ControlNet: Arhitektura, rad, razlike i njegove primjene

Tehnologiju ControlNet prvi je put razvio Rockwell Automation 1995. godine jer nastoji biti ispred najnovijih tehnoloških trendova. Nakon toga, ovim otvorenim industrijskim mrežnim protokolom u potpunosti je upravljao ControlNet International. Međutim, upravljanje i podrška za ControlNet prebačeni su na ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) tako da upravlja svim protokoli unutar obitelji Common Industrial Protocol. ControlNet pruža različite značajke kao što su međusobno zaključavanje u stvarnom vremenu, I/O propusnost, peer-to-peer razmjena poruka, itd. ControlNet mreža je uglavnom dizajnirana za povećanje produktivnosti kroz vremenski kritičan prijenos podataka aplikacije za proizvodnju i proces automatizacija . Dakle, ovaj članak govori o kratkim informacijama o ControlNetu – arhitekturi, radu i njegovim aplikacijama.

Što je ControlNet?

ControlNet je otvoreni industrijski mrežni protokol koji koristi CIP (Common Industrial Protocol) za više slojeve od sedam slojeva OSI modela . Dizajneri ControlNeta prilagodili su CIP slojeve transportnog sloja, mrežnog sloja, podatkovne veze i fizičkog sloja kako bi odgovarali zahtjevima mreže ControlNet.

Ovaj protokol je uglavnom dizajniran za dosljednu, brzu kontrolu i I/O prijenos podataka s programiranjem koje postavlja logiku na određeno vrijeme iznad mreže. Postoje različiti uređaji koji komuniciraju s ovom mrežom PLC (programabilni logički kontroleri) , HMI-ovi, I/O šasije, pogoni, roboti i osobna računala. Obično se koristi za aplikacije koje izvrsno rade s planiranom komunikacijom.

Brzina prijenosa podataka ove mreže je 5 Mbps i nalazi se u srednjem rasponu od tri poznate mreže kroz EtherNet/IP koja se kreće od 10Mbps – 1Gbps & DeviceNet se kreće od 125 – 500 Kbps.

ControlNet arhitektura

Protokol ControlNet koristi se u aplikacijama industrijske automatizacije. ControlNet koristi CIP ili Common Industrial Protocol za olakšavanje međusobnog povezivanja između različitih OSI slojeva. Ovaj protokol dizajniran je za pružanje dosljednog prijenosa podataka i brze kontrole kroz programiranje. Tako da postavlja logiku na određeno vrijeme iznad mreže i pomaže u brzom prijenosu podataka. Ova mreža uključuje različite uređaje kao što su PLC-ovi, I/O šasije, osobna računala i upravljački programi.

ControlNet konektori i kabeli

Ovdje je značajno napomenuti da ControlNet koristi RG-6 koaksijalne kabele kroz BNC konektore. Konektori koji se koriste u ControlNet a BNC konektori. BNC konektor je mali RF konektor koji se lako spaja ili odvaja, a koristi se za koaksijalni kabel. Ovaj konektor je uglavnom dizajniran za održavanje slične karakteristične impedancije kabela, uključujući tipove od 50 ohma i 75 ohma. Općenito, koristi se za RF i video veze do oko 2 GHz i do 500 volti. Ovi se konektori jednostavno koriste s malim do vrlo malim koaksijalnim kabelima unutar televizije, radija i druge RF elektroničke opreme. Stoga su se obično koristili za rane računalne mreže kao što su IBM PC Network, ARCnet i varijanta 10BASE2.

ControlNet vam omogućuje da odaberete vrste kabela gdje ti kabeli imaju fleksibilnu ili izravnu prirodu ukopavanja. Osim toga, ovi se kabeli također koriste u bilo kojem okruženju. Alternativno za ControlNet, postoje različite aplikacije koje zahtijevaju veće udaljenosti i također koriste optička vlakna (OFC) unutar kabliranja. Ovdje je vrlo bitno napomenuti da podržava maksimalno 99 čvorova preko mreže.

Čvorovi u ControlNet-u jednostavno se dodjeljuju preko MAC ID adrese. Nadalje, svaki čvor također identificira adresu nasljednika i prethodnika. Svaki čvor koji je dostupan unutar sučelja ControlNeta uglavnom uključuje zakazano vrijeme (token). Dakle, u ovoj mreži, u jednom trenutku se prenosi samo jedan čvor čime bi se u konačnici izbjegle kolizije podataka od uzimanja nesigurnih prijedloga. Ako je ControlNet pravilno postavljen, može biti izuzetno pouzdan i stabilan. Nadalje, potrebno mu je manje održavanja tijekom duljeg razdoblja u usporedbi s različitim mrežama temeljenim na industrijskoj automatizaciji.

Topologija ControlNet

ControlNet topologije pri projektiranju mreže su trunkline-dropline, stablo ili zvijezda.

Trunkline-Dropline topologija

Topologija glavne linije-odvoda koristi samo jedan kabel, tanak ili debeli kabel. Glavna udaljenost između mrežnih ograničenja razlikuje se ovisno o duljini kabela i brzini podataka. U ovoj topologiji, čvorovi mogu biti izravno povezani s glavnom linijom inače preko kratkih grana. Ova topologija pruža sabirnice s upredenim paricama zasebno za distribuciju signala i snage.

Topologija stabla

Topologija stabla je jedna vrsta mrežne topologije koja izgleda kao stablo. Ova topologija uključuje jedan središnji čvor i svaki čvor je jednostavno povezan s tim čvorom kroz jednu traku. Glavne prednosti ove topologije su; kombinacija topologija zvijezda i sabirnica, otkrivanje pogreške, trajnost, podrška uređaja, rast mreže itd. Ova se topologija često koristi za povezivanje nekoliko uređaja poput računala, pisača itd. u uredu ili domu. Ova topologija pomaže u stvaranju sabirnih mreža, gdje god je svaki uređaj jednostavno spojen na srednji poslužitelj.

Topologija zvijezde

Zvjezdasta topologija vrsta je mrežne topologije u kojoj je svaki uređaj zasebno povezan sa središnjim čvorom koji se naziva hub/switch. Ova topologija izgleda kao zvijezda. Ova topologija pomaže u smanjenju utjecaja kvara dalekovoda neovisnim povezivanjem svakog glavnog računala prema čvorištu. Dakle, svaki host može komunicirati sa svim ostalim putem slanja i primanja iz čvorišta. pogledajte ovu vezu da biste saznali više o Topologija zvijezde .

Fizički mediji

Fizički medij ControlNet protokola uglavnom uključuje odvodnike, segmente, završne otpornike, mostove i repetitore o kojima se govori u nastavku.

Slavine su jedna od vrsta fizičkih medija koji vam omogućuju pričvršćivanje čvorova na prtljažnik uz pomoć padajućeg kabela. Dostupni su u različitim tipovima kao što su T ili Y, ravni i pod pravim kutom koji imaju fleksibilnost tijekom konfiguriranja ControlNet mreže.

Na svakom kraju glavnog kabela koristi se završni otpornik od 75Ω. Skup magistralnih kabela poznatih kao Segmenti i slavine imaju završne otpornike na svakom kraju. Duljina svakog segmenta uglavnom ovisi o povezanim uređajima na prtljažnik.

Ponavljači su korisni u proširenju ControlNet mreža jednostavnim povezivanjem između segmenata.
Mostovi su uređaji koji se koriste između mreža kao komunikacijske veze. Ovi uređaji prosljeđuju informacije o mrežnim paketima.

Prsten sa znakom

Čvorovima u ControlNet-u dodjeljuje se MAC ID adresa gdje svaki čvor također prepoznaje svoju adresu nasljednika i prethodnika. Ovdje svaki čvor uključuje zakazano vrijeme o kojem se odlučuje putem tokena. Kada čvor ima kontrolu nad tokenom, šalje podatkovne okvire sve dok token ne dosegne svoje vremensko ograničenje. Nakon toga se može formirati novi token koji se prosljeđuje sljedećem logičkom nasljedniku.

Vrijeme

ControlNet vrijeme se vrši pomoću NUT-a ili vremena mrežnog ažuriranja koje ovisi o trajnom &ponavljajućem vremenskom ciklusu. Vrijeme mrežnog ažuriranja postavljeno je na trajanje od 2 do 100 ms i uključuje tri glavna dijela planirano, neplanirano i zaštitni pojas. U ControlNetu, čvorovi uključuju mjerače vremena koje sinkronizira NUT koji dosljedno odvaja početno vrijeme među čvorovima.

Slanje poruka

Protokol ControlNet koristi uglavnom dvije vrste slanja poruka, povezane i nepovezane, o kojima se govori u nastavku.

Povezana razmjena poruka u ovom protokolu uglavnom koristi resurse u svakom čvoru koji se koriste u posebne svrhe poput prijenosa ili I/O podataka u stvarnom vremenu i transakcija čestih eksplicitnih poruka. Resursi veze su odvojeni i raspoređeni s dostupnim komunikacijskim uslugama pomoću nepovezanog upravitelja poruka.

Nepovezano slanje poruka koristi se u postupku uspostavljanja veze i također se koristi za poruke niskog prioriteta i rijetke poruke. Ova vrsta slanja poruka uvijek koristi neplaniranu propusnost, a nepovezani resursi unutar uređaja poznati su kao UCMM (upravitelj nepovezanih poruka). Da biste dobili izjavu o sukladnosti, potrebni su proizvodi ControlNet protokola za izvršavanje UCMM-a za prihvaćanje zahtjeva od drugih vrsta uređaja.

Kako ControlNet radi?

U ControlNet-u, samo jedan čvor može slati istovremeno što će spriječiti bilo kakve kolizije podataka. Jednom kada čvor prestane slati i ne stigne ispred tokena, tada ControlNet u njega upisuje uvjete koji će ponovno generirati token i prenijeti ga daljnjem logičkom nasljedniku. ControlNet je otvorena kontrolna mreža koja ispunjava zahtjeve aplikacija u stvarnom vremenu i visoke propusnosti. Ovaj protokol podržava međusobno blokiranje s jednog kontrolera na drugi kontroler i I/O kontrolu, ventile i pogone u stvarnom vremenu. Također pruža kontrolno umrežavanje unutar procesa i diskretnih aplikacija.

Kako konfigurirati/kodirati mikrokontroler kao ControlNet čvor  ?

Konfiguriranje mikrokontrolera kao ControlNet čvora uključuje postavljanje potrebnih hardverskih i softverskih komponenti za omogućavanje komunikacije preko ControlNet mreže. Ovdje je opći pregled koraka za konfiguriranje mikrokontrolera kao ControlNet čvora:

• Odaberite kompatibilni mikrokontroler: Odaberite mikrokontroler koji podržava ControlNet protokol ili ima potrebne hardverske značajke poput CAN (Controller Area Network) sučelja i kompatibilnog primopredajnika.
• Nabavite ControlNet komunikacijski stog: Nabavite ControlNet komunikacijski skup/biblioteku za odabrani mikrokontroler. Stog pruža potrebne funkcije i protokole za omogućavanje komunikacije preko ControlNet mreže.
• Postavljanje hardvera:
  • Spojite mikrokontroler na ControlNet mrežu pomoću CAN sučelja. To obično uključuje povezivanje CANH i CANL pinova mikrokontrolera s odgovarajućim pinovima CAN primopredajnika.
  • Osigurajte napajanje i sve druge potrebne veze s mikrokontrolerom prema njegovim specifikacijama.
• Razvoj firmvera:
  • Napišite firmware za mikrokontroler koristeći ControlNet komunikacijski stog/biblioteku koju ste nabavili. Ovaj firmware će upravljati komunikacijom s mrežom ControlNet.
  • Implementirajte potrebne funkcije za upravljanje razmjenom podataka s drugim uređajima na ControlNet mreži.
• Konfiguracija uređaja:
  • Svakom čvoru na ControlNet mreži dodijeljena je jedinstvena adresa čvora. Provjerite je li adresa čvora vašeg mikrokontrolera ispravno konfigurirana. Ova se adresa koristi za identifikaciju čvora na mreži.
• Mrežna integracija:
  • Integrirajte mikrokontroler s ostatkom svog upravljačkog sustava. To može uključivati ​​povezivanje senzora, aktuatora ili drugih uređaja s mikrokontrolerom i definiranje njegove interakcije s cjelokupnim sustavom.

Koji su dostupni ControlNet komunikacijski skupovi/biblioteke?

Neki od popularnih ControlNet komunikacijskih skupova/biblioteka :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet skup: Rockwell Automation je istaknuti dobavljač rješenja za industrijsku automatizaciju i kontrolu. Oni nude ControlNet komunikacijski skup koji se obično koristi s njihovim ControlLogixom programabilni logički kontroleri (PLC-ovi) i drugi uređaji za automatizaciju.
• Anybus ControlNet stog: Anybus, robna marka HMS Networksa, pruža komunikacijske skupove za razne industrijske protokole, uključujući ControlNet. Njihov skup omogućuje jednostavnu integraciju ControlNet funkcionalnosti u industrijske uređaje.
• Omekšavanje ControlNet skupa: Softing je još jedna tvrtka koja pruža industrijska komunikacijska rješenja. Oni nude skup ControlNet koji programerima omogućuje implementaciju ControlNet komunikacije u njihovim aplikacijama.
• Skup alata CIP (Common Industrial Protocol): CIP Toolkit zbirka je alata, uzorka koda i dokumentacije koju osigurava ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) za implementaciju protokola temeljenih na CIP-u kao što su ControlNet i DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet rješenja: ProSoft Technology nudi različita industrijska komunikacijska rješenja, uključujući ControlNet proizvode i razvojne usluge.

Prije odabira određenog ControlNet komunikacijskog skupa/biblioteke, razmotrite sljedeće čimbenike:

• Kompatibilnost: Provjerite je li hrpa/biblioteka kompatibilna s hardverskom i softverskom platformom vašeg mikrokontrolera.
• Podrška dobavljača: Provjerite dostupnu razinu podrške za hrpe koji se koriste od određenog dobavljača.

ControlNet protiv Profibusa

The razlika između ControlNeta i Profibua s se raspravlja u nastavku.

Prednosti

The prednosti ControlN et uključuje sljedeće.

• ControlNet ima veliku brzinu.
• Ova mreža ima deterministički prijenos podataka.
• Ako je ControlNet pravilno postavljen, izuzetno je pouzdan i stabilan.
• Ovaj protokol ima izbor fleksibilne topologije.
• Ima determinističke i ponovljive performanse za procesne i diskretne primjene;
• Sposoban je zamijeniti ili ukloniti čvorove u napajanju na bilo kojoj točki mreže
• Zahtijeva manje održavanja.
• Omogućuje do 99 uređaja za svaki čvor.
• Vrlo je fleksibilan i koristi sofisticirane podatke.

The nedostaci ControlNeta uključuju sljedeće.

• Cijena hardvera je visoka.
• Rješavanje problema je vrlo teško u usporedbi s drugim protokolima.
• Ne daje signal i napajanje u jednom kabelu.

Prijave

The aplikacije ControlNeta uključuju sljedeće.

• ControlNet pruža kontrolu velike brzine, pouzdan & I/O prijenos podataka s programiranjem koje postavlja logiku na određeno vrijeme iznad mreže.
• Ova mreža pruža kritične poruke koje ne ovise o vremenu koje treba izvesti bez ometanja prijenosa kontrole i I/O podataka.
• To je otvoreni industrijski mrežni protokol koji se koristi u aplikacijama industrijske automatizacije,
• To su otvorene kontrolne mreže koje jednostavno zadovoljavaju zahtjeve aplikacija u stvarnom vremenu i visoke propusnosti
• Ovo također omogućuje umrežavanje kontrole unutar diskretnih i procesnih aplikacija.
• To je planirana komunikacijska mreža uglavnom dizajnirana za razmjenu cikličkih podataka.
• Ova vam mreža također omogućuje kontrolu velikih difuzijskih modela za podršku dodatnim ulaznim uvjetima.

Dakle, ovo je pregled ControlNeta . To je mrežni protokol koji se koristi u industrijskom sektoru. Rješenja za internet stvari i automatizaciju trebaju veće brzine, više podataka i dosljedno rukovanje podacima. Dakle, velika brzina ControlNet-a učinit će ga korisnim u različitim primjenama kao što su kontrole zavarivanja, vizualni sustavi, robotika, kontrola pokreta itd. Ovaj se protokol koristi u vremenski osjetljivim, redundantnim i determinističkim aplikacijama u usporedbi s Ethernet/DeviceNet. Th Ovaj protokol radi bez repetitora do 1000 metara, povezuje do 99 uređaja, ima brzinu prijenosa podataka od 5 Mbps i nudi nekoliko topologija . Ovdje je pitanje za vas, što je DeviceNet ?