Dimensionamento de rede DeviceNet
Uma rede DeviceNet é limitada por quatro coisas ao mesmo tempo — o comprimento do tronco para a taxa de comunicação, o comprimento e a corrente de cada derivação, a tensão que sobra no nó mais distante e a corrente que o cabo e a fonte suportam. Esta página mostra as regras do manual de cabeamento da ODVA (PUB00027R1) do jeito que a calculadora as aplica, com um exemplo resolvido do capítulo 4.
Quando usar
Ao traçar um tronco DeviceNet novo ou ampliar um existente, ao decidir onde fica a fonte de 24 V e se é preciso um segundo power tap, ao escolher entre cabo thick, mid, thin e flat, e antes de subir a taxa de uma rede que já funciona a 125 kbit/s.
O que limita uma rede DeviceNet
O DeviceNet leva dados e alimentação de 24 V no mesmo cabo — como um segmento PROFIBUS PA e ao contrário do PROFIBUS DP ou do ControlNet, cujos meios não levam energia —, e por isso o tronco é limitado por duas físicas independentes. O sinal CAN limita o comprimento: quanto maior a taxa, mais curto o tronco e menor o total de derivações. A fonte de 24 V limita corrente e tensão: cada trecho de tronco derruba I × R no V+ e de novo no V−, e o dispositivo mais distante ainda tem de ver pelo menos 11 V. Uma rede pode passar folgada numa verificação e reprovar na outra.
Comprimento, derivações e taxa
O limite de comprimento vale para o tronco, medido de terminador a terminador. Cada tipo de cabo tem o seu limite por taxa, e num tronco misto cada trecho consome uma fração do limite do próprio cabo. Use os comprimentos reais do encaminhamento pelos leitos de cabos, e não a distância na planta. As derivações têm teto de 6 m cada e um orçamento acumulado que encolhe conforme a taxa sobe. A calculadora refaz a conta a 500, 250 e 125 kbit/s e informa a maior taxa que a topologia permite — útil antes de decidir acelerar uma rede.
Queda de tensão e posição da fonte
A queda é calculada trecho a trecho, com a corrente que de fato atravessa cada um, mais 0,005 Ω de contato por tap. É a mesma identidade da fórmula do capítulo 4 do manual da ODVA, exata mesmo quando o tronco mistura cabos — a versão em barramento da queda de ida e volta usada no dimensionamento de cabos CC. Uma fonte fora da ponta cria duas seções; um power tap com V+ interrompido cria domínios de alimentação separados, e cada um precisa da sua fonte. Quando a rede precisa continuar de pé numa queda de energia, essa fonte de 24 V é sustentada por um banco de baterias. Cada derivação também é verificada contra o próprio limite de corrente, 4,57 / L ampères.
Topologia e endereçamento
O tronco DeviceNet é uma linha, passe ele por sensores e ilhas de válvulas ou pelas partidas das gavetas de CCM. Ramificação no tronco quebra o casamento de impedância e reprova a rede; os terminadores são deduzidos nas duas pontas. Dispositivo pendurado direto num power tap ou na ponta do tronco é apontado como órfão. Os endereços vão de 0 a 63, com até 64 nós; MAC ID repetido ou fora da faixa reprova, e o 63 — endereço com que os dispositivos saem de fábrica — gera um alerta.
O que esta ferramenta não cobre
Não estima carga do barramento nem tempo de varredura: os bytes de entrada e saída são apenas somados. Não resolve exatamente duas fontes em paralelo — fica com o pior caso de cada uma alimentando o trecho sozinha, o que superestima a queda. Aterramento é lembrete (V−, dreno e blindagem num único ponto), não cálculo. E não substitui os dados de tensão e corrente das folhas de dados: a corrente do dispositivo é entrada, nunca valor padrão.
Fórmulas e fundamentos
dV(nó) = soma nos trechos [ I_atravessa × (l × Rc + R_tap) ], R_tap = 0,005 ohm É a mesma identidade da fórmula do capítulo 4 da ODVA, Σ{[(Ln·Rc) + (Nt·0,005)]·In}, reagrupada por trecho em vez de por dispositivo. Em tronco homogêneo as duas dão o mesmo número; em tronco misto a forma por trecho é a exata, e a calculadora mostra também o valor com Rc único do manual para conferência. O power tap não conta como tap.
V_nó = V_fonte,min − 2 × (dV_tronco + I_disp × L_drop × Rc_drop), com 11 V <= V_nó <= 25 V Queda no V+ e no V−, daí o fator 2. V_fonte,min = 24 V × (1 − 3,25 %) = 23,22 V por padrão. O piso é 11 V, ou 19,2 V para dispositivos com saídas alimentadas pela rede.
soma( L_cabo / L_max,cabo(taxa) ) <= 1 Cada trecho de tronco é cobrado contra o limite do próprio cabo na taxa escolhida. A 125 kbit/s equivale a L_thick + 5·L_thin <= 500 m. A ODVA não escreve a regra de mistura de forma fechada; esta é a decisão de modelagem que reproduz a razão dos limites tabelados.
I_drop <= min( 3 A ; 4,57 / L_drop ; capacidade do cabo ) L_drop em metros, até 6 m. Uma derivação de 2 m leva até 2,29 A; uma de 6 m, 0,76 A. Conexão direta conta como derivação de comprimento zero.
I_fonte,nominal >= 1,10 × soma(I_dispositivos) Soma das correntes dos dispositivos da seção mais 10 % de surto, contra a corrente nominal declarada da fonte.
Normas e métodos
- ODVA PUB00027R1 — DeviceNet Cable System Planning and Installation Manual (cap. 1, cap. 4, apêndices A e B)
- ODVA CIP Networks Library Vol. 3 — DeviceNet Adaptation of CIP
- NFPA 70 (NEC) — circuitos classe 1 e classe 2
Valores típicos de referência
| Grandeza | Faixa típica | Observação |
|---|---|---|
| Tronco máximo, cabo thick | 500 m @ 125 · 250 m @ 250 · 100 m @ 500 kbit/s | — |
| Tronco máximo, cabo flat | 420 m @ 125 · 200 m @ 250 · 75 m @ 500 kbit/s | — |
| Tronco máximo, cabo mid / thin | mid 300 / 250 / 100 m · thin 100 m em qualquer taxa | — |
| Derivação (drop) | ≤ 6 m cada; acumulado 156 / 78 / 39 m | a 125 / 250 / 500 kbit/s |
| Resistência do cabo Rc | thick 0,015 · mid 0,023 · thin 0,069 · flat 0,019 Ω/m | — |
| Capacidade de corrente do cabo | thick 8 A · flat 8 A · thin 3 A · mid 1,5 A | classe 2 do NEC corta tudo em 4 A |
| Nós e endereços | até 64 nós, MAC ID 0–63 | 63 é o endereço de fábrica dos dispositivos novos — evite |
| Faixa de alimentação do nó | 11 a 25 V CC | — |
Exemplo resolvido
Fonte na ponta, tronco thick, quatro dispositivos (ODVA PUB00027R1, cap. 4, exemplo 1)
Entradas
- Taxa / classe NEC
- 125 kbit/s · classe 1 —
- Fonte PT-01 na ponta do tronco
- 24 V − 3,25 % · 4 A —
- Taps ao longo do tronco thick
- 15 · 30 · 122 · 244 m
- Corrente dos dispositivos D-01 … D-04
- 1,0 · 0,5 · 0,5 · 0,25 A
- Derivações em cabo thin
- 2 · 2 · 3 · 3 m
Resultados
- Tronco / fração do orçamento de comprimento
- 244 m · 0,488 de 500 m
- Queda no tronco por condutor
- 2,30 V (limite 4,65 V, 50 %)
- Menor tensão de nó (D-04)
- 18,51 V (mínimo 11 V)
- Corrente da fonte com 10 % de surto
- 2,48 A (nominal 4 A)
- Derivações acumuladas
- 10 m (limite 156 m)
- Maior taxa viável
- 250 kbit/s
- Veredito
- OK —
Os 2,25 A dos quatro dispositivos atravessam os primeiros 15 m; só 0,25 A chegam ao último trecho, de 122 m. Somando I × (l·0,015 + 0,005) trecho a trecho, dá 2,30 V — metade do orçamento de 4,65 V —, e o dispositivo mais distante ainda vê 23,22 − 2 × 2,35 = 18,51 V. A rede também rodaria a 250 kbit/s (244 m de 250 m, 10 m dos 78 m de derivações), mas com o orçamento de comprimento a 98 % — pouca folga para ampliação. A 500 kbit/s o limite de 100 m do thick a descarta.
Erros comuns
- Conferir o comprimento e esquecer a tensão. Um tronco thick de 240 m está folgado nos 500 m a 125 kbit/s, mas cerca de 1,3 A puxados na ponta já consomem todo o orçamento de 4,65 V (240 m × 0,015 Ω/m × 1,3 A).
- Calcular a queda num condutor só e comparar a tensão do nó com 11 V. A corrente vai pelo V+ e volta pelo V−: o nó vê a fonte menos duas vezes a queda.
- Usar derivação de 6 m para um dispositivo de 1 A. O limite de corrente do drop é 4,57 / L — a 6 m passam só 0,76 A. Encurte a derivação ou conecte o dispositivo direto.
- Colocar a fonte numa ponta de um tronco longo. Levá-la para o centro cria duas seções, verificadas de forma independente, cada uma com metade da corrente em metade do comprimento.
- Subir a taxa sem refazer a conta. A 500 kbit/s o tronco thick cai para 100 m e o orçamento acumulado de derivações para 39 m.
- Deixar dispositivo novo no MAC ID 63. É o endereço de fábrica; o segundo que chegar colide com ele.
Perguntas frequentes
Qual o comprimento máximo de uma rede DeviceNet?
Com cabo thick, 500 m a 125 kbit/s, 250 m a 250 kbit/s e 100 m a 500 kbit/s. O thin fica em 100 m em qualquer taxa. Com cabo misto cada trecho consome sua fração do limite do próprio cabo, e a soma das frações não pode passar de 1. A calculadora aplica o limite ao tronco; a distância entre os dois nós mais afastados, derivações incluídas, sai como atenção.
Qual o comprimento máximo da derivação DeviceNet?
6 m cada, em qualquer taxa, com total acumulado de 156 m a 125 kbit/s, 78 m a 250 kbit/s e 39 m a 500 kbit/s. A corrente também é limitada: 4,57 / L ampères, nunca mais de 3 A.
Onde colocar a fonte da rede DeviceNet?
Em geral perto do centro da carga. Uma fonte no meio do tronco o divide em duas seções verificadas separadamente. Com mais de uma fonte, o power tap com V+ interrompido isola o lado a montante, que passa a precisar da própria fonte; duas fontes em paralelo sem o corte são avaliadas como se cada uma alimentasse o trecho sozinha, o que é um limite superior da queda real.
Por que a tensão no nó usa duas vezes a queda?
Porque a corrente vai pelo V+ e volta pelo V−. O orçamento de 4,65 V é por condutor, e o nó vê a tensão mínima da fonte menos a queda nos dois.
Por que 23,22 V e não 24 V?
O capítulo 1 da PUB00027R1 itemiza uma tolerância de 3,25 % para a fonte (ajuste, regulação de linha e carga, deriva). O apêndice B trabalha com 23,00 V (4 %); se o seu critério é o mais rigoroso, declare a tolerância na fonte.
A corrente do dispositivo é obrigatória?
Sim. Não existe consumo típico por família no DeviceNet, e sem corrente a verificação de queda não tem como ser feita: a rede sai "não avaliada", não "OK".
Glossário
- Tronco (trunk line)
- Cabo principal da rede, linear, com um resistor de terminação em cada ponta.
- Derivação (drop line)
- Ramal que sai de um tap do tronco até o dispositivo, com até 6 m.
- Power tap
- Tap do tronco que conecta a fonte de 24 V; pode interromper o V+ para dividir o tronco em domínios de alimentação.
- MAC ID
- Endereço do nó na rede DeviceNet, de 0 a 63; tem de ser único na rede.
- Cabo thick / mid / thin / flat
- Tipos de cabo DeviceNet, com resistência, capacidade de corrente e limite de comprimento diferentes.
- Classe 2 do NEC
- Categoria de circuito de potência limitada; corta a corrente da rede em 4 A, qualquer que seja o cabo.