ControlNet: архитектура, работа, отличия и приложения

Технология ControlNet была впервые разработана в 1995 году компанией Rockwell Automation, поскольку она стремится опережать последние технологические тенденции. После этого этот открытый протокол промышленной сети полностью перешел к ControlNet International. Однако управление и поддержка ControlNet были переданы ODVA (Ассоциация поставщиков открытых сетей DeviceNet), так что она занимается всеми протоколы в семействе Common Industrial Protocol. ControlNet предоставляет различные функции, такие как блокировка в режиме реального времени, пропускная способность ввода-вывода, одноранговый обмен сообщениями и т. д. Сеть ControlNet в основном предназначена для повышения производительности при передаче данных приложений, критичных ко времени, как для производства, так и для процессов. автоматизация . Итак, в этой статье дается краткая информация о ControlNet — архитектуре, работе и приложениях.

Что такое ControlNet?

ControlNet — это открытый протокол промышленной сети, который использует CIP (Common Industrial Protocol) для верхних уровней из семи. уровни модели OSI . Разработчики ControlNet адаптировали уровни CIP транспортного уровня, сетевого уровня, канала передачи данных и физического уровня, чтобы они соответствовали требованиям сети ControlNet.

Этот протокол был в основном разработан для обеспечения согласованного высокоскоростного управления и передачи данных ввода-вывода с программированием, которое устанавливает логику на определенное время над сетью. Существуют различные устройства, которые обмениваются данными с этой сетью. ПЛК (программируемые логические контроллеры) , HMI, шасси ввода-вывода, приводы, роботы и персональные компьютеры. Обычно он используется для приложений, которые отлично работают с запланированной связью.

Скорость передачи данных в этой сети составляет 5 Мбит/с и находится на среднем уровне среди трех известных сетей через EtherNet/IP со скоростью от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с и DeviceNet со скоростью от 125 до 500 Кбит/с.

Архитектура сети управления

Протокол ControlNet используется в приложениях промышленной автоматизации. ControlNet использует CIP или Общий промышленный протокол для облегчения взаимосвязи между различными уровнями OSI. Этот протокол предназначен для обеспечения последовательной передачи данных и высокоскоростного управления посредством программирования. Таким образом, он устанавливает логику на определенное время над сетью и помогает в быстрой передаче данных. Эта сеть включает в себя различные устройства, такие как ПЛК, шасси ввода-вывода, персональные компьютеры и драйверы.

Разъемы и кабели ControlNet

Здесь важно отметить, что ControlNet использует коаксиальные кабели RG-6 через разъемы BNC. Разъемы, используемые в ControlNet, представляют собой разъемы BNC. Разъем BNC представляет собой небольшой легко подключаемый или отключаемый разъем RF, используемый для коаксиального кабеля. Этот разъем в основном предназначен для поддержания аналогичного импеданса кабеля, включая производимые типы 50 Ом и 75 Ом. Как правило, он используется для ВЧ- и видеоподключений примерно до 2 ГГц и до 500 вольт. Эти разъемы просто используются с маленькими и очень маленькими коаксиальными кабелями в телевидении, радио и другом радиочастотном электронном оборудовании. Таким образом, они обычно использовались для ранних компьютерных сетей, таких как сеть IBM PC, ARCnet и вариант 10BASE2.

ControlNet позволяет вам выбирать типы кабелей, где эти кабели имеют гибкую или прямую прокладку. Кроме того, эти кабели также используются в любой среде. В качестве альтернативы ControlNet существуют различные приложения, требующие больших расстояний, а также использующие оптическое волокно (OFC) в кабелях. Здесь очень важно отметить, что он поддерживает максимум 99 узлов в сети.

Узлы в ControlNet просто распределяются по MAC-адресу. Кроме того, каждый узел также идентифицирует адрес преемника и предшественника. Каждый узел, доступный в интерфейсе ControlNet, в основном включает запланированное время (токен). Таким образом, в этой сети одновременно передается только один узел, что в конечном итоге позволит избежать коллизий данных из-за принятия небезопасных предложений. Если ControlNet правильно организован, он может быть чрезвычайно надежным и стабильным. Кроме того, он требует меньшего обслуживания в течение более длительного периода по сравнению с другими сетями на основе промышленной автоматизации.

Топология ControlNet

сеть управления топологии при проектировании сети используются магистраль-дроплайн, дерево или звезда.

Топология магистрали-дропплайна

В топологии магистральной линии-отводной линии используется только один тонкий или толстый кабель. Основное расстояние между пределами сети зависит от длины кабеля и скорости передачи данных. В этой топологии узлы могут быть напрямую подключены к основной линии или через короткие ответвления. Эта топология обеспечивает шины витой пары отдельно для распределения сигналов и питания.

Топология дерева

Топология дерева — это один из видов топологии сети, который выглядит как дерево. Эта топология включает один центральный узел, и каждый узел просто подключается к этому узлу по одной полосе. Основные преимущества этой топологии: комбинация топологий типа «звезда» и «шина», обнаружение ошибок, долговечность, поддержка устройств, рост сети и т. д. Эта топология часто используется для подключения нескольких устройств, таких как компьютеры, принтеры и т. д., в офисе или дома. Эта топология помогает создавать шинные сети, где каждое устройство просто подключается к промежуточному серверу.

Звездная топология

Топология «звезда» — это тип топологии сети, в которой каждое устройство индивидуально подключено к центральному узлу, называемому концентратором/коммутатором. Эта топология выглядит как звезда. Эта топология помогает уменьшить влияние отказа линии передачи за счет независимого подключения каждого хоста к концентратору. Таким образом, каждый хост может общаться со всеми остальными посредством отправки и получения от концентратора. пожалуйста, обратитесь к этой ссылке, чтобы узнать больше о Звездная топология .

Физические носители

Физическая среда протокола ControlNet в основном включает ответвители, сегменты, согласующие резисторы, мосты и повторители, которые обсуждаются ниже.

Ответвители — один из видов физических носителей, позволяющий фиксировать узлы к магистрали с помощью отводного кабеля. Они доступны в различных типах, таких как T или Y, прямые и прямоугольные, что обеспечивает гибкость при настройке сети ControlNet.

На каждом конце магистрального кабеля используется согласующий резистор 75 Ом. Набор магистральных кабелей, известный как сегменты и ответвители, имеет согласующие резисторы на каждом конце. Длина каждого сегмента в основном зависит от устройств, подключенных к транку.

Повторители полезны для расширения сетей ControlNet путем простого соединения сегментов.
Мосты — это устройства, используемые между сетями в качестве коммуникационных соединений. Эти устройства пересылают информацию о сетевых пакетах.

Кольцо с жетонами

Узлам в ControlNet назначаются MAC-адреса, где каждый узел также распознает свой адрес преемника и предшественника. Здесь каждый узел включает запланированное время, которое определяется с помощью токена. Когда узел контролирует токен, он отправляет кадры данных до тех пор, пока токен не достигнет своего предела времени. После этого может быть сформирован новый токен, который передается следующему логическому преемнику.

Сроки

Синхронизация ControlNet выполняется с помощью NUT или времени обновления сети, которое зависит от постоянного и повторяющегося временного цикла. Время обновления сети устанавливается в диапазоне от 2 до 100 мс и включает в себя три основные части: запланированное, незапланированное и защитное. В ControlNet узлы включают таймеры, которые синхронизируются с помощью NUT, который последовательно разделяет время входа между узлами.

Обмен сообщениями

Протокол ControlNet использует в основном два типа обмена сообщениями с подключением и без подключения, которые обсуждаются ниже.

Подключенный обмен сообщениями в этом протоколе в основном использует ресурсы в каждом узле, которые используются для определенных целей, таких как передача или данные ввода-вывода в реальном времени и транзакции частых явных сообщений. Ресурсы соединения выделяются и согласовываются с доступными службами связи с помощью диспетчера несвязанных сообщений.

Обмен сообщениями без соединения используется в процедуре установления соединения, а также для низкоприоритетных и редких сообщений. Этот тип обмена сообщениями всегда использует незапланированную полосу пропускания, а несвязанные ресурсы внутри устройства известны как UCMM (менеджер несвязанных сообщений). Чтобы получить декларацию о соответствии, продукты протокола ControlNet необходимы для выполнения UCMM для приема запросов от других типов устройств.

Как работает ControlNet?

В ControlNet одновременно может отправляться только один узел, что предотвратит возникновение коллизий данных. Как только узел прекращает отправку и не опережает токен, ControlNet записывает в него условия, которые будут снова генерировать токен и передавать его следующему логическому преемнику. ControlNet — это открытая сеть управления, отвечающая требованиям приложений, работающих в режиме реального времени и с высокой пропускной способностью. Этот протокол поддерживает блокировку от одного контроллера к другому, а также управление вводом-выводом в реальном времени, клапанами и приводами. Он также обеспечивает сетевое управление в технологических и дискретных приложениях.

Как настроить/закодировать микроконтроллер в качестве узла ControlNet?

Конфигурация микроконтроллера в качестве узла ControlNet включает настройку необходимых аппаратных и программных компонентов для обеспечения связи по сети ControlNet. Вот общий план шагов по настройке микроконтроллера в качестве узла ControlNet:

• Выберите совместимый микроконтроллер: Выберите микроконтроллер, который поддерживает протокол ControlNet или имеет необходимые аппаратные функции, такие как интерфейс CAN (локальная сеть контроллеров) и совместимый приемопередатчик.
• Получите коммуникационный стек ControlNet: Приобретите коммуникационный стек/библиотеку ControlNet для выбранного микроконтроллера. Стек предоставляет необходимые функции и протоколы для связи по сети ControlNet.
• Настройка оборудования:
  • Подключите микроконтроллер к сети ControlNet с помощью интерфейса CAN. Обычно это включает подключение контактов CANH и CANL микроконтроллера к соответствующим контактам приемопередатчика CAN.
  • Обеспечьте электропитание и любые другие необходимые подключения к микроконтроллеру в соответствии с его спецификациями.
• Разработка прошивки:
  • Напишите прошивку для микроконтроллера, используя полученный вами коммуникационный стек/библиотеку ControlNet. Эта прошивка будет поддерживать связь с сетью ControlNet.
  • Реализуйте необходимые функции для управления обменом данными с другими устройствами в сети ControlNet.
• Конфигурация устройства:
  • Каждому узлу в сети ControlNet назначается уникальный адрес узла. Убедитесь, что адрес узла вашего микроконтроллера настроен правильно. Этот адрес используется для идентификации узла в сети.
• Сетевая интеграция:
  • Интегрируйте микроконтроллер с остальной частью вашей системы управления. Это может включать подключение датчиков, приводов или других устройств к микроконтроллеру и определение того, как он взаимодействует со всей системой.

Какие доступны коммуникационный стек/библиотека ControlNet?

Некоторые из популярных коммуникационных стеков/библиотек ControlNet :

• Стек Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet: Rockwell Automation — известный поставщик решений для промышленной автоматизации и управления. Они предлагают коммуникационный стек ControlNet, который обычно используется с их ControlLogix. программируемые логические контроллеры (ПЛК) и другие устройства автоматизации.
• Стек Anybus ControlNet: Anybus, торговая марка HMS Networks, предоставляет коммуникационные стеки для различных промышленных протоколов, включая ControlNet. Их стек позволяет легко интегрировать функциональность ControlNet в промышленные устройства.
• Софтинг стека ControlNet: Softing — еще одна компания, предлагающая решения для промышленной связи. Они предлагают стек ControlNet, который позволяет разработчикам реализовывать связь ControlNet в своих приложениях.
• Инструментарий CIP (общий промышленный протокол): CIP Toolkit — это набор инструментов, примеров кода и документации, предоставленных ODVA (Открытой ассоциацией поставщиков DeviceNet) для реализации протоколов на основе CIP, таких как ControlNet и DeviceNet.
• Решения ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology предлагает различные промышленные коммуникационные решения, включая продукты ControlNet и услуги по разработке.

Прежде чем выбрать конкретный коммуникационный стек/библиотеку ControlNet, рассмотрите следующие факторы:

• Совместимость: Убедитесь, что стек/библиотека совместима с аппаратной и программной платформой вашего микроконтроллера.
• Поддержка продавца: Проверьте уровень поддержки, доступный для стеков, используемых у конкретного поставщика.

ControlNet против Profibus

разница между ControlNet и Profibu s обсуждаются ниже.

Преимущества

Преимущества ControlN и включают следующее.

• ControlNet имеет высокую скорость.
• Эта сеть имеет детерминированную передачу данных.
• ControlNet правильно устроен, тогда он чрезвычайно надежен и стабилен.
• Этот протокол имеет гибкий выбор топологии.
• Он имеет детерминированную и воспроизводимую производительность как для процессов, так и для дискретных приложений;
• Он способен заменять или удалять узлы питания в любой точке сети.
• Он требует меньше обслуживания.
• Он позволяет использовать до 99 устройств для каждого узла.
• Он очень гибкий и использует сложные данные.

недостатки ControlNet включая следующее.

• Стоимость оборудования высока.
• Устранение неполадок очень сложно по сравнению с другими протоколами.
• Он не обеспечивает сигнал и мощность в одном кабеле.

Приложения

приложения ControlNet включая следующее.

• ControlNet обеспечивает высокоскоростное управление, надежную передачу данных ввода-вывода с программированием, которое устанавливает логику на определенное время над сетью.
• Эта сеть обеспечивает обмен важными сообщениями, который не зависит от времени выполнения, не мешая передаче данных управления и ввода-вывода.
• Это открытый протокол промышленной сети, используемый в приложениях промышленной автоматизации.
• Это открытые сети управления, которые просто удовлетворяют потребности приложений в режиме реального времени и с высокой пропускной способностью.
• Это также обеспечивает сетевое управление в дискретных и технологических приложениях.
• Это запланированная сеть связи, в основном предназначенная для обмена циклическими данными.
• Эта сеть также позволяет вам управлять большими моделями распространения для поддержки дополнительных входных условий.

Таким образом, это обзор ControlNet . Это сетевой протокол, используемый в промышленном секторе. Решениям Интернета вещей и автоматизации требуются более высокие скорости, больше данных и согласованная обработка данных. Таким образом, высокая скорость ControlNet сделает ее полезной в различных приложениях, таких как контроль сварки, системы технического зрения, робототехника, управление движением и т. д. Этот протокол используется в чувствительных ко времени, избыточных и детерминированных приложениях по сравнению с Ethernet/DeviceNet. Чт протокол работает без повторителя на расстоянии до 1000 метров, подключает до 99 устройств, имеет скорость передачи данных 5 Мбит/с и поддерживает несколько топологий . Вот вопрос к вам, что такое Сеть устройств ?