Unas notas sobre redes DeviceNet

Recientemente he estado trabajando en instalaciones donde he tenido que poner a punto varias redes DeviceNet. Esta entrada es una recopilación de las acciones que he tenido que realizar, así como de las dificultades que surgieron y cómo las he solucionado.

DeviceNet es un bus de campo desarrollado por Allen-Bradley basado en el estándar CAN (Controller Area Network). Físicamente se compone de cuatro o cinco hilos de color rojo (CAN_V+), negro (CAN_GND), azul (CAN_HIGH), blanco (CAN_LOW) y, opcionalmente, la malla de color verde (CAN_SHLD). El cableado puede tener una longitud de 100, 250 o 500 metros, dependiendo inversamente de la velocidad de comunicación (500, 250 o 125 kbps) y del tipo de cable que usemos. En cada red DeviceNet se pueden colocar hasta un máximo de 64 nodos (numerados del 0 al 63). El protocolo DeviceNet da mayor prioridad a los nodos con una numeración más baja.

El modo de funcionamiento más habitual es maestro/esclavo con un único maestro por red, aunque puedan coexistir varios o establecerse comunicaciones de igual a igual (peer to peer). Entre los cables rojo y negro deberemos suministrar alimentación de 24 V. Es importante que provenga de una fuente de alimentación de calidad y es muy recomendable que usemos una fuente independiente para alimentar el bus. Esta misma alimentación puede usarse para alimentar dispositivos en el bus de campo (finales de carrera, detectores de proximidad, fotocéluas, etc).

El sistema de cableado DeviceNet usa una topología de línea de troncal/línea de derivación:

Imagen sacada del Manual de planificación e instalación DeviceNet de Allen-Bradley

Deberemos colocar una resistencia de terminación de 120 ohmios, 5 % o más, o de 121 ohmios, 1 %, 1/4 W, en cada extremo del cable troncal, entre los conductores azul (CAN_HIGH) y blanco (CAN_LOW) del cable DeviceNet. No he visto ningún dispositivo que viniese con las resistencias incorporadas y ello es debido a que las especificaciones DeviceNet recomiendan expresamente que no lo hagan. Asimismo deberemos respetar las recomendaciones de instalación recogidas en el Manual de planificación e instalación de sistema de cables DeviceNet [PDF], que deberá ser nuestro manual de referencia.

Aunque DeviceNet está pensada para soportar entornos ruidosos, es conveniente tener la precuación de separar, en lo medida de lo posible, el cableado de posibles fuentes de ruido electromagnético.

En las redes que he tenido que configurar siempre he tenido la misma estructura, línea troncal con varias derivaciones, un maestro con el número de nodo 0 y varios dispositivos del tipo ArmorPoint , CompactBlock, ArmorBlock MaXum I/O  e incluso variadores de frecuencia PowerFlex 40 de Rockwell  o MoviDrive de Sew.

Como maestros he usado tarjetas escáner DeviceNet 1756-DNB cuando el PLC era un ControlLogix y 1769-SDN cuando el PLC era de la gama CompactLogix. Los escáner DeviceNet se "apropian" de los esclavos y estos solo pueden "obedecer" a un maestro.

Los escáner DeviceNet ofrecen la posibilidad de actualizar el firmware. En mi caso, el cliente para el que trabajamos tiene homologadas versiones de firmware específicas. El proceso de actualización es muy similar al de actualizar el firmware de un PLC, utilizándose la misma herramienta ControlFLASH.

También es importante tener registrados los ficheros EDS adecuados para cada elemento de la red, incluidos los escáner. Me sucedió que un escáner 1769-SDN no daba señales de vida incluso actualizándole el firmware, problema que quedó resuelto al actualizar el EDS. Los EDS (electronic data sheet) son un tipo de ficheros que nos proporcionan los fabricates de dispositivos DeviceNet especificando su configuración de red. Es necesario registrarlos en el sistema para que puedan ser identificados en la red y para ello tenemos la herramienta EDS Wizard

A cada nodo de la red le deberemos asignar un número y la velocidad de comunicación. Esta última deber ser única y coincidente para todos los nodos de la red. Le presencia de un nodo con una velocidad mal configurada provocará que no exista comunicación en absoluto. También tendremos problemas si le damos la misma dirección a dos o más dispositivos. Para realizar esta asignación deberemos consultar la documentación de cada dispositivo. Lo habitual es que existan en el propio dispositivo microinterruptores o ruedas numeradas con las que especificar la dirección y velocidad. También es posible encontrarnos dispositivos que acepten únicamente la configuración a través de software u ambas al mismo tiempo. En este último caso colocaremos la selección del número de nodo en 63 o superior y luego, vía el software de configuración de redes RSNetWorx u otro software específico, asignarle la dirección.

Los escáner DeviceNet 1769-SDN usados en los PLC CompactLogix solo admiten la posibilidad de configuración software. Para ello disponemos de la aplicación Node Comissioning accesible desde el menú de RSNetWorx Tools -> Node Comissioning...

Ahora debemos asegurarnos que estamos en línea con el PLC y pulsar sobre Browse...

Navegamos por nuestro PLC buscando el escáner DeviceNet y seleccionamos su puerto:

Ahora solo deberemos asignarle el número de nodo y la velocidad correctas:

Sin embargo, los escáner 1756-DNB usados en los PLC ControlLogix vienen con ruedas numeradas donde hacer la configuración. Me ha parecido curioso ver como es posible sacar una de estas tarjetas del bastidor en caliente, realizar la configuración y volverla a pinchar, todo ello con el PLC alimentado.

En otros dispositivos como por ejemplo los CompactBlock solo deberemos especificar el número de nodo mediante ruedas numeradas, la velocidad se configura automáticamente ya que tienen la característica Autobaud.

Personalmente prefiero la opción de configuración hardware, ya que para sustituir un dispositivo averiado simplemente hay que copiar la posición de los interrupores. Sin embargo la configuración software tiene la ventaja de no tener que acceder físicamente al dispositivo para realizar alguna modificación.

Cuando tengamos todos nuestros nodos preparados y conectados es momento de alimentar la red DeviceNet. Los escáner vienen con displays que nos darán información de sus estado. Los 1769-SDN tienen dos dígitos que nos indicarán un código numérico para que veamos en la documentación su significado. Los 1756-DNB tienen un display que nos dirá su estado, por ejemplo Bus off detected o No power.

Cada dispositivo tiene a su vez leds que nos pueden ayudar a su diagnosis:

• Led verde parpadeante: UNALLOCATED - El dispositivo está correctamente unido a la red, pero ningún maestro (escáner) se ha hecho cargo de él - o TIMED OUT - se han perdido mensajes de comunicación maestro/esclavo.
• Led rojo fijo: FAULTED - Se ha producido un error interno en el dispositivo o hay nodos duplicados en la red - o BUSOFF - el dispositivo se ha desconectado de la red debido a errores graves.

Durante la puesta en marcha de mis instalaciones se dieron varios fallos. Lo primero que me encontré fue alguna alimentación de 24 V al revés, afortunadamente sin consecuencias graves. También me encontré con que la alimentación de las cabeceras ArmorPoint estaban en cortocircuito. El problema fue que la numeración del conector, comprado también a Rockwell, no coincidía con la numeración en la propia cabecera -no hay que fiarse de las numeraciones de los conectores-. Solventados estos problemas me encontré con que mi red estaba permanentemente en estado BUSOFF. Para ver qué estaba pasando comprobé primero que en los puntos más alejados de la red, entre los cables rojo y negro no había una caída de tensión menor al 5% (22,8 V). Quitando la alimentación, comprobé el valor de resistencia entre los cables azul y blanco, que debe ser de unos 60 Ω (el paralelo de las resistencias de terminación). Luego desconecté todos los nodos -para recuperar la red en estado de BUSOFF es necesario quitar alimentación-. Volví a alimentar y vi que ya no estaba en BUSOFF. Luego fui conectando los nodos uno a uno, hasta que apreció el problemático: resultó ser un Maxum mal conectado. Los Maxum tienen dos conectores, uno para la red DeviceNet y otro para alimentar las salidas digitales, ambos de métrica 12 y estaban intercambiados entre sí.

Rockwell tiene disponible un manual en español muy útil para realizar la diagnosis de una red DeviceNet titulado Guía de Diagnóstico y solución de Problemas para DeviceNet (formato .DOC). Si tienes que trabajar con redes DeviceNet resulta un documento imprescidible.

Llegados a este punto ya tengo mi red lista para atacarla a nivel software. Aquí deberemos empezar por inspeccionarla con el RSLinx. Si en el RSLinx no aparece ningún nodo es que tenemos un problema de cableado.

En una siguiente entrada hablaré de cómo acceder desde el PLC a los datos de los dispositivos en DeviceNet.

Para saber más aquí tienes una completa introducción a DeviceNet (en inglés).

Si te has peleado con redes DeviceNet te agradecería que lo comentases, para ayudar a los que estamos empezando.