ControlNet: Arkkitehtuuri, työskentely, erot ja sen sovellukset

ControlNet-teknologian kehitti ensimmäisen kerran vuonna 1995 Rockwell Automation, koska se pyrkii olemaan viimeaikaisten teknologiatrendien edellä. Sen jälkeen tätä avointa teollisuusverkkoprotokollaa käsitteli kokonaan ControlNet International. ControlNetin hallinta ja tuki siirrettiin kuitenkin ODVA:lle (Open DeviceNet Vendors Association), jotta se hoitaa kaikki protokollat yhteisen teollisuusprotokollan perheessä. ControlNet tarjoaa erilaisia ​​ominaisuuksia, kuten reaaliaikaisen lukituksen, I/O-kaistanleveyden, vertaisviestinnän jne. ControlNet-verkko on suunniteltu pääasiassa parantamaan tuottavuutta koko aikakriittisen sovelluksen tiedonsiirron aikana sekä valmistuksessa että prosessissa. automaatio . Joten tässä artikkelissa käsitellään lyhyitä tietoja ControlNetistä – arkkitehtuurista, toiminnasta ja sen sovelluksista.

Mikä ControlNet on?

ControlNet on avoin teollinen verkkoprotokolla, joka käyttää CIP:tä (Common Industrial Protocol) ylemmille kerroksille seitsemästä OSI-mallin kerrokset . ControlNet-suunnittelijat mukauttivat siirtokerroksen, verkkokerroksen, datalinkin ja fyysisen kerroksen CIP-kerrokset ControlNet-verkkovaatimusten mukaisiksi.

Tämä protokolla suunniteltiin pääasiassa antamaan johdonmukaista, nopeaa ohjausta ja I/O-tiedonsiirtoa ohjelmoinnilla, joka asettaa logiikan tiettyyn aikaan verkon yläpuolella. On olemassa erilaisia ​​laitteita, jotka ovat yhteydessä tähän verkkoon Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC) , käyttöliittymät, I/O-kotelot, asemat, robotit ja henkilökohtaiset tietokoneet. Sitä käytetään yleensä sovelluksissa, jotka toimivat erinomaisesti ajoitetun viestinnän kanssa.

Tämän verkon tiedonsiirtonopeus on 5 Mbps ja se on kolmen kuuluisan EtherNet/IP-verkon keskialueella, joka vaihtelee 10 Mbps - 1 Gbps ja DeviceNet 125 - 500 Kbps.

ControlNet-arkkitehtuuri

ControlNet-protokollaa käytetään teollisuusautomaatiosovelluksessa. ControlNet käyttää CIP- tai Common Industrial Protocol -protokollaa helpottaakseen yhteenliittämistä eri OSI-kerrosten välillä. Tämä protokolla on suunniteltu tarjoamaan johdonmukainen tiedonsiirto ja nopea ohjaus ohjelmoinnin kautta. Joten se asettaa logiikan tietylle ajoitukselle verkon yläpuolelle ja auttaa nopeassa tiedonsiirrossa. Tämä verkko sisältää erilaisia ​​laitteita, kuten PLC:t, I/O-kotelot, henkilökohtaiset tietokoneet ja ajurit.

ControlNet-liittimet ja -kaapelit

Tässä on tärkeää huomata, että ControlNet käyttää RG-6-koaksiaalikaapeleita BNC-liittimien kautta. ControlNetin a BNC-liittimissä käytetyt liittimet. BNC-liitin on pieni helposti kytkettävä tai irrotettava RF-liitin, jota käytetään koaksiaalikaapelissa. Tämä liitin on suunniteltu pääasiassa säilyttämään kaapelin samanlainen ominaisimpedanssi, mukaan lukien 50 ohmin ja 75 ohmin tyypit. Yleensä sitä käytetään RF- ja videoliitäntöihin noin 2 GHz:iin ja 500 volttiin asti. Näitä liittimiä käytetään yksinkertaisesti pienten tai erittäin pienten koaksiaalikaapeleiden kanssa televisio-, radio- ja muissa RF-elektroniikkalaitteissa. Joten niitä käytettiin tavallisesti varhaisissa tietokoneverkoissa, kuten IBM PC Network, ARCnet ja 10BASE2-versio.

ControlNetin avulla voit valita kaapelityypit, joissa nämä kaapelit ovat luonteeltaan taipuisia tai suoraan hautautuneita. Lisäksi näitä kaapeleita käytetään myös missä tahansa ympäristössä. Vaihtoehtoisesti ControlNetille on olemassa erilaisia ​​sovelluksia, jotka vaativat pidempiä etäisyyksiä ja käyttävät myös optista kuitua (OFC) kaapeloinnin sisällä. Tässä on erittäin tärkeää huomata, että se tukee enintään 99 solmua verkossa.

ControlNetin solmut yksinkertaisesti allokoidaan MAC ID -osoitteen kautta. Lisäksi jokainen solmu tunnistaa myös seuraajan ja edeltäjän osoitteen. Jokainen ControlNetin käyttöliittymässä käytettävissä oleva solmu sisältää pääasiassa ajoitetun ajan (tokenin). Joten tässä verkossa lähetetään kerrallaan vain yksi solmu, mikä lopulta välttäisi tietojen törmäykset tekemästä vaarallisia ehdotuksia. Jos ControlNet on järjestetty oikein, se voi olla erittäin luotettava ja vakaa. Lisäksi se tarvitsee vähemmän huoltoa pidemmällä aikavälillä verrattuna erilaisiin teollisuusautomaatiopohjaisiin verkkoihin.

ControlNet-topologia

ControlNet topologiat verkkoa suunniteltaessa ovat trunkline-dropline, puu tai tähti.

Runkolinja-dropline-topologia

Runkolinja-pudotuslinjatopologia käyttää vain yhtä kaapelia, ohutta tai paksua kaapelia. Pääetäisyys verkkorajojen välillä vaihtelee kaapelin pituuden ja tiedonsiirtonopeuden mukaan. Tässä topologiassa solmut voidaan liittää suoraan päälinjaan muuten lyhyiden haarojen kautta. Tämä topologia tarjoaa kierretyt pariväylät erikseen sekä signaalin että tehon jakeluun.

Puun topologia

Puutopologia on eräänlainen verkkotopologia, joka näyttää puulta. Tämä topologia sisältää yhden keskussolmun ja jokainen solmu on yksinkertaisesti yhdistetty tähän solmuun yhdellä kaistalla. Tämän topologian tärkeimmät edut ovat; tähti- ja väylätopologioiden yhdistelmä, virheiden havaitseminen, kestävyys, laitetuki, verkon kasvu jne. Tätä topologiaa käytetään usein useiden laitteiden, kuten tietokoneiden, tulostimien jne. yhdistämiseen toimistossa tai kotona. Tämä topologia auttaa luomaan väyläverkkoja, missä jokainen laite on yksinkertaisesti kytketty keskipalvelimeen.

Tähtitopologia

Tähtitopologia on eräänlainen verkkotopologia, jossa jokainen laite on liitetty erikseen keskussolmuun, jota kutsutaan keskittimeksi/kytkimeksi. Tämä topologia näyttää tähdeltä. Tämä topologia auttaa vähentämään siirtojohtovikojen vaikutusta yhdistämällä itsenäisesti jokainen isäntä keskittimeen. Siten jokainen isäntä voi kommunikoida kaikkien muiden kanssa lähettämällä ja vastaanottamalla keskittimestä. tästä linkistä saat lisätietoja Tähtitopologia .

Fyysinen media

ControlNet-protokollan fyysinen media sisältää pääasiassa tapit, segmentit, päätevastukset, sillat ja toistimet, joita käsitellään alla.

Tapit ovat yksi fyysisen median tyypeistä, joiden avulla voit kiinnittää solmut runkoon pudotuskaapelin avulla. Näitä on saatavana eri tyypeinä, kuten T tai Y, suora ja suora kulma, joka on joustava ControlNet-verkkoa määritettäessä.

Kummassakin runkokaapelin päässä käytetään 75Ω päätevastusta. Segmenteiksi ja tappeiksi tunnetuissa runkokaapeleissa on päätevastukset jokaisessa päässä. Kunkin segmentin pituus riippuu pääasiassa runkoon liitetyistä laitteista.

Toistimet ovat hyödyllisiä laajennettaessa ControlNet-verkkoja yksinkertaisesti yhdistämällä segmenttien välillä.
Sillat ovat laitteita, joita käytetään verkkojen välillä tietoliikenneyhteyksinä. Nämä laitteet välittävät verkkopakettitietoja.

Token Ring

ControlNetin solmuille on määritetty MAC ID-osoite, jossa jokainen solmu tunnistaa myös seuraajansa ja edeltäjänsä. Tässä jokainen solmu sisältää ajoitetun ajan, joka päätetään tunnuksen kautta. Kun solmu hallitsee merkkiä, se lähettää datakehyksiä, kunnes merkki saavuttaa aikarajansa. Tämän jälkeen voidaan muodostaa uusi merkki, joka välitetään seuraavalle loogiselle seuraajalle.

Ajoitus

ControlNet-ajoitus tehdään NUT- tai verkkopäivitysajalla, joka riippuu pysyvästä &toistuvasta aikajaksosta. Verkkopäivitysaika on asetettu välille 2–100 ms, ja se sisältää kolme pääosaa: ajoitettu, ajastamaton ja suojakaista. ControlNetissä solmut sisältävät ajastimia, jotka synkronoidaan NUT:lla, joka erottaa aloitusajan solmujen kesken johdonmukaisesti.

Viestit

ControlNet-protokolla käyttää pääasiassa kahta tyyppiä yhdistettyä ja yhdistämätöntä viestintää, joita käsitellään alla.

Yhdistetty viestintä tässä protokollassa käyttää pääosin resursseja jokaisessa solmussa, jota käytetään tiettyihin tarkoituksiin, kuten toistuvan eksplisiittisen viestin siirtoon tai reaaliaikaiseen I/O-dataan ja tapahtumiin. Yhteyden resurssit varataan ja järjestetään käytettävissä olevien viestintäpalvelujen kanssa yhdistämättömän viestinhallinnan avulla.

Yhdistämätöntä viestintää käytetään yhteyden muodostusmenettelyssä, ja sitä käytetään myös matalan prioriteetin ja harvinaisissa viesteissä. Tällainen viestintä käyttää aina ajoittamatonta kaistanleveyttä ja laitteen yhdistämättömät resurssit tunnetaan nimellä UCMM (unconnected message manager). Vaatimustenmukaisuusvakuutuksen saamiseksi ControlNet-protokollatuotteet ovat välttämättömiä UCMM:n suorittamiseksi hyväksymään pyyntöjä muun tyyppisiltä laitteilta.

Kuinka ControlNet toimii?

ControlNetissä vain yksi solmu voidaan lähettää kerrallaan, mikä estää tietojen törmäykset. Kun solmu lopettaa lähettämisen eikä pääse tunnuksen edelle, ControlNet on kirjoittanut siihen ehdot, jotka luovat tunnuksen uudelleen ja lähettävät sen toiselle loogiselle seuraajalle. ControlNet on avoin ohjausverkko, joka täyttää reaaliaikaiset ja suuren suorituskyvyn sovellusten vaatimukset. Tämä protokolla tukee lukitusta ohjaimesta toiseen ja reaaliaikaista I/O-ohjausta, venttiilejä ja käyttölaitteita. Se tarjoaa myös ohjausverkoston prosessien ja erillisten sovellusten sisällä.

Kuinka konfiguroida/koodata mikro-ohjain ControlNet-solmuksi?

Mikro-ohjaimen määrittäminen ControlNet-solmuksi edellyttää tarvittavien laitteisto- ja ohjelmistokomponenttien määrittämistä ControlNet-verkon kautta tapahtuvan tiedonsiirron mahdollistamiseksi. Tässä on yleiskuvaus vaiheista, joilla mikro-ohjain määritetään ControlNet-solmuksi:

• Valitse yhteensopiva mikro-ohjain: Valitse mikro-ohjain, joka tukee ControlNet-protokollaa tai jossa on tarvittavat laitteistoominaisuudet, kuten CAN (Controller Area Network) -liitäntä ja yhteensopiva lähetin-vastaanotin.
• Hanki ControlNet-tietoliikennepino: Hanki ControlNet-tietoliikennepino/kirjasto valitsemaasi mikro-ohjainta varten. Pino sisältää tarvittavat toiminnot ja protokollat, jotka mahdollistavat tiedonsiirron ControlNet-verkon kautta.
• Laitteiston asennus:
  • Liitä mikro-ohjain ControlNet-verkkoon CAN-liitännän avulla. Tämä tarkoittaa yleensä mikro-ohjaimen CANH- ja CANL-nastojen kytkemistä vastaaviin CAN-lähetin-vastaanottimen nastoihin.
  • Anna virtalähde ja muut tarvittavat liitännät mikro-ohjaimeen sen teknisten tietojen mukaisesti.
• Laiteohjelmiston kehitys:
  • Kirjoita mikro-ohjaimen laiteohjelmisto käyttämällä saamaasi ControlNet-tietoliikennepinoa/kirjastoa. Tämä laiteohjelmisto hoitaa tiedonsiirron ControlNet-verkon kanssa.
  • Toteuta tarvittavat toiminnot tiedonsiirron hoitamiseksi muiden ControlNet-verkon laitteiden kanssa.
• Laitteen kokoonpano:
  • Jokaiselle ControlNet-verkon solmulle on määritetty yksilöllinen solmuosoite. Varmista, että mikro-ohjaimesi solmun osoite on määritetty oikein. Tätä osoitetta käytetään verkon solmun tunnistamiseen.
• Verkkointegraatio:
  • Integroi mikro-ohjain muuhun ohjausjärjestelmääsi. Tämä saattaa sisältää antureiden, toimilaitteiden tai muiden laitteiden liittämisen mikro-ohjaimeen ja sen vuorovaikutuksen määrittämisen koko järjestelmän kanssa.

Mitkä ovat käytettävissä olevat ControlNet-tietoliikennepinot/kirjastot?

Jotkut suosituista ControlNet-viestintäpinoista/kirjastoista :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation on merkittävä teollisuusautomaatio- ja ohjausratkaisujen toimittaja. Ne tarjoavat ControlNet-tietoliikennepinon, jota tavallisesti käytetään heidän ControlLogixeissaan ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC) ja muut automaatiolaitteet.
• Anybus ControlNet Stack: Anybus, HMS Networksin tuotemerkki, tarjoaa tietoliikennepinoja erilaisille teollisille protokollille, mukaan lukien ControlNet. Niiden pino mahdollistaa ControlNet-toimintojen helpon integroinnin teollisuuslaitteisiin.
• Softing ControlNet Stack: Softing on toinen yritys, joka tarjoaa teollisia viestintäratkaisuja. Ne tarjoavat ControlNet-pinon, jonka avulla kehittäjät voivat ottaa käyttöön ControlNet-viestinnän sovelluksissaan.
• CIP (Common Industrial Protocol) -työkalupakki: CIP Toolkit on kokoelma työkaluja, esimerkkikoodia ja dokumentaatiota, jonka ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) tarjoaa CIP-pohjaisten protokollien, kuten ControlNetin ja DeviceNetin, toteuttamiseen.
• ProSoft-teknologian ControlNet-ratkaisut: ProSoft Technology tarjoaa erilaisia ​​teollisia viestintäratkaisuja, mukaan lukien ControlNet-tuotteet ja kehityspalvelut.

Ennen kuin valitset tietyn ControlNet-tietoliikennepinon/kirjaston, ota huomioon seuraavat tekijät:

• Yhteensopivuus: Varmista, että pino/kirjasto on yhteensopiva mikro-ohjaimesi laitteisto- ja ohjelmistoalustan kanssa.
• Myyjän tuki: Tarkista tietyn toimittajan käyttämille pinoille saatavilla olevan tuen taso.

ControlNet vs Profibus

The ero ControlNetin ja Profibun välillä s käsitellään alla.

Edut

The ControlN:n edut et sisältävät seuraavat.

• ControlNetillä on suuri nopeus.
• Tässä verkossa on deterministinen tiedonsiirto.
• ControlNet on oikein järjestetty, jolloin se on erittäin luotettava ja vakaa.
• Tässä protokollassa on joustavia topologiavaihtoehtoja.
• Sillä on deterministinen ja toistettava suorituskyky sekä prosessi- että erillissovelluksissa;
• Se pystyy korvaamaan tai poistamaan tehossa olevia solmuja missä tahansa verkkopisteessä
• Se vaatii vähemmän huoltoa.
• Se sallii jopa 99 laitetta jokaiselle solmulle.
• Se on erittäin joustava ja käyttää kehittyneitä tietoja.

The ControlNetin haittoja Sisällytä seuraavat.

• Laitteiston hinta on korkea.
• Vianetsintä on erittäin vaikeaa muihin protokolliin verrattuna.
• Se ei anna signaalia ja virtaa yhdessä kaapelissa.

Sovellukset

The ControlNetin sovelluksia Sisällytä seuraavat.

• ControlNet tarjoaa nopean ohjauksen, luotettavan ja I/O-tiedonsiirron ohjelmoinnilla, joka asettaa logiikan tiettyyn aikaan verkon yläpuolella.
• Tämä verkko tarjoaa kriittistä viestintää, joka ei riipu ajoituksesta ilman, että se häiritsee ohjaus- ja I/O-tietojen siirtoa.
• Se on avoin teollinen verkkoprotokolla, jota käytetään teollisuusautomaatiosovelluksia,
• Nämä ovat avoimia ohjausverkkoja, jotka yksinkertaisesti täyttävät reaaliaikaiset ja suuren suorituskyvyn kysyntäsovellukset
• Tämä tarjoaa myös ohjausverkon erillisten ja prosessisovellusten sisällä.
• Se on aikataulutettu viestintäverkko, joka on suunniteltu pääasiassa syklisen tiedon vaihtamiseen.
• Tämän verkon avulla voit myös ohjata suuria diffuusiomalleja ylimääräisten syöttöolosuhteiden tukemiseksi.

Näin ollen tämä on yleiskatsaus ControlNetistä . Se on teollisuudessa käytetty verkkoprotokolla. IoT- ja automaatioratkaisut tarvitsevat nopeampia nopeuksia, enemmän dataa ja johdonmukaista tiedonkäsittelyä. ControlNetin nopea nopeus tekee siitä hyödyllisen erilaisissa sovelluksissa, kuten hitsausohjauksessa, näköjärjestelmissä, robotiikassa, liikeohjauksessa jne. Tätä protokollaa käytetään aikaherkissä, redundanteissa ja deterministisissa sovelluksissa verrattuna Ethernet/DeviceNetiin. Th on protokolla, joka toimii ilman toistinta 1000 metriin asti, yhdistää jopa 99 laitetta, sillä on 5 Mbps tiedonsiirtonopeus ja useita topologioita . Tässä on sinulle kysymys, mikä on DeviceNet ?