ControlNet: Architektura, práce, rozdíly a její aplikace

Technologie ControlNet byla poprvé vyvinuta v roce 1995 společností Rockwell Automation, protože se snaží být napřed před nejnovějšími technologickými trendy. Poté byl tento otevřený průmyslový síťový protokol kompletně spravován společností ControlNet International. Správa a podpora ControlNet však byla převedena na ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), takže se stará o všechny protokoly v rámci rodiny Common Industrial Protocol. ControlNet poskytuje různé funkce, jako je blokování v reálném čase, šířka pásma I/O, zasílání zpráv peer-to-peer atd. Síť ControlNet je navržena hlavně pro zvýšení produktivity během přenosu časově kritických dat aplikací pro výrobu i procesy. automatizace . Tento článek tedy pojednává o stručných informacích o ControlNet – architektuře, práci a jejích aplikacích.

Co je ControlNet?

ControlNet je otevřený průmyslový síťový protokol, který využívá CIP (Common Industrial Protocol) pro vyšší vrstvy ze sedmi vrstvy modelu OSI . Návrháři ControlNet přizpůsobili vrstvy CIP transportní vrstvy, síťové vrstvy, datového spoje a fyzické vrstvy tak, aby vyhovovaly požadavkům sítě ControlNet.

Tento protokol byl navržen hlavně tak, aby poskytoval konzistentní, vysokorychlostní řízení a přenos I/O dat s programováním, které nastavuje logiku na konkrétní čas nad sítí. Existují různá zařízení, která komunikují s touto sítí PLC (programovatelné logické řadiče) , HMI, I/O šasi, jednotky, roboty a osobní počítače. Obvykle se používá pro aplikace, které skvěle pracují s naplánovanou komunikací.

Rychlost přenosu dat této sítě je 5 Mbps a je ve středním rozsahu tří slavných sítí přes EtherNet/IP, který se pohybuje od 10 Mbps – 1 Gbps a DeviceNet se pohybuje od 125 – 500 Kbps.

Architektura ControlNet

Protokol ControlNet se používá v aplikacích průmyslové automatizace. ControlNet používá CIP nebo Common Industrial Protocol pro usnadnění propojení mezi různými vrstvami OSI. Tento protokol je navržen tak, aby poskytoval konzistentní přenos dat a vysokorychlostní řízení prostřednictvím programování. Tak, aby nastavil logiku na konkrétní časování nad sítí a pomohl při rychlém přenosu dat. Tato síť zahrnuje různá zařízení, jako jsou PLC, I/O šasi, osobní počítače a ovladače.

Konektory a kabely ControlNet

Zde je důležité poznamenat, že ControlNet používá koaxiální kabely RG-6 přes konektory BNC. Konektory používané v konektorech ControlNet a BNC. BNC konektor je malý snadno připojitelný nebo odpojitelný RF konektor, používaný pro koaxiální kabel. Tento konektor je navržen hlavně pro udržení podobné charakteristické impedance kabelu, včetně vyráběných typů 50 ohmů a 75 ohmů. Obecně se používá pro RF a video připojení do asi 2 GHz a do 500 voltů. Tyto konektory se jednoduše používají s malými až velmi malými koaxiálními kabely v televizi, rádiu a jiném RF elektronickém zařízení. Takže byly normálně využívány pro rané počítačové sítě jako IBM PC Network, ARCnet a varianta 10BASE2.

ControlNet vám umožňuje vybrat si typy kabelů, kde mají tyto kabely flexibilní nebo přímo zakopávací povahu. Kromě toho se tyto kabely také používají v jakémkoli prostředí. Alternativně pro ControlNet existují různé aplikace, které vyžadují delší vzdálenosti a také využívají optické vlákno (OFC) v kabeláži. Zde je velmi důležité poznamenat, že podporuje maximálně 99 uzlů v síti.

Uzly v ControlNet jsou jednoduše přiděleny prostřednictvím MAC ID adresy. Kromě toho každý uzel identifikuje také adresu nástupce a předchůdce. Každý uzel, který je dostupný v rámci rozhraní ControlNet, obsahuje především naplánovaný čas (token). V této síti je tedy současně přenášen pouze jeden uzel, který by nakonec zabránil kolizím dat při přijímání nebezpečných návrhů. Pokud je ControlNet správně uspořádán, může být extrémně spolehlivý a stabilní. Kromě toho potřebuje méně údržby po delší dobu ve srovnání s různými sítěmi založenými na průmyslové automatizaci.

Topologie ControlNet

ControlNet topologie při navrhování sítě jsou trunkline-dropline, strom nebo hvězda.

Trunkline-Dropline topologie

Topologie kmenové linky využívá pouze jeden tenký nebo tlustý kabel. Hlavní vzdálenost mezi síťovými limity se liší podle délky kabelu a rychlosti dat. V této topologii mohou být uzly přímo připojeny k hlavní lince jinak prostřednictvím krátkých větví. Tato topologie poskytuje kroucené dvoulinky odděleně pro distribuci signálu i napájení.

Topologie stromu

Stromová topologie je jeden druh topologie sítě, která vypadá jako strom. Tato topologie zahrnuje jeden centrální uzel a každý uzel je jednoduše připojen k tomuto uzlu v rámci jednoho jízdního pruhu. Hlavní výhody této topologie jsou; kombinace hvězdicových a sběrnicových topologií, detekce chyby, trvanlivost, podpora zařízení, růst sítě atd. Tato topologie se často používá pro připojení několika zařízení, jako jsou počítače, tiskárny atd. v kanceláři nebo domácnosti. Tato topologie pomáhá při vytváření sběrnicových sítí všude tam, kde je každé zařízení jednoduše připojeno k prostřednímu serveru.

Topologie hvězdy

Hvězdicová topologie je typ topologie sítě, kde je každé zařízení jednotlivě připojeno k centrálnímu uzlu, nazývanému rozbočovač/přepínač. Tato topologie vypadá jako hvězda. Tato topologie pomáhá snižovat dopad selhání přenosové linky tím, že se každý hostitel nezávisle připojuje k rozbočovači. Každý hostitel tedy může komunikovat se všemi ostatními prostřednictvím odesílání a přijímání z hubu. Další informace naleznete na tomto odkazu Topologie hvězdy .

Fyzická média

Fyzická média protokolu ControlNet zahrnují hlavně odbočky, segmenty, zakončovací odpory, mosty a opakovače, které jsou popsány níže.

Tapy jsou jedním z typů fyzických médií, které vám umožňují připevnit uzly k kmenu pomocí kabelu. Ty jsou k dispozici v různých typech, jako je T nebo Y, rovné a pravoúhlé, které jsou flexibilní při konfiguraci sítě ControlNet.

Na každém konci hlavního kabelu je použit zakončovací odpor 75Ω. Sada hlavních kabelů známých jako Segmenty & odbočky má na každém konci zakončovací odpory. Délka každého segmentu závisí především na připojených zařízeních do kmene.

Opakovače jsou užitečné při rozšiřování sítí ControlNet jednoduchým propojením mezi segmenty.
Mosty jsou zařízení používaná mezi sítěmi jako komunikační spojení. Tato zařízení předávají informace o síťových paketech.

Token Ring

Uzly v ControlNet mají přiřazenou adresu MAC ID, kde každý uzel také rozpozná svou adresu nástupce a předchůdce. Zde každý uzel obsahuje naplánovaný čas, o kterém se rozhoduje prostřednictvím tokenu. Když má uzel kontrolu nad tokenem, odesílá datové rámce, dokud token nedosáhne svého časového limitu. Poté může být vytvořen nový token, který je předán dalšímu logickému následníkovi.

Načasování

Časování ControlNet se provádí pomocí NUT nebo Network Update Time, který závisí na trvalém & opakujícím se časovém cyklu. Doba aktualizace sítě je nastavena na dobu od 2 do 100 ms a zahrnuje tři hlavní části naplánované, neplánované a ochranné pásmo. V ControlNet uzly zahrnují časovače, které jsou synchronizovány pomocí NUT, která konzistentně odděluje čas vstupu mezi uzly.

Zasílání zpráv

Protokol ControlNet využívá hlavně dva typy zpráv, které jsou připojeny a které nejsou připojeny, které jsou popsány níže.

Připojené zasílání zpráv v tomto protokolu využívá především zdroje v každém uzlu, které se používají pro konkrétní účely, jako je přenos nebo I/O dat v reálném čase a transakce časté explicitní zprávy. Prostředky připojení jsou vyčleněny a uspořádány s dostupnými komunikačními službami pomocí správce nepřipojených zpráv.

Nepřipojené zprávy se používají při navazování spojení a také se používají pro zprávy s nízkou prioritou a vzácné zprávy. Tento druh zasílání zpráv vždy používá neplánovanou šířku pásma a nepřipojené zdroje v zařízení jsou známé jako UCMM (unconnected message manager). K získání prohlášení o shodě jsou produkty protokolu ControlNet nezbytné k provedení UCMM pro přijímání požadavků od jiných typů zařízení.

Jak ControlNet funguje?

V ControlNet může být odeslán pouze jeden uzel najednou, což zabrání případným kolizím dat. Jakmile uzel přestane posílat a nedostane se před token, ControlNet do něj zapsal podmínky, které token znovu vygenerují a přenesou ho dalšímu logickému následníkovi. ControlNet je otevřená řídicí síť, která splňuje požadavky aplikací v reálném čase a s vysokou propustností. Tento protokol podporuje blokování z jednoho ovladače na druhý a řízení I/O, ventilů a pohonů v reálném čase. Poskytuje také řídicí síť v rámci procesů a diskrétních aplikací.

Jak nakonfigurovat/kódovat mikrokontrolér jako uzel ControlNet  ?

Konfigurace mikrokontroléru jako uzlu ControlNet zahrnuje nastavení nezbytných hardwarových a softwarových komponent pro umožnění komunikace přes síť ControlNet. Zde je obecný přehled kroků pro konfiguraci mikrokontroléru jako uzlu ControlNet:

• Vyberte kompatibilní mikrokontrolér: Vyberte mikrokontrolér, který podporuje protokol ControlNet nebo má potřebné hardwarové funkce, jako je rozhraní CAN (Controller Area Network) a kompatibilní transceiver.
• Získejte komunikační zásobník ControlNet: Získejte komunikační zásobník/knihovnu ControlNet pro vybraný mikrokontrolér. Stack poskytuje nezbytné funkce a protokoly pro umožnění komunikace přes síť ControlNet.
• Nastavení hardwaru:
  • Připojte mikrokontrolér k síti ControlNet pomocí rozhraní CAN. To obvykle zahrnuje připojení pinů CANH a CANL mikrokontroléru k odpovídajícím pinům CAN transceiveru.
  • Zajistěte napájení a všechna další požadovaná připojení k mikrokontroléru podle jeho specifikací.
• Vývoj firmwaru:
  • Napište firmware pro mikrokontrolér pomocí komunikačního zásobníku/knihovny ControlNet, který jste získali. Tento firmware se postará o komunikaci se sítí ControlNet.
  • Implementujte potřebné funkce pro výměnu dat s jinými zařízeními v síti ControlNet.
• Konfigurace zařízení:
  • Každému uzlu v síti ControlNet je přiřazena jedinečná adresa uzlu. Ujistěte se, že adresa uzlu vašeho mikrokontroléru je správně nakonfigurována. Tato adresa se používá k identifikaci uzlu v síti.
• Síťová integrace:
  • Integrujte mikrokontrolér se zbytkem řídicího systému. To může zahrnovat připojení senzorů, akčních členů nebo jiných zařízení k mikrokontroléru a definování toho, jak interaguje s celkovým systémem.

Jaké jsou dostupné komunikační zásobníky/knihovny ControlNet?

Některé z oblíbených komunikačních zásobníků/knihoven ControlNet :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation je předním poskytovatelem řešení průmyslové automatizace a řízení. Nabízejí komunikační zásobník ControlNet, který se obvykle používá s jejich ControlLogix programovatelné logické automaty (PLC) a další automatizační zařízení.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, značka HMS Networks, poskytuje komunikační zásobníky pro různé průmyslové protokoly, včetně ControlNet. Jejich zásobník umožňuje snadnou integraci funkcí ControlNet do průmyslových zařízení.
• Softing ControlNet Stack: Softing je další společností, která poskytuje řešení průmyslové komunikace. Nabízejí zásobník ControlNet, který umožňuje vývojářům implementovat komunikaci ControlNet do jejich aplikací.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: CIP Toolkit je soubor nástrojů, vzorového kódu a dokumentace poskytované ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) pro implementaci protokolů založených na CIP, jako jsou ControlNet a DeviceNet.
• Řešení ControlNet technologie ProSoft: ProSoft Technology nabízí různá průmyslová komunikační řešení, včetně produktů ControlNet a vývojových služeb.

Před výběrem konkrétního komunikačního zásobníku/knihovny ControlNet zvažte následující faktory:

• Kompatibilita: Ujistěte se, že je zásobník/knihovna kompatibilní s hardwarovou a softwarovou platformou vašeho mikrokontroléru.
• Podpora dodavatele: Zkontrolujte úroveň podpory, která je k dispozici pro použité zásobníky od konkrétního dodavatele.

ControlNet vs Profibus

The rozdíl mezi ControlNet a Profibu s jsou diskutovány níže.

Výhody

The výhody ControlN et zahrnují následující.

• ControlNet má vysokou rychlost.
• Tato síť má deterministický přenos dat.
• ControlNet je správně uspořádán a je extrémně spolehlivý a stabilní.
• Tento protokol má flexibilní výběr topologie.
• Má deterministický a opakovatelný výkon pro procesní i diskrétní aplikace;
• Je schopen nahradit nebo odebrat uzly v napájení v jakémkoli bodě sítě
• Vyžaduje méně údržby.
• Umožňuje až 99 zařízení pro každý uzel.
• Je velmi flexibilní a využívá sofistikovaná data.

The nevýhody ControlNet zahrnout následující.

• Náklady na hardware jsou vysoké.
• Odstraňování problémů je ve srovnání s jinými protokoly velmi obtížné.
• Neposkytuje signál a napájení v jediném kabelu.

Aplikace

The aplikace ControlNet zahrnout následující.

• ControlNet poskytuje vysokorychlostní řízení, spolehlivý a I/O přenos dat s programováním, které nastavuje logiku na konkrétní čas nad sítí.
• Tato síť poskytuje kritické zasílání zpráv, které nezávisí na načasování, které má být provedeno, aniž by narušovalo přenos řídicích a I/O dat.
• Jedná se o otevřený průmyslový síťový protokol používaný v aplikacích průmyslové automatizace,
• Jedná se o otevřené řídicí sítě, které jednoduše splňují poptávkové aplikace v reálném čase a s vysokou propustností
• To také poskytuje řídicí síť v rámci diskrétních a procesních aplikací.
• Jedná se o plánovanou komunikační síť určenou především k výměně cyklických dat.
• Tato síť také umožňuje řídit velké modely difúze pro podporu dalších vstupních podmínek.

Tedy, toto je přehled sítě ControlNet . Jedná se o síťový protokol používaný v průmyslovém sektoru. Řešení IoT a automatizace vyžadují vyšší rychlosti, více dat a konzistentní zpracování dat. Díky vysoké rychlosti ControlNet bude užitečný v různých aplikacích, jako je ovládání svařování, systémy vidění, robotika, řízení pohybu atd. Tento protokol se používá v časově citlivých, redundantních a deterministických aplikacích ve srovnání s Ethernet/DeviceNet. Th tento protokol funguje bez opakovače až do vzdálenosti 1000 metrů, připojuje až 99 zařízení, má rychlost přenosu dat 5 Mbps a poskytuje několik topologií . Zde je pro vás otázka, co je DeviceNet ?