¿Qué es DeviceNet?

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Energía y datos en un solo cable

DeviceNet se construyó sobre la capa física de la Controller Area Network que la industria automotriz ya había probado, y reutiliza la señalización diferencial, el arbitraje a nivel de bit y el formato de trama de CAN. Encima de eso agrega el Common Industrial Protocol, el mismo modelo de aplicación basado en objetos que EtherNet/IP adoptó después, así que un dispositivo DeviceNet presenta sus datos como atributos de objetos estándar en lugar de como registros crudos. Ese modelo compartido es una razón por la que los integradores tratan a DeviceNet y EtherNet/IP como miembros de una familia: una fotocelda o un arrancador de motor se describe de la misma forma sin importar en qué cable se siente.

La característica distintiva de DeviceNet es su cable redondo, que agrupa un par de señal trenzado, un par de energía de 24 V trenzado, y un blindaje. Los conductores de energía permiten a los dispositivos de campo simples tomar su suministro directamente del bus en lugar de necesitar una alimentación separada, que es por lo que una cadena de sensores de proximidad o un banco de válvulas solenoides puede colocarse sobre un solo troncal. Las instalaciones distinguen el cable grueso, usado para el troncal y capaz de llevar más corriente a mayores distancias, del cable delgado, usado para las derivaciones más cortas hacia dispositivos individuales. Dimensionar el presupuesto de energía a través de un segmento, de modo que el último dispositivo aún vea suficiente voltaje, es una parte normal de trazar una red DeviceNet.

Como la energía y los datos comparten el cable, un segmento DeviceNet se comporta como una sola entidad eléctrica con un solo suministro, resistencias de terminación en cada extremo del troncal, y un límite definido de corriente total y longitud. Esa integración es conveniente para el cableado pero significa que una falla como una derivación en corto o un terminador faltante puede perturbar todo el segmento, así que las redes DeviceNet suelen trazarse y documentarse con más cuidado en torno a la tierra y la distribución de energía que lo que un tendido Ethernet simple necesitaría.

MAC IDs y los cuatro tipos de conexión

A cada dispositivo en una red DeviceNet se le da un identificador de Control de Acceso al Medio, el MAC ID, en el rango de 0 a 63, lo que hace de 64 el conteo máximo de nodos en un segmento. El MAC ID se fija en el dispositivo, históricamente con interruptores rotatorios o DIP y después mediante software, y debe ser único porque a la vez identifica al nodo e, a través del mecanismo de arbitraje de CAN, influye en la prioridad del mensaje. Los MAC IDs duplicados son una falla de comisionamiento clásica, y DeviceNet incluye un chequeo de dirección duplicada que un nodo corre al encender antes de que se le permita entrar al bus.

DeviceNet mueve la E/S cíclica a través de conexiones, y ofrece varios estilos adecuados a distintos comportamientos de dispositivo. Una conexión poll hace que el escáner envíe una solicitud a un dispositivo y reciba sus datos en respuesta, un dispositivo a la vez, lo que es simple y determinista pero se vuelve más lento a medida que se agregan más dispositivos. Una conexión bit-strobe permite al escáner disparar muchos dispositivos de entrada simples a la vez con una sola difusión, lo que conviene a bancos de sensores discretos. Una conexión de cambio de estado hace que un dispositivo reporte solo cuando sus datos realmente cambian, lo que mantiene a los dispositivos tranquilos fuera del cable y reduce el tráfico. Una conexión cíclica hace que un dispositivo envíe sus datos en un temporizador fijo sin importar el cambio, lo que conviene a valores que derivan de forma continua como un nivel analógico.

Elegir entre poll, bit-strobe, cambio de estado y cíclica es en realidad sobre igualar el tráfico al dispositivo: los valores analógicos de cambio rápido a menudo usan cíclica o cambio de estado, los arreglos densos de entradas de encendido-apagado usan strobe, y los dispositivos generales quedan por defecto en poll. Un escáner DeviceNet se configura con una lista de barrido que registra el MAC ID de cada nodo, el tipo de conexión que usa y el tamaño de sus datos de entrada y salida, y esa lista de barrido es en efecto el mapa del que un programa SCADA o PLC depende para saber qué bytes pertenecen a qué dispositivo.

DeviceNet, EtherNet/IP y una integración SCADA

DeviceNet corre a una de tres velocidades de baudios fijas, y la elección compensa velocidad contra distancia. A 500 kbit/s un troncal se limita a un tendido corto de aproximadamente cien metros, a 250 kbit/s puede llegar más lejos, y a 125 kbit/s se estira a varios cientos de metros, con las longitudes de derivación acumuladas escaladas en consecuencia. Cada dispositivo de un segmento debe fijarse a la misma velocidad de baudios que el escáner, y como la velocidad es modesta para los estándares modernos, un segmento DeviceNet ocupado con muchos nodos sondeados puede tener un tiempo de barrido suficientemente largo como para importar en maquinaria rápida. Esos límites son parte de por qué la tecnología en gran medida ha dejado de especificarse para líneas nuevas.

Para un proyecto de monitoreo el punto práctico es que DeviceNet es infraestructura heredada que todavía corre producción real. Una planta puede tener EtherNet/IP como su columna vertebral de piso de planta y aun así mantener vivos segmentos DeviceNet bajo máquinas individuales porque recablear equipo probado es caro y disruptivo. Como ambos comparten el modelo de objetos del Common Industrial Protocol, un dispositivo de enlace o un PLC con un escáner DeviceNet y un puerto Ethernet puede puentear los dos, presentando los datos del dispositivo DeviceNet hacia arriba como tags de EtherNet/IP que una capa supervisora puede leer.

Una plataforma SCADA en la nube rara vez habla DeviceNet directamente, porque DeviceNet es un bus de dispositivos cableado de corto alcance en lugar de una red enrutable. En cambio los datos DeviceNet llegan a la plataforma después de que un controlador los ha reunido y expuesto a través de un protocolo más transportable, ya sea EtherNet/IP, Modbus TCP o un gateway de borde. Entender que DeviceNet se sienta en el fondo mismo de la pila, un salto debajo del controlador, ayuda a un integrador de monitoreo a fijar expectativas: las señales útiles están ahí, pero llegan ya mapeadas a un PLC en lugar de como una red independiente que el anfitrión SCADA pueda sondear por su cuenta.

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