ControlNet: architettura, funzionamento, differenze e sue applicazioni

La tecnologia ControlNet è stata sviluppata per la prima volta nel 1995 da Rockwell Automation perché si sforza di anticipare le recenti tendenze tecnologiche. Successivamente, questo protocollo di rete industriale aperto è stato gestito completamente da ControlNet International. Tuttavia, la gestione e il supporto di ControlNet sono stati trasferiti a ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) in modo che gestisca tutte le protocolli all'interno della famiglia del protocollo industriale comune. ControlNet fornisce diverse funzionalità come l'interblocco in tempo reale, la larghezza di banda I/O, la messaggistica peer-to-peer, ecc. automazione . Quindi questo articolo discute brevi informazioni su ControlNet: architettura, funzionamento e sue applicazioni.

Cos'è Control Net?

ControlNet è un protocollo di rete industriale aperto che utilizza il CIP (Common Industrial Protocol) per i livelli superiori da sette livelli del modello OSI . I progettisti di ControlNet hanno adattato i livelli CIP del livello di trasporto, del livello di rete, del collegamento dati e del livello fisico per soddisfare i requisiti della rete ControlNet.

Questo protocollo è stato progettato principalmente per fornire un controllo coerente e ad alta velocità e il trasferimento dei dati I/O con una programmazione che imposta la logica su un tempo particolare al di sopra della rete. Esistono diversi dispositivi che comunicano con questa rete PLC (controllori logici programmabili) , HMI, chassis I/O, azionamenti, robot e personal computer. Viene normalmente utilizzato per applicazioni che funzionano in modo eccellente con comunicazioni pianificate.

La velocità di trasferimento dati di questa rete è di 5 Mbps ed è nella fascia media delle tre famose reti tramite EtherNet/IP che va da 10 Mbps a 1 Gbps e DeviceNet da 125 a 500 Kbps.

Architettura ControlNet

Il protocollo ControlNet viene utilizzato nelle applicazioni di automazione industriale. ControlNet utilizza il CIP o Common Industrial Protocol per facilitare l'interconnessione tra diversi livelli OSI. Questo protocollo è progettato per fornire un trasferimento dati coerente e un controllo ad alta velocità attraverso la programmazione. In modo che imposti la logica su un tempo particolare sopra la rete e aiuti nel trasferimento rapido dei dati. Questa rete include diversi dispositivi come PLC, chassis I/O, personal computer e driver.

Connettori e cavi ControlNet

Qui è significativo notare che ControlNet utilizza cavi coassiali RG-6 attraverso i connettori BNC. I connettori utilizzati in ControlNet sono connettori BNC. Il connettore BNC è un piccolo connettore RF facilmente collegabile o scollegabile, utilizzato per il cavo coassiale. Questo connettore è progettato principalmente per mantenere l'impedenza caratteristica simile del cavo, inclusi i tipi da 50 ohm e 75 ohm. Generalmente, viene utilizzato per connessioni RF e video fino a circa 2 GHz e fino a 500 volt. Questi connettori vengono semplicemente utilizzati con cavi coassiali piccoli o molto piccoli all'interno di televisori, radio e altre apparecchiature elettroniche RF. Quindi erano normalmente utilizzati per le prime reti di computer come IBM PC Network, ARCnet e la variante 10BASE2.

ControlNet consente di scegliere i tipi di cavo in cui questi cavi hanno natura flessibile o a interramento diretto. Inoltre, questi cavi sono utilizzati anche in qualsiasi ambiente. In alternativa a ControlNet, esistono diverse applicazioni che richiedono distanze maggiori e utilizzano anche fibre ottiche (OFC) all'interno del cablaggio. Qui, è molto essenziale notare che supporta un massimo di 99 nodi sulla rete.

I nodi in ControlNet vengono semplicemente allocati tramite un indirizzo MAC ID. Inoltre, ogni nodo identifica anche l'indirizzo del successore e del predecessore. Ogni nodo disponibile all'interno dell'interfaccia di ControlNet include principalmente un orario pianificato (token). Quindi, in questa rete, alla volta viene trasmesso un solo nodo che alla fine eviterebbe che le collisioni di dati prendano proposte non sicure. Se ControlNet è organizzato correttamente, può essere estremamente affidabile e stabile. Inoltre, richiede meno manutenzione per un periodo più lungo rispetto a diverse reti basate sull'automazione industriale.

Topologia ControlNet

ControlNet topologie durante la progettazione della rete sono dorsale-scendente, albero o stella.

Topologia trunkline-dropline

La topologia della linea principale di derivazione utilizza un solo cavo sottile o spesso. La distanza principale tra i limiti di rete varia in base alla lunghezza del cavo e alla velocità dei dati. In questa topologia i nodi possono essere collegati direttamente alla linea principale oppure tramite brevi diramazioni. Questa topologia fornisce bus a doppino intrecciato separatamente per la distribuzione del segnale e dell'alimentazione.

Topologia ad albero

La topologia ad albero è un tipo di topologia di rete che assomiglia ad un albero. Questa topologia include un nodo centrale e ogni nodo è semplicemente connesso a questo nodo attraverso una singola corsia. I principali vantaggi di questa topologia sono; una combinazione di topologie a stella e bus, rilevamento di un errore, durabilità, supporto del dispositivo, crescita della rete, ecc. Questa topologia viene spesso utilizzata per collegare diversi dispositivi come computer, stampanti, ecc. in un ufficio oa casa. Questa topologia aiuta nella creazione di reti bus, ovunque ogni dispositivo sia semplicemente connesso a un server intermedio.

Topologia a stella

La topologia a stella è un tipo di topologia di rete in cui ogni dispositivo è connesso individualmente a un nodo centrale, chiamato hub/switch. Questa topologia sembra una stella. Questa topologia aiuta a ridurre l'impatto dei guasti della linea di trasmissione collegando in modo indipendente ogni host verso l'hub. Pertanto, ogni host può comunicare con tutti gli altri tramite l'invio e la ricezione dall'hub. si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più Topologia a stella .

Supporti fisici

Il supporto fisico del protocollo ControlNet include principalmente derivazioni, segmenti, resistori di terminazione, ponti e ripetitori discussi di seguito.

I tap sono uno dei tipi di supporto fisico che consente di fissare i nodi al trunk con l'aiuto di un cavo di derivazione. Questi sono disponibili in diversi tipi come T o Y, diritti e ad angolo retto che offrono flessibilità durante la configurazione della rete ControlNet.

A ciascuna estremità del cavo principale viene utilizzata una resistenza di terminazione da 75 Ω. Il set di cavi dorsale noto come Segmenti e derivazioni ha resistori di terminazione a ogni estremità. La lunghezza di ciascun segmento dipende principalmente dai dispositivi collegati al trunk.

I ripetitori sono utili per estendere le reti ControlNet collegandosi semplicemente tra i segmenti.
I bridge sono dispositivi utilizzati tra le reti come connessioni di comunicazione. Questi dispositivi inoltrano le informazioni sui pacchetti di rete.

Token Ring

Ai nodi in ControlNet viene assegnato un indirizzo MAC ID in cui ogni nodo riconosce anche il proprio indirizzo successore e predecessore. Qui, ogni nodo include un orario pianificato che viene deciso tramite un token. Quando il nodo ha il controllo del token, invia frame di dati finché il token non raggiunge il suo limite di tempo. Successivamente, è possibile formare un nuovo token che viene passato al successivo successore logico.

Tempismo

La temporizzazione di ControlNet viene eseguita con un NUT o Network Update Time che dipende da un ciclo di tempo permanente e ripetitivo. Il tempo di aggiornamento della rete è impostato da 2 a 100 msec di durata e include tre parti principali programmate, non programmate e guardband. In ControlNet, i nodi includono timer sincronizzati dal NUT che separa il tempo di ingresso tra i nodi in modo coerente.

Messaggistica

Il protocollo ControlNet utilizza principalmente due tipi di messaggi connessi e non connessi, discussi di seguito.

La messaggistica connessa in questo protocollo utilizza principalmente le risorse in ogni nodo che vengono utilizzate per scopi particolari come il trasferimento o i dati I/O in tempo reale e le transazioni del messaggio esplicito frequente. Le risorse di una connessione vengono messe da parte e organizzate con i servizi di comunicazione disponibili utilizzando il gestore dei messaggi non connesso.

La messaggistica non connessa viene utilizzata nella procedura di creazione della connessione e viene utilizzata anche per messaggi a bassa priorità e rari. Questo tipo di messaggistica utilizza sempre la larghezza di banda non pianificata e le risorse non connesse all'interno di un dispositivo sono note come UCMM (gestore messaggi non connessi). Per ottenere una dichiarazione di conformità, i prodotti del protocollo ControlNet devono eseguire un UCMM per accettare richieste da altri tipi di dispositivi.

Come funziona ControlNet?

In ControlNet, è possibile inviare un solo nodo alla volta per evitare che si verifichino collisioni di dati. Una volta che il nodo smette di inviare e non anticipa il token, ControlNet ha scritto le condizioni che genereranno nuovamente il token e lo trasmetteranno all'ulteriore successore logico. ControlNet è una rete di controllo aperta che soddisfa le esigenze delle applicazioni in tempo reale e ad alto rendimento. Questo protocollo supporta l'interblocco da un controller a un altro controller e il controllo I/O, le valvole e gli azionamenti in tempo reale. Fornisce inoltre una rete di controllo all'interno di applicazioni discrete e di processo.

Come configurare/codificare un microcontrollore come nodo ControlNet  ?

La configurazione di un microcontrollore come nodo ControlNet comporta l'impostazione dei componenti hardware e software necessari per consentire la comunicazione sulla rete ControlNet. Ecco uno schema generale dei passaggi per configurare un microcontrollore come nodo ControlNet:

• Scegli un microcontrollore compatibile: Selezionare un microcontrollore che supporti il ​​protocollo ControlNet o abbia le caratteristiche hardware necessarie come l'interfaccia CAN (Controller Area Network) e un ricetrasmettitore compatibile.
• Ottenere lo stack di comunicazione ControlNet: Acquisire lo stack/libreria di comunicazione ControlNet per il microcontrollore scelto. Lo stack fornisce le funzioni ei protocolli necessari per consentire la comunicazione sulla rete ControlNet.
• Configurazione dell'hardware:
  • Collegare il microcontrollore a una rete ControlNet utilizzando l'interfaccia CAN. Questo di solito comporta il collegamento dei pin CANH e CANL del microcontrollore ai pin corrispondenti di un ricetrasmettitore CAN.
  • Fornire l'alimentazione e qualsiasi altra connessione richiesta al microcontrollore secondo le sue specifiche.
• Sviluppo firmware:
  • Scrivere il firmware per il microcontrollore utilizzando lo stack/libreria di comunicazione ControlNet ottenuto. Questo firmware gestirà la comunicazione con la rete ControlNet.
  • Implementare le funzioni necessarie per gestire lo scambio di dati con altri dispositivi sulla rete ControlNet.
• Configurazione del dispositivo:
  • A ciascun nodo della rete ControlNet viene assegnato un indirizzo di nodo univoco. Assicurati che l'indirizzo del nodo del tuo microcontrollore sia configurato correttamente. Questo indirizzo viene utilizzato per identificare il nodo sulla rete.
• Integrazione di rete:
  • Integra il microcontrollore con il resto del tuo sistema di controllo. Ciò potrebbe comportare il collegamento di sensori, attuatori o altri dispositivi al microcontrollore e la definizione di come interagisce con il sistema generale.

Quali sono gli stack/librerie di comunicazione ControlNet disponibili?

Alcuni dei popolari stack/librerie di comunicazione ControlNet :

• Stack Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet: Rockwell Automation è un importante fornitore di soluzioni di controllo e automazione industriale. Offrono uno stack di comunicazione ControlNet che viene generalmente utilizzato con il loro ControlLogix controllori logici programmabili (PLC) e altri dispositivi di automazione.
• Stack Anybus ControlNet: Anybus, un marchio di HMS Networks, fornisce stack di comunicazione per vari protocolli industriali, incluso ControlNet. Il loro stack consente una facile integrazione della funzionalità ControlNet nei dispositivi industriali.
• Softing Stack ControlNet: Softing è un'altra azienda che fornisce soluzioni di comunicazione industriale. Offrono uno stack ControlNet che consente agli sviluppatori di implementare la comunicazione ControlNet nelle loro applicazioni.
• Toolkit CIP (protocollo industriale comune): CIP Toolkit è una raccolta di strumenti, codici di esempio e documentazione forniti da ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) per l'implementazione di protocolli basati su CIP come ControlNet e DeviceNet.
• Soluzioni ProSoft Technology ControlNet: ProSoft Technology offre varie soluzioni di comunicazione industriale, inclusi prodotti ControlNet e servizi di sviluppo.

Prima di scegliere uno stack/libreria di comunicazione ControlNet specifico, considerare i seguenti fattori:

• Compatibilità: Assicurati che lo stack/la libreria sia compatibile con la piattaforma hardware e software del tuo microcontrollore.
• Supporto del fornitore: Controlla il livello di supporto disponibile per gli stack utilizzati dal fornitore specifico.

ControlNet contro Profibus

IL differenza tra ControlNet e Profibu s sono discussi di seguito.

Vantaggi

IL vantaggi di ControlN et includere quanto segue.

• ControlNet ha un'alta velocità.
• Questa rete ha un trasferimento dati deterministico.
• ControlNet è organizzato correttamente, quindi è estremamente affidabile e stabile.
• Questo protocollo ha scelte topologiche flessibili.
• Ha prestazioni deterministiche e ripetibili sia per applicazioni di processo che discrete;
• È in grado di sostituire o rimuovere nodi in alimentazione in qualsiasi punto della rete
• Ha bisogno di meno manutenzione.
• Consente fino a 99 dispositivi per ogni nodo.
• È molto flessibile e utilizza dati sofisticati.

IL svantaggi di ControlNet include il seguente.

• Il costo dell'hardware è elevato.
• La risoluzione dei problemi è molto difficile rispetto ad altri protocolli.
• Non fornisce segnale e alimentazione in un unico cavo.

Applicazioni

IL applicazioni di ControlNet include il seguente.

• ControlNet fornisce controllo ad alta velocità, affidabile e trasmissione dati I/O con programmazione che imposta la logica su un determinato momento sopra la rete.
• Questa rete fornisce messaggi critici che non dipendono dalla tempistica da eseguire senza interferire con il trasferimento dei dati di controllo e I/O.
• È un protocollo di rete industriale aperto utilizzato nelle applicazioni di automazione industriale,
• Si tratta di reti di controllo aperte che soddisfano semplicemente le applicazioni della domanda in tempo reale e ad alto rendimento
• Ciò fornisce anche una rete di controllo all'interno di applicazioni discrete e di processo.
• È una rete di comunicazione schedulata progettata principalmente per lo scambio di dati ciclici.
• Questa rete consente inoltre di controllare modelli a grande diffusione per supportare condizioni di input aggiuntive.

Così, questo è una panoramica di una ControlNet . È un protocollo di rete utilizzato nel settore industriale. Le soluzioni IoT e di automazione richiedono velocità più elevate, più dati e una gestione coerente dei dati. Quindi l'elevata velocità di ControlNet lo renderà utile in diverse applicazioni come controlli di saldatura, sistemi di visione, robotica, controllo del movimento, ecc. Questo protocollo viene utilizzato in applicazioni time-sensitive, ridondanti e deterministiche rispetto a Ethernet/DeviceNet. Gi Questo protocollo funziona senza ripetitore fino a 1000 metri, collega fino a 99 dispositivi, ha una velocità di trasferimento dati di 5 Mbps e fornisce diverse topologie . Ecco una domanda per te, cos'è DeviceNet ?