ControlNet: arhitektura, delovanje, razlike in njegove aplikacije

Tehnologijo ControlNet je leta 1995 prvič razvil Rockwell Automation, ker si prizadeva biti pred najnovejšimi tehnološkimi trendi. Po tem je ta protokol odprtega industrijskega omrežja v celoti prevzel ControlNet International. Vendar sta bila upravljanje in podpora za ControlNet prenesena na ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), tako da obravnava vse protokoli znotraj družine Common Industrial Protocol. ControlNet zagotavlja različne funkcije, kot so medsebojno zaklepanje v realnem času, pasovna širina V/I, sporočanje enakovrednih itd. Omrežje ControlNet je v glavnem zasnovano za izboljšanje produktivnosti v celotnem časovno kritičnem prenosu podatkov aplikacij za proizvodnjo in proces avtomatizacija . Ta članek obravnava kratke informacije o ControlNet – arhitektura, delovanje in njegove aplikacije.

Kaj je ControlNet?

ControlNet je odprt industrijski omrežni protokol, ki uporablja CIP (Common Industrial Protocol) za višje plasti od sedmih plasti modela OSI . Oblikovalci ControlNet so prilagodili plasti CIP transportne plasti, omrežne plasti, podatkovne povezave in fizične plasti, da ustrezajo zahtevam omrežja ControlNet.

Ta protokol je bil v glavnem zasnovan za dosleden, hiter nadzor in prenos podatkov I/O s programiranjem, ki nastavi logiko na določen čas nad omrežjem. S tem omrežjem komunicirajo različne naprave PLC-ji (programabilni logični krmilniki) , HMI-ji, V/I ohišja, pogoni, roboti in osebni računalniki. Običajno se uporablja za aplikacije, ki odlično delujejo z načrtovanimi komunikacijami.

Hitrost prenosa podatkov v tem omrežju je 5 Mbps in je v srednjem razponu treh znanih omrežij prek EtherNet/IP, ki se giblje od 10Mbps do 1Gbps & DeviceNet se giblje od 125 do 500 Kbps.

Arhitektura ControlNet

Protokol ControlNet se uporablja v aplikacijah industrijske avtomatizacije. ControlNet uporablja CIP ali Common Industrial Protocol za olajšanje medsebojnega povezovanja med različnimi plastmi OSI. Ta protokol je zasnovan tako, da zagotavlja dosleden prenos podatkov in nadzor visoke hitrosti prek programiranja. Tako, da nastavi logiko na določen čas nad omrežjem in pomaga pri hitrem prenosu podatkov. To omrežje vključuje različne naprave, kot so PLC-ji, V/I ohišja, osebni računalniki in gonilniki.

Priključki in kabli ControlNet

Tukaj je pomembno omeniti, da ControlNet uporablja koaksialne kable RG-6 prek priključkov BNC. Konektorji, ki se uporabljajo v konektorjih ControlNet a BNC. Priključek BNC je majhen priključek RF, ki ga je enostavno priključiti ali odklopiti, in se uporablja za koaksialni kabel. Ta priključek je v glavnem zasnovan za vzdrževanje podobne karakteristične impedance kabla, vključno s tipi 50 ohmov in 75 ohmov. Na splošno se uporablja za RF in video povezave do približno 2 GHz in do 500 voltov. Ti priključki se preprosto uporabljajo z majhnimi do zelo majhnimi koaksialnimi kabli v televizijski, radijski in drugi elektronski opremi RF. Zato so jih običajno uporabljali za zgodnja računalniška omrežja, kot so IBM PC Network, ARCnet in različica 10BASE2.

ControlNet vam omogoča, da izberete vrste kablov, kjer so ti kabli prilagodljivi ali neposredno vkopani. Poleg tega se ti kabli uporabljajo tudi v vseh okoljih. Kot alternativa za ControlNet obstajajo različne aplikacije, ki zahtevajo daljše razdalje in uporabljajo tudi optična vlakna (OFC) v kablih. Tukaj je zelo pomembno upoštevati, da podpira največ 99 vozlišč v omrežju.

Vozlišča v ControlNet so preprosto dodeljena prek naslova MAC ID. Poleg tega vsako vozlišče identificira tudi naslov naslednika in predhodnika. Vsako vozlišče, ki je na voljo znotraj vmesnika ControlNet, vključuje predvsem načrtovani čas (žeton). Torej se v tem omrežju naenkrat prenaša samo eno vozlišče, kar bi se na koncu izognilo trkom podatkov zaradi sprejemanja nevarnih predlogov. Če je ControlNet pravilno urejen, je lahko izjemno zanesljiv in stabilen. Poleg tega potrebuje manj vzdrževanja v daljšem obdobju v primerjavi z različnimi omrežji, ki temeljijo na industrijski avtomatizaciji.

Topologija ControlNet

ControlNet topologije pri načrtovanju omrežja so magistralni-odvodni, drevo ali zvezda.

Topologija magistralnega voda

Topologija magistralne linije uporablja samo en tanek ali debel kabel. Glavna razdalja med omrežnimi omejitvami se razlikuje glede na dolžino kabla in hitrost prenosa podatkov. V tej topologiji so lahko vozlišča neposredno povezana z glavno linijo, drugače prek kratkih vej. Ta topologija zagotavlja vodila s sukanim parom ločeno za distribucijo signala in moči.

Topologija drevesa

Drevesna topologija je ena vrsta omrežne topologije, ki je videti kot drevo. Ta topologija vključuje eno osrednje vozlišče in vsako vozlišče je preprosto povezano s tem vozliščem po enem pasu. Glavne prednosti te topologije so: kombinacija topologij zvezda in vodilo, zaznavanje napake, vzdržljivost, podpora za naprave, rast omrežja itd. Ta topologija se pogosto uporablja za povezovanje več naprav, kot so računalniki, tiskalniki itd., v pisarni ali doma. Ta topologija pomaga pri ustvarjanju vodilnih omrežij, kjer je vsaka naprava preprosto povezana s srednjim strežnikom.

Zvezdna topologija

Zvezdasta topologija je vrsta omrežne topologije, kjer je vsaka naprava posebej povezana z osrednjim vozliščem, imenovanim zvezdišče/stikalo. Ta topologija izgleda kot zvezda. Ta topologija pomaga zmanjšati vpliv okvare prenosnega voda s povezovanjem vsakega gostitelja neodvisno proti vozlišču. Tako lahko vsak gostitelj komunicira z vsemi drugimi prek pošiljanja in prejemanja iz zvezdišča. glejte to povezavo, če želite izvedeti več o Zvezdna topologija .

Fizični mediji

Fizični medij protokola ControlNet vključuje predvsem odcepe, segmente, zaključne upore, mostove in repetitorje, ki so obravnavani spodaj.

Pipe so ena od vrst fizičnih medijev, ki vam omogočajo pritrditev vozlišč na prtljažnik s pomočjo spustnega kabla. Na voljo so v različnih vrstah, kot sta T ali Y, ravni in pravi koti, ki so prilagodljivi pri konfiguriranju omrežja ControlNet.

Na vsakem koncu glavnega kabla je uporabljen zaključni upor 75Ω. Niz glavnih kablov, znan kot segmenti in pipe, ima zaključne upore na vsakem koncu. Dolžina posameznega segmenta je v glavnem odvisna od priključenih naprav na prtljažnik.

Ponavljalniki so uporabni pri razširitvi omrežij ControlNet s preprostim povezovanjem med segmenti.
Mostovi so naprave, ki se uporabljajo med omrežji kot komunikacijske povezave. Te naprave posredujejo informacije o omrežnih paketih.

Token Ring

Vozliščem v ControlNet je dodeljen naslov MAC ID, kjer vsako vozlišče prepozna tudi naslov svojega naslednika in predhodnika. Tukaj vsako vozlišče vključuje načrtovani čas, ki se določi prek žetona. Ko ima vozlišče nadzor nad žetonom, pošilja podatkovne okvire, dokler žeton ne doseže svoje časovne omejitve. Po tem se lahko oblikuje nov žeton, ki se posreduje naslednjemu logičnemu nasledniku.

Časovna razporeditev

Časovno merjenje ControlNet se izvede z NUT ali Network Update Time, ki je odvisen od stalnega in ponavljajočega se časovnega cikla. Čas omrežne posodobitve je nastavljen na trajanje od 2 do 100 msec in vključuje tri glavne dele, načrtovano, nenačrtovano in varnostni pas. V ControlNet vozlišča vključujejo časovnike, ki jih sinhronizira NUT, ki dosledno ločuje začetni čas med vozlišči.

Sporočila

Protokol ControlNet uporablja predvsem dve vrsti sporočanja, povezano in nepovezano, ki sta obravnavani spodaj.

Povezano sporočanje v tem protokolu večinoma uporablja vire v vsakem vozlišču, ki se uporabljajo za posebne namene, kot je prenos ali realnočasovni V/I podatki in transakcije pogostega eksplicitnega sporočila. Viri povezave so rezervirani in urejeni z razpoložljivimi komunikacijskimi storitvami z uporabo upravljalnika nepovezanih sporočil.

Nepovezana sporočila se uporabljajo v postopku vzpostavljanja povezave in se uporabljajo tudi za nizko prioritetna in redka sporočila. Ta vrsta sporočanja vedno uporablja nenačrtovano pasovno širino in nepovezani viri v napravi so znani kot UCMM (upravitelj nepovezanih sporočil). Za pridobitev izjave o skladnosti so potrebni izdelki protokola ControlNet za izvajanje UCMM za sprejemanje zahtev drugih vrst naprav.

Kako deluje ControlNet?

V ControlNet lahko naenkrat pošljete samo eno vozlišče, kar bo preprečilo morebitne kolizije podatkov. Ko vozlišče preneha pošiljati in ne prehiti žetona, je ControlNet vanj zapisal pogoje, ki bodo znova ustvarili žeton in ga posredovali nadaljnjemu logičnemu nasledniku. ControlNet je odprto nadzorno omrežje, ki izpolnjuje zahteve aplikacij v realnem času in z visoko zmogljivostjo. Ta protokol podpira prepletanje enega krmilnika z drugim krmilnikom in krmiljenje V/I v realnem času, ventile in pogone. Zagotavlja tudi nadzorno mreženje znotraj procesnih in diskretnih aplikacij.

Kako konfigurirati/kodirati mikrokrmilnik kot vozlišče ControlNet  ?

Konfiguracija mikrokrmilnika kot vozlišča ControlNet vključuje nastavitev potrebnih komponent strojne in programske opreme za omogočanje komunikacije prek omrežja ControlNet. Tukaj je splošen oris korakov za konfiguracijo mikrokrmilnika kot vozlišča ControlNet:

• Izberite združljiv mikrokrmilnik: Izberite mikrokrmilnik, ki podpira protokol ControlNet ali ima potrebne funkcije strojne opreme, kot sta vmesnik CAN (Controller Area Network) in združljiv oddajnik-sprejemnik.
• Pridobite komunikacijski sklad ControlNet: Pridobite komunikacijski sklad/knjižnico ControlNet za izbrani mikrokrmilnik. Sklad zagotavlja potrebne funkcije in protokole za omogočanje komunikacije prek omrežja ControlNet.
• Nastavitev strojne opreme:
  • Povežite mikrokrmilnik z omrežjem ControlNet prek vmesnika CAN. To običajno vključuje povezavo zatičev CANH in CANL mikrokrmilnika z ustreznimi zatiči oddajnika-sprejemnika CAN.
  • Zagotovite napajanje in vse druge potrebne povezave z mikrokrmilnikom v skladu z njegovimi specifikacijami.
• Razvoj vdelane programske opreme:
  • Napišite vdelano programsko opremo za mikrokrmilnik z uporabo komunikacijskega sklada/knjižnice ControlNet, ki ste jo pridobili. Ta vdelana programska oprema bo upravljala komunikacijo z omrežjem ControlNet.
  • Izvedite potrebne funkcije za upravljanje izmenjave podatkov z drugimi napravami v omrežju ControlNet.
• Konfiguracija naprave:
  • Vsakemu vozlišču v omrežju ControlNet je dodeljen edinstven naslov vozlišča. Prepričajte se, da je naslov vozlišča vašega mikrokrmilnika pravilno konfiguriran. Ta naslov se uporablja za identifikacijo vozlišča v omrežju.
• Omrežna integracija:
  • Integrirajte mikrokrmilnik s preostalim nadzornim sistemom. To lahko vključuje povezovanje senzorjev, aktuatorjev ali drugih naprav z mikrokrmilnikom in določanje njegove interakcije s celotnim sistemom.

Kateri so razpoložljivi komunikacijski skladi/knjižnice ControlNet?

Nekaj ​​priljubljenih komunikacijskih skladov/knjižnic ControlNet :

• Sklad Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet: Rockwell Automation je pomemben ponudnik rešitev za industrijsko avtomatizacijo in nadzor. Ponujajo komunikacijski sklad ControlNet, ki se običajno uporablja z njihovim ControlLogixom programabilni logični krmilniki (PLC) in druge naprave za avtomatizacijo.
• Sklad Anybus ControlNet: Anybus, blagovna znamka HMS Networks, zagotavlja komunikacijske sklade za različne industrijske protokole, vključno s ControlNet. Njihov sklad omogoča preprosto integracijo funkcionalnosti ControlNet v industrijske naprave.
• Mehčanje sklada ControlNet: Softing je še eno podjetje, ki ponuja industrijske komunikacijske rešitve. Ponujajo sklop ControlNet, ki razvijalcem omogoča implementacijo komunikacije ControlNet v njihove aplikacije.
• Komplet orodij CIP (Common Industrial Protocol): Komplet orodij CIP je zbirka orodij, vzorčne kode in dokumentacije, ki jih zagotavlja ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) za implementacijo protokolov, ki temeljijo na CIP, kot sta ControlNet in DeviceNet.
• Rešitve ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology ponuja različne industrijske komunikacijske rešitve, vključno z izdelki ControlNet in razvojnimi storitvami.

Preden izberete določen komunikacijski sklad/knjižnico ControlNet, upoštevajte naslednje dejavnike:

• Kompatibilnost: Zagotovite, da je sklad/knjižnica združljiva s strojno in programsko platformo vašega mikrokrmilnika.
• Podpora prodajalca: Preverite raven podpore, ki je na voljo za uporabljene sklade določenega prodajalca.

ControlNet proti Profibusu

The razlika med ControlNet in Profibu s so obravnavani spodaj.

Prednosti

The prednosti ControlN in vključujejo naslednje.

• ControlNet ima visoko hitrost.
• To omrežje ima determinističen prenos podatkov.
• Če je ControlNet pravilno urejen, je izjemno zanesljiv in stabilen.
• Ta protokol ima prilagodljive izbire topologije.
• Ima deterministično in ponovljivo zmogljivost za procesne in diskretne aplikacije;
• Sposoben je zamenjati ali odstraniti napajalna vozlišča na kateri koli omrežni točki
• Potrebuje manj vzdrževanja.
• Omogoča do 99 naprav za vsako vozlišče.
• Je zelo prilagodljiv in uporablja prefinjene podatke.

The slabosti ControlNeta vključujejo naslednje.

• Stroški strojne opreme so visoki.
• Odpravljanje težav je v primerjavi z drugimi protokoli zelo težko.
• Ne zagotavlja signala in napajanja v enem kablu.

Aplikacije

The aplikacije ControlNet vključujejo naslednje.

• ControlNet zagotavlja nadzor visoke hitrosti, zanesljiv & V/I prenos podatkov s programiranjem, ki nastavi logiko na določen čas nad omrežjem.
• To omrežje zagotavlja kritično sporočanje, ki ni odvisno od časovnega razporeda, ki ga je treba izvesti brez poseganja v prenos nadzora in V/I podatkov.
• Je odprt industrijski omrežni protokol, ki se uporablja v aplikacijah industrijske avtomatizacije,
• To so odprta nadzorna omrežja, ki preprosto izpolnjujejo zahtevne aplikacije v realnem času in z visoko prepustnostjo
• To zagotavlja tudi nadzorno mreženje znotraj diskretnih in procesnih aplikacij.
• Je načrtovano komunikacijsko omrežje, namenjeno predvsem izmenjavi cikličnih podatkov.
• To omrežje vam omogoča tudi nadzor velikih difuzijskih modelov za podporo dodatnim vhodnim pogojem.

Torej, to je pregled ControlNet . Je omrežni protokol, ki se uporablja v industrijskem sektorju. Rešitve interneta stvari in avtomatizacije potrebujejo višje hitrosti, več podatkov in dosledno ravnanje s podatki. Tako bo zaradi visoke hitrosti ControlNet uporaben v različnih aplikacijah, kot so nadzor zvara, sistemi za vid, robotika, nadzor gibanja itd. Ta protokol se uporablja v časovno občutljivih, redundantnih in determinističnih aplikacijah v primerjavi z Ethernet/DeviceNet. Th ta protokol deluje brez repetitorja do 1000 metrov, povezuje do 99 naprav, ima hitrost prenosa podatkov 5 Mbps in omogoča več topologij . Tukaj je vprašanje za vas, kaj je DeviceNet ?