ControlNet: architektura, działanie, różnice i jego zastosowania

Technologia ControlNet została po raz pierwszy opracowana w 1995 roku przez firmę Rockwell Automation, ponieważ stara się wyprzedzać najnowsze trendy technologiczne. Następnie ten otwarty protokół sieci przemysłowej był w całości obsługiwany przez ControlNet International. Jednak zarządzanie i wsparcie ControlNet zostało przeniesione do ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), aby zajmowało się wszystkimi protokoły w ramach rodziny wspólnych protokołów przemysłowych. ControlNet zapewnia różne funkcje, takie jak blokowanie w czasie rzeczywistym, przepustowość we/wy, przesyłanie wiadomości peer-to-peer itp. Sieć ControlNet została zaprojektowana głównie w celu zwiększenia produktywności podczas transmisji danych aplikacji o krytycznym czasie, zarówno dla produkcji, jak i procesu automatyzacja . Dlatego w tym artykule omówiono krótkie informacje o ControlNet – architekturze, działaniu i jego zastosowaniach.

Co to jest ControlNet?

ControlNet to otwarty protokół sieci przemysłowej, który wykorzystuje protokół CIP (Common Industrial Protocol) dla wyższych warstw z siedmiu warstwy modelu OSI . Projektanci ControlNet dostosowali warstwy CIP warstwy transportowej, warstwy sieciowej, łącza danych i warstwy fizycznej, aby dopasować je do wymagań sieci ControlNet.

Protokół ten został zaprojektowany głównie w celu zapewnienia spójnego, szybkiego sterowania i transferu danych we/wy z programowaniem, które ustawia logikę na określony czas nad siecią. Istnieją różne urządzenia, które komunikują się z tą siecią PLC (programowalne sterowniki logiczne) , interfejsy HMI, obudowy we/wy, napędy, roboty i komputery osobiste. Zwykle jest używany w aplikacjach, które doskonale współpracują z zaplanowaną komunikacją.

Szybkość przesyłania danych w tej sieci wynosi 5 Mb/s i mieści się w średnim zakresie trzech znanych sieci za pośrednictwem EtherNet/IP, który waha się od 10 Mb/s do 1 Gb/s, a DeviceNet w zakresie od 125 do 500 Kb/s.

Architektura ControlNet

Protokół ControlNet jest używany w aplikacjach automatyki przemysłowej. ControlNet wykorzystuje CIP lub Common Industrial Protocol w celu ułatwienia wzajemnych połączeń między różnymi warstwami OSI. Protokół ten został zaprojektowany w celu zapewnienia spójnego transferu danych i szybkiej kontroli poprzez programowanie. Tak, że ustawia logikę na określony czas nad siecią i pomaga w szybkim przesyłaniu danych. Ta sieć obejmuje różne urządzenia, takie jak sterowniki PLC, obudowy we/wy, komputery osobiste i sterowniki.

Złącza i kable ControlNet

W tym miejscu należy zauważyć, że ControlNet wykorzystuje kable koncentryczne RG-6 przez złącza BNC. Złącza stosowane w ControlNet to złącza BNC. Złącze BNC to małe, łatwe do podłączenia lub odłączenia złącze RF, używane do kabla koncentrycznego. To złącze zostało zaprojektowane głównie w celu utrzymania podobnej impedancji charakterystycznej kabla, w tym produkowanych typów 50 omów i 75 omów. Zasadniczo jest używany do połączeń RF i wideo do około 2 GHz i do 500 woltów. Złącza te są po prostu używane z małymi lub bardzo małymi kablami koncentrycznymi w telewizorach, radiu i innych urządzeniach elektronicznych RF. Były więc zwykle wykorzystywane we wczesnych sieciach komputerowych, takich jak IBM PC Network, ARCnet i wariant 10BASE2.

ControlNet pozwala na wybór rodzaju kabla, gdzie kable te mają charakter giętki lub bezpośrednio w ziemi. Ponadto kable te są również używane w każdym środowisku. Alternatywnie dla ControlNet istnieją różne aplikacje, które wymagają większych odległości i również wykorzystują światłowód (OFC) w okablowaniu. Tutaj bardzo ważne jest, aby pamiętać, że obsługuje maksymalnie 99 węzłów w sieci.

Węzły w ControlNet są po prostu przydzielane za pomocą adresu MAC ID. Ponadto każdy węzeł identyfikuje również adres następcy i poprzednika. Każdy węzeł dostępny w interfejsie ControlNet zawiera głównie zaplanowany czas (token). Tak więc w tej sieci w danym momencie przesyłany jest tylko jeden węzeł, co ostatecznie pozwoliłoby uniknąć kolizji danych wynikających z przyjmowania niebezpiecznych propozycji. Jeśli sieć ControlNet jest odpowiednio ułożona, może być wyjątkowo niezawodna i stabilna. Ponadto wymaga mniej konserwacji w dłuższym okresie w porównaniu z różnymi sieciami opartymi na automatyce przemysłowej.

Topologia ControlNet

ControlNet topologie podczas projektowania sieci są to trunkline-dropline, tree lub star.

Topologia magistrali-dropline

Topologia linii głównej z odgałęzieniem wykorzystuje tylko jeden cienki lub gruby kabel. Główna odległość między granicami sieci różni się w zależności od długości kabla i prędkości transmisji danych. W tej topologii węzły mogą być bezpośrednio połączone z linią główną w inny sposób za pomocą krótkich rozgałęzień. Ta topologia zapewnia osobne magistrale skrętki do dystrybucji sygnału i zasilania.

Topologia drzewa

Topologia drzewa to jeden rodzaj topologii sieci, która wygląda jak drzewo. Ta topologia obejmuje jeden węzeł centralny, a każdy węzeł jest po prostu połączony z tym węzłem na jednym pasie. Główne zalety tej topologii to; połączenie topologii gwiazdy i magistrali, wykrywanie błędów, trwałość, obsługa urządzeń, rozwój sieci itp. Ta topologia jest często używana do łączenia kilku urządzeń, takich jak komputery, drukarki itp. w biurze lub domu. Ta topologia pomaga w tworzeniu sieci magistralowych, wszędzie tam, gdzie każde urządzenie jest po prostu podłączone do serwera pośredniego.

Topologia gwiazdy

Topologia gwiazdy to rodzaj topologii sieci, w której każde urządzenie jest indywidualnie podłączone do centralnego węzła, zwanego koncentratorem/przełącznikiem. Ta topologia wygląda jak gwiazda. Ta topologia pomaga zmniejszyć wpływ awarii linii transmisyjnej poprzez niezależne podłączenie każdego hosta w kierunku koncentratora. W ten sposób każdy host może komunikować się ze wszystkimi innymi poprzez wysyłanie i odbieranie z koncentratora. proszę odnieść się do tego linku, aby dowiedzieć się więcej Topologia gwiazdy .

Nośniki fizyczne

Fizyczne nośniki protokołu ControlNet obejmują głównie zaczepy, segmenty, rezystory terminujące, mostki i przekaźniki, które omówiono poniżej.

Odczepy to jeden z rodzajów nośników fizycznych, który umożliwia mocowanie węzłów do magistrali za pomocą kabla odgałęźnego. Są one dostępne w różnych typach, takich jak T lub Y, proste i kątowe, które zapewniają elastyczność podczas konfigurowania sieci ControlNet.

Na każdym końcu kabla magistrali stosowany jest rezystor terminujący 75 Ω. Zestaw kabli głównych, znany jako Segmenty i odgałęźniki, ma na każdym końcu rezystory terminujące. Długość każdego segmentu zależy głównie od podłączonych urządzeń do magistrali.

Repeatery są przydatne w rozszerzaniu sieci ControlNet poprzez proste łączenie segmentów.
Mosty to urządzenia używane między sieciami jako połączenia komunikacyjne. Urządzenia te przekazują informacje o pakietach sieciowych.

Tokenowy Pierścień

Węzły w ControlNet mają przypisany adres MAC ID, przy czym każdy węzeł rozpoznaje również adres swojego następcy i poprzednika. Tutaj każdy węzeł zawiera zaplanowany czas, o którym decyduje token. Gdy węzeł ma kontrolę nad tokenem, wysyła ramki danych, dopóki token nie osiągnie limitu czasu. Następnie można utworzyć nowy token, który jest przekazywany następnemu logicznemu następcy.

wyczucie czasu

Czas ControlNet jest wykonywany za pomocą NUT lub czasu aktualizacji sieci, który zależy od stałego i powtarzalnego cyklu czasowego. Czas aktualizacji sieci jest ustawiony na czas trwania od 2 do 100 ms i obejmuje trzy główne części zaplanowane, nieplanowane i pasmo ochronne. W ControlNet węzły zawierają liczniki czasu, które są synchronizowane przez NUT, który konsekwentnie rozdziela czas wejścia między węzłami.

Wiadomości

Protokół ControlNet wykorzystuje głównie dwa rodzaje komunikacji połączonej i niepołączonej, które omówiono poniżej.

Połączone przesyłanie komunikatów w tym protokole wykorzystuje głównie zasoby w każdym węźle, które są wykorzystywane do określonych celów, takich jak przesyłanie danych we/wy w czasie rzeczywistym i transakcje częstego jawnego komunikatu. Zasoby połączenia są rezerwowane i łączone z dostępnymi usługami komunikacyjnymi za pomocą menedżera komunikatów niepołączonych.

Wiadomości niepołączone są wykorzystywane w procedurze nawiązywania połączenia, a także są używane do wiadomości o niskim priorytecie i rzadkich. Ten rodzaj przesyłania wiadomości zawsze wykorzystuje niezaplanowaną przepustowość, a niepołączone zasoby w urządzeniu są znane jako UCMM (menedżer niepołączonych wiadomości). Aby uzyskać deklarację zgodności, produkty protokołu ControlNet są niezbędne do wykonania UCMM w celu akceptowania żądań z innych typów urządzeń.

Jak działa ControlNet?

W ControlNet tylko jeden węzeł może być wysyłany na raz, co zapobiegnie występowaniu kolizji danych. Gdy węzeł przestanie wysyłać i nie wyprzedzi tokena, ControlNet zapisze w nim warunki, które ponownie wygenerują token i prześlą go do dalszego logicznego następcy. ControlNet to otwarta sieć sterowania, która spełnia wymagania aplikacji w czasie rzeczywistym i o dużej przepustowości. Protokół ten obsługuje blokowanie między sterownikami oraz sterowanie we/wy, zaworami i napędami w czasie rzeczywistym. Zapewnia również sterowanie sieciowe w aplikacjach procesowych i dyskretnych.

Jak skonfigurować/zakodować mikrokontroler jako węzeł ControlNet?

Konfigurowanie mikrokontrolera jako węzła ControlNet obejmuje skonfigurowanie niezbędnych komponentów sprzętowych i programowych, aby umożliwić komunikację przez sieć ControlNet. Oto ogólny zarys kroków konfiguracji mikrokontrolera jako węzła ControlNet:

• Wybierz kompatybilny mikrokontroler: Wybierz mikrokontroler obsługujący protokół ControlNet lub posiadający niezbędne funkcje sprzętowe, takie jak interfejs CAN (Controller Area Network) i kompatybilny transceiver.
• Uzyskaj stos komunikacyjny ControlNet: Zdobądź stos/bibliotekę komunikacyjną ControlNet dla wybranego mikrokontrolera. Stos zapewnia niezbędne funkcje i protokoły umożliwiające komunikację w sieci ControlNet.
• Konfiguracja sprzętu:
  • Podłącz mikrokontroler do sieci ControlNet za pomocą interfejsu CAN. Zwykle wymaga to podłączenia pinów CANH i CANL mikrokontrolera do odpowiednich pinów transceivera CAN.
  • Zapewnij zasilanie i wszelkie inne wymagane połączenia z mikrokontrolerem zgodnie z jego specyfikacjami.
• Rozwój oprogramowania:
  • Napisz oprogramowanie układowe mikrokontrolera, korzystając z otrzymanego stosu/biblioteki komunikacyjnej ControlNet. Ten firmware będzie obsługiwał komunikację z siecią ControlNet.
  • Zaimplementuj niezbędne funkcje do obsługi wymiany danych z innymi urządzeniami w sieci ControlNet.
• Konfiguracja urzadzenia:
  • Każdy węzeł w sieci ControlNet ma przypisany unikalny adres węzła. Upewnij się, że adres węzła twojego mikrokontrolera jest poprawnie skonfigurowany. Ten adres służy do identyfikacji węzła w sieci.
• Integracja sieciowa:
  • Zintegruj mikrokontroler z resztą systemu sterowania. Może to obejmować podłączenie czujników, siłowników lub innych urządzeń do mikrokontrolera i zdefiniowanie sposobu interakcji z całym systemem.

Jakie są dostępne stosy/biblioteki komunikacyjne ControlNet?

Niektóre z popularnych stosów/bibliotek komunikacyjnych ControlNet :

• Stos Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet: Rockwell Automation jest czołowym dostawcą rozwiązań z zakresu automatyki przemysłowej i sterowania. Oferują stos komunikacyjny ControlNet, który jest zwykle używany z ich ControlLogix programowalne sterowniki logiczne (PLC) i innych urządzeń automatyki.
• Stos Anybus ControlNet: Anybus, marka HMS Networks, zapewnia stosy komunikacyjne dla różnych protokołów przemysłowych, w tym ControlNet. Ich stos umożliwia łatwą integrację funkcjonalności ControlNet z urządzeniami przemysłowymi.
• Stos Softing ControlNet: Softing to kolejna firma dostarczająca przemysłowe rozwiązania komunikacyjne. Oferują stos ControlNet, który umożliwia programistom implementację komunikacji ControlNet w ich aplikacjach.
• Zestaw narzędzi CIP (Common Industrial Protocol): CIP Toolkit to zbiór narzędzi, przykładowego kodu i dokumentacji dostarczonych przez ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) do implementacji protokołów opartych na CIP, takich jak ControlNet i DeviceNet.
• Rozwiązania ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology oferuje różne rozwiązania komunikacji przemysłowej, w tym produkty ControlNet i usługi programistyczne.

Przed wyborem określonego stosu/biblioteki komunikacyjnej ControlNet należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Zgodność: Upewnij się, że stos/biblioteka jest kompatybilna z platformą sprzętową i programową twojego mikrokontrolera.
• Wsparcie dostawcy: Sprawdź poziom wsparcia dostępnego dla używanych stosów od konkretnego dostawcy.

ControlNet kontra Profibus

The różnica między ControlNet a Profibu s omówiono poniżej.

Zalety

The zalety ControlN i zawierać następujące.

• ControlNet ma dużą prędkość.
• Ta sieć ma deterministyczny transfer danych.
• ControlNet jest odpowiednio ułożony, dzięki czemu jest wyjątkowo niezawodny i stabilny.
• Protokół ten oferuje elastyczne możliwości wyboru topologii.
• Ma deterministyczną i powtarzalną wydajność zarówno dla aplikacji procesowych, jak i dyskretnych;
• Jest w stanie zastąpić lub usunąć węzły będące pod napięciem w dowolnym punkcie sieci
• Wymaga mniej konserwacji.
• Umożliwia do 99 urządzeń dla każdego węzła.
• Jest bardzo elastyczny i wykorzystuje zaawansowane dane.

The Wady ControlNetu zawierać następujące.

• Koszt sprzętu jest wysoki.
• Rozwiązywanie problemów jest bardzo trudne w porównaniu z innymi protokołami.
• Nie zapewnia sygnału i zasilania w jednym kablu.

Aplikacje

The aplikacje ControlNet zawierać następujące.

• ControlNet zapewnia szybkie sterowanie, niezawodną transmisję danych I/O z programowaniem, które ustawia logikę na określony czas nad siecią.
• Ta sieć zapewnia przesyłanie krytycznych komunikatów, które nie zależą od synchronizacji i nie zakłócają przesyłania danych sterowania i we/wy.
• Jest to otwarty protokół sieci przemysłowej stosowany w aplikacjach automatyki przemysłowej,
• Są to otwarte sieci sterowania, które po prostu spełniają wymagania aplikacji wymagających dużej przepustowości i czasu rzeczywistego
• Zapewnia to również sterowanie sieciowe w aplikacjach dyskretnych i procesowych.
• Jest to planowa sieć komunikacyjna przeznaczona głównie do cyklicznej wymiany danych.
• Ta sieć umożliwia również kontrolowanie dużych modeli dyfuzji w celu obsługi dodatkowych warunków wejściowych.

Tak więc to jest przegląd ControlNet . Jest to protokół sieciowy stosowany w sektorze przemysłowym. Rozwiązania IoT i automatyzacji wymagają większych prędkości, większej ilości danych i spójnej obsługi danych. Tak więc duża prędkość ControlNet sprawi, że będzie pomocny w różnych zastosowaniach, takich jak sterowanie spawaniem, systemy wizyjne, robotyka, sterowanie ruchem itp. Ten protokół jest używany w aplikacjach wrażliwych na czas, redundantnych i deterministycznych w porównaniu z Ethernetem/DeviceNet. Cz ten protokół działa bez wzmacniacza do 1000 metrów, łączy do 99 urządzeń, ma szybkość przesyłania danych 5 Mb/s i zapewnia kilka topologii . Oto pytanie do ciebie, co to jest DeviceNet ?