ControlNet : Arkitektur, arbete, skillnader och dess tillämpningar

ControlNet-teknologin utvecklades först år 1995 av Rockwell Automation eftersom den strävar efter att ligga före de senaste tekniktrenderna. Därefter hanterades detta öppna industriella nätverksprotokoll helt av ControlNet International. Styrningen och supporten av ControlNet överfördes dock till ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) så att den hanterar alla protokoll inom familjen Common Industrial Protocol. ControlNet tillhandahåller olika funktioner som förregling i realtid, I/O-bandbredd, peer-to-peer-meddelanden, etc. ControlNet-nätverket är huvudsakligen utformat för att förbättra produktiviteten under den tidskritiska applikationsdataöverföringen för både tillverkning och process automatisering . Så den här artikeln diskuterar kort information om ControlNet – arkitektur, arbete och dess applikationer.

Vad är ControlNet?

ControlNet är ett öppet industriellt nätverksprotokoll som använder CIP (Common Industrial Protocol) för de högre lagren från sju lager av OSI-modellen . ControlNet-designerna anpassade CIP-lagren i transportlagret, nätverkslagret, datalänken och det fysiska lagret för att passa ControlNet-nätverkets krav.

Detta protokoll var huvudsakligen utformat för att ge konsekvent höghastighetskontroll & I/O-dataöverföring med programmering som ställer in logiken till en viss tid ovanför nätverket. Det finns olika enheter som kommuniceras med detta nätverk PLC:er (Programmerbara Logic Controllers) , HMI, I/O-chassi, enheter, robotar och persondatorer. Det används normalt för applikationer som fungerar utmärkt med schemalagd kommunikation.

Dataöverföringshastigheten för detta nätverk är 5 Mbps och ligger i mellanintervallet av de tre kända nätverken via EtherNet/IP som sträcker sig från 10 Mbps – 1 Gbps & DeviceNet sträcker sig från 125 – 500 Kbps.

ControlNet-arkitektur

ControlNet-protokollet används i industriella automationsapplikationer. ControlNet använder CIP eller Common Industrial Protocol för att underlätta sammankoppling mellan olika OSI-lager. Detta protokoll är utformat för att ge konsekvent dataöverföring och höghastighetskontroll genom programmeringen. Så att den ställer in logiken till en viss timing ovanför nätverket och hjälper till med snabb dataöverföring. Detta nätverk innehåller olika enheter såsom PLC:er, I/O-chassi, persondatorer och drivrutiner.

ControlNet-kontakter och kablar

Här är det viktigt att notera att ControlNet använder RG-6 koaxialkablar genom BNC-kontakterna. Kontakterna som används i ControlNet och BNC-kontakter. BNC-kontakten är en liten RF-kontakt som är lätt att ansluta eller koppla från, som används för koaxialkabel. Denna kontakt är huvudsakligen utformad för att bibehålla kabelns liknande karakteristiska impedans inklusive 50 ohm och 75 ohm typer som tillverkas. I allmänhet används den för RF- och videoanslutningar upp till cirka 2 GHz och upp till 500 volt. Dessa kontakter används helt enkelt med små till mycket små koaxialkablar inom TV, radio och annan elektronisk RF-utrustning. Så de användes normalt för tidiga datornätverk som IBM PC Network, ARCnet och 10BASE2-varianten.

ControlNet låter dig välja vilken typ av kabel där dessa kablar har flexibel eller direkt nedgrävning. Dessutom används dessa kablar även i alla miljöer. Alternativt för ControlNet finns det olika applikationer som kräver längre avstånd och även använder optisk fiber (OFC) i kablaget. Här är det mycket viktigt att notera att den stöder maximalt 99 noder över nätverket.

Noderna i ControlNet tilldelas helt enkelt via en MAC ID-adress. Dessutom identifierar varje nod även efterträdarens och föregångarens adress. Varje nod som är tillgänglig i ControlNets gränssnitt inkluderar huvudsakligen en schemalagd tid (token). Så i detta nätverk sänds bara en nod åt gången, vilket i slutändan skulle undvika att kollisioner av data tar osäkra förslag. Om ControlNet är korrekt arrangerat kan det vara extremt pålitligt och stabilt. Dessutom behöver den mindre underhåll över en längre period jämfört med olika industriella automationsbaserade nätverk.

ControlNet Topologi

ControlNet topologier när du utformar nätverket är trunkline-dropline, träd eller stjärna.

Trunkline-Dropline Topologi

Trunk line-drop line topologin använder endast en tunn eller tjock kabel. Huvudavståndet mellan nätverksgränserna skiljer sig med kabelns längd och datahastighet. I denna topologi kan noderna kopplas direkt till huvudlinjen annars genom korta grenar. Denna topologi tillhandahåller tvinnade parbussar separat för både signal- och effektdistribution.

Trädtopologi

Trädtopologi är en typ av nätverkstopologi som ser ut som ett träd. Denna topologi inkluderar en central nod och varje nod är helt enkelt ansluten till denna nod genom ett enda körfält. De främsta fördelarna med denna topologi är; en kombination av stjärn- och busstopologier, upptäckt av ett fel, hållbarhet, enhetsstöd, nätverkstillväxt, etc. Denna topologi används ofta för att ansluta flera enheter som datorer, skrivare, etc på ett kontor eller i hemmet. Denna topologi hjälper till att skapa bussnätverk, varhelst varje enhet helt enkelt är ansluten till en mellanserver.

Stjärntopologi

Stjärntopologi är en typ av nätverkstopologi där varje enhet är ansluten individuellt till en central nod, kallad hubb/switch. Denna topologi ser ut som en stjärna. Denna topologi hjälper till att minska påverkan på överföringsledningsfel genom att ansluta varje värd oberoende mot hubben. Således kan varje värd kommunicera med alla andra genom att skicka och ta emot från navet. vänligen se denna länk för att veta mer om Stjärntopologi .

Fysiska medier

ControlNet-protokollets fysiska media inkluderar huvudsakligen Taps, Segment, Terminating resistors, Bridges & Repeaters som diskuteras nedan.

Kranar är en av de typer av fysiska medier som gör att du kan fixera noder till stammen med hjälp av en droppkabel. Dessa finns i olika typer som T eller Y, rak och rät vinkel som har flexibilitet när du konfigurerar ControlNet-nätverket.

Vid varje trunkkabelände används ett 75Ω termineringsmotstånd. Uppsättningen stamkablar som kallas Segment & taps har termineringsmotstånd i varje ände. Varje segmentlängd beror huvudsakligen på anslutna enheter till stammen.

Repeaters är användbara för att utöka ControlNet-nätverken genom att helt enkelt ansluta mellan segmenten.
Broar är enheter som används mellan nätverk som kommunikationsförbindelser. Dessa enheter vidarebefordrar nätverkspaketinformation.

Token Ring

Noderna i ControlNet tilldelas en MAC ID-adress där varje nod också känner igen sin efterträdare och föregångare. Här inkluderar varje nod en schemalagd tid som bestäms genom en token. När noden har kontroll över token, skickar den dataramar tills token når sin tidsgräns. Därefter kan en ny token bildas som skickas vidare till nästa logiska efterträdare.

Timing

ControlNet-timingen görs med en NUT- eller nätverksuppdateringstid som beror på en permanent &repetitiv tidscykel. Nätverksuppdateringstiden är inställd från 2 till 100 msek och den inkluderar tre huvuddelar schemalagda, oplanerade och skyddsband. I ControlNet inkluderar noderna timers som är synkroniserade av NUT som separerar entrétiden mellan noderna konsekvent.

Meddelanden

ControlNet-protokollet använder huvudsakligen två typer av meddelanden anslutna och oanslutna som diskuteras nedan.

Ansluten meddelandehantering i detta protokoll använder huvudsakligen resurser i varje nod som används för särskilda ändamål som överföring av eller realtids-I/O-data och transaktioner av det ofta explicita meddelandet. En anslutnings resurser sätts åt sidan och ordnas med tillgängliga kommunikationstjänster med hjälp av den oanslutna meddelandehanteraren.

Oanslutna meddelanden används i upprättandet av anslutning och används också för lågprioriterade och sällsynta meddelanden. Den här typen av meddelanden använder alltid oplanerad bandbredd och de oanslutna resurserna inom en enhet kallas UCMM (unconnected message manager). För att få en överensstämmelsedeklaration krävs ControlNet-protokollprodukter för att exekvera en UCMM för att acceptera förfrågningar från andra typer av enheter.

Hur fungerar ControlNet?

I ControlNet kan bara en nod skickas åt gången vilket kommer att förhindra att datakollisioner inträffar. När noden slutar skicka och inte kommer före token, har ControlNet skrivit in villkor i den som kommer att generera token igen och överföra den till den ytterligare logiska efterföljaren. ControlNet är ett öppet kontrollnätverk som uppfyller applikationskraven i realtid och med hög genomströmning. Detta protokoll stöder förregling från en styrenhet till en annan styrenhet & realtids I/O-styrning, ventiler och drivenheter. Det tillhandahåller också kontrollnätverk inom process- och diskreta applikationer.

Hur konfigurerar/kodar man en mikrokontroller som en ControlNet-nod?

Att konfigurera en mikrokontroller som en ControlNet-nod innebär att man ställer in nödvändiga hårdvaru- och mjukvarukomponenter för att möjliggöra kommunikation över ControlNet-nätverket. Här är en allmän översikt över stegen för att konfigurera en mikrokontroller som en ControlNet-nod:

• Välj en kompatibel mikrokontroller: Välj en mikrokontroller som stöder ControlNet-protokollet eller som har nödvändiga hårdvarufunktioner som CAN-gränssnitt (Controller Area Network) och en kompatibel transceiver.
• Skaffa ControlNet kommunikationsstack: Skaffa ControlNet-kommunikationsstacken/biblioteket för din valda mikrokontroller. Stacken tillhandahåller de nödvändiga funktionerna och protokollen för att möjliggöra kommunikation över ControlNet-nätverket.
• Hårdvaruinställningar:
  • Anslut mikrokontrollern till ett ControlNet-nätverk med CAN-gränssnittet. Detta involverar vanligtvis att ansluta CANH- och CANL-stiften på mikrokontrollern till motsvarande stift på en CAN-sändtagare.
  • Tillhandahåll strömförsörjning och andra nödvändiga anslutningar till mikrokontrollern enligt dess specifikationer.
• Firmware utveckling:
  • Skriv den fasta programvaran för mikrokontrollern med hjälp av ControlNet-kommunikationsstacken/biblioteket du fick. Denna firmware kommer att hantera kommunikationen med ControlNet-nätverket.
  • Implementera nödvändiga funktioner för att hantera datautbyte med andra enheter i ControlNet-nätverket.
• Enhetskonfiguration:
  • Varje nod på ControlNet-nätverket tilldelas en unik nodadress. Se till att din mikrokontrollers nodadress är korrekt konfigurerad. Denna adress används för att identifiera noden på nätverket.
• Nätverksintegration:
  • Integrera mikrokontrollern med resten av ditt kontrollsystem. Detta kan involvera att ansluta sensorer, ställdon eller andra enheter till mikrokontrollern och definiera hur den interagerar med det övergripande systemet.

Vilka är de tillgängliga ControlNet-kommunikationsstacken/biblioteket?

Några av de populära ControlNet kommunikationsstackarna/biblioteken :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation är en framstående leverantör av industriella automations- och styrlösningar. De erbjuder en ControlNet-kommunikationsstack som vanligtvis används med deras ControlLogix programmerbara logiska styrenheter (PLC) och andra automationsanordningar.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, ett varumärke av HMS Networks, tillhandahåller kommunikationsstackar för olika industriella protokoll, inklusive ControlNet. Deras stack möjliggör enkel integrering av ControlNet-funktionalitet i industriella enheter.
• Mjukgör ControlNet Stack: Softing är ett annat företag som tillhandahåller industriella kommunikationslösningar. De erbjuder en ControlNet-stack som gör det möjligt för utvecklare att implementera ControlNet-kommunikation i sina applikationer.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: CIP Toolkit är en samling verktyg, exempelkod och dokumentation som tillhandahålls av ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) för implementering av CIP-baserade protokoll som ControlNet och DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet Solutions: ProSoft Technology erbjuder olika industriella kommunikationslösningar, inklusive ControlNet-produkter och utvecklingstjänster.

Tänk på följande faktorer innan du väljer en specifik ControlNet-kommunikationsstack/-bibliotek:

• Kompatibilitet: Se till att stacken/biblioteket är kompatibelt med din mikrokontrollers hård- och mjukvaruplattform.
• Leverantörssupport: Kontrollera nivån på tillgänglig support för stackarna som används från den specifika leverantören.

ControlNet vs Profibus

De skillnad mellan ControlNet och Profibu s diskuteras nedan.

Fördelar

De fördelarna med ControlN och inkluderar följande.

• ControlNet har hög hastighet.
• Detta nätverk har deterministisk dataöverföring.
• ControlNet är ordentligt arrangerat då det är extremt pålitligt och stabilt.
• Detta protokoll har flexibla topologival.
• Den har deterministisk och repeterbar prestanda för både process- och diskreta applikationer;
• Den kan ersätta eller ta bort noder i kraft vid vilken nätverkspunkt som helst
• Den kräver mindre underhåll.
• Det tillåter upp till 99 enheter för varje nod.
• Det är mycket flexibelt och använder sofistikerad data.

De nackdelar med ControlNet inkluderar följande.

• Hårdvarukostnaden är hög.
• Felsökning är mycket svårt jämfört med andra protokoll.
• Den ger inte signal och ström i en enda kabel.

Ansökningar

De applikationer för ControlNet inkluderar följande.

• ControlNet ger höghastighetskontroll, tillförlitlig & I/O-dataöverföring med programmering som ställer in logiken till en viss tid ovanför nätverket.
• Detta nätverk tillhandahåller kritiska meddelanden som inte är beroende av timing som ska utföras utan att störa överföringen av kontroll- och I/O-data.
• Det är ett öppet industriellt nätverksprotokoll som används i industriella automationsapplikationer,
• Dessa är öppna kontrollnätverk som helt enkelt uppfyller kraven i realtid och hög genomströmning
• Detta ger också kontrollnätverk inom diskreta och processapplikationer.
• Det är ett schemalagt kommunikationsnätverk huvudsakligen utformat för att utbyta cyklisk data.
• Detta nätverk låter dig också styra stora diffusionsmodeller för att stödja extra ingångsförhållanden.

Detta är alltså en översikt över ett ControlNet . Det är ett nätverksprotokoll som används inom industrisektorn. IoT- och automationslösningar kräver högre hastigheter, mer data och konsekvent datahantering. Så den snabba hastigheten på ControlNet kommer att göra det användbart i olika applikationer som svetskontroller, visionsystem, robotik, rörelsekontroll, etc. Detta protokoll används i tidskänsliga, redundanta och deterministiska applikationer jämfört med Ethernet/DeviceNet. Th protokollet fungerar utan repeater upp till 1000 meter, ansluter upp till 99 enheter, har en dataöverföringshastighet på 5 Mbps och ger flera topologier . Här är en fråga till dig, vad är det DeviceNet ?