Introducción
DeviceNet es una red de nivel de dispositivo que implementa el Common Industrial Protocol (CIP, protocolo industrial común) sobre la tecnología CAN (Controller Area Network). Fue presentada a mediados de la década de 1990 y su especificación es publicada y mantenida por ODVA en la biblioteca de redes CIP [1][2]. Está normalizada internacionalmente en IEC 62026-3 [3] y en EN 50325-2 [4]. DeviceNet fue concebida para conectar en forma económica sensores, actuadores, arrancadores de motores y otros dispositivos sencillos con controladores, reduciendo el cableado punto a punto y aportando diagnóstico a nivel de dispositivo.
Base tecnológica: CAN
DeviceNet utiliza las capas física y de enlace de datos de CAN, definidas en ISO 11898 [5]. Sus características más relevantes son:
- Arbitraje no destructivo por bits: cuando dos nodos transmiten simultáneamente, el mensaje con el identificador de mayor prioridad continúa sin interrupción y el otro nodo reintenta. De este modo no se pierde tiempo de bus por colisiones y los mensajes prioritarios tienen acceso preferente.
- Identificadores de 11 bits: en DeviceNet combinan el tipo de mensaje y la dirección del nodo.
- Tramas cortas: hasta 8 bytes de datos por trama; los mensajes más extensos se transmiten mediante un protocolo de fragmentación.
- Detección y confinamiento de errores: verificación CRC, relleno de bits, confirmación de recepción y contadores de errores que desconectan del bus a un nodo defectuoso, evitando que afecte al resto de la red.
Capa física y alimentación
DeviceNet utiliza un cable de cinco conductores que incluye un par de señal (CAN_H y CAN_L), un par de alimentación de 24 V DC y un conductor de drenaje o pantalla. La alimentación por el mismo cable permite energizar la electrónica de comunicación de los dispositivos, e incluso dispositivos completos de bajo consumo, sin cableado adicional. La red se organiza con un troncal y derivaciones, con terminaciones de 121 Ω en ambos extremos del troncal [2].
Se admiten tres velocidades de transmisión, cuya longitud máxima de troncal depende del tipo de cable:
| Velocidad | Troncal con cable grueso | Longitud acumulada máxima de derivaciones |
|---|---|---|
| 125 kbit/s | 500 m | 156 m |
| 250 kbit/s | 250 m | 78 m |
| 500 kbit/s | 100 m | 39 m |
Cada derivación individual puede tener hasta 6 m. Una red admite hasta 64 nodos, identificados por una dirección MAC ID entre 0 y 63. Existen cables de distintas secciones, planos y redondos, y conectores abiertos o sellados, lo que permite adaptar la instalación a tableros eléctricos o a montaje directo en máquina.
Modelo de objetos y perfiles
Como toda red CIP, DeviceNet representa cada dispositivo mediante objetos con atributos y servicios, como Identity, Message Router, Assembly y Connection [1]. Los perfiles de dispositivo definen el comportamiento mínimo de familias de equipos, como sensores fotoeléctricos, arrancadores de motores, variadores de frecuencia o válvulas neumáticas, lo que facilita la sustitución de un dispositivo por otro del mismo perfil. Las características de cada equipo se describen en un archivo EDS (Electronic Data Sheet), utilizado por la herramienta de configuración.
Tipos de conexión de entradas y salidas
La especificación define un conjunto predefinido de conexiones maestro-esclavo (Predefined Master/Slave Connection Set), que simplifica la implementación en dispositivos sencillos y ofrece varios modos de intercambio [2]:
- Polled (sondeo): el maestro envía salidas a cada esclavo y este responde con sus entradas.
- Bit-strobe: el maestro envía un único mensaje de difusión con un bit por esclavo y cada esclavo responde con un pequeño bloque de entradas. Resulta eficiente para numerosos sensores simples.
- Change of state (cambio de estado): el dispositivo transmite solo cuando sus datos cambian, con un mensaje periódico de supervisión que confirma que sigue operativo. Esto reduce la carga del bus.
- Cyclic (cíclico): el dispositivo transmite a intervalos fijos configurados.
Adicionalmente, la mensajería explícita permite leer y escribir atributos de los objetos para parametrización y diagnóstico durante la operación.
Puesta en marcha y diagnóstico
Al energizarse, cada nodo verifica que su dirección no esté duplicada en la red antes de comenzar a comunicarse, lo que evita conflictos durante la instalación o el reemplazo de equipos. Los indicadores normalizados de estado del módulo y de la red, junto con los contadores de errores de CAN, permiten identificar dispositivos con fallas de comunicación o de configuración. La vigilancia de las conexiones de entradas y salidas lleva las salidas a un estado definido si se interrumpe la comunicación con el maestro.
Seguridad funcional
CIP Safety sobre DeviceNet, normalizado en IEC 61784-3-2 [6], permite transmitir datos de seguridad funcional hasta SIL 3 por la misma red que los datos estándar. Esto facilita la integración de paradas de emergencia, cortinas de luz y otros dispositivos de seguridad en máquinas con arquitectura DeviceNet.
Integración con EtherNet/IP
Al compartir el modelo de objetos de CIP con EtherNet/IP, las redes DeviceNet pueden integrarse en arquitecturas Ethernet mediante módulos de enlace que enrutan los mensajes CIP sin traducir su significado. De este modo, un controlador conectado a EtherNet/IP puede configurar, supervisar y diagnosticar dispositivos DeviceNet, lo que protege la inversión en la base instalada y permite modernizaciones graduales.
Principales áreas de aplicación
- Fabricación automotriz y líneas de ensamble.
- Transportadores y manipulación de materiales.
- Envasado y embalaje.
- Centros de control de motores con arrancadores y relés de protección conectados en red.
- Islas de válvulas neumáticas y sensores distribuidos en máquinas.
Conclusión
DeviceNet combina la robustez y el arbitraje por prioridad de CAN con el modelo de objetos de CIP. La alimentación por el mismo cable, los modos de conexión adaptados a dispositivos simples, los perfiles normalizados y el diagnóstico a nivel de nodo explican su amplia base instalada en manufactura discreta. Su compatibilidad con EtherNet/IP a nivel de objetos respalda la continuidad operativa de estas instalaciones y su integración en arquitecturas modernas.
Referencias
[1] ODVA, The CIP Networks Library, Volume 1: Common Industrial Protocol (CIP).
[2] ODVA, The CIP Networks Library, Volume 3: DeviceNet Adaptation of CIP.
[3] IEC 62026-3, Low-voltage switchgear and controlgear — Controller-device interfaces (CDIs) — Part 3: DeviceNet.
[4] EN 50325-2, Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces — Part 2: DeviceNet.
[5] ISO 11898-1 e ISO 11898-2, Road vehicles — Controller area network (CAN).
[6] IEC 61784-3-2, Industrial communication networks — Profiles — Part 3-2: Functional safety fieldbuses — Additional specifications for CPF 2.
