ControlNet : Arkitektur, arbeid, forskjeller og applikasjoner

ControlNet-teknologien ble først utviklet i 1995 av Rockwell Automation fordi den streber etter å være i forkant av de siste teknologitrendene. Etter det ble denne åpne industrielle nettverksprotokollen håndtert fullstendig av ControlNet International. Imidlertid ble administrasjonen og støtten til ControlNet overført til ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) slik at den håndterer alle protokoller innenfor Common Industrial Protocol-familien. ControlNet tilbyr forskjellige funksjoner som forrigling i sanntid, I/O-båndbredde, peer-to-peer-meldinger osv. ControlNet-nettverket er hovedsakelig designet for å øke produktiviteten gjennom den tidskritiske applikasjonsdataoverføringen for både produksjon og prosess automasjon . Så denne artikkelen diskuterer kort informasjon om ControlNet - arkitektur, arbeid og dets applikasjoner.

Hva er ControlNet?

ControlNet er en åpen industrinettverksprotokoll som bruker CIP (Common Industrial Protocol) for de høyere lagene fra syv lag av OSI-modellen . ControlNet-designerne tilpasset CIP-lagene til transportlaget, nettverkslaget, datalinken og det fysiske laget for å passe til ControlNet-nettverkskravene.

Denne protokollen ble hovedsakelig designet for å gi konsistent, høyhastighets kontroll og I/O-dataoverføring med programmering som setter logikken til et bestemt tidspunkt over nettverket. Det er forskjellige enheter som kommuniseres med dette nettverket PLS-er (programmerbare logiske kontroller) , HMI-er, I/O-chassis, stasjoner, roboter og personlige datamaskiner. Det brukes vanligvis for applikasjoner som fungerer utmerket med planlagt kommunikasjon.

Dataoverføringshastigheten til dette nettverket er 5 Mbps og er i mellomområdet av de tre kjente nettverkene gjennom EtherNet/IP som varierer fra 10 Mbps – 1 Gbps og DeviceNet varierer fra 125 – 500 Kbps.

ControlNet-arkitektur

ControlNet-protokollen brukes i industrielle automasjonsapplikasjoner. ControlNet bruker CIP eller Common Industrial Protocol for å lette sammenkobling mellom forskjellige OSI-lag. Denne protokollen er designet for å gi konsistent dataoverføring og høyhastighetskontroll gjennom programmeringen. Slik at den setter logikken til en bestemt timing over nettverket og hjelper til med rask dataoverføring. Dette nettverket inkluderer forskjellige enheter som PLS-er, I/O-chassis, personlige datamaskiner og drivere.

ControlNet-kontakter og -kabler

Her er det viktig å merke seg at ControlNet bruker RG-6 koaksialkabler gjennom BNC-kontaktene. Kontaktene som brukes i ControlNet og BNC-kontakter. BNC-kontakten er en liten RF-kontakt som enkelt kan kobles til eller fra, brukt for koaksialkabel. Denne kontakten er hovedsakelig designet for å opprettholde kabelens lignende karakteristiske impedans, inkludert 50 ohm og 75 ohm typer som lages. Vanligvis brukes den for RF- og videotilkoblinger opp til ca. 2 GHz og opptil 500 volt. Disse kontaktene brukes ganske enkelt med små til veldig små koaksialkabler innenfor TV, radio og annet RF elektronisk utstyr. Så de ble normalt brukt for tidlige datanettverk som IBM PC Network, ARCnet og 10BASE2-varianten.

ControlNet lar deg velge hvilke typer kabel der disse kablene har fleksibel eller direkte nedgravningskarakter. I tillegg brukes disse kablene også i alle miljøer. Alternativt for ControlNet er det forskjellige applikasjoner som krever lengre avstander og som også bruker optisk fiber (OFC) i kablingen. Her er det veldig viktig å merke seg at den støtter maksimalt 99 noder over nettverket.

Nodene i ControlNet tildeles ganske enkelt gjennom en MAC ID-adresse. Videre identifiserer hver node også etterfølger- og forgjengeradressen. Hver node som er tilgjengelig i grensesnittet til ControlNet inkluderer hovedsakelig en planlagt tid (token). Så i dette nettverket blir bare én node overført om gangen, noe som til slutt vil unngå at datakollisjoner tar usikre forslag. Hvis ControlNet er riktig arrangert, kan det være ekstremt pålitelig og stabilt. Videre trenger den mindre vedlikehold over en lengre periode sammenlignet med forskjellige industrielle automasjonsbaserte nettverk.

ControlNet Topologi

ControlNet topologier mens utformingen av nettverket er trunkline-dropline, tre eller stjerne.

Trunkline-Dropline Topologi

Trunk line-drop line-topologien bruker bare én tynn eller tykk kabel. Hovedavstanden mellom nettverksgrensene varierer med lengden på kabelen og datahastigheten. I denne topologien kan nodene kobles direkte til hovedlinjen ellers gjennom korte grener. Denne topologien gir tvunnet par busser separat for både signal- og strømdistribusjon.

Tretopologi

Tretopologi er en type nettverkstopologi som ser ut som et tre. Denne topologien inkluderer en sentral node, og hver node er ganske enkelt koblet til denne noden gjennom en enkelt bane. Hovedfordelene med denne topologien er; en kombinasjon av stjerne- og busstopologier, deteksjon av feil, holdbarhet, enhetsstøtte, nettverksvekst osv. Denne topologien brukes ofte for å koble sammen flere enheter som datamaskiner, skrivere osv. på et kontor eller hjemme. Denne topologien hjelper til med å lage bussnettverk, uansett hvor hver enhet bare er koblet til en mellomserver.

Stjernetopologi

Stjernetopologi er en type nettverkstopologi der hver enhet er koblet individuelt til en sentral node, kalt hub/switch. Denne topologien ser ut som en stjerne. Denne topologien hjelper til med å redusere effekt på overføringslinjefeil ved å koble hver vert uavhengig mot huben. Dermed kan hver vert kommunisere med alle andre gjennom å sende og motta fra huben. vennligst se denne lenken for å vite mer om Stjernetopologi .

Fysiske medier

De fysiske mediene i ControlNet-protokollen inkluderer hovedsakelig trykk, segmenter, termineringsmotstander, broer og gjentakere som diskuteres nedenfor.

Kraner er en av typene fysiske medier som lar deg fikse noder til bagasjerommet ved hjelp av en fallkabel. Disse er tilgjengelige i forskjellige typer som T eller Y, rett og rett vinkel som har fleksibilitet mens du konfigurerer ControlNet-nettverket.

I hver trunkkabelende brukes en 75Ω termineringsmotstand. Settet med stammekabler kjent som Segments & taps har termineringsmotstander i hver ende. Hver segmentlengde avhenger hovedsakelig av tilkoblede enheter til bagasjerommet.

Repeatere er nyttige for å utvide ControlNet-nettverkene ved ganske enkelt å koble seg til segmentene.
Broer er enheter som brukes mellom nettverk som kommunikasjonsforbindelser. Disse enhetene videresender nettverkspakkeinformasjon.

Token Ring

Nodene i ControlNet er tildelt en MAC ID-adresse hvor hver node også gjenkjenner sin etterfølger og forgjenger adresse. Her inkluderer hver node en planlagt tid som bestemmes gjennom et token. Når noden har kontroll over tokenet, sender den datarammer til tokenet når sin tidsbegrensning. Etter det kan det dannes et nytt token som sendes videre til neste logiske etterfølger.

Timing

ControlNet-timingen gjøres med en NUT eller Network Update Time som avhenger av en permanent og repeterende tidssyklus. Nettverksoppdateringstiden er satt fra 2 til 100 msek varighet, og den inkluderer tre hoveddeler planlagt, uplanlagt og vaktbånd. I ControlNet inkluderer nodene timere som er synkronisert av NUT som skiller inngangstiden mellom nodene konsekvent.

Meldinger

ControlNet-protokollen bruker hovedsakelig to typer meldinger tilkoblet og ikke-tilkoblet, som diskuteres nedenfor.

Tilkoblede meldinger i denne protokollen bruker hovedsakelig ressurser i hver node som brukes til spesielle formål som overføring av eller sanntids I/O-data og transaksjoner av den hyppige eksplisitte meldingen. Ressursene til en tilkobling settes til side og ordnes med tilgjengelige kommunikasjonstjenester ved å bruke den ikke-tilkoblede meldingsbehandleren.

Utilkoblede meldinger brukes i etableringsprosedyren for tilkobling, og den brukes også for lavprioriterte og sjeldne meldinger. Denne typen meldinger bruker alltid uplanlagt båndbredde, og de ikke-tilkoblede ressursene i en enhet er kjent som UCMM (utilkoblet meldingsbehandling). For å få en samsvarserklæring, er ControlNet-protokollprodukter nødvendige for å utføre en UCMM for å akseptere forespørsler fra andre typer enheter.

Hvordan fungerer ControlNet?

I ControlNet kan bare én node sendes om gangen, noe som vil forhindre at datakollisjoner oppstår. Når noden slutter å sende og ikke kommer i forkant av tokenet, har ControlNet skrevet betingelser inn i det som vil generere tokenet igjen og overføre det til den videre logiske etterfølgeren. ControlNet er et åpent kontrollnettverk som oppfyller applikasjonskrav i sanntid og høy gjennomstrømning. Denne protokollen støtter sammenlåsing fra én kontroller til en annen kontroller og sanntids I/O-kontroll, ventiler og stasjoner. Det gir også kontrollnettverk innenfor prosess- og diskrete applikasjoner.

Hvordan konfigurere/kode en mikrokontroller som en ControlNet-node?

Konfigurering av en mikrokontroller som en ControlNet-node innebærer å sette opp de nødvendige maskinvare- og programvarekomponentene for å muliggjøre kommunikasjon over ControlNet-nettverket. Her er en generell oversikt over trinnene for å konfigurere en mikrokontroller som en ControlNet-node:

• Velg en kompatibel mikrokontroller: Velg en mikrokontroller som støtter ControlNet-protokollen eller har de nødvendige maskinvarefunksjonene som CAN-grensesnitt (Controller Area Network) og en kompatibel transceiver.
• Skaff ControlNet kommunikasjonsstabel: Skaff deg ControlNet-kommunikasjonsstabelen/-biblioteket for din valgte mikrokontroller. Stabelen gir de nødvendige funksjonene og protokollene for å muliggjøre kommunikasjon over ControlNet-nettverket.
• Maskinvareoppsett:
  • Koble mikrokontrolleren til et ControlNet-nettverk ved hjelp av CAN-grensesnittet. Dette innebærer vanligvis å koble CANH- og CANL-pinnene til mikrokontrolleren til de tilsvarende pinnene til en CAN-sender/mottaker.
  • Sørg for strømforsyning og eventuelle andre nødvendige tilkoblinger til mikrokontrolleren i henhold til spesifikasjonene.
• Fastvareutvikling:
  • Skriv fastvaren for mikrokontrolleren ved å bruke ControlNet-kommunikasjonsstakken/-biblioteket du fikk. Denne fastvaren vil håndtere kommunikasjonen med ControlNet-nettverket.
  • Implementer de nødvendige funksjonene for å håndtere datautveksling med andre enheter på ControlNet-nettverket.
• Enhetskonfigurasjon:
  • Hver node på ControlNet-nettverket er tildelt en unik nodeadresse. Sørg for at mikrokontrollerens nodeadresse er riktig konfigurert. Denne adressen brukes til å identifisere noden på nettverket.
• Nettverksintegrasjon:
  • Integrer mikrokontrolleren med resten av kontrollsystemet. Dette kan innebære å koble sensorer, aktuatorer eller andre enheter til mikrokontrolleren og definere hvordan den samhandler med det totale systemet.

Hva er den tilgjengelige ControlNet-kommunikasjonsstakken/-biblioteket?

Noen av de populære ControlNet kommunikasjonsstablene/bibliotekene :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation er en fremtredende leverandør av industrielle automatiserings- og kontrollløsninger. De tilbyr en ControlNet-kommunikasjonsstabel som vanligvis brukes med deres ControlLogix programmerbare logiske kontrollere (PLS) og andre automatiseringsenheter.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, et merke av HMS Networks, leverer kommunikasjonsstabler for ulike industrielle protokoller, inkludert ControlNet. Stabelen deres tillater enkel integrering av ControlNet-funksjonalitet i industrielle enheter.
• Mykgjøring av ControlNet Stack: Softing er et annet selskap som leverer industrielle kommunikasjonsløsninger. De tilbyr en ControlNet-stack som gjør det mulig for utviklere å implementere ControlNet-kommunikasjon i applikasjonene sine.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: CIP Toolkit er en samling av verktøy, eksempelkode og dokumentasjon levert av ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) for implementering av CIP-baserte protokoller som ControlNet og DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet Solutions: ProSoft Technology tilbyr ulike industrielle kommunikasjonsløsninger, inkludert ControlNet-produkter og utviklingstjenester.

Før du velger en spesifikk ControlNet-kommunikasjonsstabel/-bibliotek, bør du vurdere følgende faktorer:

• Kompatibilitet: Sørg for at stabelen/biblioteket er kompatibel med mikrokontrollerens maskinvare- og programvareplattform.
• Leverandørstøtte: Sjekk nivået på tilgjengelig støtte for stablene som brukes fra den aktuelle leverandøren.

ControlNet vs Profibus

De forskjellen mellom ControlNet og Profibu s er omtalt nedenfor.

Fordeler

De fordelene med ControlN et inkludere følgende.

• ControlNet har høy hastighet.
• Dette nettverket har deterministisk dataoverføring.
• ControlNet er riktig arrangert, så det er ekstremt pålitelig og stabilt.
• Denne protokollen har fleksible topologivalg.
• Den har deterministisk og repeterbar ytelse for både prosess- og diskrete applikasjoner;
• Den er i stand til å erstatte eller fjerne noder i strøm på et hvilket som helst nettverkspunkt
• Den trenger mindre vedlikehold.
• Den tillater opptil 99 enheter for hver node.
• Den er veldig fleksibel og bruker sofistikerte data.

De ulemper med ControlNet Inkluder følgende.

• Maskinvarekostnaden er høy.
• Feilsøking er veldig vanskelig sammenlignet med andre protokoller.
• Den gir ikke signal og strøm i en enkelt kabel.

applikasjoner

De applikasjoner til ControlNet Inkluder følgende.

• ControlNet gir høyhastighetskontroll, pålitelig og I/O-dataoverføring med programmering som setter logikken til et bestemt tidspunkt over nettverket.
• Dette nettverket gir kritiske meldinger som ikke er avhengig av timing som skal utføres uten å forstyrre overføringen av kontroll- og I/O-data.
• Det er en åpen industriell nettverksprotokoll som brukes i industrielle automasjonsapplikasjoner,
• Dette er åpne kontrollnettverk som ganske enkelt oppfyller sanntids- og høykapasitetsbehovsapplikasjonene
• Dette gir også kontrollnettverk innenfor diskrete og prosessapplikasjoner.
• Det er et planlagt kommunikasjonsnettverk hovedsakelig designet for å utveksle sykliske data.
• Dette nettverket lar deg også kontrollere store diffusjonsmodeller for å støtte ekstra inngangsforhold.

Dermed er dette en oversikt over et ControlNet . Det er en nettverksprotokoll som brukes i industrisektoren. IoT- og automatiseringsløsninger trenger raskere hastigheter, mer data og konsekvent datahåndtering. Så den høye hastigheten til ControlNet vil gjøre den nyttig i forskjellige applikasjoner som sveisekontroller, synssystemer, robotikk, bevegelseskontroll, etc. Denne protokollen brukes i tidssensitive, redundante og deterministiske applikasjoner sammenlignet med Ethernet/DeviceNet. Th protokollen fungerer uten repeater opptil 1000 meter, kobler til opptil 99 enheter, har en dataoverføringshastighet på 5 Mbps og gir flere topologier . Her er et spørsmål til deg, hva er DeviceNet ?