ControlNet: Architektúra, práca, rozdiely a jej aplikácie

Technológia ControlNet bola prvýkrát vyvinutá v roku 1995 spoločnosťou Rockwell Automation, pretože sa snaží predbehnúť najnovšie technologické trendy. Potom tento otvorený priemyselný sieťový protokol kompletne spracoval ControlNet International. Správa a podpora ControlNet však bola prevedená na ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), takže zvláda všetky protokoly v rámci skupiny spoločných priemyselných protokolov. ControlNet poskytuje rôzne funkcie, ako je blokovanie v reálnom čase, šírka pásma I/O, posielanie správ peer-to-peer atď. Sieť ControlNet je navrhnutá hlavne na zvýšenie produktivity počas prenosu časovo kritických dát aplikácií pre výrobu aj proces. automatizácie . Tento článok teda pojednáva o krátkych informáciách o ControlNet – architektúre, práci a jej aplikáciách.

Čo je to ControlNet?

ControlNet je otvorený priemyselný sieťový protokol, ktorý používa CIP (Common Industrial Protocol) pre vyššie vrstvy zo siedmich vrstvy modelu OSI . Dizajnéri ControlNet prispôsobili vrstvy CIP transportnej vrstvy, sieťovej vrstvy, dátového spojenia a fyzickej vrstvy tak, aby vyhovovali požiadavkám siete ControlNet.

Tento protokol bol navrhnutý hlavne tak, aby poskytoval konzistentné, vysokorýchlostné riadenie a prenos I/O dát s programovaním, ktoré nastavuje logiku na konkrétny čas nad sieťou. Existujú rôzne zariadenia, ktoré komunikujú s touto sieťou PLC (programovateľné logické radiče) , HMI, I/O šasi, mechaniky, roboty a osobné počítače. Bežne sa používa pre aplikácie, ktoré vynikajúco pracujú s naplánovanou komunikáciou.

Rýchlosť prenosu dát tejto siete je 5 Mbps a je v strednom rozsahu troch známych sietí cez EtherNet/IP, ktorý sa pohybuje od 10 Mbps – 1 Gbps a DeviceNet sa pohybuje od 125 – 500 Kbps.

Architektúra ControlNet

Protokol ControlNet sa používa v aplikáciách priemyselnej automatizácie. ControlNet používa CIP alebo Common Industrial Protocol na uľahčenie prepojenia medzi rôznymi vrstvami OSI. Tento protokol je navrhnutý tak, aby poskytoval konzistentný prenos dát a vysokorýchlostné riadenie prostredníctvom programovania. Takže nastavuje logiku na konkrétne načasovanie nad sieťou a pomáha pri rýchlom prenose údajov. Táto sieť zahŕňa rôzne zariadenia, ako sú PLC, I/O šasi, osobné počítače a ovládače.

Konektory a káble ControlNet

Tu je dôležité poznamenať, že ControlNet používa koaxiálne káble RG-6 cez konektory BNC. Konektory používané v konektoroch ControlNet a BNC. Konektor BNC je malý, ľahko pripojiteľný alebo odpojiteľný RF konektor, ktorý sa používa pre koaxiálny kábel. Tento konektor je navrhnutý hlavne na udržanie podobnej charakteristickej impedancie kábla vrátane vyrábaných typov 50 ohmov a 75 ohmov. Vo všeobecnosti sa používa pre RF a video pripojenia do približne 2 GHz a do 500 voltov. Tieto konektory sa jednoducho používajú s malými až veľmi malými koaxiálnymi káblami v rámci televízie, rádia a iných elektronických zariadení RF. Takže boli normálne používané pre skoré počítačové siete ako IBM PC Network, ARCnet a variant 10BASE2.

ControlNet vám umožňuje vybrať si typy káblov, pri ktorých majú tieto káble flexibilný alebo priamy charakter. Okrem toho sa tieto káble používajú aj v akomkoľvek prostredí. Alternatívne pre ControlNet existujú rôzne aplikácie, ktoré vyžadujú väčšie vzdialenosti a tiež využívajú optické vlákno (OFC) v rámci kabeláže. Tu je veľmi dôležité poznamenať, že podporuje maximálne 99 uzlov v sieti.

Uzly v ControlNet sú jednoducho pridelené prostredníctvom MAC ID adresy. Okrem toho každý uzol identifikuje aj adresu nástupcu a predchodcu. Každý uzol, ktorý je dostupný v rámci rozhrania ControlNet, obsahuje hlavne naplánovaný čas (token). Takže v tejto sieti sa súčasne prenáša iba jeden uzol, ktorý by v konečnom dôsledku zabránil kolíziám údajov pri prijímaní nebezpečných návrhov. Ak je ControlNet správne usporiadaný, môže byť mimoriadne spoľahlivý a stabilný. Okrem toho potrebuje menej údržby počas dlhšieho obdobia v porovnaní s rôznymi sieťami založenými na priemyselnej automatizácii.

Topológia ControlNet

ControlNet topológie pri navrhovaní siete sú trunkline-dropline, tree alebo hviezda.

Topológia trunkline-dropline

Topológia hlavnej linky-drop linky využíva iba jeden tenký alebo hrubý kábel. Hlavná vzdialenosť medzi sieťovými limitmi sa líši v závislosti od dĺžky kábla a rýchlosti dát. V tejto topológii môžu byť uzly priamo spojené s hlavnou linkou inak cez krátke vetvy. Táto topológia poskytuje krútené dvojlinky oddelene pre distribúciu signálu aj napájania.

Topológia stromu

Stromová topológia je jedným z druhov topológie siete, ktorá vyzerá ako strom. Táto topológia obsahuje jeden centrálny uzol a každý uzol je jednoducho pripojený k tomuto uzlu v rámci jedného pruhu. Hlavné výhody tejto topológie sú; kombinácia hviezdicových a zbernicových topológií, detekcia chyby, životnosť, podpora zariadení, rast siete atď. Táto topológia sa často používa na pripojenie viacerých zariadení, ako sú počítače, tlačiarne atď. v kancelárii alebo domácnosti. Táto topológia pomáha pri vytváraní zbernicových sietí všade tam, kde je každé zariadenie jednoducho pripojené k strednému serveru.

Topológia hviezdy

Hviezdicová topológia je typ topológie siete, kde je každé zariadenie individuálne pripojené k centrálnemu uzlu, nazývanému rozbočovač/prepínač. Táto topológia vyzerá ako hviezda. Táto topológia pomáha pri znižovaní dopadu zlyhania prenosovej linky tým, že sa každý hostiteľ nezávisle pripája k rozbočovaču. Každý hostiteľ teda môže komunikovať so všetkými ostatnými prostredníctvom odosielania a prijímania z hubu. viac informácií nájdete na tomto odkaze Topológia hviezdy .

Fyzické médiá

Fyzické médium protokolu ControlNet zahŕňa hlavne odbočky, segmenty, zakončovacie odpory, mostíky a opakovače, ktoré sú popísané nižšie.

Kohútiky sú jedným z typov fyzických médií, ktoré vám umožňujú pripevniť uzly k kmeňu pomocou sťahovacieho kábla. Sú dostupné v rôznych typoch ako T alebo Y, rovné a pravé uhly, ktoré sú flexibilné pri konfigurácii siete ControlNet.

Na každom konci hlavného kábla je použitý zakončovací odpor 75Ω. Sada hlavných káblov známych ako segmenty a odbočky má na každom konci zakončovacie odpory. Dĺžka každého segmentu závisí hlavne od pripojených zariadení do kufra.

Opakovače sú užitočné pri rozširovaní sietí ControlNet jednoduchým prepojením medzi segmentmi.
Mosty sú zariadenia používané medzi sieťami ako komunikačné spojenia. Tieto zariadenia preposielajú informácie o sieťových paketoch.

Token Ring

Uzly v ControlNet majú pridelenú adresu MAC ID, kde každý uzol rozpoznáva aj adresu svojho nástupcu a predchodcu. Tu každý uzol obsahuje naplánovaný čas, o ktorom sa rozhoduje prostredníctvom tokenu. Keď má uzol kontrolu nad tokenom, odosiela dátové rámce, kým token nedosiahne svoj časový limit. Potom sa môže vytvoriť nový token, ktorý sa odovzdá ďalšiemu logickému nástupcovi.

Načasovanie

Načasovanie ControlNet sa vykonáva pomocou NUT alebo Network Update Time, ktorý závisí od stáleho a opakujúceho sa časového cyklu. Čas aktualizácie siete je nastavený na trvanie od 2 do 100 ms a zahŕňa tri hlavné časti: plánované, neplánované a ochranné pásmo. V ControlNet uzly obsahujú časovače, ktoré sú synchronizované pomocou NUT, ktorá konzistentne oddeľuje čas vstupu medzi uzlami.

Správy

Protokol ControlNet využíva hlavne dva typy správ spojených a nepripojených, ktoré sú popísané nižšie.

Pripojené správy v tomto protokole využívajú hlavne zdroje v každom uzle, ktoré sa používajú na konkrétne účely, ako je prenos alebo I/O dát a transakcie častých explicitných správ v reálnom čase. Prostriedky pripojenia sú vyčlenené a usporiadané s dostupnými komunikačnými službami pomocou správcu nepripojených správ.

Nepripojené správy sa používajú pri vytváraní spojenia a tiež sa používajú pre správy s nízkou prioritou a zriedkavé správy. Tento druh správ vždy využíva neplánovanú šírku pásma a nepripojené zdroje v rámci zariadenia sú známe ako UCMM (unconnected message manager). Na získanie vyhlásenia o zhode sú produkty protokolu ControlNet potrebné na vykonanie UCMM na prijímanie požiadaviek od iných typov zariadení.

Ako funguje ControlNet?

V ControlNet môže naraz odosielať iba jeden uzol, čo zabráni kolíziám údajov. Akonáhle uzol prestane odosielať a nedostane sa pred token, potom do neho ControlNet zapíše podmienky, ktoré token vygenerujú znova a prenesú ho ďalšiemu logickému nástupcovi. ControlNet je otvorená riadiaca sieť, ktorá spĺňa požiadavky aplikácií v reálnom čase a s vysokou priepustnosťou. Tento protokol podporuje blokovanie z jedného ovládača na druhý a riadenie I/O, ventilov a pohonov v reálnom čase. Poskytuje tiež riadiace siete v rámci procesov a diskrétnych aplikácií.

Ako nakonfigurovať/kódovať mikrokontrolér ako uzol ControlNet  ?

Konfigurácia mikrokontroléra ako uzla ControlNet zahŕňa nastavenie potrebných hardvérových a softvérových komponentov na umožnenie komunikácie cez sieť ControlNet. Tu je všeobecný prehľad krokov na konfiguráciu mikrokontroléra ako uzla ControlNet:

• Vyberte kompatibilný mikrokontrolér: Vyberte mikrokontrolér, ktorý podporuje protokol ControlNet alebo má potrebné hardvérové ​​funkcie, ako je rozhranie CAN (Controller Area Network) a kompatibilný transceiver.
• Získajte komunikačný zásobník ControlNet: Získajte komunikačný zásobník/knižnicu ControlNet pre vybraný mikrokontrolér. Stack poskytuje potrebné funkcie a protokoly na umožnenie komunikácie cez sieť ControlNet.
• Hardvérové ​​nastavenie:
  • Pripojte mikrokontrolér k sieti ControlNet pomocou rozhrania CAN. Zvyčajne to zahŕňa pripojenie kolíkov CANH a CANL mikrokontroléra k zodpovedajúcim kolíkom CAN transceivera.
  • Poskytnite napájanie a akékoľvek ďalšie požadované pripojenia k mikrokontroléru podľa jeho špecifikácií.
• Vývoj firmvéru:
  • Napíšte firmvér pre mikrokontrolér pomocou komunikačného zásobníka/knižnice ControlNet, ktorý ste získali. Tento firmware sa postará o komunikáciu so sieťou ControlNet.
  • Implementujte potrebné funkcie na zvládnutie výmeny údajov s inými zariadeniami v sieti ControlNet.
• Konfigurácia zariadenia:
  • Každý uzol v sieti ControlNet má priradenú jedinečnú adresu uzla. Uistite sa, že adresa uzla vášho mikrokontroléra je správne nakonfigurovaná. Táto adresa sa používa na identifikáciu uzla v sieti.
• Sieťová integrácia:
  • Integrujte mikrokontrolér so zvyškom vášho riadiaceho systému. To môže zahŕňať pripojenie senzorov, akčných členov alebo iných zariadení k mikrokontroléru a definovanie toho, ako interaguje s celkovým systémom.

Aké sú dostupné komunikačné zásobníky/knižnica ControlNet?

Niektoré z populárnych komunikačných zásobníkov/knižníc ControlNet :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation je popredným poskytovateľom riešení pre priemyselnú automatizáciu a riadenie. Ponúkajú komunikačný zásobník ControlNet, ktorý sa zvyčajne používa s ich ControlLogix programovateľné logické ovládače (PLC) a iné automatizačné zariadenia.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, značka HMS Networks, poskytuje komunikačné zásobníky pre rôzne priemyselné protokoly, vrátane ControlNet. Ich zásobník umožňuje jednoduchú integráciu funkcií ControlNet do priemyselných zariadení.
• Softing ControlNet Stack: Softing je ďalšou spoločnosťou, ktorá poskytuje riešenia priemyselnej komunikácie. Ponúkajú zásobník ControlNet, ktorý umožňuje vývojárom implementovať komunikáciu ControlNet do svojich aplikácií.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: CIP Toolkit je zbierka nástrojov, vzorového kódu a dokumentácie, ktorú poskytuje ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) na implementáciu protokolov založených na CIP, ako sú ControlNet a DeviceNet.
• Riešenia ControlNet technológie ProSoft: ProSoft Technology ponúka rôzne priemyselné komunikačné riešenia, vrátane produktov ControlNet a vývojových služieb.

Pred výberom konkrétneho komunikačného zásobníka/knižnice ControlNet zvážte nasledujúce faktory:

• Kompatibilita: Uistite sa, že zásobník/knižnica je kompatibilná s hardvérovou a softvérovou platformou vášho mikrokontroléra.
• Podpora dodávateľa: Skontrolujte úroveň podpory dostupnej pre používané zásobníky od konkrétneho dodávateľa.

ControlNet vs Profibus

The rozdiel medzi ControlNet a Profibu s sú diskutované nižšie.

Výhody

The výhody ControlN a zahŕňajú nasledujúce.

• ControlNet má vysokú rýchlosť.
• Táto sieť má deterministický prenos dát.
• ControlNet je správne usporiadaný, potom je mimoriadne spoľahlivý a stabilný.
• Tento protokol má flexibilné voľby topológie.
• Má deterministický a opakovateľný výkon pre procesné aj diskrétne aplikácie;
• Je schopný nahradiť alebo odstrániť uzly v napájaní v akomkoľvek bode siete
• Vyžaduje si menšiu údržbu.
• Umožňuje až 99 zariadení pre každý uzol.
• Je veľmi flexibilný a využíva sofistikované dáta.

The nevýhody ControlNetu zahŕňajú nasledujúce.

• Náklady na hardvér sú vysoké.
• Riešenie problémov je v porovnaní s inými protokolmi veľmi ťažké.
• Neposkytuje signál a napájanie v jednom kábli.

Aplikácie

The aplikácie ControlNet zahŕňajú nasledujúce.

• ControlNet poskytuje vysokorýchlostné riadenie, spoľahlivý a I/O prenos dát s programovaním, ktoré nastavuje logiku na konkrétny čas nad sieťou.
• Táto sieť poskytuje kritické správy, ktoré nezávisia od načasovania, ktoré sa má vykonať, bez toho, aby zasahovalo do prenosu riadiacich a I/O dát.
• Je to otvorený priemyselný sieťový protokol používaný v aplikáciách priemyselnej automatizácie,
• Ide o otvorené riadiace siete, ktoré jednoducho spĺňajú dopytové aplikácie v reálnom čase a s vysokou priepustnosťou
• To tiež poskytuje riadiace siete v rámci diskrétnych a procesných aplikácií.
• Je to plánovaná komunikačná sieť navrhnutá hlavne na výmenu cyklických dát.
• Táto sieť vám tiež umožňuje ovládať veľké difúzne modely na podporu dodatočných vstupných podmienok.

Teda toto je prehľad siete ControlNet . Ide o sieťový protokol používaný v priemyselnom sektore. Riešenia internetu vecí a automatizácie potrebujú vyššiu rýchlosť, viac údajov a konzistentné spracovanie údajov. Vďaka vysokej rýchlosti ControlNet bude užitočný v rôznych aplikáciách, ako je ovládanie zvárania, systémy videnia, robotika, riadenie pohybu atď. Tento protokol sa používa v časovo citlivých, redundantných a deterministických aplikáciách v porovnaní s Ethernet/DeviceNet. Th tento protokol funguje bez opakovača až do 1000 metrov, spája až 99 zariadení, má rýchlosť prenosu dát 5 Mbps a poskytuje niekoľko topológií . Tu je otázka pre vás, čo je DeviceNet ?