ControlNet: Arhitectură, lucru, diferențe și aplicațiile sale

Tehnologia ControlNet a fost dezvoltată pentru prima dată în anul 1995 de Rockwell Automation, deoarece se străduiește să fie în fața tendințelor tehnologice recente. După aceea, acest protocol de rețea industrială deschisă a fost gestionat complet de ControlNet International. Cu toate acestea, managementul și suportul ControlNet au fost transferate către ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), astfel încât să se ocupe de toate protocoale în cadrul familiei de protocol industrial comun. ControlNet oferă diferite caracteristici, cum ar fi interblocarea în timp real, lățime de bandă I/O, mesagerie peer-to-peer etc. Rețeaua ControlNet este concepută în principal pentru a spori productivitatea pe parcursul transmisiei de date critice ale aplicațiilor, atât pentru producție, cât și pentru proces. automatizare . Deci, acest articol discută informații pe scurt despre ControlNet - arhitectură, funcționare și aplicațiile sale.

Ce este ControlNet?

ControlNet este un protocol de rețea industrială deschisă care utilizează CIP (Common Industrial Protocol) pentru straturile superioare de la șapte straturi ale modelului OSI . Designerii ControlNet au adaptat straturile CIP ale stratului de transport, stratului de rețea, legăturii de date și stratului fizic pentru a se potrivi cerințelor rețelei ControlNet.

Acest protocol a fost conceput în principal pentru a oferi control coerent și de mare viteză și transfer de date I/O cu programare care setează logica la un anumit moment de deasupra rețelei. Există diferite dispozitive care sunt comunicate cu această rețea PLC-uri (controlere logice programabile) , HMI, șasiu I/O, unități, roboți și computere personale. Este utilizat în mod normal pentru aplicații care funcționează excelent cu comunicații programate.

Viteza de transfer de date a acestei rețele este de 5 Mbps și se află la mijlocul celor trei rețele celebre prin EtherNet/IP care variază de la 10 Mbps – 1 Gbps și DeviceNet variază de la 125 – 500 Kbps.

Arhitectura ControlNet

Protocolul ControlNet este utilizat în aplicațiile de automatizare industrială. ControlNet folosește CIP sau Common Industrial Protocol pentru a facilita interconectarea dintre diferitele straturi OSI. Acest protocol este conceput pentru a oferi transfer de date consistent și control de mare viteză prin programare. Astfel încât setează logica la un anumit timp deasupra rețelei și ajută la transferul rapid de date. Această rețea include diferite dispozitive, cum ar fi PLC-uri, șasiu I/O, computere personale și drivere.

Conectori și cabluri ControlNet

Aici, este semnificativ de remarcat faptul că ControlNet utilizează cabluri coaxiale RG-6 prin conectorii BNC. Conectorii utilizați în ControlNet și conectori BNC. Conectorul BNC este un mic conector RF ușor de conectat sau deconectat, utilizat pentru cablul coaxial. Acest conector este conceput în principal pentru a menține impedanța caracteristică similară a cablului, inclusiv tipurile de 50 ohmi și 75 de ohmi. În general, este utilizat pentru conexiuni RF și video de până la aproximativ 2 GHz și până la 500 de volți. Acești conectori sunt pur și simplu utilizați cu cabluri coaxiale mici până la foarte mici în televiziune, radio și alte echipamente electronice RF. Deci, acestea au fost utilizate în mod normal pentru rețelele de calculatoare timpurii, cum ar fi IBM PC Network, ARCnet și varianta 10BASE2.

ControlNet vă permite să alegeți tipurile de cablu în care aceste cabluri au natură flexibilă sau de îngropare directă. În plus, aceste cabluri sunt folosite și în orice mediu. Alternativ pentru ControlNet, există diferite aplicații care necesită distanțe mai mari și, de asemenea, utilizează fibra optică (OFC) în cablare. Aici, este foarte esențial să rețineți că acceptă maximum 99 de noduri în rețea.

Nodurile din ControlNet sunt pur și simplu alocate printr-o adresă MAC ID. În plus, fiecare nod identifică adresa succesorului și predecesorului. Fiecare nod care este disponibil în interfața ControlNet include în principal o oră programată (token). Deci, în această rețea, la un moment dat este transmis un singur nod, ceea ce ar evita în cele din urmă coliziunile de date de la preluarea de propuneri nesigure. Dacă ControlNet este aranjat corespunzător, acesta poate fi extrem de fiabil și stabil. În plus, are nevoie de mai puțină întreținere pe o perioadă mai lungă în comparație cu diferite rețele bazate pe automatizări industriale.

Topologie ControlNet

ControlNet topologii în timpul proiectării rețelei sunt trunkline-dropline, arbore sau stea.

Topologie trunkline-dropline

Topologia de linie trunk-line-drop folosește un singur cablu subțire sau gros. Distanța principală dintre limitele rețelei diferă în funcție de lungimea cablului și viteza datelor. În această topologie, nodurile pot fi conectate direct la linia principală altfel prin ramificații scurte. Această topologie oferă magistrale perechi răsucite separat atât pentru distribuția semnalului, cât și a puterii.

Topologia arborelui

Topologia arborescentă este un tip de topologie de rețea care arată ca un arbore. Această topologie include un nod central și fiecare nod este pur și simplu conectat la acest nod pe o singură bandă. Principalele avantaje ale acestei topologii sunt; o combinație de topologii stea și magistrală, detectarea unei erori, durabilitate, suport pentru dispozitiv, creșterea rețelei etc. Această topologie este frecvent utilizată pentru conectarea mai multor dispozitive, cum ar fi computere, imprimante etc., într-un birou sau acasă. Această topologie ajută la crearea rețelelor de magistrală, oriunde fiecare dispozitiv este pur și simplu conectat la un server de mijloc.

Topologia stelare

Topologia stea este un tip de topologie de rețea în care fiecare dispozitiv este conectat individual la un nod central, numit hub/comutator. Această topologie arată ca o stea. Această topologie ajută la reducerea impactului defecțiunii liniei de transmisie prin conectarea independentă a fiecărei gazde la hub. Astfel, fiecare gazdă poate comunica cu toate celelalte prin trimiterea și primirea de la hub. vă rugăm să consultați acest link pentru a afla mai multe despre Topologia stelare .

Medii fizice

Media fizică a protocolului ControlNet include în principal robinete, segmente, rezistențe de terminare, punți și repetoare, care sunt discutate mai jos.

Robinetele sunt unul dintre tipurile de medii fizice care vă permite să fixați nodurile pe portbagaj cu ajutorul unui cablu. Acestea sunt disponibile în diferite tipuri, cum ar fi T sau Y, drept și unghi drept, care are flexibilitate în timpul configurării rețelei ControlNet.

La fiecare capăt de cablu trunchi se folosește un rezistor de terminare de 75Ω. Setul de cabluri trunchi cunoscut sub numele de Segmente și robinete au rezistențe de terminare la fiecare capăt. Lungimea fiecărui segment depinde în principal de dispozitivele conectate la portbagaj.

Repetoarele sunt utile în extinderea rețelelor ControlNet prin simpla conectare între segmente.
Podurile sunt dispozitive utilizate între rețele ca conexiuni de comunicație. Aceste dispozitive transmit informații despre pachetele de rețea.

Token Ring

Nodurilor din ControlNet li se atribuie o adresă MAC ID unde fiecare nod își recunoaște și adresa succesorului și predecesorului. Aici, fiecare nod include o oră programată care este decisă printr-un simbol. Când nodul are controlul asupra jetonului, atunci trimite cadre de date până când jetonul își atinge limita de timp. După aceea, se poate forma un nou token care este transmis următorului succesor logic.

Sincronizare

Cronometrarea ControlNet se face cu un NUT sau Network Update Time care depinde de un ciclu de timp permanent și repetitiv. Timpul de actualizare a rețelei este setat de la 2 la 100 msec și include trei părți principale programate, neprogramate și banda de gardă. În ControlNet, nodurile includ cronometre care sunt sincronizate de NUT care separă timpul de intrare între noduri în mod constant.

Mesaje

Protocolul ControlNet utilizează în principal două tipuri de mesaje conectate și neconectate, care sunt discutate mai jos.

Mesageria conectată în acest protocol utilizează în principal resurse în fiecare nod care sunt utilizate în scopuri particulare, cum ar fi transferul sau datele I/O în timp real și tranzacțiile mesajului explicit frecvent. Resursele unei conexiuni sunt puse deoparte și aranjate cu serviciile de comunicații disponibile folosind managerul de mesaje neconectat.

Mesageria neconectată este utilizată în procedura de stabilire a conexiunii și, de asemenea, este folosită pentru mesaje rare și cu prioritate scăzută. Acest tip de mesagerie utilizează întotdeauna lățimea de bandă neprogramată, iar resursele neconectate dintr-un dispozitiv sunt cunoscute sub numele de UCMM (manager de mesaje neconectate). Pentru a obține o declarație de conformitate, produsele de protocol ControlNet sunt necesare pentru a executa un UCMM pentru a accepta cereri de la alte tipuri de dispozitive.

Cum funcționează ControlNet?

În ControlNet, un singur nod poate fi trimis la un moment dat, ceea ce va preveni orice coliziuni de date. Odată ce nodul se oprește să trimită și nu trece înaintea jetonului, atunci ControlNet are condiții scrise în el care va genera din nou jetonul și îl va transmite succesorului logic ulterior. ControlNet este o rețea de control deschisă care îndeplinește cerințele aplicațiilor în timp real și de mare debit. Acest protocol acceptă interblocarea de la un controler la altul controler și control I/O în timp real, supape și unități. De asemenea, oferă control în rețea în cadrul aplicațiilor de proces și discrete.

Cum se configurează/codează un microcontroler ca nod ControlNet  ?

Configurarea unui microcontroler ca nod ControlNet implică configurarea componentelor hardware și software necesare pentru a permite comunicarea prin rețeaua ControlNet. Iată o schiță generală a pașilor pentru a configura un microcontroler ca nod ControlNet:

• Alegeți un microcontroler compatibil: Selectați un microcontroler care acceptă protocolul ControlNet sau care are caracteristicile hardware necesare, cum ar fi interfața CAN (Controller Area Network) și un transceiver compatibil.
• Obțineți stiva de comunicații ControlNet: Achiziționați stiva/biblioteca de comunicații ControlNet pentru microcontrolerul ales. Stiva oferă funcțiile și protocoalele necesare pentru a permite comunicarea prin rețeaua ControlNet.
• Configurare hardware:
  • Conectați microcontrolerul la o rețea ControlNet utilizând interfața CAN. Aceasta implică de obicei conectarea pinilor CANH și CANL ai microcontrolerului la pinii corespunzători ai unui transceiver CAN.
  • Furnizați sursa de alimentare și orice alte conexiuni necesare la microcontroler conform specificațiilor acestuia.
• Dezvoltare firmware:
  • Scrieți firmware-ul pentru microcontroler utilizând stiva/biblioteca de comunicații ControlNet pe care le-ați obținut. Acest firmware se va ocupa de comunicarea cu rețeaua ControlNet.
  • Implementați funcțiile necesare pentru a gestiona schimbul de date cu alte dispozitive din rețeaua ControlNet.
• Configurarea dispozitivului:
  • Fiecărui nod din rețeaua ControlNet i se atribuie o adresă unică de nod. Asigurați-vă că adresa nodului microcontrolerului este configurată corect. Această adresă este utilizată pentru a identifica nodul din rețea.
• Integrare în rețea:
  • Integrați microcontrolerul cu restul sistemului dvs. de control. Acest lucru ar putea implica conectarea senzorilor, actuatoarelor sau a altor dispozitive la microcontroler și definirea modului în care acesta interacționează cu întregul sistem.

Care sunt stiva/biblioteca de comunicații ControlNet disponibile?

Unele dintre cele mai populare stive/biblioteci de comunicații ControlNet :

• Stack Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet: Rockwell Automation este un furnizor important de soluții de automatizare și control industrial. Ele oferă o stivă de comunicații ControlNet care este utilizată de obicei cu ControlLogix controlere logice programabile (PLC-uri) și alte dispozitive de automatizare.
• Stack Anybus ControlNet: Anybus, o marcă de HMS Networks, oferă stive de comunicații pentru diferite protocoale industriale, inclusiv ControlNet. Stiva lor permite integrarea ușoară a funcționalității ControlNet în dispozitivele industriale.
• Softing ControlNet Stack: Softing este o altă companie care oferă soluții de comunicare industrială. Ele oferă o stivă ControlNet care permite dezvoltatorilor să implementeze comunicația ControlNet în aplicațiile lor.
• Setul de instrumente CIP (Common Industrial Protocol): Setul de instrumente CIP este o colecție de instrumente, exemplu de cod și documentație furnizată de ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) pentru implementarea protocoalelor bazate pe CIP, cum ar fi ControlNet și DeviceNet.
• Soluții ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology oferă diverse soluții de comunicare industrială, inclusiv produse ControlNet și servicii de dezvoltare.

Înainte de a alege o anumită stivă/bibliotecă de comunicații ControlNet, luați în considerare următorii factori:

• Compatibilitate: Asigurați-vă că stiva/biblioteca este compatibilă cu platforma hardware și software a microcontrolerului.
• Suport furnizor: Verificați nivelul de suport disponibil pentru stivele utilizate de la furnizorul respectiv.

ControlNet vs Profibus

The diferența dintre ControlNet și Profibu sunt discutate mai jos.

Avantaje

The avantajele ControlN și includ următoarele.

• ControlNet are viteză mare.
• Această rețea are transfer de date determinist.
• ControlNet este aranjat corespunzător, apoi este extrem de fiabil și stabil.
• Acest protocol are opțiuni flexibile de topologie.
• Are performanță deterministă și repetabilă atât pentru procese, cât și pentru aplicații discrete;
• Este capabil să înlocuiască sau să elimine nodurile aflate la putere în orice punct al rețelei
• Are nevoie de mai puțină întreținere.
• Permite până la 99 de dispozitive pentru fiecare nod.
• Este foarte flexibil și utilizează date sofisticate.

The dezavantajele ControlNet includ următoarele.

• Costul hardware-ului este mare.
• Depanarea este foarte dificilă în comparație cu alte protocoale.
• Nu oferă semnal și putere într-un singur cablu.

Aplicații

The aplicațiile ControlNet includ următoarele.

• ControlNet oferă control de mare viteză, transmisie fiabilă și de date I/O cu programare care setează logica la un anumit moment deasupra rețelei.
• Această rețea oferă mesaje critice care nu depind de sincronizarea care trebuie efectuată fără a interfera cu transferul datelor de control și I/O.
• Este un protocol de rețea industrial deschis utilizat în aplicațiile de automatizare industrială,
• Acestea sunt rețele de control deschise care pur și simplu îndeplinesc aplicațiile în timp real și de mare debit
• Aceasta oferă, de asemenea, controlul în rețea în cadrul aplicațiilor discrete și de proces.
• Este o rețea de comunicații programată concepută în principal pentru a face schimb de date ciclice.
• Această rețea vă permite, de asemenea, să controlați modele de difuzie mari pentru a suporta condiții suplimentare de intrare.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra unui ControlNet . Este un protocol de rețea utilizat în sectorul industrial. Soluțiile IoT și de automatizare au nevoie de viteze mai rapide, mai multe date și o gestionare consecventă a datelor. Prin urmare, viteza rapidă a ControlNet îl va face util în diferite aplicații, cum ar fi comenzile de sudură, sisteme de viziune, robotică, controlul mișcării etc. Acest protocol este utilizat în aplicații sensibile la timp, redundante și deterministe în comparație cu Ethernet/DeviceNet. Th Acest protocol funcționează fără repetitor până la 1000 de metri, conectează până la 99 de dispozitive, are o rată de transfer de date de 5 Mbps și oferă mai multe topologii . Iată o întrebare pentru tine, ce este DeviceNet ?