ControlNet: arquitectura, treball, diferències i les seves aplicacions

La tecnologia ControlNet va ser desenvolupada per primera vegada l'any 1995 per Rockwell Automation perquè s'esforça per avançar-se a les tendències tecnològiques recents. Després d'això, ControlNet International va gestionar completament aquest protocol de xarxa industrial oberta. No obstant això, la gestió i el suport de ControlNet es van transferir a ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) perquè gestioni tots els protocols dins de la família del Protocol Industrial Comú. ControlNet ofereix diferents funcions com l'enclavament en temps real, ample de banda d'E/S, missatgeria d'igual a igual, etc. La xarxa ControlNet està dissenyada principalment per millorar la productivitat durant la transmissió de dades d'aplicacions crítiques tant per a la fabricació com per al procés. automatització . Així, aquest article tracta informació breu sobre ControlNet: arquitectura, funcionament i les seves aplicacions.

Què és ControlNet?

ControlNet és un protocol de xarxa industrial obert que utilitza el CIP (Common Industrial Protocol) per a les capes superiors de set capes del model OSI . Els dissenyadors de ControlNet van adaptar les capes CIP de la capa de transport, la capa de xarxa, l'enllaç de dades i la capa física per adaptar-se als requisits de la xarxa ControlNet.

Aquest protocol s'ha dissenyat principalment per oferir un control coherent i d'alta velocitat i transferència de dades d'E/S amb una programació que estableix la lògica en un moment determinat per sobre de la xarxa. Hi ha diferents dispositius que es comuniquen amb aquesta xarxa PLC (Controladors lògics programables) , HMI, xassís d'E/S, unitats, robots i ordinadors personals. Normalment s'utilitza per a aplicacions que funcionen de manera excel·lent amb comunicacions programades.

La velocitat de transferència de dades d'aquesta xarxa és de 5 Mbps i es troba a la gamma mitjana de les tres xarxes famoses a través d'EtherNet/IP que oscil·la entre 10 Mbps i 1 Gbps i DeviceNet oscil·la entre 125 i 500 Kbps.

Arquitectura ControlNet

El protocol ControlNet s'utilitza en aplicacions d'automatització industrial. ControlNet utilitza el CIP o Common Industrial Protocol per facilitar la interconnexió entre diferents capes OSI. Aquest protocol està dissenyat per proporcionar una transferència de dades consistent i un control d'alta velocitat mitjançant la programació. De manera que estableix la lògica en un moment particular per sobre de la xarxa i ajuda a la transferència de dades ràpida. Aquesta xarxa inclou diferents dispositius com ara PLC, xassís d'E/S, ordinadors personals i controladors.

Connectors i cables ControlNet

Aquí, és significatiu tenir en compte que ControlNet utilitza cables coaxials RG-6 a través dels connectors BNC. Els connectors utilitzats a ControlNet a connectors BNC. El connector BNC és un petit connector de RF fàcil de connectar o desconnectar, utilitzat per a cable coaxial. Aquest connector està dissenyat principalment per mantenir la impedància característica similar del cable, incloent-hi els tipus de 50 ohms i 75 ohms. En general, s'utilitza per a connexions de RF i vídeo de fins a uns 2 GHz i fins a 500 volts. Aquests connectors s'utilitzen simplement amb cables coaxials petits a molt petits dins de televisió, ràdio i altres equips electrònics de RF. Per tant, normalment s'utilitzaven per a les primeres xarxes informàtiques com l'IBM PC Network, ARCnet i la variant 10BASE2.

ControlNet permet triar els tipus de cable on aquests cables tenen naturalesa flexible o d'enterrament directe. A més, aquests cables també s'utilitzen en qualsevol entorn. Com a alternativa per a ControlNet, hi ha diferents aplicacions que requereixen distàncies més llargues i també utilitzen fibra òptica (OFC) dins del cablejat. Aquí, és molt essencial tenir en compte que admet un màxim de 99 nodes a la xarxa.

Els nodes de ControlNet s'assignen simplement mitjançant una adreça MAC ID. A més, cada node identifica també l'adreça successora i predecessora. Cada node que està disponible a la interfície de ControlNet inclou principalment una hora programada (token). Així doncs, en aquesta xarxa, a la vegada només es transmet un node que finalment evitaria que les col·lisions de dades prenguessin proposicions insegures. Si ControlNet està organitzat correctament, pot ser extremadament fiable i estable. A més, necessita menys manteniment durant un període més llarg en comparació amb diferents xarxes basades en automatització industrial.

Topologia ControlNet

ControlNet topologies mentre es dissenya la xarxa són troncals-dropline, arbre o estrella.

Topologia troncal-línia descendent

La topologia de línia de caiguda de línia troncal utilitza només un cable prim o gruixut. La distància principal entre els límits de la xarxa difereix segons la longitud del cable i la velocitat de dades. En aquesta topologia, els nodes es poden connectar directament a la línia principal, en cas contrari mitjançant branques curtes. Aquesta topologia proporciona busos de parell trenat per separat per a la distribució de senyal i d'energia.

Topologia de l'arbre

La topologia d'arbre és un tipus de topologia de xarxa que sembla un arbre. Aquesta topologia inclou un node central i cada node simplement està connectat a aquest node en un sol carril. Els principals avantatges d'aquesta topologia són; una combinació de topologies estrella i bus, detecció d'un error, durabilitat, suport de dispositius, creixement de la xarxa, etc. Aquesta topologia s'utilitza sovint per connectar diversos dispositius com ordinadors, impressores, etc. en una oficina o casa. Aquesta topologia ajuda a crear xarxes de bus, sempre que cada dispositiu estigui connectat simplement a un servidor mitjà.

Topologia en estrella

La topologia en estrella és un tipus de topologia de xarxa on cada dispositiu està connectat individualment a un node central, anomenat concentrador/interruptor. Aquesta topologia sembla una estrella. Aquesta topologia ajuda a reduir l'impacte de la fallada de la línia de transmissió connectant de manera independent tots els hosts cap al concentrador. Així, cada amfitrió pot comunicar-se amb tots els altres mitjançant l'enviament i la recepció des del concentrador. consulteu aquest enllaç per saber-ne més Topologia en estrella .

Mitjans físics

El suport físic del protocol ControlNet inclou principalment aixetes, segments, resistències de terminació, ponts i repetidors que es comenten a continuació.

Les aixetes són un dels tipus de mitjans físics que permeten fixar nodes al tronc amb l'ajuda d'un cable de baixada. Aquests estan disponibles en diferents tipus com T o Y, recte i angle recte que té flexibilitat mentre es configura la xarxa ControlNet.

A cada extrem del cable troncal, s'utilitza una resistència de terminació de 75Ω. El conjunt de cables troncals coneguts com a Segments i aixetes tenen resistències finals a cada extrem. La longitud de cada segment depèn principalment dels dispositius connectats al tronc.

Els repetidors són útils per estendre les xarxes ControlNet simplement connectant-se entre els segments.
Els ponts són dispositius utilitzats entre xarxes com a connexions de comunicació. Aquests dispositius reenvien la informació dels paquets de xarxa.

Token Ring

Als nodes de ControlNet se'ls assigna una adreça MAC ID on cada node també reconeix la seva adreça successora i predecessora. Aquí, cada node inclou una hora programada que es decideix mitjançant un testimoni. Quan el node té el control del testimoni, llavors envia trames de dades fins que el testimoni assoleix el seu límit de temps. Després d'això, es pot formar un nou testimoni que es passa al següent successor lògic.

Temporització

La temporització de ControlNet es fa amb una NUT o Temps d'actualització de la xarxa que depèn d'un cicle de temps permanent i repetitiu. El temps d'actualització de la xarxa s'estableix entre 2 i 100 ms de durada i inclou tres parts principals programades, no programades i banda de protecció. A ControlNet, els nodes inclouen temporitzadors que estan sincronitzats per la NUT que separa el temps d'entrada entre els nodes de manera coherent.

Missatgeria

El protocol ControlNet utilitza principalment dos tipus de missatgeria connectada i no connectada que es comenten a continuació.

La missatgeria connectada d'aquest protocol utilitza principalment recursos en cada node que s'utilitzen per a finalitats particulars, com ara la transferència o les dades d'E/S en temps real i les transaccions del missatge explícit freqüent. Els recursos d'una connexió es deixen de banda i s'organitzen amb els serveis de comunicacions disponibles mitjançant el gestor de missatges sense connexió.

La missatgeria no connectada s'utilitza en el procediment d'establiment de connexió i també s'utilitza per a missatges rars i de baixa prioritat. Aquest tipus de missatgeria utilitza sempre una amplada de banda no programada i els recursos no connectats dins d'un dispositiu es coneixen com a UCMM (gestor de missatges sense connexió). Per obtenir una declaració de conformitat, els productes del protocol ControlNet són necessaris per executar un UCMM per acceptar sol·licituds d'altres tipus de dispositius.

Com funciona ControlNet?

A ControlNet, només es pot enviar un node alhora que evitarà que es produeixin col·lisions de dades. Una vegada que el node deixi d'enviar i no s'avança al testimoni, ControlNet hi ha escrit unes condicions que tornaran a generar el testimoni i el transmetran al successor lògic posterior. ControlNet és una xarxa de control oberta que compleix les demandes d'aplicacions en temps real i d'alt rendiment. Aquest protocol admet l'enclavament d'un controlador a un altre controlador i control d'E/S, vàlvules i accionaments en temps real. També proporciona xarxes de control dins d'aplicacions de processos i discretes.

Com configurar/codificar un microcontrolador com a node ControlNet ?

Configurar un microcontrolador com a node ControlNet implica configurar els components de maquinari i programari necessaris per permetre la comunicació a través de la xarxa ControlNet. Aquí teniu un esquema general dels passos per configurar un microcontrolador com a node ControlNet:

• Trieu un microcontrolador compatible: Seleccioneu un microcontrolador que admeti el protocol ControlNet o que tingui les funcions de maquinari necessàries com la interfície CAN (Controller Area Network) i un transceptor compatible.
• Obteniu la pila de comunicació ControlNet: Adquireixi la pila/biblioteca de comunicació ControlNet per al microcontrolador escollit. La pila proporciona les funcions i protocols necessaris per permetre la comunicació a través de la xarxa ControlNet.
• Configuració del maquinari:
  • Connecteu el microcontrolador a una xarxa ControlNet mitjançant la interfície CAN. Normalment, això implica connectar els pins CANH i CANL del microcontrolador als pins corresponents d'un transceptor CAN.
  • Proporcioneu font d'alimentació i qualsevol altra connexió necessària al microcontrolador segons les seves especificacions.
• Desenvolupament de firmware:
  • Escriviu el microprogramari del microcontrolador mitjançant la biblioteca/pila de comunicació ControlNet que heu obtingut. Aquest microprogramari gestionarà la comunicació amb la xarxa ControlNet.
  • Implementar les funcions necessàries per gestionar l'intercanvi de dades amb altres dispositius de la xarxa ControlNet.
• Configuració del dispositiu:
  • A cada node de la xarxa ControlNet se li assigna una adreça de node única. Assegureu-vos que l'adreça del node del vostre microcontrolador estigui configurada correctament. Aquesta adreça s'utilitza per identificar el node de la xarxa.
• Integració de xarxa:
  • Integra el microcontrolador amb la resta del teu sistema de control. Això podria implicar connectar sensors, actuadors o altres dispositius al microcontrolador i definir com interactua amb el sistema global.

Quines són la pila/biblioteca de comunicació ControlNet disponible?

Algunes de les biblioteques/piles de comunicació populars de ControlNet :

• Pila ControlNet de Rockwell Automation/Allen-Bradley: Rockwell Automation és un important proveïdor de solucions de control i automatització industrial. Ofereixen una pila de comunicació ControlNet que s'utilitza normalment amb el seu ControlLogix controladors lògics programables (PLC) i altres dispositius d'automatització.
• Pila Anybus ControlNet: Anybus, una marca de xarxes HMS, proporciona piles de comunicació per a diversos protocols industrials, inclòs ControlNet. La seva pila permet una fàcil integració de la funcionalitat ControlNet als dispositius industrials.
• Softing ControlNet Stack: Softing és una altra empresa que ofereix solucions de comunicació industrial. Ofereixen una pila ControlNet que permet als desenvolupadors implementar la comunicació ControlNet a les seves aplicacions.
• Kit d'eines CIP (Protocol industrial comú): El CIP Toolkit és una col·lecció d'eines, codi de mostra i documentació proporcionada per ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) per implementar protocols basats en CIP com ControlNet i DeviceNet.
• Solucions ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology ofereix diverses solucions de comunicació industrial, inclosos productes ControlNet i serveis de desenvolupament.

Abans d'escollir una biblioteca/pila de comunicació ControlNet específica, tingueu en compte els factors següents:

• Compatibilitat: Assegureu-vos que la pila/biblioteca sigui compatible amb la plataforma de maquinari i programari del vostre microcontrolador.
• Suport al venedor: Comproveu el nivell de suport disponible per a les piles utilitzades del venedor concret.

ControlNet vs Profibus

El diferència entre ControlNet i Profibu s es comenten a continuació.

Avantatges

El avantatges de ControlN i incloure el següent.

• ControlNet té una alta velocitat.
• Aquesta xarxa té una transferència de dades determinista.
• ControlNet està organitzat correctament, llavors és extremadament fiable i estable.
• Aquest protocol té opcions de topologia flexibles.
• Té un rendiment determinista i repetible tant per a aplicacions de procés com per a aplicacions discretes;
• És capaç de substituir o eliminar nodes en poder en qualsevol punt de la xarxa
• Necessita menys manteniment.
• Permet fins a 99 dispositius per a cada node.
• És molt flexible i utilitza dades sofisticades.

El desavantatges de ControlNet incloure el següent.

• El cost del maquinari és alt.
• La resolució de problemes és molt difícil en comparació amb altres protocols.
• No proporciona senyal i potència en un sol cable.

Aplicacions

El aplicacions de ControlNet incloure el següent.

• ControlNet proporciona un control d'alta velocitat, una transmissió de dades fiable i d'E/S amb una programació que estableix la lògica a un moment determinat per sobre de la xarxa.
• Aquesta xarxa proporciona missatges crítics que no depenen del temps que s'ha de realitzar sense interferir amb la transferència de dades de control i E/S.
• És un protocol de xarxa industrial obert que s'utilitza en aplicacions d'automatització industrial,
• Es tracta de xarxes de control obertes que simplement satisfan les aplicacions de demanda en temps real i d'alt rendiment
• Això també proporciona una xarxa de control dins d'aplicacions discretes i de procés.
• És una xarxa de comunicació programada dissenyada principalment per intercanviar dades cícliques.
• Aquesta xarxa també us permet controlar grans models de difusió per suportar condicions d'entrada addicionals.

Així, això és una visió general d'un ControlNet . És un protocol de xarxa utilitzat en el sector industrial. Les solucions d'IoT i d'automatització necessiten velocitats més ràpides, més dades i un maneig de dades coherent. Així, la ràpida velocitat de ControlNet el farà útil en diferents aplicacions com controls de soldadura, sistemes de visió, robòtica, control de moviment, etc. Aquest protocol s'utilitza en aplicacions sensibles al temps, redundants i deterministes en comparació amb Ethernet/DeviceNet. Th Aquest protocol funciona sense repetidor fins a 1000 metres, connecta fins a 99 dispositius, té una velocitat de transferència de dades de 5 Mbps i proporciona diverses topologies . Aquí tens una pregunta, què és DeviceNet ?