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Dimensionamiento de red DeviceNet

Una red DeviceNet está limitada por cuatro cosas a la vez — la longitud de la troncal para la velocidad de comunicación, la longitud y la corriente de cada derivación, la tensión que queda en el nodo más lejano y la corriente que soportan el cable y la fuente. Esta página muestra las reglas del manual de cableado de ODVA (PUB00027R1) tal como las aplica la calculadora, con un ejemplo resuelto del capítulo 4.

Cuándo usar

Al trazar una troncal DeviceNet nueva o ampliar una existente, al decidir dónde va la fuente de 24 V y si hace falta un segundo power tap, al elegir entre cable thick, mid, thin y flat, y antes de subir la velocidad de una red que ya funciona a 125 kbit/s.

Qué limita una red DeviceNet

DeviceNet lleva datos y alimentación de 24 V por el mismo cable — como un segmento PROFIBUS PA y a diferencia de PROFIBUS DP o ControlNet, cuyos medios no llevan energía —, por lo que la troncal está limitada por dos físicas independientes. La señal CAN limita la longitud: cuanto mayor la velocidad, más corta la troncal y menor el total de derivaciones. La fuente de 24 V limita corriente y tensión: cada tramo de troncal baja I × R en V+ y otra vez en V−, y el dispositivo más lejano todavía debe ver al menos 11 V. Una red puede pasar con holgura una verificación y fallar la otra.

Longitud, derivaciones y velocidad

El límite de longitud se aplica a la troncal, medida de terminador a terminador. Cada tipo de cable tiene su límite por velocidad, y en una troncal mixta cada tramo consume una fracción del límite de su propio cable. Use las longitudes reales del recorrido por las bandejas portacables, no la distancia en el plano. Las derivaciones tienen un tope de 6 m cada una y un presupuesto acumulado que se reduce al subir la velocidad. La calculadora rehace la cuenta a 500, 250 y 125 kbit/s e informa la mayor velocidad que la topología permite — útil antes de decidir acelerar una red.

Caída de tensión y posición de la fuente

La caída se calcula tramo a tramo, con la corriente que realmente atraviesa cada uno, más 0,005 Ω de contacto por tap. Es la misma identidad que la fórmula del capítulo 4 del manual de ODVA, exacta incluso cuando la troncal mezcla cables — la versión en bus de la caída de ida y vuelta que se usa en el dimensionamiento de cables CC. Una fuente fuera del extremo crea dos secciones; un power tap con V+ interrumpido crea dominios de alimentación separados, y cada uno necesita su fuente. Cuando la red debe seguir operando durante un corte de energía, esa fuente de 24 V se respalda con un banco de baterías. Cada derivación también se verifica contra su propio límite de corriente, 4,57 / L amperios.

Topología y direccionamiento

La troncal DeviceNet es una línea, ya pase por sensores e islas de válvulas o por los arrancadores de los cajones de CCM. Una ramificación en la troncal rompe la adaptación de impedancia y reprueba la red; los terminadores se deducen en los dos extremos. Un dispositivo colgado directamente de un power tap o del extremo de la troncal se señala como huérfano. Las direcciones van de 0 a 63, con hasta 64 nodos; un MAC ID repetido o fuera de rango reprueba, y el 63 — la dirección con que salen de fábrica los dispositivos — genera una advertencia.

Lo que esta herramienta no cubre

No estima la carga del bus ni el tiempo de barrido: los bytes de entrada y salida solo se suman. No resuelve con exactitud dos fuentes en paralelo — toma el peor caso de cada una alimentando el tramo sola, lo que sobrestima la caída. La puesta a tierra es un recordatorio (V−, drenaje y blindaje en un solo punto), no un cálculo. Y no reemplaza los datos de tensión y corriente de las hojas de datos: la corriente del dispositivo es una entrada, nunca un valor por defecto.

Fórmulas y fundamentos

Caída de tensión por tramo dV(nodo) = suma de tramos [ I_atraviesa × (l × Rc + R_tap) ], R_tap = 0,005 ohm

Es la misma identidad que la fórmula del capítulo 4 de ODVA, Σ{[(Ln·Rc) + (Nt·0,005)]·In}, reagrupada por tramo en lugar de por dispositivo. En troncal homogénea ambas dan el mismo número; en troncal mixta la forma por tramo es la exacta, y la calculadora muestra también el valor con Rc único del manual para verificación. El power tap no cuenta como tap.

Tensión en el nodo V_nodo = V_fuente,min − 2 × (dV_troncal + I_disp × L_drop × Rc_drop), con 11 V <= V_nodo <= 25 V

Caída en V+ y en V−, de ahí el factor 2. V_fuente,min = 24 V × (1 − 3,25 %) = 23,22 V por defecto. El mínimo es 11 V, o 19,2 V para dispositivos con salidas alimentadas por la red.

Presupuesto de longitud con cable mixto suma( L_cable / L_max,cable(velocidad) ) <= 1

Cada tramo de troncal se carga contra el límite de su propio cable a la velocidad elegida. A 125 kbit/s equivale a L_thick + 5·L_thin <= 500 m. ODVA no escribe la regla de mezcla en forma cerrada; esta es la decisión de modelado que reproduce la razón de los límites tabulados.

Corriente de la derivación I_drop <= min( 3 A ; 4,57 / L_drop ; capacidad del cable )

L_drop en metros, hasta 6 m. Una derivación de 2 m lleva hasta 2,29 A; una de 6 m, 0,76 A. La conexión directa cuenta como derivación de longitud cero.

Corriente de la fuente I_fuente,nominal >= 1,10 × suma(I_dispositivos)

Suma de las corrientes de los dispositivos de la sección más 10 % de arranque, contra la corriente nominal declarada de la fuente.

Normas y métodos

  • ODVA PUB00027R1 — DeviceNet Cable System Planning and Installation Manual (cap. 1, cap. 4, apéndices A y B)
  • ODVA CIP Networks Library Vol. 3 — DeviceNet Adaptation of CIP
  • NFPA 70 (NEC) — circuitos clase 1 y clase 2

Valores típicos de referencia

Magnitud Rango típico Observación
Troncal máxima, cable thick 500 m @ 125 · 250 m @ 250 · 100 m @ 500 kbit/s —
Troncal máxima, cable flat 420 m @ 125 · 200 m @ 250 · 75 m @ 500 kbit/s —
Troncal máxima, cable mid / thin mid 300 / 250 / 100 m · thin 100 m a cualquier velocidad —
Derivación (drop) ≤ 6 m cada una; acumulado 156 / 78 / 39 m a 125 / 250 / 500 kbit/s
Resistencia del cable Rc thick 0,015 · mid 0,023 · thin 0,069 · flat 0,019 Ω/m —
Capacidad de corriente del cable thick 8 A · flat 8 A · thin 3 A · mid 1,5 A la clase 2 del NEC limita todo a 4 A
Nodos y direcciones hasta 64 nodos, MAC ID 0–63 63 es la dirección de fábrica de los dispositivos nuevos — evítela
Rango de alimentación del nodo 11 a 25 V CC —

Ejemplo resuelto

Fuente en el extremo, troncal thick, cuatro dispositivos (ODVA PUB00027R1, cap. 4, ejemplo 1)

Datos de entrada

Velocidad / clase NEC
125 kbit/s · clase 1 —
Fuente PT-01 en el extremo de la troncal
24 V − 3,25 % · 4 A —
Taps a lo largo de la troncal thick
15 · 30 · 122 · 244 m
Corriente de los dispositivos D-01 … D-04
1,0 · 0,5 · 0,5 · 0,25 A
Derivaciones en cable thin
2 · 2 · 3 · 3 m

Resultados

Troncal / fracción del presupuesto de longitud
244 m · 0,488 de 500 m
Caída en la troncal por conductor
2,30 V (límite 4,65 V, 50 %)
Menor tensión de nodo (D-04)
18,51 V (mínimo 11 V)
Corriente de la fuente con 10 % de arranque
2,48 A (nominal 4 A)
Derivaciones acumuladas
10 m (límite 156 m)
Mayor velocidad viable
250 kbit/s
Veredicto
OK —

Los 2,25 A de los cuatro dispositivos atraviesan los primeros 15 m; solo 0,25 A llegan al último tramo, de 122 m. Sumando I × (l·0,015 + 0,005) tramo a tramo se obtienen 2,30 V — la mitad del presupuesto de 4,65 V —, y el dispositivo más lejano todavía ve 23,22 − 2 × 2,35 = 18,51 V. La red también funcionaría a 250 kbit/s (244 m de 250 m, 10 m de los 78 m de derivaciones), aunque con el presupuesto de longitud al 98 % — poco margen para ampliar. A 500 kbit/s el límite de 100 m del thick la descarta.

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Errores comunes

  • Verificar la longitud y olvidar la tensión. Una troncal thick de 240 m está holgada frente a los 500 m a 125 kbit/s, pero unos 1,3 A tomados en el extremo ya consumen todo el presupuesto de 4,65 V (240 m × 0,015 Ω/m × 1,3 A).
  • Calcular la caída en un solo conductor y comparar la tensión del nodo con 11 V. La corriente va por V+ y vuelve por V−: el nodo ve la fuente menos dos veces la caída.
  • Usar una derivación de 6 m para un dispositivo de 1 A. El límite de corriente del drop es 4,57 / L — a 6 m pasan solo 0,76 A. Acorte la derivación o conecte el dispositivo en forma directa.
  • Poner la fuente en un extremo de una troncal larga. Llevarla al centro crea dos secciones, verificadas por separado, cada una con la mitad de la corriente en la mitad de la longitud.
  • Subir la velocidad sin rehacer la cuenta. A 500 kbit/s la troncal thick baja a 100 m y el presupuesto acumulado de derivaciones a 39 m.
  • Dejar un dispositivo nuevo en el MAC ID 63. Es la dirección de fábrica; el segundo que llegue choca con él.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la longitud máxima de una red DeviceNet?

Con cable thick, 500 m a 125 kbit/s, 250 m a 250 kbit/s y 100 m a 500 kbit/s. El thin queda en 100 m a cualquier velocidad. Con cable mixto cada tramo consume su fracción del límite de su propio cable, y la suma de las fracciones no puede pasar de 1. La calculadora aplica el límite a la troncal; la distancia entre los dos nodos más alejados, derivaciones incluidas, se informa como atención.

¿Cuál es la longitud máxima de una derivación DeviceNet?

6 m cada una, a cualquier velocidad, con un total acumulado de 156 m a 125 kbit/s, 78 m a 250 kbit/s y 39 m a 500 kbit/s. La corriente también está limitada: 4,57 / L amperios, nunca más de 3 A.

¿Dónde se coloca la fuente de la red DeviceNet?

En general cerca del centro de la carga. Una fuente en medio de la troncal la divide en dos secciones verificadas por separado. Con más de una fuente, el power tap con V+ interrumpido aísla el lado aguas arriba, que pasa a necesitar su propia fuente; dos fuentes en paralelo sin el corte se evalúan como si cada una alimentara el tramo sola, lo que es un límite superior de la caída real.

¿Por qué la tensión en el nodo usa dos veces la caída?

Porque la corriente va por V+ y vuelve por V−. El presupuesto de 4,65 V es por conductor, y el nodo ve la tensión mínima de la fuente menos la caída en ambos.

¿Por qué 23,22 V y no 24 V?

El capítulo 1 de la PUB00027R1 detalla una tolerancia de 3,25 % para la fuente (ajuste, regulación de línea y carga, deriva). El apéndice B trabaja con 23,00 V (4 %); si su criterio es el más estricto, declare la tolerancia en la fuente.

¿Es obligatoria la corriente del dispositivo?

Sí. No existe un consumo típico por familia en DeviceNet, y sin corriente la verificación de caída no puede hacerse: la red sale "no evaluada", no "OK".

Glosario

Troncal (trunk line)
Cable principal de la red, lineal, con una resistencia de terminación en cada extremo.
Derivación (drop line)
Ramal que sale de un tap de la troncal hasta el dispositivo, de hasta 6 m.
Power tap
Tap de la troncal que conecta la fuente de 24 V; puede interrumpir V+ para dividir la troncal en dominios de alimentación.
MAC ID
Dirección del nodo en la red DeviceNet, de 0 a 63; debe ser única en la red.
Cable thick / mid / thin / flat
Tipos de cable DeviceNet, con resistencia, capacidad de corriente y límite de longitud distintos.
Clase 2 del NEC
Categoría de circuito de potencia limitada; limita la corriente de la red a 4 A, sea cual sea el cable.