DeviceNet은 간단히 다수의 상인으로부터 기호 요소의 상호 교환 능력을 공급하면서 전송 비용과 시간을 줄이고 산업 자동 설비를 설치하는 통신해법이다. |
DeviceNet은 open network standard이다. 명세서와 통신 규약이 개설되어 있어서 사용자는 설비를 system으로 연결하는 권리를 허가 받거나 hardware나 software를 구입할 필요가 없다. 사람들은 Open DeviceNet Vendor Association(ODVA)에서 DeviceNet 명세서를 현재 $250 USD+우편요금의 명목상의 재생비를 지불함으로써 얻을 수 있다. DeviceNet 제품을 제조하거나 제조하려는 회사는 ODVA에 가입하기도 하고 DeviceNet 명세서에 따라 향상을 도모하는 기술활동 모임에 참여하기도 한다. DeviceNet Specification 구매자는 DeviceNet products를 개발할 수 있는 무제한의 무료 로열티를 받는다. 원조를 찾는 회사는 그들의 이행과 발전 toolkits 그리고 많은 원천으로부터의 발전 서비스를 쉽게하는 sample code를 살지도 모른다. 주요한 hardware 구성요소가 세계적으로 가장 큰 반도체 공급자들로부터 이용 가능하다.
Why the DeviceNet Communication Link?
여러해동안 공정선업은 모든 종류의 field device를 address하는 하나의 open standard를 개발하려고 시도해 오고 있다. 그들의 표준화 노력의 original scope는 4-20mA 표준을 단일 digital 표준으로 대체하는데 목적이 있다. 통제자 사이에 고액비 통신, 고속도 설비 영상 주사의 다수의 시간 동기화 같은 어렵고 복잡한 서비스가 증가함에 따라 단일 표준의 발전이 지체됐다.
동시에 통신 기술비는 SP50 fieldbus를 고려하지 않고 단일 설비를 network에 직접 연결하는 것이 비용에 유용하기 때문에 최근에 상당히 떨어졌다.
단일 설비에 대한 그런 표준은 이산의 120/220 VAC와 hardware I/O의 존재로서 상호교환 능력과 같은 위치를 요구한다. DeviceNet은 더 복잡한 설비의 상호연결을 가능하게 하는 동안 단일 설비의 상호교환 능력을 허락한다. 이산 설비의 상태를 읽음에 따라서 DeviceNet은 온도를 report하고 모터 시동기에서 load 전류를 읽고 운전의 감속속도를 바꾸고 조금전에 운반장치로 보내졌던 소포의 수를 셀 수 있는 성능을 공급한다.
Controller Area Network(CAN:통제자 지역 방송망) is the key to low cost products
DeviceNet 통신 연결은 broadcast-oriented 통신 규약을 기초로 한다는 CAN규약은 원래 자동차에 저가 통신망 케이블로 비싼 전선장치를 대체하기 위한 유럽 자동차 시장을 위해서 BOSCH에 의해 개발되었다. 그 결과로 CAN규약은 빠른 응답과 anti-lock brakes와 air-bags의 제어로 요구되는 적용에 있어 높은 신뢰를 가진다. Chip은 높은 온도 비율과 높은 노이즈 면역으로 다양한 일괄처리에 있어서 이용할 수 있고 산업 자동화 시장에 또한 잘 어울리는 특성이 있다.
그러나 가격을 낮추고 CAN chip의 수행을 늘리는 주요한 driver는 소비자와 상업적인 요구이다. 1994년에 CAN chip의 네 공급자(Intel, Motorola, Philips, Simens)들은 4+million CAN chip을 선적했다. 천만개 이상의 chip이 1996년에 선적될 것으로 기대된다. 다른 산업 자동화 network는 custom chip을 매년 20000∼200000의 다양한 요구에 따라 사용하는 반면에 DeviceNet products는 자동차와 다른 상업적인 용도에 사용된 같은 CAN chip을 사용한다. DeviceNet products의 chip은 다른 network보다 일반적으로 5∼10배 덜 사용된다(표 1).
표 1. DeviceNet의 특징과 기능
Network Size |
Up to 64 nodes |
Network Length |
Selectable end-to-end network distance varies with speed |
Data Packets |
0-8 bytes |
Bus Topology |
Linear(trunkline/dropline) : power and signal on the same network cable |
Bus Addressing |
Peer-to peer with Muti-Cast(one-to-many) : Multi-Master and Master/Slave special case : polled or change-of-state(exception-based) |
System Features |
Removal and replacement of device from the network under power |
표2
DeviceNet is Application Layer Protocol(ISO Layer 7) | |
DeviceNet Protocol |
ISO Application (Layer 7) |
CAN Protocol |
ISO Data Link(Layer 2) |
Physical Layer |
ISO Physical (Layer 1) |
Transmission Media |
ISO Media (Layer 0) |
DeviceNet Specification이란 무엇인가?
DeviceNet Specification은 산업 제어 시스템 요소들 사이의 자료를 움직이기 위한 network 통신 시스템으로 정의된다. Specification은 두 부분으로 나누어지며 다음과 같이 정의된다(표 2).
Volume 1
● DeviceNet 통신 규약과 적용(Layer 7-Application Layer)
● CAN과 DeviceNet에서의 사용(Layer 2-Data Link Layer)
● DeviceNet Physical Layer and Media(Layer 1-Physical Layer)
Volume 2
● Device Profile to obtain interiperability and interchange-ability among like products
DeviceNet은 CAN(Controller Area Network)을 합병했다. CAN은 통어법이나 data 움직임의 형태를 정의한다. DeviceNet 적용 layer는 움직여진 data의 의미로 정의한다.
1. 통신 규약 특성(Communication Protocal Features)
● DeviceNet product가 생산하고 massage를 소모하는 Peer-to-Peer data 교환
● Master/Slave 작동은 Peer-to-Peer의 적당한 subset으로 정의된다.
● DeviceNet network는 64Media Access Control Identifiers나 MAC IDs(node addresses)까지 달한다. 각 node는 I/O의 무수한 수를 지탱한다. 공기 작동기에 대한 typical I/O의 수는 16이나 32이다.
(1) The Object Model
DeviceNet node는 object의 모임으로 모형이 만들어진다. object는 Product안에서 특별한 요소의 이상적인 설명을 제공한다. 이 이상적인 object 모델의 product안에서의 실현은 독립적인 실행이다.
object Instance와 object class는 Attribute(data)를 가지고, 서비스(방법, 절차)와 실행 작용을 공급한다. Attributes(1-255), Instance(0-6535), calss(1-65535)와 Node Address(0-63)은 숫자로 address된다.
DeviceNet Physical Layer and Media
DeviceNet Speclfication의 Chapter 9, Volume 1은 허용할 수 있는 지세학과 요소를 정의한다. 가능한 다양한 지세학이 그림 1에 보여진다.
Specification은 또한 시스템 기초와 얇고 두꺼운 media의 섞임과 종결, 전력분배를 다룬다.
기초 trunkline-dropline 지세학은 신호와 전력 공급을 위해 분리되고 꼬인 bus쌍들을 공급한다. End-to-End network distance는 data rate와 cable size(표 1)에 따라 다양하다.
DeviceNet는 bus로부터 직접 동력을 공급 받을 수 있고 같은 cable을 사용해서 서로 통신할 수 있다. Node는 제거될 수 있고 또한 powering-down the network 없이 삽입될 수 있다.
Power taps은 여분의 전력공급을 가능하게 하는 network의 어떤점에도 첨가될 수 있다. Trunkline 전류공급은 8amps이다. Opto-isolated design option은 같은 bus cable을 허용한다(예. AC Drives 시동기와 solenoid valves). 다른 CAN-based network는 전체 network에 오직 단일 동력 공급만을 허용한다.
고립되고 고립되지 않은 실제의 layer의 라디오 송수신기의 단순화된 블록 그림이 그림 2, 3에 보여진다. DeviceNet Specification은 필수 요소와 잘못된 전신의 부호와 예에 관한 정보를 포함한다.
Data Rates 125Kbps 250Kbps 500Kbps
Trick Trunk Length 500m(1.640 ft) 250m(820 ft) 100m(328 ft)
Thin Trunk Length 100m(328 ft) 100m(328 ft) 100m(328 ft)
Maximum Drop Length 6m(20 ft) 6m(20 ft) 6m(20 ft)
Cumulative Drop Length 156m(512 ft) 78m(256 ft) 39m(128 ft)
End-to-end network 거리는 data 속도와 cable 두께에 따라 다양하다.
몇가지 다른 접속기 형태가 DeviceNet에 사용될 수 있다(그림 4). 봉인되고 봉인되지 않은 접속기 둘다 이용 가능하다. Pluggable의 크고(mini-style) 작은(micro-style) 크기 즉 봉인된 접속기 이용이 가능하다. 봉인된 접속기가 필요하지 않은 product에 대해서 open-style 접속기가 이용될 수 있다. 나사 모양이나 집게 모양의 접속기는 pluggable 접속기가 필요하지 않다면 직접적으로 cable에 만들어 질 수 있다. DeviceNet Specification은 또한 단일과 다중 port tap을 고안하기 위한 cable과 접속기 요소들을 어떻게 이용하는지에 대한 정보를 포함하고 있다.
Indicator와 Configuaration Switches
비록 DeviceNet이 지표를 가지기 위해 생산품을 필요로 하지 않지만, 만약 생산품이 지표를 가지고 있지 않다면 그것을 DeviceNet Specification에 부착해야 한다. Module Status LED와 Combined Module Status/Network Status LED중 하나는 포함될 수 있다고 추천된다.
지표는 on, off나 flashing의 결합을 가질 수 있는 bi-color(녹, 적) LED로 구성된다. Module Status LED는 device동력을 가졌는지 안가졌는지와 적당히 작동하는지를 지시한다. Module Status LED는 통신 연결의 상태를 지시한다.
CAN and DeviceNet
CiA-CAN In Automation
Am Weichselgarten 26
D-91058 Erlangen
Germany
Phone : (49)9131-601091
Fax : (49)9131-601902
Internet Address : http//www.can-cia.de
E-mail : headquarter@can-cia.de
DeviceNet의 Data Link Layer는 CAN specifica-tion과 CAN 통제 chip의 실행에 의해서 정의된다. CAN specification는 우성(Logic 0)과 열성(Logic 1)으로 불리는 2개의 bus tate를 정의한다. 어떤 전도체는 bus를 우성 상태로 운전할 수 있다.
몇가지 구조 형태가 CAN에 의해 정의된다.
● data frame
● remote frame
● overload frame
● error frame
Data은 data frame을 사용하는 DeviceNet에서 움직여진다. 다른 구조들은 DeviceNet에서 사용되지 않거나 예외 기회에서 사용된다. Data 구조 형식은 그림 5에서 보여진다.
Higher data frame는 right-of-way를 가진다. 이는 고유의 peer-to-peer 성능을 공급한다. 2개나 그 이상의 node가 동시에 network에 접근하려 시도 한다면 bit-wise non-destrutive arbitration mechanism은 data의 no less와 bandwidth와의 잠재적인 충돌을 해결한다. 비교에 의해서 Ethernet은 양 node가 그들의 data를 back-off하고 resend해야 함에 따라서 Data의 손실과 bandwidth의 결과로 생기는 충돌 검출기를 사용한다.
CAN은 유일하고 비파괴적인 bit-wise 중재 기계 장치를 사용한다. 이 CAN특수 특성은 higher priority node에 의한 생산량의 손실이나 data의 resending없이 충돌의 결과를 인정한다.
CAN은 충돌 해결의 bit-wise 중재 방법을 사용한다. CAN Network에서 모든 수신자는 Start of Frame bit에 의해서 표현된 열성에서 우성의로의 변이의 동시성을 갖게한다. 확인자와 RTR bit는 함께 Arbitration Field를 형성한다.
Arbitration Field는 media access를 촉진시키기 위해 사용된다.
DeviceNet은 어떤 의도로도 RTR bit를 사용하지 않으므로 bus acess priority consideration에 들어갈 수 없다. Node 전송 열성 bit가 Arbitration Field를 보내는 동안 우성 bit를 받는다면 전송을 멈춘다. 연속적인 두 node 전송 사이의 승자는 낮은 숫자 11-bit 확인자를 가진 것이다. CAN은 또한 DeviceNet에 의해 사용되지 않은 29-bit identifier field로 된 data frame format을 기입한다.
Control field는 2개의 고정된 bit와 4-bit length field를 포함한다.
길이는 teh Data Field에서 숫자로 표현되는 0에서 8까지의 숫자의 어떤 것도 될 수 있다. 8bit에서 simple device가 특징적인 data를 보내거나 drive로 속도 참조나 가속비를 보내는 데 충분한 유연성이 있다.
CRC field는 구조 에러를 탐지하기 위해서 CAN 통제자에 의해 사용되는 주기적인 중복 검출 word이다. 그것은 전에 오는 teh bit로부터 계산된다. Teh ACK Slot에서 우성 bit는 전도체가 전송을 듣는 것 외에 적어도 하나의 수신기를 의미한다.
CAN은 몇가지 에러 검출 방법과 CRC와 자동적인 재시도를 포함하는 결점제한 방법을 이용한다.
적용하는데 대부분 투명한 이러한 방법은 잘못된 node가 network를 깨뜨리는 것을 막는다.
CAN Parts Summary for DeviceNet
대부분의 slaves는 Intel 82527이나 Motorola 68HC705X4를 사용한다. 대부분의 master/peers는 Philips 82C200을 사용한다(표 3).
■ CAN Reference ■
1. Anonymous, MC68HC05X4 HCMOS Microcomputer Unit, Motorola LTD, 1992
2. Terry, K., Software Driver Toutines for the Motorola MC68C05 Module(AN464)
3. Anonymous, 80c51-Based 8-Bit Microcontrollers, Data Handbook IC20, philips, 1995
4. Anomymous, 82527 Serial Communications Controller Architectural Overview, Intel Corporation, February, 1995, Order Number
: 272410-002
5. Anonymous, 8227 Serial Communicaitons Controller, Controller Area Network Protocol, Intel Corporation,
December, 1995, order number : 272250-006
6. Anonymous, 87C196CA/87C196CB Advanced 16-Bit CHMOS Microcontroller with Integrated CAN 2.0, Intel Corporation, October, 1993, Order Number : 272250-002
7. BOSCH CAN Specification-Version 2.0, Part A. 1991, Robert Bosch GmbH
8. ISO 11898 : 1993-Road vehicles-Interchange of digital information-Controller area network(CAN) for high-speed communication