DeviceNet: الهندسة المعمارية وتنسيق الرسائل وأكواد الخطأ والعمل وتطبيقاته

تم تطوير بروتوكول DeviceNet في البداية بواسطة Allen-Bradley المملوكة الآن للعلامة التجارية Rockwell Automation. تقرر جعلها شبكة مفتوحة من خلال الترويج لهذا البروتوكول عالميًا مع موردي الطرف الثالث. الآن ، تتم إدارة هذا البروتوكول من قبل شركة ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) مما يسمح للبائعين الخارجيين ويطورون المعايير لاستخدام بروتوكول الشبكة . يتم وضع DeviceNet ببساطة فوق شبكة منطقة التحكم (CAN) التكنولوجيا التي طورتها Bosch. شركة. التكنولوجيا التي تعتمدها هذه التقنية هي من ControlNet التي طورها ألين برادلي أيضًا. إذن هذا هو تاريخ Devicenet. لذا تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف بروتوكول Devicenet - العمل مع التطبيقات.

ما هو بروتوكول DeviceNet؟

بروتوكول DeviceNet هو أحد أنواع بروتوكولات الشبكة المستخدمة في مجال صناعة الأتمتة عن طريق ربط أجهزة التحكم لتبادل البيانات مثل PLCs أجهزة التحكم الصناعية المستشعر المشغلات وأنظمة التشغيل الآلي من بائعين مختلفين. يستخدم هذا البروتوكول ببساطة البروتوكول الصناعي العادي عبر طبقة وسائط CAN (شبكة منطقة التحكم) ويصف طبقة تطبيق لتغطية ملفات تعريف الجهاز المختلفة. تشمل التطبيقات الرئيسية لبروتوكول Devicenet بشكل أساسي أجهزة الأمان وتبادل البيانات وشبكات التحكم الكبيرة في الإدخال / الإخراج.

سمات

ال ميزات Devicenet تشمل ما يلي.

• يدعم بروتوكول DeviceNet ببساطة ما يصل إلى 64 عقدة بما في ذلك 2048 أكبر عدد من الأجهزة.
• هيكل الشبكة المستخدم في هذا البروتوكول هو خط ناقل أو جذع عبر كبلات إسقاط لتوصيل الأجهزة.
• يتم استخدام مقاومة إنهاء بقيمة 121 أوم على أي جانب من خط الجذع.
• يستخدم الجسور والمكررات وبوابات الإعلانات وأجهزة التوجيه.
• وهو يدعم أوضاعًا مختلفة مثل master-slave و peer-to-peer و multi-master لنقل البيانات داخل الشبكة.
• يحمل كلاً من الإشارة والطاقة على كابل مشابه.
• يمكن أيضًا توصيل هذه البروتوكولات أو إزالتها من الشبكة في السلطة.
• يدعم بروتوكول DeviceNet ببساطة 8A على الناقل نظرًا لأن النظام ليس آمنًا في حد ذاته. ومعالجة عالية الطاقة.

هندسة Devicenet

DeviceNet هو رابط اتصالات يستخدم لتوصيل الأجهزة الصناعية مثل المستشعرات الحثية ، ومفاتيح الحد ، والكهروضوئية ، وأزرار الضغط ، وأضواء المؤشر ، وقارئات الباركود ، ووحدات التحكم في المحرك ، وواجهات المشغل بشبكة عن طريق تجنب الأسلاك المعقدة والمكلفة. لذلك ، يوفر الاتصال المباشر اتصالاً أفضل بين الأجهزة. في حالة واجهات الإدخال / الإخراج السلكية ، لا يمكن تحليل مستوى الجهاز.

يدعم بروتوكول DeviceNet ببساطة طوبولوجيا مثل خط trunk-line أو خط إسقاط بحيث يمكن توصيل العقد بسهولة بالخط الرئيسي أو الفروع القصيرة مباشرةً. تسمح لهم كل شبكة من شبكات DeviceNet بالاتصال بما يصل إلى 64 عقدة حيثما يتم استخدام العقدة بواسطة 'الماسح الضوئي' الرئيسي ويتم وضع العقدة 63 جانبًا كعقدة افتراضية من خلال 62 عقدة يمكن الوصول إليها للأجهزة. ولكن ، تسمح معظم وحدات التحكم الصناعية بالاتصال بالعديد من شبكات DeviceNet التي لا يوجد. يمكن تمديد العقد المترابطة.

يتم عرض بنية بروتوكول شبكة Devicenet أدناه. تتبع هذه الشبكة ببساطة نموذج OSI الذي يستخدم 7 طبقات من الطبقات المادية إلى طبقات التطبيق. تعتمد هذه الشبكة على CIP (البروتوكول الصناعي المشترك) الذي يستخدم الطبقات الثلاث الأعلى من CIP من البداية بينما تم تعديل الطبقات الأربع الأخيرة لتطبيق DeviceNet.

تشتمل 'الطبقة المادية' الخاصة بشبكة DeviceNet بشكل أساسي على مجموعة من العقد والكابلات والصنابير ومقاومات الإنهاء ضمن هيكل خط رئيسي - خط منسدل.

بالنسبة لطبقة ارتباط البيانات ، يستخدم بروتوكول الشبكة هذا معيار CAN (شبكة منطقة التحكم) الذي يعالج ببساطة جميع الرسائل بين الأجهزة وأجهزة التحكم.

ستقوم طبقات الشبكة والنقل لهذا البروتوكول بإنشاء اتصال بواسطة الجهاز من خلال معرفات الاتصال بشكل أساسي للعقد التي تتضمن معرف MAC للجهاز ومعرف الرسالة.

تتناول العقدة نطاقًا صالحًا لـ DeviceNet يتراوح من 0 إلى 63 والذي يوفر إجمالي 64 اتصالاً ممكنًا. هنا ، تتمثل الفائدة الرئيسية لمعرف الاتصال في أنه يسمح لـ DeviceNet بالتعرف على العناوين المكررة عن طريق التحقق من معرف MAC والإشارة إلى المشغل الذي يتطلب إصلاحه.

لا تقلل شبكة DeviceNet من تكاليف التوصيلات والصيانة فقط لأنها تحتاج إلى أسلاك أقل ولكنها تسمح أيضًا للأجهزة المتوافقة مع شبكة DeviceNet من مختلف الشركات المصنعة. يعتمد بروتوكول الشبكة هذا على شبكة منطقة التحكم أو CAN المعروفة باسم بروتوكول الاتصال. تم تطويره بشكل أساسي لتحقيق أقصى قدر من المرونة بين الأجهزة الميدانية والتشغيل البيني بين مختلف الشركات المصنعة.

يتم تنظيم هذه الشبكة مثل شبكة ناقل الجهاز التي تتمثل خصائصها في الاتصال على مستوى البايت والسرعة العالية التي تحتوي على اتصالات الأجهزة التناظرية وقوة تشخيصية عالية من خلال أجهزة الشبكة. تتضمن شبكة DeviceNet ما يصل إلى 64 جهازًا بما في ذلك جهاز واحد على كل عنوان عقدة يبدأ من 0 إلى 63.

هناك نوعان من الكابلات القياسية المستخدمة في هذه الشبكة سميكة ورقيقة. يتم استخدام الكبل السميك لخط الجذع بينما يتم استخدام الكابل الرفيع لخط الإسقاط. يعتمد أطول طول للكابل بشكل أساسي على سرعة الإرسال. تتضمن هذه الكابلات عادةً أربعة ألوان من الكابلات مثل الأسود والأحمر والأزرق والأبيض. الكبل الأسود مخصص لمصدر طاقة 0 فولت ، والكابل الأحمر مخصص لإمداد طاقة +24 فولت ، وكابل اللون الأزرق لإشارة CAN منخفضة وكابل اللون الأبيض مخصص لإشارة CAN عالية.

كيف يعمل Devicenet؟

يعمل DeviceNet باستخدام ملفات CAN (شبكة منطقة التحكم) بالنسبة لطبقة ارتباط البيانات وتقنية الشبكة المماثلة ، يتم استخدامها داخل مركبات السيارات لأغراض الاتصال بين الأجهزة الذكية. يدعم DeviceNet ببساطة ما يصل إلى 64 عقدة على شبكة DeviceNet فقط. يمكن أن تتضمن هذه الشبكة سيدًا واحدًا وما يصل إلى 63 عبدًا. لذا ، فإن DeviceNet يدعم الاتصال الرئيسي / العبد والاتصال من نظير إلى نظير باستخدام الإدخال / الإخراج بالإضافة إلى الرسائل الصريحة للمراقبة والتحكم والتكوين. يتم استخدام بروتوكول الشبكة هذا في صناعة الأتمتة لتبادل البيانات عن طريق الاتصال بأجهزة التحكم. يستخدم البروتوكول الصناعي المشترك أو CIP عبر طبقة وسائط CAN لتحديد طبقة تطبيق لتغطية مجموعة متنوعة من ملفات تعريف الجهاز.

يوضح الرسم البياني التالي كيفية تبادل الرسائل بين الأجهزة داخل شبكة الجهاز.

في Devicenet ، قبل حدوث اتصال بيانات الإدخال / الإخراج بين الأجهزة ، يجب أن يتصل الجهاز الرئيسي أولاً بالأجهزة التابعة مع اتصال رسالة صريحة لوصف كائن الاتصال.

في الاتصال أعلاه ، نقوم ببساطة بتوفير اتصال واحد للرسائل الصريحة وأربعة اتصالات I / O.

لذلك يعتمد هذا البروتوكول بشكل أساسي على مفهوم طريقة الاتصال حيث يجب أن يتصل الجهاز الرئيسي بجهاز الرقيق اعتمادًا على بيانات الإدخال / الإخراج وأمر تبادل المعلومات. لإعداد جهاز تحكم رئيسي ، هناك ببساطة 4 خطوات رئيسية متضمنة ويتم شرح كل وظيفة خطوة أدناه.

أضف جهازًا إلى الشبكة

هنا ، يجب علينا توفير معرف MAC الخاص بجهاز الرقيق لتضمينه في الشبكة.

تكوين الاتصال

بالنسبة للجهاز التابع ، يمكنك التحقق من نوع اتصال الإدخال / الإخراج وطول بيانات الإدخال / الإخراج.

إقامة اتصال

بمجرد إجراء الاتصال ، يمكن للمستخدمين البدء في الاتصال من خلال الأجهزة التابعة.

الوصول إلى بيانات الإدخال / الإخراج

بمجرد إجراء الاتصال بواسطة الأجهزة التابعة ، يمكن الوصول إلى بيانات الإدخال / الإخراج من خلال وظيفة قراءة أو كتابة مكافئة.

بمجرد إجراء الاتصال الصريح ، يتم استخدام حارة الاتصال لتبادل المعلومات الواسعة باستخدام عقدة واحدة مع العقد الأخرى. بعد ذلك ، يمكن للمستخدمين إجراء اتصالات الإدخال / الإخراج في الخطوة التالية. عند إجراء اتصالات الإدخال / الإخراج ، يمكن ببساطة تبادل بيانات الإدخال / الإخراج بين الأجهزة داخل شبكة DeviceNet بناءً على طلب الجهاز الرئيسي. لذلك ، يصل الجهاز الرئيسي إلى بيانات الإدخال / الإخراج للجهاز التابع بإحدى تقنيات اتصال الإدخال / الإخراج الأربعة. لاستعادة بيانات الإدخال / الإخراج الخاصة بالعبد ونقلها ، فإن المكتبة ليست سهلة الاستخدام فحسب ، بل توفر أيضًا العديد من الوظائف الرئيسية لـ DeviceNet.

تنسيق رسالة Devicenet

يستخدم بروتوكول DeviceNet ببساطة CAN النموذجية الأصلية ، خاصة لطبقة ارتباط البيانات الخاصة به. لذلك هذا هو أقل مقدار حمل ضروري إلى حد ما من قبل CAN في طبقة Data Link حتى تصبح DeviceNet فعالة للغاية أثناء التعامل مع الرسائل. عبر بروتوكول Devicenet ، يتم استخدام أقل عرض نطاق ترددي للشبكة للتعبئة وكذلك إرسال رسائل CIP وأيضًا أقل عبء على المعالج ضروري من خلال جهاز لنقل مثل هذه الرسائل.

على الرغم من ذلك ، تحدد مواصفات CAN أنواعًا مختلفة من تنسيقات الرسائل مثل البيانات والتحميل الزائد والخطأ. يستخدم بروتوكول DeviceNet أساسًا إطار البيانات فقط. لذا فإن تنسيق الرسالة لإطار بيانات CAN يرد أدناه.

في إطار البيانات أعلاه ، بمجرد إرسال بداية بتة الإطار ، ستنسق جميع أجهزة الاستقبال عبر شبكة CAN مع الانتقال إلى الحالة المهيمنة من الحالة المتنحية.

يشكل كل من المعرف وبت RTR (طلب الإرسال عن بُعد) في الإطار حقل التحكيم الذي يُستخدم ببساطة للمساعدة في أولوية الوصول إلى الوسائط. بمجرد أن يرسل الجهاز ، فإنه يتحقق أيضًا من كل بت يرسله في وقت واحد ويستقبل كل بت مرسلة لمصادقة البيانات المرسلة وللسماح بالكشف المباشر عن الإرسال المتزامن.

يشتمل حقل التحكم في CAN بشكل أساسي على 6 بتات حيث يتم إصلاح محتوى البتتين ويتم استخدام 4 بت المتبقية بشكل أساسي لحقل الطول لتحديد طول حقل البيانات القادم من 0 إلى 8 بايت.
يتبع إطار بيانات CAN حقل CRC (فحص التكرار الدوري) لتحديد أخطاء الإطار ومحددات تنسيق الإطارات المختلفة.

باستخدام أنواع مختلفة من اكتشاف الأخطاء بالإضافة إلى تقنيات تحديد الأخطاء مثل CRC وإعادة المحاولة التلقائية ، يمكن تجنب العقدة المعيبة من إزعاج n / w. يمكن أن يوفر فحصًا قويًا للأخطاء بالإضافة إلى قدرة على تقييد الأخطاء.

أدوات

تشمل الأدوات المختلفة المستخدمة لتحليل بروتوكول DeviceNet أدوات تكوين الشبكة الشائعة مثل Synergetic’s SyCon و Cutler-Hammer’s NetSolver و RSNetworX من Allen-Bradley و DeviceNet Detective & CAN مراقبي أو محللات حركة المرور مثل Peak’s CAN Explorer & Vector's Canalyzer.

معالجة الخطأ في بروتوكول Devicenet

معالجة الأخطاء هي إجراء للرد على حالات الخطأ والتعافي منها داخل البرنامج. نظرًا لأنه يتم التعامل مع طبقة ارتباط البيانات بواسطة CAN ، فإن معالجة الخطأ المتعلقة باكتشاف العقدة المعيبة وإغلاق العقدة المعيبة تكون وفقًا لبروتوكول شبكة CAN. ولكن ، تحدث الأخطاء في شبكة الجهاز بشكل أساسي بسبب بعض الأسباب مثل عدم توصيل وحدة DeviceNet بشكل صحيح أو احتمال وجود مشكلة في وحدة العرض. للتغلب على هذه المشاكل ، يجب اتباع الإجراء التالي.

• قم بتوصيل وحدة DeviceNet بشكل صحيح.
• افصل كابل DeviceNet.
• لكل وحدة عرض ، يجب قياس مصدر الطاقة.
• يحتاج الجهد إلى ضبط في نطاق الجهد المقنن.
• قم بتشغيل الطاقة وتحقق مما إذا كان مؤشر LED الخاص بوحدة DeviceNet قيد التشغيل.
• إذا كان مؤشر LED الخاص بوحدة DeviceNet قيد التشغيل ، فتأكد من تفاصيل خطأ LED وقم بتصحيح المشكلة وفقًا لذلك.
• إذا لم يتم تشغيل مصابيح LED على Devicenet ، فقد يكون المصباح معيبًا. لذلك تحتاج إلى التحقق مما إذا كانت أي دبابيس موصل مكسورة أو مثنية.
• قم بتوصيل DeviceNet بالاتصال من خلال الانتباه.

Devicenet مقابل ControlNet

يتم سرد الفرق بين Devicenet و ControlNet أدناه.

Devicenet Vs Modbus

يتم سرد الفرق بين Devicenet و Modbus أدناه.

رموز خطأ Devicenet

يتم سرد رموز خطأ DeviceNet من أقل من 63 رقمًا وأكثر من 63 رقمًا أدناه. هنا <63 رقمًا تُعرف بأرقام العقد بينما> 63 رقمًا تُعرف باسم رموز الخطأ أو رموز الحالة. تنطبق معظم رموز الأخطاء على أجهزة فردية أو أكثر. لذلك يظهر هذا عن طريق وميض الكود وكذلك رقم العقدة بالتناوب. في حالة وجوب عرض العديد من الرموز وأرقام العقد ، يتم عرض الدورات من خلالها ضمن ترتيب رقم العقدة.

في القائمة التالية ، تصف الرموز ذات الألوان المعاني ببساطة

• سيُظهر رمز اللون الأخضر الظروف العادية أو غير الطبيعية الناتجة عن عمل المستخدم.
• يظهر رمز اللون الأزرق أخطاء أو ظروف غير طبيعية.
• يظهر رمز اللون الأحمر أخطاء جسيمة ، وربما يحتاج إلى ماسح ضوئي بديل.

هنا يتم سرد رمز خطأ Devicenet مع الإجراء المطلوب أدناه.

الرمز من 00 إلى 63 (اللون الأخضر): تعرض الشاشة عنوان الماسح الضوئي.
الرمز 70 (اللون الأزرق): قم بتعديل عنوان قناة الماسح الضوئي خلافًا لذلك يتعارض عنوان الجهاز.
الرمز 71 (اللون الأزرق): تحتاج قائمة المسح الضوئي إلى إعادة تكوين وإزالة أي بيانات غير قانونية.
الرمز 72 (اللون الأزرق): يحتاج الجهاز إلى التحقق من الاتصالات والتحقق منها.
الرمز 73 (اللون الأزرق): تأكد من أن الجهاز بالضبط موجود في رقم هذه العقدة وتأكد من أن الجهاز يساوي المفتاح الإلكتروني كما هو مرتب في قائمة المسح.
الرمز 74 (اللون الأزرق): تحقق من التكوين للبيانات غير المقبولة وحركة مرور الشبكة.
الرمز 75 (اللون الأخضر): قم بإنشاء وتنزيل قائمة المسح الضوئي.
الرمز 76 (اللون الأخضر): قم بإنشاء وتنزيل قائمة المسح الضوئي.
الرمز 77 (اللون الأزرق): قائمة المسح الضوئي أو إعادة تكوين الجهاز لأحجام بيانات الإرسال والاستقبال المناسبة.
الرمز 78 (اللون الأزرق): قم بتضمين أو حذف الجهاز من الشبكة.
الرمز 79 (اللون الأزرق): تحقق مما إذا كان الماسح الضوئي متصل بشبكة مناسبة بواسطة عقدة أخرى على الأقل.
الرمز 80 (اللون الأخضر): حدد موقع بت RUN في سجل أوامر الماسح الضوئي وضع PLC في وضع RUN.
الرمز 81 (اللون الأخضر): تحقق من برنامج PLC بالإضافة إلى سجلات الأوامر الخاصة بالماسح الضوئي.
الرمز 82 (اللون الأزرق): تحقق من تكوين الجهاز.
الرمز 83 (اللون الأزرق): تأكد من إدخال قائمة المسح الضوئي وتحقق من تكوين الجهاز
الرمز 84 (اللون الأخضر): بدء الاتصال ضمن قائمة المسح بواسطة الأجهزة
الرمز 85 (اللون الأزرق): رتّب الجهاز للحصول على حجم بيانات أقل.
الرمز 86 (اللون الأزرق): تأكد من حالة الجهاز وتكوينه.
الرمز 87 (اللون الأزرق): تحقق من توصيل الماسح الأساسي والتكوين.
الرمز 88 (أزرق اللون): افحص توصيلات الماسح الضوئي.
الرمز 89 (اللون الأزرق): تحقق من الترتيب / تعطيل ADR لهذا الجهاز.
الرمز 90 (اللون الأخضر): تأكد من برنامج PLC وسجل الأوامر الخاص بالماسحة الضوئية
الرمز 91 (اللون الأزرق): تحقق من النظام للأجهزة الفاشلة
الرمز 92 (اللون الأزرق): تحقق مما إذا كان كابل الإسقاط يوفر طاقة الشبكة باتجاه منفذ الماسح الضوئي DeviceNet.
الرمز 95 (اللون الأخضر): لا تقم بإزالة الماسح الضوئي عندما يكون تحديث FLASH قيد التقدم.
الرمز 97 (اللون الأخضر): تحقق من برنامج السلم وسجل الأوامر الخاص بالماسح الضوئي.
الكود 98 و 99 (اللون الأحمر): استبدل الوحدة أو صيانتها.
الكود E2 و E4 و E5 (اللون الأحمر): استبدال أو إرجاع الوحدة.
الرمز E9 (اللون الأخضر): تحقق من سجل الأوامر وقوة الدورة على SDN للاسترداد.
الماسح الضوئي هو الوحدة النمطية التي تحتوي على شاشة عرض بينما الجهاز عبارة عن عقدة أخرى على الشبكة ، وعادةً ما يكون جهازًا تابعًا ضمن قائمة المسح الخاصة بالماسح الضوئي. يمكن أن يكون هذا أكثر شخصية في وضع الرقيق للماسح الضوئي.

مزايا Devicenet

تتضمن مزايا بروتوكول DeviceNet ما يلي.

• تتوفر هذه البروتوكولات بتكلفة أقل ، وتتمتع بموثوقية عالية ، ولها قبول واسع النطاق ، ويتم استخدام عرض النطاق الترددي للشبكة بكفاءة عالية والطاقة المتاحة على الشبكة.
• هذه قادرة على جمع كميات كبيرة من البيانات دون زيادة تكاليف المشروع بشكل كبير.
• يستغرق التثبيت وقتًا أقل.
• ليست مكلفة مقارنة بالأسلاك العادية من نقطة إلى نقطة.
• في بعض الأحيان ، توفر أجهزة DeviceNet المزيد من ميزات التحكم مقارنة بالأجهزة العادية أو التي تم تبديلها.
• توفر معظم أجهزة Devicenet بيانات تشخيصية مفيدة للغاية يمكن أن تجعل الأنظمة لتحرّي الخلل وإصلاحه أسهل بكثير وتقلل من وقت التوقف عن العمل.
• يمكن استخدام هذا البروتوكول مع أي كمبيوتر شخصي أو PLC أو أنظمة تحكم قائمة.

تتضمن عيوب بروتوكول DeviceNet ما يلي.

• هذه البروتوكولات لها أقصى طول للكابل.
• لديهم حجم محدود للرسالة ونطاق ترددي محدود.
• تحدث 90 إلى 95٪ من جميع مشكلات DeviceNet بشكل أساسي بسبب مشكلة في الكابلات.
• عدد أقل من الأجهزة لكل عقدة
• الحجم المحدود للرسالة.
• مسافة الكابل أقصر بكثير.

تطبيقات بروتوكول DeviceNet

ال تطبيقات بروتوكول DeviceNet تشمل ما يلي.

• يوفر بروتوكول DeviceNet اتصالات بين الأجهزة الصناعية المختلفة مثل المشغلات ، أنظمة الأتمتة ، وأجهزة الاستشعار ، وكذلك الأجهزة المعقدة دون الحاجة إلى التدخل
• وحدات أو وحدات الإدخال / الإخراج.
• يستخدم بروتوكول DeviceNet في تطبيقات الأتمتة الصناعية.
• يتم استخدام بروتوكول شبكة DeviceNet في صناعة الأتمتة لربط أجهزة التحكم لتبادل البيانات.
• يستخدم بروتوكول DeviceNet للتحكم في المحرك.
• هذا البروتوكول قابل للتطبيق على مقربة ، ومفاتيح حد بسيطة وأزرار ضغط للتحكم في الفتحات ،
• يستخدم هذا في تطبيقات محرك AC & DC المعقدة.

وهكذا ، هذا هو لمحة عامة عن DeviceNet وهي عبارة عن شبكة Fieldbus رقمية متعددة الإسقاط تُستخدم لتوصيل العديد من الأجهزة من بائعين متعددين مثل PLCs ، ووحدات التحكم الصناعية ، وأجهزة الاستشعار ، والمشغلات ، وأنظمة التشغيل الآلي من خلال توفير شبكة فعالة من حيث التكلفة للمستخدمين لإدارة وتوزيع الأجهزة البسيطة باستخدام العمارة. هنا سؤال لك ما هو البروتوكول؟