Automação

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

Queda de tensão por trecho 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.

Tensão no nó 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.

Orçamento de comprimento com cabo misto 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.

Corrente da derivação 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.

Corrente da fonte 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.

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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.