 m 3 1 0 m 3 1 0 m O P E N O P E N O P E N O P E N 4m4m 2 m 2 m Sensores e Instrumentos ASI-KF-3002/110-220Vca ASI-KF-3002/110-220Vca FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUA FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM CORRENTE CONTÍNUA TIPO CHAVEADA TIPO CHAVEADA ONON (F) (F) Vca Vca (+) (+) (-) (-) REDE ASI REDE ASI(N) (N) Fonte 1Fonte 1 S e n s o re s e I n s tr u m e n to s A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V c a A S I- K F -3 0 0 2 /1 1 0 -2 2 0 V c a F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A F O N T E D E A L IM E N T A Ç Ã O E M C O R R E N T E C O N T ÍN U A T IP O C H A V E A D A T IP O C H A V E A D A O N O N (F ) (F ) V ca V ca (+ ) (+ ) (- ) (- ) R E D E A S I R E D E A S I (N ) (N ) Fonte 2Fonte 2 PPlluuggppaarraa EEnnddeerreeççaaddoorr 66 -- 55 ++ EE22 4444 55 AASSII RREEDDEE II//OO==ØØØØ hh--IIDD==hh AA SS II++ AA SS II-- 1111 1122 1100 RREEDDEE EE--44 77 77EE33 99 88 ---- 88 EE--33 EE--11 EE--22 1111 -- ++ EE441100 AASSII--MMDD--44EEPP--VVTT MMÓÓDDUULLOODDEE44EENNTTRRAADDAASS 11 EE11 11 -- 22 33 22 EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ Sensores e Instrumentos Sensores e Instrumentos PP lluu gg pp aa rraa EE nn dd ee rree ççaa dd oo rr 66 -- 55 ++ EE 22 44 44 55 AA SS II RR EE DD EE II// OO == ØØ ØØ hh -- IIDD == hh AASSII++ AASSII-- 11 11 11 22 11 00 RR EE DD EEEE --44 77 77 EE 33 9988 ---- 88 EE --33 EE --11 EE --22 11 11 --++ EE 44 11 00 AA SS II-- MM DD --44 EE PP --VV TT MM ÓÓ DD UU LL OO DD EE 44 EE NN TT RR AA DD AA SS 11 EE 11 11 -- 22 3322 EE NN TT RR AA DD AA SS PP NN PP ++ EE NN TT RR AA DD AA SS PP NN PP ++ S e n s o re s e I n s tr u m e n to s S e n s o re s e I n s tr u m e n to s PPlluuggppaarraa EEnnddeerreeççaaddoorr 66 -- 55 ++ EE22 4444 55 AASSII RREEDDEE II//OO==ØØØØ hh--IIDD==hh AA SS II++ AA SS II-- 1111 1122 1100 RREEDDEE EE--44 77 77EE33 99 88 ---- 88 EE--33 EE--11 EE--22 1111 -- ++ EE441100 AASSII--MMDD--44EEPP--VVTT MMÓÓDDUULLOODDEE44EENNTTRRAADDAASS 11 EE11 11 -- 22 33 22 EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ Sensores e Instrumentos Sensores e Instrumentos PPlluuggppaarraa EEnnddeerreeççaaddoorr 66 -- 55 ++ EE22 4444 55 AASSII RREEDDEE II//OO==ØØØØ hh--IIDD==hh AA SS II++ AA SS II-- 1111 1122 1100 RREEDDEE EE--44 77 77EE33 99 88 ---- 88 EE--33 EE--11 EE--22 1111 -- ++ EE441100 AASSII--MMDD--44EEPP--VVTT MMÓÓDDUULLOODDEE44EENNTTRRAADDAASS 11 EE11 11 -- 22 33 22 EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ EENNTTRRAADDAASSPPNNPP ++ Sensores e Instrumentos Sensores e Instrumentos 6m6m ENTRADAS PNPENTRADAS PNP DN-MD-4EP-4ST-VTDN-MD-4EP-4ST-VT MÓDULO DE 4 ENTRADAS E 4 SAÍDAS A TRANSISTORMÓDULO DE 4 ENTRADAS E 4 SAÍDAS A TRANSISTOR Sensores e InstrumentosSensores e Instrumentos E-1E-1 E-2E-2 E-3E-3 E-4E-4 S-1S-1 S-2S-2 S-3S-3 S-4S-4 E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ 22 55 88 1111 ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 11 44 77 1010 22 55 88 1111 11 44 77 1010 33 66 99 1212 V + V + V + V + C N H C N H C N H C N H G N D G N D G N D G N D C N L C N L C N L C N L V - V - V - V - F E + F E + F E - F E - REDE DEVICENET REDE DEVICENET REDE DEVICENET REDE DEVICENET FONTE EXTERNA FONTE EXTERNA Configuração da Alimentação de Entrada/Saída Configuração da Alimentação de Entrada/Saída E X T . F O N T E D N E X T . F O N T E D N REDEREDE S1S1 1313 1414 S2S2 1515 1616 S3S3 1717 1818 S4S4 1919 2020 SAÍDASSAÍDAS DeviceNetDeviceNet 3.6 - Aterramento da rede: Um dos pontos mais importantes para o bom funcionamento da rede DeviceNet é a blindagem dos cabos, que tem como função básica impedir que fios de força possam gerar ruídos elétricos que interfiram no barramento de comunicação. NOTA: Aconselhamos que os cabo DeviceNet seja conduzido separadamente dos cabos de potência, e não utilizem o mesmo bandejamento ou eletrodutos. 3.6.1 - Malha de Aterramento: Para que a blindagem possa cumprir sua missão é de extrema importância que dreno seja aterrado somente em um único ponto. 3.6.2 - Entrada dos Cabos nos Equipamentos: O cabo DeviceNet possui uma blindagem externa em forma de malha, que deve ser sempre cortada e isolada com fita isolante ou tubo plástico isolador em todas as extremidades em que o cabo for cortado. Deve-se tomar este cuidado na entrada de cabos de todos os equipamentos, principalmente em invólucros metálicos, pois a malha externa do cabo não deve estar ligada a nenhum ponto e nem encostrar em superfícies aterradas. 3.6.3 - Borne de Dreno: Existe ainda um fio de dreno no cabo DeviceNet , que eletricamente está interligado a malha externa do cabo, e tem como função básica permitir a conexão da malha a bornes terminais. Inclusive todos os equipamentos DeviceNet possuem um borne para conexão do fio de dreno, que internamente não está conectado a nenhuma parte do circuito eletrônico, e normalmente forma uma blindagem em volta do circuito através de pistas da placa de circuito impresso. 3.6.4 - Isolação do Dreno: Da mesma forma que a blindagem externa, aconselhamos isolar o fio de dreno em todas as suas extremidades com tubos plásticos isoladores, a fim de evitar seu contato com partes metálicas aterradas nos instrumentos. Todos estes cuidados na instalação devem ser tomados para evitar que a malha ou o fio de dreno sejam aterrados no campo. Sense 30 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 3.6.5 -Verificação da Isolação da Blindagem: Ao final da instalação deve-se conferir a isolação da malha e dreno em relação ao terra (> 1MW). 3.6.6 - Aterramento da Blindagem: Após este teste o fio dreno deve ser interligado ao negativo “V-” da rede no borne “-” dafonte de alimentação que energizara a rede. Então ambos “V-” e “-” devem ser ligados ao sistema de aterramento de instrumentação da planta em uma haste independente do aterramento elétrico, mas diferentes hastes podem ser interconectadas por barramento de equalização de potencial. 3.6.7 - Blindagem Com Múltiplas Fontes: Quando a rede DeviceNet utiliza duas ou mais fontes, somente uma delas deve estar com o negativo aterrado em uma haste junto com o fio de dreno da rede. Observe que neste caso as fontes de alimentação não devem ser ligadas em paralelo, interrompa o positivo, para que não exista duas fontes em um trecho . CUIDADO! Repetimos: é de extrema importância que a malha de aterramento esteja aterrada somente em um único ponto junto a fonte de alimentação da rede. Aconselhamos que toda vez que houver manobras no cabo da rede ou manutenção nos instrumentos, se desligue a conexão do dreno com o negativo da fonte para verificar se a isolação do fio dreno, não está aterrado em qualquer outro ponto da rede, pois as manobras dos cabos muitas vezes podem romper a isolação do cabo conectando a malha a eletrodutos ou calhas aterradas. 3.6.8 - Blindagem Instrumentos Campo: A extremidade do cabo dos transmissores que chegam aos módulo DeviceNet deve ser aterradas em um borne de “Malha”. O mesmo cuidado com relação a malha dos transmissores deve ser adotado e jamais devem ser aterradas junto ao instrumento no campo, e aconselhamos isolar a malha com fita isolante na caixa de bornes do transmissor. 31 Sense Rede DeviceNet PRPR AZAZ MALHAMALHA BRBR VMVM SCANNER DeviceNet SCANNER DeviceNet V+V+ GNDGND V-V- Fonte de Alimentação da Rede DeviceNet Fonte de Alimentação da Rede DeviceNet PRPR AZAZ MALHAMALHA BRBR VMVM V+V+ Fonte de Alimentação do Trecho 2 Fonte de Alimentação do Trecho 2 V-V- TRECHO 2TRECHO 2TRECHO 1TRECHO 1 Interromper V+ Interromper V+ V+V+ GNDGND V-V- Fonte de Alimentação da Rede DeviceNet Fonte de Alimentação da Rede DeviceNet carlos.silva Highlight 4 - Protocolo: Neste capítulo iremos apresentar um breve resumo de como é a construção das mensagens da rede DeviceNet, proporcionando ao leitor conhecimentos básicos de protocolo DeviceNet, habilitando-o caso haja interesse a se aprofundar no assunto através de literaturas especializadas. Como citamos anteriormente, a rede DeviceNet é baseada no protocolo CAN, que obteve aceitação mundial como um protocolo muito versátil e confiável, além de ser uma plataforma econômica para troca de dados aplicáveis em sistemas móveis, máquinas, equipamentos técnicos e automação industrial. Baseado na sofisticadas normas de protocolos de alto nível, o protocolo CAN é feito na tecnologia de automação aberta, e compete prosperamente em sistemas de automação distribuídos. Uma das principais razões para o sucesso das tecnologias baseadas no protocolo CAN é a capacidade de comunicação produtor-consumidor para transmissão de dados e capacidade de trabalhar com multi-mestre. Com essas propriedades, o protocolo CAN do ponto de vista técnico é muito atrativo para ser usado em sistemas distribuídos. 4.1 - Camadas OSI: O protocolo CAN pode ser mostrado de acordo com o modelo OSI, como mostramos abaixo: Layer 1: Responsável por funções como codificação, tempo de bit e sincronização de bit. Layer 2: Responsável por funções como arbitração, frame de mensagem e segurança de dados, validação de mensagens, detecção e sinalização de erros e limites de falhas. Sense 32 Rede DeviceNet DeviceNet Protocol CAN Protocol Physical Layer Transmission Media Layer 7 Layer 2 Layer 1 Layer F Application Data Link Physical Media carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 4.2 - Protocolo DeviceNet: A camada de conexão de dados da DeviceNet é totalmente definida pela especificação CAN e implementação por seus chips. São definidos dois estados lógicos: recessivo (lógica 1) e dominante (lógica 0). Qualquer nó pode iniciar uma transmissão levando o barramento do estado recessivo, condição sem comunicação,para estado dominante (inicio do frame). Alguns tipos de frames (messagens) são definidos pelo protocolo CAN: • Data Frame; • Overload Frame; • Remote Frame; • Error Frame. A protocolo DeviceNet utiliza somente o “data frame”, e os demais frames não foram implementados. 4.3 - CAN Data Frame: A figura abaixo representa o frame de dados da rede DeviceNet, que em outras palavras é o esqueleto de uma comunicação neste protocolo. A seguir faremos uma breve explanação sobre cada campo desta frame. 4.3.1 - Inicio da Frame: Todos os elementos da rede CAN são sincronizados na transição de recessivo para dominante deste bit, para obter-se um sincronismo ideal entre todos os nós presentes na rede. 33 Sense Rede DeviceNet 1bit 11bits 1bit 6bits 0-8bytes 15bits 1bit 1bit 1bit 7bits 3bits e m ar F a d oi ci nI r o d a cifit n e dI ti b R T R el ort n o C e d o p m a C C R C e d r o d ati mil e D k c A e d ti B e m ar F a d l a ni F s e m ar F ert n e o ç a p s E k c A e d r o d ati mil e D C R C r o d ai c n e u q e S Campo de DADOS (Variável Campo de Arbitração carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Sticky Note Recessivo é 1 e dominante é 0. Logo é importante notar que quando não há frames no tronco, o nível lógico é 1, ou seja recessivo. E para iniciar uma freme deve passar de 1 para 0. carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 4.3.2 - Campo de Arbitração: O identificador e o bit RTR (Requisição de Transmissão Remota) formam o campo de arbitração. O campo de arbitração é utilizado para facilitar o acesso ao meio de transmissão. Como a rede DeviceNet não utiliza o bit RTR ele não é considerado para determinar a prioridade de acesso. Quando um equipamento transmite, ele também monitora (o outro equipamento envolvido na comunicação retorna o bit que recebeu) o que foi enviado para confirmar que é o mesmo bit, isto leva a detecção de transmissões simultâneas. Se um determinado nó transmite um bit recessivo e recebe um bit dominante enquanto estiver enviando o campo de arbitração, ele encerra a transmissão. O vencedor com relação a arbitração entre dois nós transmitindo simultaneamente é o com menor numero nos 11 bits do identificador. O protocolo CAN também define no campo de dados um identificador com 29 bits, porém este tipo não é utilizado na rede DeviceNet. 4.3.3 - Campo de Controle: Contém dois bits fixos e um campo com comprimento de 4 bits. O comprimento deve ser algum numero entre 0 a 8 representando o numero de bytes no campo de dados. O numero de bytes 0-8 é ideal para equipamentos com pequeno numero de I/O que precisam ser enviados freqüentemente. 4.3.4 - Seqüência de CRC: O campo de CRC é uma palavra de check-up com redundância cíclica usado pelo controlador CAN para detectar erros de frame. Ele é computado pelos bits anteriormente enviados. 4.3.5 - Bit de Ack: Um bit dominante neste campo significa que pelo menos um receptor recebeu a transmissão. 4.3.6 - Final da Frame: Os bits recessivos do final da mensagem encerram o data frame. 4.3.7 - Espaço entre Frames: O espaçamento entre frames é gerado por três bits recessivos (nível lógico 1), condição que é mantida sempre que não houver mensagens sendo transmitidas. 4.4 - Arbitração e Controle: Se dois ou mais nós tentam acessar a rede simultaneamente, o mecanismo de arbitração resolve o conflito causado pela colisão dos dados (determinando um vencedor) sem perda dos bits já transmitidos pelo nó de maior prioridade, pois este possui os bits mais significativos do campo de arbitração em nível lógico dominante. A rede Ethernet perde em eficiencia, se comparada com a rede CAN, pois no caso de colisão de dados determina-se a retransmissão total do frame, perdendo-se os bits já transmitidos. Sense34 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 4.5 - Erros de Comunicação: O protocolo CAN utiliza vários tipos de detecção de erros e falhas incluindo CRC e retransmissões automáticas. Estes métodos, que são transparentes para a aplicação, previnem contra erros de comunicação causados principalmente por pertubações eletromagnéticas. Abaixo exemplificamos os principais erros detectados pela rede DeviceNet: 4.5.1 - CRC Error: O nó transmissor sempre executa uma rotina de cálculos para cada mensagem englobando todos os bits anteriores ao CRC, obtendo um resultado em 15 bits representativo e diferente para cada mensagem, então este valor é enviado no campo CRC do frame transmitido. Equipamento que recebe o frame de dados executa inversamente a mesma sequenciade cálculos, e compara o valor obtido com o valor lido na frame recebida, se os valores forem os mesmos indica que a transmissão foi corretamente recebida, caso contrário ocorre o erro de CRC e então a retransmissão da mensagem é solicitada. 4.5.2 - Ack Error: Quando o nó transmissor chega ao bit de Ack, mantem-o no estado recessivo (nível lógico 1) e se pelo menos um nós da rede receber a mensagem, força o bit de Ack para o nível dominante (nível lógico 0). Como o transmissor não forçou o bit para 0, como ele mesmo monitora também o barramento e descobre que o bit está em 0 indicando que pelos menos um dos nós da rede leu sua mensagem. Caso o transmissor encontre o bit de Ack em nível 1 (recessivo) indica que ninguem leu sua mensagem então providencia imediatamente sua retransmissão. 4.5.3 - Form Error: Ocorre quando qualquer bit do “cabeçalho” ou “rodapé”, bits antes e depois dos dados da mensagem, que conténham um formato não esperado pelo receptor da mensagem. 4.5.4 - Bit 1 Error: Detectado pelo próprio transmissor da mensagem, quando ele envia um bit recessivo e encontra um bit dominante via sua monitoração do barramento, a mensagem então é retransmitida. 4.5.5 - Bit 0 Error: Analogamente ao anterior, mas com o transmissor enviando um bit dominante e encontra no barramento um bit recessivo. 4.5.6 - Stuff Error: Ocorre sempre que são detectados 6 bits consecutivos com a mesma “polaridade” até o CRC da mensagem, então ela é retransmitida. 35 Sense Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 4.6 - Grupos de Mensagens: A seguir iremos expor alguns conceitos para ajudar na compreensão do protocolo DeviceNet: Conexão: Para que um equipamento possa trocar dados com outro, é necessário estabelecer uma conexão, que por sua vez determina o modo e a forma que será efetuada esta troca. Grupos: Para estabelecer uma nova conexão um equipamento solicita um identificador CAN, que são divididos conforme tabela abaixo, sendo que os algoritmos não permitem a duplicação de endereços e define os identificadores de acordo com a prioridade que a informação requer. Grupos de Messagens Range 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Grupo 1 000-3FF Source Mac ID Mensagem ID 0 Grupo 2 400-5FF Mens ID Mac ID 0 1 Grupo 3 600-7BF Source Mac ID Mens ID 1 1 Grupo 4 7C0-7EF Mensagem ID 1 1 1 1 1 Identificador Inválido 7F0-7FF X X X X 1 1 1 1 1 1 1 4.7 - Mensagens: Para a rede DeviceNet existem dois tipos de mensagens que serão citadas a seguir, sendo basicamente uma para troca de dados (I/O Messages) e outras para configuração e diagnósticos (Explicit Message). I/O Message: São mensagens críticas em tempos e orientadas para troca de dados, geradas para conexão ponto-a-ponto ou multicast, utilizam tipicamente identificadores de alta prioridade. Esta configuração necessita de configuração prévia indicando os objetos de fonte e destino, indicando o produtor e o consumidor da mensagem. Explicit Message: Utilizam comunicação ponto-a-ponto e são responsáveis pela troca de mensagens de configuração e diagnóstico de defeitos. Utilizam normalmente identificadores de baixa prioridade e no campo de dados informa o significado. Sense 36 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight 5 - Software: Os softwares mais comuns encontrados nas aplicações DeviceNet são os da Rockwell Automation, necessários para a configuração do sistema. Lembramos que existem softwares de outros fabricantes, para configuração da rede, e também os software específicos para programação da lógica de intertravamento dos PLC de outros fabricantes ou ainda até de controles baseados em PC. Abordaremos a configuração da rede com os softwares da Rockwell onde a seguir apresentamos uma breve descrição dos passos a serem seguidos. 5.1 - Conversor DeviceNet / RS232: Para se estabelecer a comunicação entre o software de configuração e a rede propriamente dita há a necessidade de um conversor DeviceNet para RS232, onde utilizaremos o KFD da Rockwell, mostrado na foto a seguir. No conversor do lado esquerdo conecta-se o cabo serial RS232 que deve ser ligado a serial do microcomputador e no outro um cabo DeviceNet para ser conectado na rede física. Este conversor possui um chip CAN, portanto ocupa um endereço da rede, e como expusemos anteriormente preferencialmente deve-se utilizar o endereço 62. A configuração do endereço DeviceNet, assim como os parâmetros de comunicação RS232 será configurado no software gerenciador de comunicação: RSLinx, que é apresentado a seguir. 37 Sense Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Sticky Note A Rockwell utiliza tbm além do DeviceNet! Eternet e Contronet! 5.2 - Overview RSLinx: O primeiro passo para se estabelecer a comunicação entre o software configurador da rede RSNetWorx e a rede física é através do software RSLinx, que estabelece e gerencia a comunicação entre o microcomputador e os equipamentos. O RSLinks permite a comunicação simultânea do software de configuração da rede RSNetWorx e o software de programação da lógica de controle na CPU do PLC, o RSLogix. A figura acima ilustra a tela principal do RSLinxs, onde na janela a direita é apresentado um status geral da comunicação, no caso mostra que temos 3 conexões: Ethernet, DeviceNet e DH-485 (SLC500). Clicando-se na comunicação DeviceNet, a tela a direita apresenta todos os equipamentos encontrados neste canal de comunicação, através dos dispositivos presentes e ativos no lado DeviceNet do conversor KFD. Caso a comunicação DH-485 for clicada apresenta-se os equipamentos que estão se comunicando, no caso o micro e a CPU do PLC. Sense 38 Rede DeviceNet carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Highlight carlos.silva Sticky Note Onde se lê DIREITA na verdade é ESQUERDA. carlos.silva Highlight 5.2.1 - Configurando o Linx para Comunicar com o NetWorx: A seguir iremos descrever como configurar a comunicação com o KFD, passo a passo: Passo 1: Para acessar esta tela, devemos entrar nas propriedades de comunicação do KFD, e o caminho para isto é: Menu “Comunicação” item: “Configure Drivers ...” Passo 2: Botão “Add New...” Seleciona-se o drive DeviceNet Escolhe-se o equipamento KFD. 39 Sense Rede DeviceNet Passo 3: Menu “Comunicação” item: “Configure Drivers ...” Nesta tela define-se a configuração do KFD, temos: Lado da Rede DeviceNet: Node Address: Define-se o endereço do KFD na rede DeviceNet. Data Rate: Define-se a velocidade de comunicação do KFD com a rede DeviceNet. Lado do Microcomputador RS232: Port Select: Define-se a porta de comuicação com o micro “COMs”. Data Rate: Define-se o baud rate com o micro Finalmente aciona-se o botão “Close”, para iniciar a comunicação, observe que os leds do KFD, piscam indicando a comunicação. Sense 40 Rede DeviceNet 5.3 - Overview RSNetworx:
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