DeviceNet là gì? Tổng quan giao thức truyền thông DeviceNet

Tóm tắt về DeviceNet

DeviceNet là một giao thức lớp ứng dụng và là mạng fieldbus kỹ thuật số hỗ trợ kết nối đa điểm như một mạng truyền thông giữa những bộ điều khiển công nghiệp (PLC, PAC, RTU,..) và những thiết bị I/O (cảm biến, công tắc hành trình,..). DeviceNet cung ứng cho người sử dụng một mạng giao tiếp hiệu quả về kinh phí để dễ dàng phân phối và quản lý những thiết bị trong toàn bộ kiến trúc hệ thống. DeviceNet sử dụng lớp liên kết dữ liệu dựa trên nền tảng CAN (Controller Area Network), cùng một công nghệ mạng được sử dụng trong những phương tiện ô tô để giao tiếp giữa những thiết bị thông minh. DeviceNet điều chỉnh công nghệ từ ControlNet (một phát triển khác của Allen Bradley) và tận dụng khả năng của CAN. DeviceNet hỗ trợ giao tiếp master/slave cũng như giao tiếp ngang hàng. DeviceNet được tiêu chuẩn hóa quốc tế trong IEC 62026-3.

những thiết bị được phân phối dọc theo mạng DeviceNet trong cấu trúc liên kết đường trục / đường thẳng. Một phân đoạn mạng có thể kết nối tối đa 64 nút. Điều này tức là bộ thu phát tốc độ cao CAN tuân theo ISO 11898-2 cần phải chạy tối đa 64 mô-đun. DeviceNet hỗ trợ tốc độ bit xử lý 125 kbit / s ở 500 m, 250 kbit / s ở 250 m và 500 kbit / s ở 100 m đối với cáp đường trục dày. DeviceNet chỉ định những loại cáp (đường trục dày, đường trục mỏng và cáp đường trục phẳng) và những đầu nối (kiểu mini, micro,..). Một số cáp có thể cấp nguồn cho thiết bị dọc theo cáp giống như cáp truyền thông.

Lớp liên kết dữ liệu DeviceNet tuân thủ ISO 11898-1. Tuy nhiên, chỉ cho phép hoạt động với giao thức CAN cổ điển và không sử dụng được cho Remote Frame của CAN.

Ở những lớp trên (OSI lớp 5 tới 7), DeviceNet sử dụng Giao thức Công nghiệp Chung (CIP – Common Industrial Protocol), được chỉ định bởi ODVA. CIP cũng được sử dụng bởi những công nghệ mạng khác được hỗ trợ bởi ODVA. Mạng dựa trên CIP cung ứng khả năng kết nối trong những hệ thống truyền thông không đồng nhất.

DeviceNet & CAN

Controller Area Networking (CAN) là một tiêu chuẩn truyền thông với một tập hợp con bao gồm: DeviceNet, Can Open, Can Kingdom và nhiều giao thức khác.

CAN là một tiêu chuẩn truyền thông tiếp nối nhằm giúp những thiết bị thông minh giao tiếp với nhau. Không giống như nhiều tiêu chuẩn truyền thông khác cung ứng tốc độ dữ liệu nhanh với hàng nghìn hoặc hàng triệu byte dữ liệu trong một khung, CAN có tốc độ bit tối đa là 1MB. Hầu hết những ứng dụng công nghiệp thậm chí không cần tới tốc độ đó, chủ yếu sử dụng tốc độ thấp 125KB. Ngoài ra, những tiêu chuẩn khác có thể vận chuyển hàng nghìn byte trong một khung, còn CAN chỉ vận chuyển 8 byte dữ liệu.

Tốc độ và dung lượng là điểm mạnh của nhiều tiêu chuẩn khác, điểm mạnh của CAN là kinh phí thấp và cấu hình vật lý đơn thuần. Với 500KB dữ liệu, một khung có 8 byte dữ liệu chỉ truyền tải trên dây mạng trong một phần tư mili giây (tốc độ truyền thấp của CAN). Đối với nhiều ứng dụng điều khiển, tốc độ này đã là rất nhanh.

Tuy nhiên, để vi điều khiển 8-bit có thể hoạt động tốt, cần ít nhất 4K bộ nhớ chương trình và 256 byte RAM để hỗ trợ cho ứng dụng CAN.

CAN được Bosch tạo ra tại Đức vào tháng 3 năm 1985. doanh nghiệp Bosch đã thiết kế nó để thay thế hệ thống dây điện trên ô tô. Trong những ngày đầu của CAN phiên bản 1.2, những thông điệp CAN chứa mã định danh (ID) mười một bit cung ứng khả năng xử lý 2047 ID. Năm 1992, CAN 2.0 đã mở rộng kích thước ID lên 29 bit, cung ứng tới 56 triệu ID duy nhất. Vì cả hai thông số kỹ thuật vẫn đang được sử dụng (thỉnh thoảng trên cùng một dây), đặc điểm kỹ thuật 1.2 ban đầu được gọi là CAN 2.0A và thông số kỹ thuật mới 2.0 được gọi là CAN 2.0B. Một tính chất duy nhất của CAN là chỉ có hai trong số những lớp mô phỏng tham chiếu OSI được sử dụng là: Lớp liên kết dữ liệu và Lớp vật lý. CAN Data Linker thường được chia thành hai lớp con: lớp con tín hiệu vật lý (Physical Signaling) và lớp con điều khiển truy cập phương tiện (MAC – Media Access Control).

Allen-Bradley (Rockwell Automation) đã tạo ra DeviceNet như một giao thức lớp ứng dụng trên CAN vào những năm 1990. AB đã chọn lựa CAN làm Lớp vật lý DeviceNet vì một số lý do:

• Lớp vật lý vô cùng mạnh
• Công nghệ mở
• Bộ xử lý nhỏ (yêu cầu RAM, ROM)
• những thành phần vật lý có giá thành thấp và có rất nhiều nguồn cấp

Một trong những tính năng đặc biệt nhất của CAN (và DeviceNet) là phân xử theo bit. Bitwise Arbitration là quá trình CAN sử dụng để ưu tiên những thông điệp quan trọng hơn mà không làm mất bất kỳ băng thông mạng nào. Trên mạng CAN, những bit “không” chiếm ưu thế hơn những bit “một”. Khi một thiết bị truyền một thông điệp, nó sẽ lắng tai những bit trên mạng. nếu như một thiết bị đang truyền bit 1 và nghe thấy một bit 0, nó biết rằng một thông điệp có mức độ ưu tiên cao hơn đang được truyền đi và nó sẽ ngừng truyền. Nút có thông điệp ưu tiên cao hơn sẽ nghe những bit mà nó đang truyền và không quan tâm thông điệp có mức ưu tiên thấp hơn. Chuỗi thông điệp trên mạng được giữ nguyên.

DeviceNet & CIP

Giao thức Truyền thông và Thông tin (CIP) là một giao thức truyền thông để truyền dữ liệu tự động hóa giữa hai thiết bị. DeviceNet là sự phối hợp của Giao thức CIP và Lớp vật lý CAN. Trong Giao thức CIP, mọi thiết bị mạng tự thể hiện như một chuỗi những đối tượng. Mỗi đối tượng chỉ đơn thuần là một nhóm những trị giá dữ liệu liên quan trong một thiết bị. Ví dụ, mọi thiết bị CIP được yêu cầu để cung ứng một đối tượng nhận dạng (Identity object) cho mạng. Đối tượng nhận dạng chứa những trị giá dữ liệu nhận dạng liên quan được gọi là tính chất. những tính chất cho đối tượng nhận dạng bao gồm ID nhà sản xuất, ngày sản xuất, số sê-ri thiết bị và dữ liệu nhận dạng khác. CIP hoàn toàn không chỉ rõ cách thực hiện dữ liệu đối tượng này, chỉ có những trị giá dữ liệu nào, thường được gọi là tính chất, phải được hỗ trợ và những tính chất này phải có sẵn cho những thiết bị CIP khác. Đối tượng nhận dạng là một ví dụ về đối tượng bắt buộc. Có ba loại đối tượng được xác định bởi giao thức CIP.

>>Tham khảo thêm:MQTT là gì? Tìm hiểu tổng quan về giao thức MQTT trong IoT