ControlNet: Архитектура, работа, разлики и нейните приложения

Технологията ControlNet е разработена за първи път през 1995 г. от Rockwell Automation, защото се стреми да изпревари последните технологични тенденции. След това този отворен индустриален мрежов протокол беше обработен изцяло от ControlNet International. Управлението и поддръжката на ControlNet обаче бяха прехвърлени на ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), така че да управлява всички протоколи в рамките на фамилията Common Industrial Protocol. ControlNet предоставя различни функции като взаимно заключване в реално време, I/O честотна лента, peer-to-peer съобщения и т.н. ControlNet мрежата е предназначена главно за повишаване на производителността по време на критичното за времето предаване на данни за приложения както за производство, така и за процес автоматизация . Така че тази статия обсъжда кратка информация за ControlNet – архитектура, работа и нейните приложения.

Какво е ControlNet?

ControlNet е отворен индустриален мрежов протокол, който използва CIP (Common Industrial Protocol) за по-високите слоеве от седем слоеве на OSI модела . Дизайнерите на ControlNet адаптираха CIP слоевете на транспортния слой, мрежовия слой, връзката за данни и физическия слой, за да отговарят на мрежовите изисквания на ControlNet.

Този протокол е предназначен основно за осигуряване на последователен, високоскоростен контрол и I/O трансфер на данни с програмиране, което задава логиката на определено време над мрежата. Има различни устройства, които се комуникират с тази мрежа PLC (програмируеми логически контролери) , HMI, I/O шасита, устройства, роботи и персонални компютри. Обикновено се използва за приложения, които работят отлично с планирани комуникации.

Скоростта на пренос на данни на тази мрежа е 5 Mbps и е в средата на трите известни мрежи чрез EtherNet/IP, която варира от 10Mbps – 1Gbps, а DeviceNet варира от 125 – 500 Kbps.

Архитектура на ControlNet

Протоколът ControlNet се използва в приложения за индустриална автоматизация. ControlNet използва CIP или Common Industrial Protocol за улесняване на взаимното свързване между различни OSI слоеве. Този протокол е предназначен да осигури последователен трансфер на данни и високоскоростен контрол чрез програмиране. Така че задава логиката на определено време над мрежата и помага за бързото прехвърляне на данни. Тази мрежа включва различни устройства като PLC, I/O шасита, персонални компютри и драйвери.

ControlNet конектори и кабели

Тук е важно да се отбележи, че ControlNet използва коаксиални кабели RG-6 през BNC конекторите. Конекторите, използвани в ControlNet a BNC конектори. BNC конекторът е малък лесно свързващ се или изключващ RF конектор, използван за коаксиален кабел. Този конектор е предназначен основно за поддържане на подобен характерен импеданс на кабела, включително видовете 50 ома и 75 ома. Обикновено се използва за RF и видео връзки до около 2 GHz и до 500 волта. Тези конектори се използват просто с малки до много малки коаксиални кабели в телевизионно, радио и друго радиочестотно електронно оборудване. Така че те обикновено са били използвани за ранни компютърни мрежи като IBM PC Network, ARCnet и варианта 10BASE2.

ControlNet ви позволява да изберете типовете кабели, когато тези кабели имат гъвкав или директен характер на вкопаване. В допълнение, тези кабели се използват и във всяка среда. Като алтернатива на ControlNet има различни приложения, които изискват по-големи разстояния и също използват оптично влакно (OFC) в рамките на окабеляването. Тук е много важно да се отбележи, че той поддържа максимум 99 възли в мрежата.

Възлите в ControlNet просто се разпределят чрез MAC ID адрес. Освен това всеки възел идентифицира и адреса на приемника и предшественика. Всеки възел, който е наличен в рамките на интерфейса на ControlNet, включва главно планирано време (токен). И така, в тази мрежа в даден момент се предава само един възел, което в крайна сметка ще избегне сблъсъци на данни от приемане на опасни предложения. Ако ControlNet е правилно подреден, той може да бъде изключително надежден и стабилен. Освен това се нуждае от по-малко поддръжка за по-дълъг период в сравнение с различни мрежи, базирани на промишлена автоматизация.

Топология на ControlNet

ControlNet топологии при проектирането на мрежата са магистрална линия-капка, дърво или звезда.

Топология на магистрална линия

Топологията на магистрална линия-спускаща линия използва само един тънък или дебел кабел. Основното разстояние между границите на мрежата се различава в зависимост от дължината на кабела и скоростта на данни. В тази топология възлите могат да бъдат директно свързани към главната линия в противен случай чрез къси разклонения. Тази топология осигурява шини с усукана двойка поотделно за разпределение на сигнал и мощност.

Дървовидна топология

Дървовидната топология е един вид мрежова топология, която прилича на дърво. Тази топология включва един централен възел и всеки възел е просто свързан с този възел в една лента. Основните предимства на тази топология са; комбинация от топологии звезда и шина, откриване на грешка, издръжливост, поддръжка на устройства, растеж на мрежата и т.н. Тази топология често се използва за свързване на няколко устройства като компютри, принтери и т.н. в офис или дом. Тази топология помага при създаването на автобусни мрежи, където всяко устройство е просто свързано към среден сървър.

Звездна топология

Топологията звезда е тип мрежова топология, при която всяко устройство е свързано поотделно към централен възел, наречен хъб/суич. Тази топология изглежда като звезда. Тази топология помага за намаляване на въздействието на повредата на преносната линия, като свързва независимо всеки хост към концентратора. По този начин всеки хост може да общува с всички останали чрез изпращане и получаване от концентратора. моля, вижте тази връзка, за да научите повече за Звездна топология .

Физически носители

Физическата среда на протокола ControlNet включва основно отводи, сегменти, крайни резистори, мостове и ретранслатори, които са обсъдени по-долу.

Крановете са един от видовете физически носители, които ви позволяват да фиксирате възли към багажника с помощта на падащ кабел. Предлагат се в различни типове като T или Y, прав и прав ъгъл, които имат гъвкавост при конфигуриране на мрежата ControlNet.

Във всеки край на магистралния кабел се използва терминиращ резистор 75Ω. Наборът от магистрални кабели, известни като сегменти и кранове, имат крайни резистори във всеки край. Дължината на всеки сегмент зависи главно от свързаните устройства към багажника.

Ретранслаторите са полезни при разширяване на мрежите ControlNet чрез просто свързване между сегментите.
Мостовете са устройства, използвани между мрежи като комуникационни връзки. Тези устройства препращат информация за мрежови пакети.

Token Ring

На възлите в ControlNet се присвоява MAC ID адрес, където всеки възел също разпознава своя наследник и предшестващ адрес. Тук всеки възел включва планирано време, което се определя чрез токен. Когато възелът има контрол върху токена, той изпраща кадри с данни, докато токенът достигне своето времево ограничение. След това може да се формира нов токен, който се предава на следващия логически наследник.

Време

Времето на ControlNet се извършва с NUT или време за актуализиране на мрежата, което зависи от постоянен &повтарящ се времеви цикъл. Времето за мрежова актуализация е зададено от 2 до 100 msec продължителност и включва три основни части, планирани, непланирани и защитна лента. В ControlNet възлите включват таймери, които се синхронизират от NUT, който последователно разделя входното време между възлите.

Съобщения

Протоколът ControlNet използва основно два типа съобщения, свързани и несвързани, които са обсъдени по-долу.

Свързаните съобщения в този протокол използват главно ресурси във всеки възел, които се използват за конкретни цели като прехвърляне на или в реално време I/O данни и транзакции на честото изрично съобщение. Ресурсите на връзката се отделят и подреждат с наличните комуникационни услуги с помощта на несвързания мениджър на съобщения.

Несвързаните съобщения се използват в процедурата за установяване на връзка и също така се използват за съобщения с нисък приоритет и редки съобщения. Този вид съобщения винаги използват непланирана честотна лента и несвързаните ресурси в рамките на дадено устройство са известни като UCMM (мениджър на несвързани съобщения). За да получите декларация за съответствие, продуктите на протокола ControlNet са необходими за изпълнение на UCMM за приемане на заявки от други типове устройства.

Как работи ControlNet?

В ControlNet само един възел може да се изпраща наведнъж, което ще предотврати възникването на сблъсъци на данни. След като възелът спре да изпраща и не изпревари токена, тогава ControlNet е написал условия в него, които ще генерират токена отново и ще го предадат на следващия логически наследник. ControlNet е отворена мрежа за управление, която отговаря на изискванията на приложенията в реално време и с висока производителност. Този протокол поддържа блокиране от един контролер към друг контролер и I/O управление в реално време, клапани и задвижвания. Той също така осигурява контролна мрежа в рамките на процеси и дискретни приложения.

Как да конфигурирам/кодирам микроконтролер като ControlNet възел  ?

Конфигурирането на микроконтролер като ControlNet възел включва настройване на необходимите хардуерни и софтуерни компоненти, за да се даде възможност за комуникация през мрежата ControlNet. Ето общо описание на стъпките за конфигуриране на микроконтролер като ControlNet възел:

• Изберете съвместим микроконтролер: Изберете микроконтролер, който поддържа протокола ControlNet или има необходимите хардуерни функции като CAN (Controller Area Network) интерфейс и съвместим трансивър.
• Получете комуникационен стек на ControlNet: Придобийте комуникационния стек/библиотека ControlNet за избрания от вас микроконтролер. Стекът осигурява необходимите функции и протоколи, за да позволи комуникация през мрежата ControlNet.
• Хардуерна настройка:
  • Свържете микроконтролера към мрежа ControlNet, като използвате CAN интерфейса. Това обикновено включва свързване на щифтовете CANH и CANL на микроконтролера към съответните щифтове на CAN трансивър.
  • Осигурете захранване и всички други необходими връзки към микроконтролера според неговите спецификации.
• Разработка на фърмуер:
  • Напишете фърмуера за микроконтролера, като използвате комуникационния стек/библиотека ControlNet, която сте получили. Този фърмуер ще управлява комуникацията с мрежата ControlNet.
  • Приложете необходимите функции за обработка на обмен на данни с други устройства в мрежата ControlNet.
• Конфигурация на устройството:
  • Всеки възел в мрежата ControlNet получава уникален адрес на възел. Уверете се, че адресът на възела на вашия микроконтролер е правилно конфигуриран. Този адрес се използва за идентифициране на възела в мрежата.
• Мрежова интеграция:
  • Интегрирайте микроконтролера с останалата част от вашата система за управление. Това може да включва свързване на сензори, задвижващи механизми или други устройства към микроконтролера и определяне на начина, по който той взаимодейства с цялостната система.

Какви са наличните комуникационни стекове/библиотеки на ControlNet?

Някои от популярните комуникационни стекове/библиотеки на ControlNet :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet стек: Rockwell Automation е виден доставчик на решения за индустриална автоматизация и контрол. Те предлагат комуникационен стек ControlNet, който обикновено се използва с техния ControlLogix програмируеми логически контролери (PLC) и други устройства за автоматизация.
• Anybus ControlNet стек: Anybus, марка на HMS Networks, предоставя комуникационни стекове за различни индустриални протоколи, включително ControlNet. Техният стек позволява лесно интегриране на функционалността на ControlNet в индустриални устройства.
• Омекотяване на стека ControlNet: Softing е друга компания, която предлага индустриални комуникационни решения. Те предлагат ControlNet стек, който позволява на разработчиците да внедрят ControlNet комуникация в своите приложения.
• CIP (Общ индустриален протокол) Инструментариум: CIP Toolkit е колекция от инструменти, примерен код и документация, предоставени от ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) за внедряване на базирани на CIP протоколи като ControlNet и DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet решения: ProSoft Technology предлага различни индустриални комуникационни решения, включително ControlNet продукти и услуги за разработка.

Преди да изберете конкретен комуникационен стек/библиотека на ControlNet, помислете за следните фактори:

• Съвместимост: Уверете се, че стекът/библиотеката е съвместим с хардуерната и софтуерната платформа на вашия микроконтролер.
• Поддръжка на доставчика: Проверете наличното ниво на поддръжка за използваните стекове от конкретния доставчик.

ControlNet срещу Profibus

The разлика между ControlNet и Profibu s са обсъдени по-долу.

Предимства

The предимства на ControlN и включват следното.

• ControlNet има висока скорост.
• Тази мрежа има детерминиран трансфер на данни.
• ControlNet е правилно подреден, тогава е изключително надежден и стабилен.
• Този протокол има гъвкав избор на топология.
• Има детерминистична и повторяема производителност както за процеси, така и за дискретни приложения;
• Той е в състояние да замени или премахне захранващите възли във всяка точка на мрежата
• Нуждае се от по-малко поддръжка.
• Позволява до 99 устройства за всеки възел.
• Той е много гъвкав и използва сложни данни.

The недостатъци на ControlNet включват следното.

• Цената на хардуера е висока.
• Отстраняването на неизправности е много трудно в сравнение с други протоколи.
• Не осигурява сигнал и захранване в един кабел.

Приложения

The приложения на ControlNet включват следното.

• ControlNet осигурява високоскоростен контрол, надеждно & I/O предаване на данни с програмиране, което задава логиката към определено време над мрежата.
• Тази мрежа предоставя критични съобщения, които не зависят от времето, за да бъдат изпълнени, без да се намесва в прехвърлянето на контролни и I/O данни.
• Това е отворен индустриален мрежов протокол, използван в приложения за индустриална автоматизация,
• Това са отворени мрежи за управление, които просто отговарят на приложенията в реално време и с висока производителност
• Това също осигурява контролна мрежа в рамките на дискретни и процесни приложения.
• Това е планирана комуникационна мрежа, предназначена главно за обмен на циклични данни.
• Тази мрежа също така ви позволява да контролирате големи дифузионни модели за поддържане на допълнителни входни условия.

По този начин, това е преглед на ControlNet . Това е мрежов протокол, използван в индустриалния сектор. Решенията за интернет на нещата и автоматизация се нуждаят от по-високи скорости, повече данни и последователна обработка на данни. Така че бързата скорост на ControlNet ще го направи полезен в различни приложения като управление на заварки, системи за визуализация, роботика, управление на движение и т.н. Този протокол се използва в чувствителни към времето, излишни и детерминистични приложения в сравнение с Ethernet/DeviceNet. Th този протокол работи без повторител до 1000 метра, свързва до 99 устройства, има 5 Mbps скорост на трансфер на данни и предоставя няколко топологии . Ето един въпрос към вас, какво е DeviceNet ?