ControlNet : Arkitektur, arbejde, forskelle og dets applikationer

ControlNet-teknologien blev først udviklet i år 1995 af Rockwell Automation, fordi den stræber efter at være på forkant med de seneste teknologitrends. Derefter blev denne åbne industrielle netværksprotokol håndteret fuldstændigt af ControlNet International. Management & support af ControlNet blev dog overført til ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), så det håndterer alle protokoller inden for Common Industrial Protocol-familien. ControlNet tilbyder forskellige funktioner såsom interlocking i realtid, I/O-båndbredde, peer-to-peer-meddelelser osv. ControlNet-netværket er hovedsageligt designet til at øge produktiviteten gennem den tidskritiske applikationsdatatransmission for både fremstilling og proces automatisering . Så denne artikel diskuterer kort information om ControlNet - arkitektur, arbejde og dets applikationer.

Hvad er ControlNet?

ControlNet er en åben industriel netværksprotokol, der bruger CIP (Common Industrial Protocol) til de højere lag fra syv lag af OSI-modellen . ControlNet-designerne tilpassede CIP-lagene i transportlaget, netværkslaget, datalinket og det fysiske lag til at passe til ControlNet-netværkskravene.

Denne protokol blev hovedsageligt designet til at give ensartet højhastighedskontrol og I/O-dataoverførsel med programmering, der indstiller logikken til et bestemt tidspunkt over netværket. Der er forskellige enheder, der kommunikeres med dette netværk PLC'er (Programmable Logic Controllers) , HMI'er, I/O-chassis, drev, robotter og personlige computere. Det bruges normalt til applikationer, der fungerer fremragende med planlagt kommunikation.

Dataoverførselshastigheden på dette netværk er 5 Mbps og er i mellemområdet af de tre berømte netværk gennem EtherNet/IP, der spænder fra 10 Mbps – 1 Gbps & DeviceNet rækker fra 125 – 500 Kbps.

ControlNet arkitektur

ControlNet-protokollen bruges i industrielle automationsapplikationer. ControlNet bruger CIP eller Common Industrial Protocol til at lette sammenkobling mellem forskellige OSI-lag. Denne protokol er designet til at give ensartet dataoverførsel og højhastighedskontrol gennem programmeringen. Så det indstiller logikken til en bestemt timing over netværket og hjælper med hurtig dataoverførsel. Dette netværk inkluderer forskellige enheder såsom PLC'er, I/O-chassis, personlige computere og drivere.

ControlNet stik og kabler

Her er det vigtigt at bemærke, at ControlNet bruger RG-6 koaksialkabler gennem BNC-stikkene. De stik, der bruges i ControlNet og BNC stik. BNC-stikket er et lille RF-stik, der nemt kan tilsluttes eller afbrydes, der bruges til koaksialkabel. Dette stik er hovedsageligt designet til at opretholde kablets lignende karakteristiske impedans, inklusive 50 ohm og 75 ohm typer, der fremstilles. Generelt bruges den til RF- og videoforbindelser op til omkring 2 GHz og op til 500 volt. Disse stik bruges simpelthen med små til meget små koaksialkabler inden for tv, radio og andet RF elektronisk udstyr. Så de blev normalt brugt til tidlige computernetværk som IBM PC Network, ARCnet og 10BASE2-varianten.

ControlNet giver dig mulighed for at vælge kabeltyper, hvor disse kabler har fleksibel eller direkte nedgravningskarakter. Derudover bruges disse kabler også i ethvert miljø. Alternativt til ControlNet er der forskellige applikationer, der kræver længere afstande og også anvender optisk fiber (OFC) i kablerne. Her er det meget vigtigt at bemærke, at den understøtter maksimalt 99 noder over netværket.

Noderne i ControlNet tildeles ganske enkelt via en MAC ID-adresse. Desuden identificerer hver node også efterfølgeren og forgængerens adresse. Hver node, der er tilgængelig i ControlNets grænseflade, inkluderer hovedsageligt et planlagt tidspunkt (token). Så i dette netværk sendes der kun én node ad gangen, hvilket i sidste ende ville undgå, at datakollisioner tager usikre forslag. Hvis ControlNet er korrekt arrangeret, kan det være ekstremt pålideligt og stabilt. Desuden kræver det mindre vedligeholdelse over en længere periode sammenlignet med forskellige industrielle automationsbaserede netværk.

ControlNet Topologi

KontrolNet topologier mens du designer netværket, er trunkline-dropline, træ eller stjerne.

Trunkline-Dropline Topologi

Trunk line-drop line topologien bruger kun ét kabel, tyndt eller tykt kabel. Hovedafstanden mellem netværksgrænser varierer med længden af ​​kablet og datahastigheden. I denne topologi kan knudepunkterne være direkte forbundet til hovedlinjen ellers gennem korte forgreninger. Denne topologi giver parsnoede busser separat til både signal- og strømfordeling.

Trætopologi

Trætopologi er en slags netværkstopologi, der ligner et træ. Denne topologi omfatter en central knude, og hver knude er simpelthen forbundet til denne knude gennem en enkelt bane. De vigtigste fordele ved denne topologi er; en kombination af stjerne- og bustopologier, detektering af en fejl, holdbarhed, enhedsunderstøttelse, netværksvækst osv. Denne topologi bruges ofte til at forbinde flere enheder som computere, printere osv. på et kontor eller i hjemmet. Denne topologi hjælper med at skabe busnetværk, uanset hvor hver enhed blot er forbundet til en mellemserver.

Stjernetopologi

Stjernetopologi er en type netværkstopologi, hvor hver enhed er forbundet individuelt til en central node, kaldet hub/switch. Denne topologi ligner en stjerne. Denne topologi hjælper med at reducere virkningen af ​​transmissionsledningsfejl ved at forbinde hver vært uafhængigt mod hubben. Således kan enhver vært kommunikere med alle andre ved at sende og modtage fra hub'en. se venligst dette link for at vide mere om Stjernetopologi .

Fysiske medier

ControlNet-protokollens fysiske medier inkluderer hovedsageligt taps, segmenter, termineringsmodstande, broer og repeatere, som diskuteres nedenfor.

Taps er en af ​​de typer fysiske medier, der giver dig mulighed for at fastgøre noder til stammen ved hjælp af et drop-kabel. Disse fås i forskellige typer som T eller Y, lige og retvinklede, der har fleksibilitet under konfiguration af ControlNet-netværket.

I hver trunkkabelende anvendes en 75Ω termineringsmodstand. Sættet af stammekabler kendt som Segments & taps har termineringsmodstande i hver ende. Hver segmentlængde afhænger hovedsageligt af tilsluttede enheder til bagagerummet.

Repeatere er nyttige til at udvide ControlNet-netværkene ved blot at forbinde mellem segmenterne.
Broer er enheder, der bruges mellem netværk som kommunikationsforbindelser. Disse enheder videresender netværkspakkeoplysninger.

Token Ring

Noderne i ControlNet tildeles en MAC ID-adresse, hvor hver node også genkender sin efterfølger- og forgængeradresse. Her inkluderer hver node en planlagt tid, der bestemmes gennem et token. Når noden har kontrol over tokenet, sender den datarammer, indtil tokenet når sin tidsgrænse. Derefter kan der dannes et nyt token, som sendes videre til den næste logiske efterfølger.

Timing

ControlNet-timingen udføres med en NUT eller netværksopdateringstid, der afhænger af en permanent og gentagen tidscyklus. Netværksopdateringstiden er indstillet fra 2 til 100 msek. varighed og den inkluderer tre hoveddele planlagt, uplanlagt og vagtbånd. I ControlNet inkluderer noderne timere, der er synkroniseret af NUT, som adskiller entrétiden mellem noderne konsekvent.

Beskeder

ControlNet-protokollen anvender hovedsageligt to typer meddelelser tilsluttet og ikke-tilsluttet, som diskuteres nedenfor.

Forbundet meddelelser i denne protokol bruger hovedsageligt ressourcer i hver knude, der bruges til bestemte formål som overførsel af eller realtids I/O-data og transaktioner af den hyppige eksplicitte meddelelse. En forbindelses ressourcer sættes til side og arrangeres med tilgængelige kommunikationstjenester ved hjælp af den ikke-forbundne beskedhåndtering.

Uforbundne meddelelser bruges i etableringsproceduren for forbindelse, og det bruges også til lavprioritet og sjældne meddelelser. Denne form for meddelelser bruger altid uplanlagt båndbredde, og de ikke-forbundne ressourcer inden for en enhed er kendt som UCMM (uforbundet meddelelseshåndtering). For at få en overensstemmelseserklæring er ControlNet-protokolprodukter nødvendige for at udføre en UCMM for at acceptere anmodninger fra andre typer enheder.

Hvordan fungerer ControlNet?

I ControlNet kan der kun sendes én node ad gangen, hvilket forhindrer datakollisioner i at opstå. Når noden stopper med at sende og ikke kommer foran tokenet, så har ControlNet skrevet betingelser ind i det, der vil generere tokenet igen og overføre det til den yderligere logiske efterfølger. ControlNet er et åbent kontrolnetværk, der opfylder applikationskravene i realtid og høj gennemstrømning. Denne protokol understøtter sammenlåsning fra en controller til en anden controller & real-time I/O kontrol, ventiler og drev. Det giver også kontrolnetværk inden for proces- og diskrete applikationer.

Hvordan konfigurerer/koder man en mikrocontroller som en ControlNet-node?

Konfiguration af en mikrocontroller som en ControlNet-node involverer opsætning af de nødvendige hardware- og softwarekomponenter for at muliggøre kommunikation over ControlNet-netværket. Her er en generel oversigt over trinene til at konfigurere en mikrocontroller som en ControlNet-node:

• Vælg en kompatibel mikrocontroller: Vælg en mikrocontroller, der understøtter ControlNet-protokollen eller har de nødvendige hardwarefunktioner som CAN (Controller Area Network)-interface og en kompatibel transceiver.
• Få ControlNet kommunikationsstak: Anskaf ControlNet kommunikationsstakken/biblioteket til din valgte mikrocontroller. Stakken giver de nødvendige funktioner og protokoller til at muliggøre kommunikation over ControlNet-netværket.
• Hardware opsætning:
  • Tilslut mikrocontrolleren til et ControlNet-netværk ved hjælp af CAN-interfacet. Dette involverer normalt at forbinde CANH- og CANL-benene på mikrocontrolleren til de tilsvarende ben på en CAN-transceiver.
  • Sørg for strømforsyning og andre nødvendige forbindelser til mikrocontrolleren i henhold til dens specifikationer.
• Firmware udvikling:
  • Skriv firmwaren til mikrocontrolleren ved hjælp af ControlNet-kommunikationsstakken/-biblioteket, du har fået. Denne firmware håndterer kommunikationen med ControlNet-netværket.
  • Implementer de nødvendige funktioner til at håndtere dataudveksling med andre enheder på ControlNet-netværket.
• Enhedskonfiguration:
  • Hver node på ControlNet-netværket er tildelt en unik nodeadresse. Sørg for, at din mikrocontrollers nodeadresse er korrekt konfigureret. Denne adresse bruges til at identificere noden på netværket.
• Netværksintegration:
  • Integrer mikrocontrolleren med resten af ​​dit kontrolsystem. Dette kan involvere at forbinde sensorer, aktuatorer eller andre enheder til mikrocontrolleren og definere, hvordan den interagerer med det overordnede system.

Hvad er den tilgængelige ControlNet kommunikationsstack/bibliotek?

Nogle af de populære ControlNet kommunikationsstabler/biblioteker :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation er en fremtrædende leverandør af industriel automations- og kontrolløsninger. De tilbyder en ControlNet kommunikationsstak, der typisk bruges sammen med deres ControlLogix programmerbare logiske controllere (PLC'er) og andre automatiseringsenheder.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, et mærke af HMS Networks, leverer kommunikationsstakke til forskellige industrielle protokoller, herunder ControlNet. Deres stak tillader nem integration af ControlNet-funktionalitet i industrielle enheder.
• Blødgørende ControlNet Stack: Softing er en anden virksomhed, der leverer industrielle kommunikationsløsninger. De tilbyder en ControlNet-stak, der gør det muligt for udviklere at implementere ControlNet-kommunikation i deres applikationer.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: CIP Toolkit er en samling af værktøjer, eksempelkode og dokumentation leveret af ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) til implementering af CIP-baserede protokoller som ControlNet og DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet-løsninger: ProSoft Technology tilbyder forskellige industrielle kommunikationsløsninger, herunder ControlNet-produkter og udviklingstjenester.

Inden du vælger en specifik ControlNet-kommunikationsstabel/-bibliotek, skal du overveje følgende faktorer:

• Kompatibilitet: Sørg for, at stakken/biblioteket er kompatibel med din mikrocontrollers hardware- og softwareplatform.
• Leverandørsupport: Tjek niveauet af tilgængelig support for de stakke, der bruges fra den pågældende leverandør.

ControlNet vs Profibus

Det forskel mellem ControlNet og Profibu s er diskuteret nedenfor.

Fordele

Det fordelene ved ControlN et inkludere følgende.

• ControlNet har høj hastighed.
• Dette netværk har deterministisk dataoverførsel.
• ControlNet er korrekt arrangeret, så det er ekstremt pålideligt og stabilt.
• Denne protokol har fleksible topologivalg.
• Den har deterministisk og repeterbar ydeevne til både proces- og diskrete applikationer;
• Den er i stand til at erstatte eller fjerne noder i strøm på ethvert netværkspunkt
• Det kræver mindre vedligeholdelse.
• Det tillader op til 99 enheder for hver node.
• Det er meget fleksibelt og bruger sofistikerede data.

Det ulemper ved ControlNet omfatte følgende.

• Hardwareomkostningerne er høje.
• Fejlfinding er meget svært sammenlignet med andre protokoller.
• Det giver ikke signal og strøm i et enkelt kabel.

Ansøgninger

Det applikationer af ControlNet omfatte følgende.

• ControlNet giver højhastighedskontrol, pålidelig & I/O-datatransmission med programmering, der indstiller logikken til et bestemt tidspunkt over netværket.
• Dette netværk leverer kritiske beskeder, der ikke afhænger af timing, der skal udføres uden at forstyrre overførslen af ​​kontrol- og I/O-data.
• Det er en åben industriel netværksprotokol, der bruges i industrielle automationsapplikationer,
• Disse er åbne kontrolnetværk, der blot opfylder real-time og high-throughput efterspørgselsapplikationer
• Dette giver også kontrolnetværk inden for diskrete & procesapplikationer.
• Det er et planlagt kommunikationsnetværk, der hovedsageligt er designet til at udveksle cykliske data.
• Dette netværk giver dig også mulighed for at styre store diffusionsmodeller for at understøtte ekstra inputforhold.

Dette er således en oversigt over et ControlNet . Det er en netværksprotokol, der bruges i den industrielle sektor. IoT- og automationsløsninger har brug for hurtigere hastigheder, flere data og ensartet datahåndtering. Så den høje hastighed af ControlNet vil gøre det nyttigt i forskellige applikationer som svejsestyringer, visionsystemer, robotter, bevægelseskontrol osv. Denne protokol bruges i tidsfølsomme, redundante og deterministiske applikationer sammenlignet med Ethernet/DeviceNet. Th er protokol fungerer uden en repeater op til 1000 meter, forbinder op til 99 enheder, har en 5 Mbps dataoverførselshastighed og giver adskillige topologier . Her er et spørgsmål til dig, hvad er DeviceNet ?