CANopen y DeviceNet en Ingeniería Electrónica

CANopen y DeviceNet

– Surgió en 1986 de la mano de Bosch para reducir el cableado en los automóviles

– Utilizado por la mayoría de fabricantes europeos (Mercedes-Benz, Volvo, Renault…)

– Dada su robustez y eficacia se utiliza en aplicaciones industriales

– Trabajo en modo difusión (broadcast)

  • Mensajes con ID no dirección
  • Sin maestro
  • Paquetes de hasta 8 bytes de datos
  • Sistema de prioridades no destructiva
  • Desconexión de nodos defectuosos

CAPA FÍSICA

Medio: par trenzado de 2 o 4 hilos; resistencia terminadora (LT) 120Ω 0,25W

Transmisión diferencial NRZ (Non Return to Zero)

Define dos niveles: Dominante (0) → diferencia 2V; Recesivo (1) → no hay diferencia

Topología:

  • Cadena (Daisy chain)
  • Derivaciones (Drop lines)
    • Derivadores (Tap) conectados a la línea principal (Trunk)
    • Provocan reflexiones (no superar los 30cm)
  • Mixto (Combinación de las anteriores)

Conectores: DB9; RJ45; Abierto; Mini-Din 5 pines

CAPA ENLACE

Estructura del paquete: Identificador de 11 bits; RTR solicitud de transmisión

Fragmentación del paquete:

  • Si los datos a enviar son más de 8 bytes
  • Se transmiten 7 bytes de datos por paquete
  • Primer byte para especificar la secuencia

ACCESO AL MEDIO

Usa arbitraje con prioridad a bit (se hace la y-lógica → 0 más prioridad que 1; cada nodo escucha a la vez que envía)



Gestión de Errores

Bit ACK emitido recesivo (1) debe ser activado dominante por algún receptor

CRC de 15 bits

Trama de error: Si un receptor no reconoce la trama

Estados de error:

  • Contadores de error (TEC: contador de errores de transmisión; REC: contador de errores de recepción)
  • Estados: Error activo → envío de error; Error pasivo → no envía trama de error; Bus-OFF → desconectado del bus

CAPA APLICACIÓN

Especificaciones a cumplir por dispositivo

Perfil define los datos mínimos que debe tener el dispositivo

Diccionario de objetos:

  • Cada objeto indexado (índice 16 bits; subíndice 8 bits)
  • Cada dispositivo debe tener EDS → Hoja de datos electrónica

PROTOCOLOS

No hay direcciones sino identificadores COB-ID (4 bits número de nodo, 7 bits servicio)

Servicios:

  • PDO servicio de objetos de procesos → tareas cíclicas en tiempo real, sin confirmación, productor-consumidor, configurables
  • SDO servicio de objetos de datos → tareas de baja prioridad, acíclicas, maestro-esclavo, confirmación → se usa en la fase de configuración
  • SFO objetos funcionales especiales → sincronización, emergencia y errores
  • MNT Gestión de red

DeviceNet

Desarrollado a principios de los 90 por Allen Bradley basándose en el bus CAN

– Mantenido por la ODVA

– Compañías americanas

Utiliza maestro – esclavo a pesar de usar bus CAN


AS-Interface

Creado en el año 1994 por 11 fabricantes: Siemens, Omron, Festo, etc.

Orientado a sensores y actuadores binarios:

  • Un bit por elemento
  • No señales analógicas

CAPA FÍSICA

Nivel físico: Cable de 2 hilos sin trenzar (Amarillo: alimentación y comunicación, Negro: alimentación auxiliar 24 VDC, Rojo: alimentación auxiliar 220 VAC)

Posibilidad de conectores vampiro (atraviesan la cobertura; auto-cicatrizantes; única posición)

Protocolo maestro-esclavo (único maestro y hasta 31 esclavos)

Topología flexible: estrella, bus, árbol

CAPA ENLACE

El maestro llama a cada esclavo (paquete de llamada de 14 bits con distintas solicitudes, paquete de respuesta 7 bits)

Ciclo determinista de 5 mensajes

Codificación Manchester de onda sinusoidal, Gran robustez en la comunicación

AS-i

Dirección de los esclavos en memoria no volátil y asignada por el máster

Existen:

  • Tarjetas maestro para PLC
  • Conectores para RS-232, RS-422 y RS-485
  • Pasarelas Profibus
  • Tarjetas para PC
  • Configuradores manuales

PROFIBUS

PROcess FIeld BUS nació en 1989 por fabricantes alemanes; Extendido por todo el mundo

Perfiles:

  • FMS: nivel OSI 7 (gran transferencia de datos)
  • DP: periferia descentralizada (niveles 1 y 2 sobre RS-485; volumen medio de datos)
  • PA: DP ampliado (zonas de seguridad extrínseca -> reducción de voltajes y corrientes)

Dos tipos de dispositivos:

  • Maestros → estaciones activas (Inician comunicaciones)
  • Esclavos → estaciones pasivas (Confirman recepción; Mandan mensajes a petición del maestro)

DP

Maestros:

  • DPM1 → funcionamiento normal (PLCs)
  • DPM2 → programación, configuración, diagnóstico

Esclavos:

  • DP-Slave → sensor, actuador -> asignado único maestro


Transferencia DPM1 a DP-Slave:

  • Modo cíclico envío – recepción
  • Modo ‘sync’ → esclavos congelan sus salidas -> en el siguiente ‘sync’ vuelcan sus salidas al campo
  • Modo ‘freeze’ → esclavos congelan sus entradas -> datos se actualizan solo al recibir ‘freeze’
  • Si la respuesta es en tiempo → modo OPERATE
  • Si la respuesta se retrasa → modo CLEAR -> Fija la salida de todos sus esclavos a modo seguro
  • También temporización en esclavos -> Fija sus salidas a modo seguro

Físico: Bus terminado en ambos extremos; Cable de par trenzado apantallado; 32 estaciones

Nivel de Enlace

Acceso al medio por:

  • Testigo (token):
    • Entre maestros
    • En orden ascendente de direcciones -> cada maestro trata de pasar el token 3 veces y después prueba con el siguiente
    • El de id más bajo -> inicia el proceso tras el encendido -> inicia el proceso si pérdida del testigo
  • Muestreo (polling):
    • Sólo el maestro que tiene el testigo -> a los esclavos que tiene asignados y a otros maestros
    • Mensajes de alta prioridad incluso sin testigo

Posibilidad de transmisión:

  • Envío de datos con confirmación (SDA)
  • Envío de datos sin confirmación (SDN)
  • Envío de datos con respuesta (SRD)
  • Envío cíclico de datos con respuesta (CSRD)

Nivel de Aplicación

FMS: Fieldbus Message Specification -> se ve como proveedor de servicios confirmados o sin confirmar

LLI: Lower Layer Interface ->

  • Adaptación del nivel 7 al nivel 2 mediante control de flujo y monitorización de conexión
  • Soporta comunicaciones tanto sin conexión como con conexión

FMA: Fieldbus management services (Gestión de contexto; Gestión de configuraciones; Gestión de fallos)

Modelo de Comunicación

Permite gestión de procesos distribuidos; Define dispositivos virtuales de campo (VFD):

  • Cada elemento del dispositivo → objeto de comunicación
  • Objetos disponibles → diccionario de objetos (OD)

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