ControlNet: Építészet, működés, különbségek és alkalmazásai

A ControlNet technológiát először 1995-ben fejlesztette ki a Rockwell Automation, mert igyekszik megelőzni a legújabb technológiai trendeket. Ezt követően ezt a nyílt ipari hálózati protokollt teljes egészében a ControlNet International kezelte. A ControlNet kezelése és támogatása azonban az ODVA-hoz (Open DeviceNet Vendors Association) került, így az kezeli az összes protokollok a Közös Ipari Protokoll családon belül. A ControlNet különféle funkciókat kínál, mint például valós idejű reteszelés, I/O sávszélesség, peer-to-peer üzenetküldés stb. A ControlNet hálózatot elsősorban a termelékenység növelésére tervezték az időkritikus alkalmazási adatátvitel során mind a gyártás, mind a folyamat során. automatizálás . Tehát ez a cikk rövid információkat tartalmaz a ControlNetről – architektúráról, működéséről és alkalmazásairól.

Mi az a ControlNet?

A ControlNet egy nyílt ipari hálózati protokoll, amely a CIP-et (Common Industrial Protocol) használja a magasabb rétegekhez héttől. az OSI modell rétegei . A ControlNet tervezői a szállítási réteg, a hálózati réteg, az adatkapcsolati és a fizikai réteg CIP-rétegeit a ControlNet hálózati követelményeihez igazították.

Ezt a protokollt elsősorban arra tervezték, hogy konzisztens, nagy sebességű vezérlést és I/O adatátvitelt biztosítson olyan programozással, amely a logikát egy adott időpontra állítja be a hálózat felett. Különféle eszközök kommunikálnak ezzel a hálózattal PLC-k (programozható logikai vezérlők) , HMI-k, I/O vázak, meghajtók, robotok és személyi számítógépek. Általában olyan alkalmazásokhoz használják, amelyek ütemezett kommunikációval kiválóan működnek.

Ennek a hálózatnak az adatátviteli sebessége 5 Mbps, és a három híres EtherNet/IP-n keresztüli hálózat középső tartományába esik, amely 10 Mbps – 1 Gbps, a DeviceNet pedig 125 és 500 Kbps között mozog.

ControlNet architektúra

A ControlNet protokollt ipari automatizálási alkalmazásokban használják. A ControlNet a CIP-t vagy a Common Industrial Protocolt használja a különböző OSI-rétegek közötti összekapcsolás megkönnyítésére. Ezt a protokollt úgy tervezték, hogy folyamatos adatátvitelt és nagy sebességű vezérlést biztosítson a programozáson keresztül. Így beállítja a logikát egy adott időzítéshez a hálózat felett, és segít a gyors adatátvitelben. Ez a hálózat különböző eszközöket tartalmaz, például PLC-ket, I/O-házat, személyi számítógépeket és illesztőprogramokat.

ControlNet csatlakozók és kábelek

Itt fontos megjegyezni, hogy a ControlNet RG-6 koaxiális kábeleket használ a BNC csatlakozókon keresztül. A ControlNetben használt csatlakozók a BNC csatlakozók. A BNC csatlakozó egy kicsi, könnyen csatlakoztatható vagy leválasztható RF csatlakozó, amelyet koaxiális kábelhez használnak. Ezt a csatlakozót elsősorban arra tervezték, hogy fenntartsa a kábel hasonló jellemző impedanciáját, beleértve az 50 ohmos és 75 ohmos típusokat is. Általában 2 GHz-ig és 500 V-ig terjedő RF és videó csatlakozásokhoz használják. Ezek a csatlakozók egyszerűen használhatók kicsi és nagyon kicsi koaxiális kábelekhez televízióban, rádióban és más RF elektronikus berendezésekben. Tehát általában olyan korai számítógépes hálózatokhoz használták őket, mint az IBM PC Network, az ARCnet és a 10BASE2 változat.

A ControlNet lehetővé teszi a kábel típusának kiválasztását, ahol ezek a kábelek rugalmas vagy közvetlen betemetéssel rendelkeznek. Ezenkívül ezeket a kábeleket bármilyen környezetben is használják. A ControlNet alternatívájaként léteznek különböző alkalmazások, amelyek nagyobb távolságot igényelnek, és optikai szálat (OFC) is használnak a kábelezésen belül. Itt nagyon fontos megjegyezni, hogy legfeljebb 99 csomópontot támogat a hálózaton keresztül.

A ControlNet csomópontjai egyszerűen egy MAC ID-címen keresztül kerülnek kiosztásra. Továbbá minden csomópont azonosítja az utód és az előd címét is. A ControlNet felületén elérhető minden csomópont főként ütemezett időt (token) tartalmaz. Tehát ebben a hálózatban egyszerre csak egy csomópont kerül továbbításra, ami végső soron elkerülheti az adatok ütközését a nem biztonságos javaslatok felvételéből. Ha a ControlNet megfelelően van elrendezve, rendkívül megbízható és stabil lehet. Ezenkívül hosszabb ideig kevesebb karbantartást igényel, mint a különböző ipari automatizálás alapú hálózatok.

ControlNet topológia

ControlNet topológiák a hálózat tervezése során a trunkline-dropline, tree vagy star.

Trunkline-Dropline topológia

A trönkvonal-drop vonal topológia csak egy vékony vagy vastag kábelt használ. A hálózati korlátok közötti fő távolság a kábel hosszától és az adatátviteli sebességtől függ. Ebben a topológiában a csomópontok közvetlenül csatlakoztathatók a fővonalhoz, egyébként rövid ágakon keresztül. Ez a topológia külön biztosít csavart érpárú buszokat a jel- és az áramelosztáshoz.

Fa topológia

A fa topológia egyfajta hálózati topológia, amely úgy néz ki, mint egy fa. Ez a topológia egy központi csomópontot tartalmaz, és minden csomópont egyszerűen ehhez a csomóponthoz kapcsolódik egyetlen sávon keresztül. Ennek a topológiának a fő előnyei: csillag és busz topológiák kombinációja, hibaészlelés, tartósság, eszköztámogatás, hálózatbővítés stb. Ezt a topológiát gyakran használják több eszköz, például számítógépek, nyomtatók stb. csatlakoztatására egy irodában vagy otthon. Ez a topológia segít buszhálózatok létrehozásában, ahol minden eszköz egyszerűen egy középső szerverhez csatlakozik.

Csillag topológia

A csillag topológia a hálózati topológia egy olyan típusa, ahol minden eszköz külön-külön csatlakozik egy központi csomóponthoz, az úgynevezett hubhoz/kapcsolóhoz. Ez a topológia úgy néz ki, mint egy csillag. Ez a topológia segít csökkenteni az átviteli vonal meghibásodásának hatását azáltal, hogy minden gazdagépet egymástól függetlenül csatlakoztat a hubhoz. Így minden host kommunikálhat az összes többivel a hub-tól való küldés és fogadás révén. Kérjük, tekintse meg ezt a linket, ha többet szeretne megtudni róla Csillag topológia .

Fizikai média

A ControlNet protokoll fizikai adathordozói főleg leágazásokat, szegmenseket, lezáró ellenállásokat, hidakat és jelismétlőket tartalmaznak, amelyeket alább tárgyalunk.

A csapok a fizikai adathordozók egyik fajtája, amely lehetővé teszi a csomópontok rögzítését a törzshöz egy cseppkábel segítségével. Ezek különböző típusokban állnak rendelkezésre, például T vagy Y, egyenes és derékszögű, amely rugalmasságot biztosít a ControlNet hálózat konfigurálásakor.

Mindegyik fővezeték végén egy 75Ω-os lezáró ellenállást használnak. A szegmensek és csapok néven ismert fővezeték-készlet minden végén lezáró ellenállással rendelkezik. Az egyes szegmensek hossza elsősorban a törzshöz csatlakoztatott eszközöktől függ.

Az átjátszók hasznosak a ControlNet hálózatok kiterjesztésében a szegmensek egyszerű összekapcsolásával.
A hidak olyan eszközök, amelyeket a hálózatok között kommunikációs kapcsolatként használnak. Ezek az eszközök továbbítják a hálózati csomaginformációkat.

Token Ring

A ControlNet csomópontjaihoz MAC ID-cím tartozik, ahol minden csomópont felismeri az utód- és elődcímét is. Itt minden csomópont tartalmaz egy ütemezett időt, amelyet egy token határoz meg. Amikor a csomópont uralja a tokent, akkor adatkereteket küld, amíg a token el nem éri az időkorlátot. Ezt követően létre lehet hozni egy új tokent, amely továbbadható a következő logikai utódnak.

Időzítés

A ControlNet időzítése NUT-val vagy hálózati frissítési idővel történik, amely állandó és ismétlődő időciklustól függ. A hálózati frissítési idő 2 és 100 msec között van beállítva, és három fő részből áll: ütemezett, nem ütemezett és védősáv. A ControlNetben a csomópontok olyan időzítőket tartalmaznak, amelyeket a NUT szinkronizál, amely következetesen választja el a belépési időt a csomópontok között.

Üzenetküldés

A ControlNet protokoll főként két típusú, összekapcsolt és nem csatlakoztatott üzenetküldést használ, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

Ebben a protokollban a kapcsolt üzenetküldés főként erőforrásokat használ minden csomópontban, amelyeket bizonyos célokra használnak, például a gyakori explicit üzenetek valós idejű I/O adatainak és tranzakcióinak átvitelét. A kapcsolat erőforrásait a kapcsolat nélküli üzenetkezelő segítségével elkülönítik és az elérhető kommunikációs szolgáltatásokkal rendezik.

A kapcsolat nélküli üzenetküldést a kapcsolat létrehozása során használják, valamint alacsony prioritású és ritka üzenetekhez is. Ez a fajta üzenetküldés mindig nem ütemezett sávszélességet használ, és az eszközön belüli nem csatlakoztatott erőforrásokat UCMM-nek (unconnected message manager) nevezik. A megfelelőségi nyilatkozat megszerzéséhez a ControlNet protokolltermékeknek szükségük van egy UCMM végrehajtására más típusú eszközöktől érkező kérések fogadásához.

Hogyan működik a ControlNet?

A ControlNetben egyszerre csak egy csomópont küldhető, ami megakadályozza az adatütközések előfordulását. Ha a csomópont leállítja a küldést és nem éri el a tokent, akkor a ControlNet olyan feltételeket írt bele, amelyek újra előállítják a tokent, és továbbítják a további logikai utódnak. A ControlNet egy nyílt vezérlőhálózat, amely megfelel a valós idejű és nagy áteresztőképességű alkalmazások igényeinek. Ez a protokoll támogatja az egyik vezérlő és a másik vezérlő közötti reteszelést, valamint a valós idejű I/O vezérlést, szelepeket és meghajtókat. A folyamat- és különálló alkalmazásokon belüli vezérlési hálózatot is biztosít.

Hogyan konfigurálhatok/kódolhatok egy mikrovezérlőt ControlNet csomópontként?

A mikrokontroller ControlNet csomópontként való konfigurálása magában foglalja a szükséges hardver- és szoftverkomponensek beállítását a ControlNet hálózaton keresztüli kommunikáció lehetővé tételéhez. Íme a mikrokontroller ControlNet csomópontként való konfigurálásának lépéseinek általános vázlata:

• Válasszon kompatibilis mikrokontrollert: Válasszon egy olyan mikrovezérlőt, amely támogatja a ControlNet protokollt, vagy rendelkezik a szükséges hardverfunkciókkal, mint például a CAN (Controller Area Network) interfész és egy kompatibilis adó-vevő.
• ControlNet kommunikációs verem beszerzése: Szerezze be a ControlNet kommunikációs veremét/könyvtárát a választott mikrovezérlőhöz. A verem biztosítja a szükséges funkciókat és protokollokat a ControlNet hálózaton keresztüli kommunikáció lehetővé tételéhez.
• Hardver beállítása:
  • Csatlakoztassa a mikrokontrollert egy ControlNet hálózathoz a CAN interfész segítségével. Ez általában azt jelenti, hogy a mikrokontroller CANH és CANL érintkezőit a CAN adó-vevő megfelelő érintkezőihez kell csatlakoztatni.
  • Biztosítsa a tápellátást és minden egyéb szükséges csatlakozást a mikrokontrollerhez a specifikációi szerint.
• Firmware fejlesztés:
  • Írja meg a mikrokontroller firmware-jét a kapott ControlNet kommunikációs verem/könyvtár segítségével. Ez a firmware kezeli a kommunikációt a ControlNet hálózattal.
  • Végezze el a szükséges funkciókat a ControlNet hálózat más eszközeivel való adatcsere kezeléséhez.
• Eszköz konfiguráció:
  • A ControlNet hálózat minden csomópontjához egyedi csomópontcím tartozik. Győződjön meg arról, hogy a mikrokontroller csomópontcíme megfelelően van konfigurálva. Ez a cím a hálózat csomópontjának azonosítására szolgál.
• Hálózati integráció:
  • Integrálja a mikrokontrollert a vezérlőrendszer többi részével. Ez magában foglalhatja az érzékelők, aktuátorok vagy más eszközök mikrokontrollerhez való csatlakoztatását, és annak meghatározását, hogy az hogyan kommunikáljon a teljes rendszerrel.

Melyek az elérhető ControlNet kommunikációs verem/könyvtár?

Néhány népszerű ControlNet kommunikációs verem/könyvtár :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: A Rockwell Automation az ipari automatizálási és vezérlési megoldások kiemelkedő szállítója. Olyan ControlNet kommunikációs veremet kínálnak, amelyet általában a ControlLogixukkal használnak programozható logikai vezérlők (PLC-k) és egyéb automatizálási eszközök.
• Anybus ControlNet Stack: Az Anybus, a HMS Networks márkája kommunikációs veremeket biztosít különféle ipari protokollokhoz, beleértve a ControlNet-et is. Veremük lehetővé teszi a ControlNet funkcióinak egyszerű integrálását az ipari eszközökbe.
• Softing ControlNet Stack: A Softing egy másik vállalat, amely ipari kommunikációs megoldásokat kínál. ControlNet-vermet kínálnak, amely lehetővé teszi a fejlesztők számára a ControlNet-kommunikáció megvalósítását alkalmazásaikban.
• CIP (Common Industrial Protocol) eszköztár: A CIP Toolkit az ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) által biztosított eszközök, mintakódok és dokumentáció gyűjteménye a CIP-alapú protokollok, például a ControlNet és a DeviceNet megvalósításához.
• ProSoft technológiai ControlNet megoldások: A ProSoft Technology különféle ipari kommunikációs megoldásokat kínál, beleértve a ControlNet termékeket és fejlesztési szolgáltatásokat.

Egy adott ControlNet kommunikációs verem/könyvtár kiválasztása előtt vegye figyelembe a következő tényezőket:

• Kompatibilitás: Győződjön meg arról, hogy a verem/könyvtár kompatibilis a mikrokontroller hardver- és szoftverplatformjával.
• Szállítói támogatás: Ellenőrizze az adott szállító által használt veremekhez elérhető támogatási szintet.

ControlNet vs Profibus

A különbség a ControlNet és a Profibu között s az alábbiakban tárgyaljuk.

Előnyök

A a ControlN előnyei et tartalmazza a következőket.

• A ControlNet nagy sebességű.
• Ez a hálózat determinisztikus adatátvitellel rendelkezik.
• A ControlNet megfelelően van elrendezve, így rendkívül megbízható és stabil.
• Ez a protokoll rugalmas topológia-választékkal rendelkezik.
• Determinisztikus és megismételhető teljesítménnyel rendelkezik mind folyamat-, mind diszkrét alkalmazásokhoz;
• Bármely hálózati ponton képes kicserélni vagy eltávolítani a tápellátásban lévő csomópontokat
• Kevesebb karbantartást igényel.
• Legfeljebb 99 eszközt tesz lehetővé minden csomóponthoz.
• Nagyon rugalmas és kifinomult adatokat használ.

A a ControlNet hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A hardver költsége magas.
• A hibaelhárítás más protokollokhoz képest nagyon nehéz.
• Nem ad jelet és tápellátást egyetlen kábelen.

Alkalmazások

A a ControlNet alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• A ControlNet nagy sebességű vezérlést, megbízható és I/O adatátvitelt biztosít olyan programozással, amely a logikát egy adott időpontra állítja be a hálózat felett.
• Ez a hálózat kritikus üzenetküldést biztosít, amely nem függ az időzítéstől, anélkül, hogy zavarná a vezérlési és I/O adatok átvitelét.
• Ez egy nyílt ipari hálózati protokoll, amelyet ipari automatizálási alkalmazásokban használnak,
• Ezek nyílt vezérlőhálózatok, amelyek egyszerűen kielégítik a valós idejű és nagy áteresztőképességű alkalmazásokat
• Ez vezérlési hálózatot is biztosít a diszkrét és folyamatalkalmazásokon belül.
• Ez egy ütemezett kommunikációs hálózat, amelyet elsősorban ciklikus adatok cseréjére terveztek.
• Ez a hálózat lehetővé teszi a nagy diffúziós modellek vezérlését az extra bemeneti feltételek támogatása érdekében.

Ez tehát az a ControlNet áttekintése . Ez egy ipari szektorban használt hálózati protokoll. Az IoT és az automatizálási megoldásoknak nagyobb sebességre, több adatra és következetes adatkezelésre van szükségük. Így a ControlNet gyors sebessége hasznossá teszi különféle alkalmazásokban, mint például hegesztési vezérlések, látórendszerek, robotika, mozgásvezérlés stb. Ezt a protokollt az Ethernet/DeviceNethez képest időérzékeny, redundáns és determinisztikus alkalmazásokban használják. Th A protokoll 1000 méterig átjátszó nélkül működik, akár 99 eszközt csatlakoztathat, 5 Mbps adatátviteli sebességgel rendelkezik és számos topológiát biztosít . Itt egy kérdés, hogy mi az DeviceNet ?