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)