ControlNet : Seni Bina, Kerja, Perbezaan & Aplikasinya

Teknologi ControlNet pertama kali dibangunkan pada tahun 1995 oleh Rockwell Automation kerana ia berusaha untuk mendahului trend teknologi terkini. Selepas itu, protokol rangkaian industri terbuka ini dikendalikan sepenuhnya oleh ControlNet International. Walau bagaimanapun, pengurusan & sokongan ControlNet telah dipindahkan ke ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) supaya ia mengendalikan semua protokol dalam keluarga Common Industrial Protocol. ControlNet menyediakan ciri yang berbeza seperti saling mengunci dalam masa nyata, jalur lebar I/O, pemesejan rakan ke rakan, dll. Rangkaian ControlNet direka terutamanya untuk meningkatkan produktiviti sepanjang penghantaran data aplikasi kritikal masa untuk kedua-dua pembuatan & proses automasi . Jadi artikel ini membincangkan maklumat ringkas tentang ControlNet – seni bina, kerja dan aplikasinya.

Apakah itu ControlNet?

ControlNet ialah protokol rangkaian industri terbuka yang menggunakan CIP (Common Industrial Protocol) untuk lapisan yang lebih tinggi daripada tujuh lapisan model OSI . Pereka bentuk ControlNet menyesuaikan lapisan CIP lapisan pengangkutan, lapisan rangkaian, pautan data & lapisan fizikal agar sesuai dengan keperluan rangkaian ControlNet.

Protokol ini direka terutamanya untuk memberikan kawalan berkelajuan tinggi yang konsisten & pemindahan data I/O dengan pengaturcaraan yang menetapkan logik kepada masa tertentu di atas rangkaian. Terdapat peranti berbeza yang dikomunikasikan dengan rangkaian ini adalah PLC (Pengawal Logik Boleh Diprogram) , HMI, casis I/O, pemacu, robot & komputer peribadi. Ia biasanya digunakan untuk aplikasi yang berfungsi dengan baik dengan komunikasi berjadual.

Kelajuan pemindahan data rangkaian ini ialah 5 Mbps & berada dalam julat pertengahan tiga rangkaian terkenal melalui EtherNet/IP yang berjulat dari 10Mbps – 1Gbps & DeviceNet berjulat dari 125 – 500 Kbps.

Seni Bina ControlNet

Protokol ControlNet digunakan dalam aplikasi automasi industri. ControlNet menggunakan CIP atau Common Industrial Protocol untuk memudahkan sambungan antara lapisan OSI yang berbeza. Protokol ini direka bentuk untuk menyediakan pemindahan data yang konsisten & kawalan kelajuan tinggi melalui pengaturcaraan. Supaya ia menetapkan logik kepada pemasaan tertentu di atas rangkaian & membantu dalam pemindahan data pantas. Rangkaian ini termasuk peranti berbeza seperti PLC, casis I/O, komputer peribadi & pemacu.

Penyambung & Kabel ControlNet

Di sini, adalah penting untuk diperhatikan bahawa ControlNet menggunakan kabel sepaksi RG-6 melalui penyambung BNC. Penyambung yang digunakan dalam ControlNet dan penyambung BNC. Penyambung BNC ialah penyambung RF kecil yang mudah disambungkan atau dicabut, digunakan untuk kabel sepaksi. Penyambung ini direka terutamanya untuk mengekalkan impedans ciri kabel yang serupa termasuk jenis 50 ohm & 75-ohm yang dibuat. Secara amnya, ia digunakan untuk sambungan RF & video sehingga kira-kira 2 GHz & sehingga 500 volt. Penyambung ini hanya digunakan dengan kabel sepaksi kecil hingga sangat kecil dalam televisyen, radio & peralatan elektronik RF lain. Jadi ia biasanya digunakan untuk rangkaian komputer awal seperti IBM PC Network, ARCnet & varian 10BASE2.

ControlNet membolehkan anda memilih jenis kabel di mana kabel ini mempunyai sifat pengebumian yang fleksibel atau langsung. Selain itu, kabel ini juga digunakan dalam sebarang persekitaran. Sebagai alternatif untuk ControlNet, terdapat aplikasi berbeza yang memerlukan jarak yang lebih jauh & juga menggunakan gentian optik (OFC) dalam kabel. Di sini, adalah sangat penting untuk ambil perhatian bahawa, ia menyokong maksimum 99 nod melalui rangkaian.

Nod dalam ControlNet hanya diperuntukkan melalui alamat MAC ID. Tambahan pula, setiap nod mengenal pasti alamat pengganti & pendahulu juga. Setiap nod yang tersedia dalam antara muka ControlNet terutamanya termasuk masa yang dijadualkan (token). Jadi, dalam rangkaian ini, pada satu masa hanya satu nod dihantar yang akhirnya akan mengelakkan perlanggaran data daripada mengambil cadangan yang tidak selamat. Jika ControlNet disusun dengan betul, ia boleh dipercayai & stabil. Tambahan pula, ia memerlukan kurang penyelenggaraan dalam tempoh yang lebih lama berbanding rangkaian berasaskan automasi industri yang berbeza.

Topologi ControlNet

ControlNet topologi semasa mereka bentuk rangkaian adalah garis batang-dropline, pokok atau bintang.

Topologi Trunkline-Dropline

Topologi talian garisan batang menggunakan hanya satu kabel nipis atau tebal kabel. Jarak utama antara had rangkaian berbeza dengan panjang kabel & kelajuan data. Dalam topologi ini, nod boleh disambungkan terus ke talian utama sebaliknya melalui cawangan pendek. Topologi ini menyediakan bas pasangan terpiuh secara berasingan untuk pengagihan isyarat & kuasa.

Topologi Pokok

Topologi pokok adalah salah satu jenis topologi rangkaian yang kelihatan seperti pokok. Topologi ini termasuk satu nod pusat & setiap nod hanya disambungkan kepada nod ini di seluruh satu lorong. Kelebihan utama topologi ini ialah; gabungan topologi bintang & bas, pengesanan ralat, ketahanan, sokongan peranti, pertumbuhan rangkaian, dsb. Topologi ini kerap digunakan untuk menyambungkan beberapa peranti seperti komputer, pencetak, dll di pejabat atau rumah. Topologi ini membantu dalam mewujudkan rangkaian bas, di mana sahaja setiap peranti disambungkan ke pelayan tengah.

Topologi Bintang

Topologi bintang ialah sejenis topologi rangkaian di mana setiap peranti disambungkan secara individu ke nod pusat, dipanggil hub/suis. Topologi ini kelihatan seperti bintang. Topologi ini membantu dalam mengurangkan kesan kegagalan talian penghantaran dengan menyambung secara bebas setiap hos ke hab. Oleh itu, setiap hos boleh berkomunikasi dengan semua yang lain melalui penghantaran & penerimaan daripada hab. sila rujuk pautan ini untuk mengetahui lebih lanjut Topologi Bintang .

Media Fizikal

Media fizikal protokol ControlNet terutamanya termasuk Ketik, Segmen, Perintang Penamat, Jambatan & Pengulang yang dibincangkan di bawah.

Ketik ialah salah satu jenis media fizikal yang membolehkan anda membetulkan nod pada batang dengan bantuan kabel jatuh. Ini tersedia dalam pelbagai jenis seperti T atau Y, sudut lurus & tepat yang mempunyai fleksibiliti semasa mengkonfigurasi rangkaian ControlNet.

Pada setiap hujung kabel batang, perintang penamat 75Ω digunakan. Set kabel batang yang dikenali sebagai Segmen & pili mempunyai perintang penamat pada setiap hujung. Panjang setiap segmen bergantung terutamanya pada peranti yang disambungkan ke batang.

Repeater berguna dalam memanjangkan rangkaian ControlNet dengan hanya menyambung antara segmen.
Jambatan adalah peranti yang digunakan antara rangkaian sebagai sambungan komunikasi. Peranti ini memajukan maklumat paket rangkaian.

Cincin Token

Nod dalam ControlNet diberikan alamat MAC ID di mana setiap nod juga mengenali alamat pengganti & pendahulunya. Di sini, setiap nod termasuk masa berjadual yang diputuskan melalui token. Apabila nod mempunyai kawalan ke atas token, maka ia menghantar bingkai data sehingga token mencapai had masanya. Selepas itu, token baru boleh dibentuk yang diserahkan kepada pengganti logik seterusnya.

Masa

Masa ControlNet dilakukan dengan NUT atau Masa Kemas Kini Rangkaian yang bergantung pada kitaran masa yang kekal & berulang. Masa Kemas Kini Rangkaian ditetapkan daripada 2 hingga 100 msec tempoh & ia termasuk tiga bahagian utama yang dijadualkan, tidak berjadual & pengawal. Dalam ControlNet, nod termasuk pemasa yang disegerakkan oleh NUT yang memisahkan masa entrée antara nod secara konsisten.

Pemesejan

Protokol ControlNet menggunakan terutamanya dua jenis pemesejan bersambung dan tidak bersambung yang dibincangkan di bawah.

Pemesejan bersambung dalam protokol ini terutamanya menggunakan sumber dalam setiap nod yang digunakan untuk tujuan tertentu seperti pemindahan atau data I/O masa nyata & transaksi mesej eksplisit yang kerap. Sumber sambungan diketepikan dan diatur dengan perkhidmatan komunikasi yang tersedia menggunakan pengurus mesej yang tidak disambungkan.

Pemesejan tidak bersambung digunakan dalam prosedur penubuhan sambungan & juga ia digunakan untuk mesej keutamaan rendah & jarang. Pemesejan jenis ini sentiasa menggunakan lebar jalur tidak berjadual & sumber tidak bersambung dalam peranti dikenali sebagai UCMM (pengurus mesej tidak bersambung). Untuk mendapatkan pengisytiharan pematuhan, produk protokol ControlNet diperlukan untuk melaksanakan UCMM untuk menerima permintaan daripada jenis peranti lain.

Bagaimana ControlNet Berfungsi?

Dalam ControlNet, hanya satu nod boleh dihantar pada satu masa yang akan menghalang sebarang perlanggaran data daripada berlaku. Sebaik sahaja nod berhenti menghantar & tidak mendahului token, maka ControlNet telah menulis syarat ke dalamnya yang akan menjana token semula & menghantarnya kepada pengganti logik selanjutnya. ControlNet ialah rangkaian kawalan terbuka yang memenuhi permintaan aplikasi masa nyata dan pemprosesan tinggi. Protokol ini menyokong saling mengunci dari satu pengawal ke pengawal lain & kawalan I/O masa nyata, injap & pemacu. Ia juga menyediakan rangkaian kawalan dalam proses & aplikasi diskret.

Bagaimana untuk mengkonfigurasi/mengkodkan mikropengawal sebagai nod ControlNet  ?

Mengkonfigurasi mikropengawal sebagai nod ControlNet melibatkan penyediaan komponen perkakasan dan perisian yang diperlukan untuk membolehkan komunikasi melalui rangkaian ControlNet. Berikut ialah garis besar langkah-langkah untuk mengkonfigurasi mikropengawal sebagai nod ControlNet:

• Pilih mikropengawal yang serasi: Pilih mikropengawal yang menyokong protokol ControlNet atau mempunyai ciri perkakasan yang diperlukan seperti antara muka CAN (Controller Area Network) dan transceiver yang serasi.
• Dapatkan timbunan komunikasi ControlNet: Dapatkan tindanan/perpustakaan komunikasi ControlNet untuk mikropengawal pilihan anda. Tindanan menyediakan fungsi dan protokol yang diperlukan untuk membolehkan komunikasi melalui rangkaian ControlNet.
• Persediaan perkakasan:
  • Sambungkan mikropengawal ke rangkaian ControlNet menggunakan antara muka CAN. Ini biasanya melibatkan penyambungan pin CANH dan CANL mikropengawal ke pin sepadan transceiver CAN.
  • Sediakan bekalan kuasa dan sebarang sambungan lain yang diperlukan kepada mikropengawal mengikut spesifikasinya.
• Pembangunan perisian tegar:
  • Tulis perisian tegar untuk mikropengawal menggunakan tindanan/perpustakaan komunikasi ControlNet yang anda perolehi. Perisian tegar ini akan mengendalikan komunikasi dengan rangkaian ControlNet.
  • Laksanakan fungsi yang diperlukan untuk mengendalikan pertukaran data dengan peranti lain pada rangkaian ControlNet.
• Konfigurasi peranti:
  • Setiap nod pada rangkaian ControlNet diberikan alamat nod yang unik. Pastikan alamat nod mikropengawal anda dikonfigurasikan dengan betul. Alamat ini digunakan untuk mengenal pasti nod pada rangkaian.
• Penyepaduan rangkaian:
  • Integrasikan mikropengawal dengan seluruh sistem kawalan anda. Ini mungkin melibatkan penyambungan penderia, penggerak atau peranti lain kepada mikropengawal dan menentukan cara ia berinteraksi dengan keseluruhan sistem.

Apakah tindanan/perpustakaan komunikasi ControlNet yang tersedia?

Beberapa tindanan/pustaka komunikasi ControlNet yang popular :

• Automasi Rockwell/Timbunan ControlNet Allen-Bradley: Rockwell Automation ialah pembekal terkemuka bagi penyelesaian automasi dan kawalan industri. Mereka menawarkan timbunan komunikasi ControlNet yang biasanya digunakan dengan ControlLogix mereka pengawal logik boleh atur cara (PLC) dan peranti automasi lain.
• Timbunan Anybus ControlNet: Anybus, jenama Rangkaian HMS, menyediakan susunan komunikasi untuk pelbagai protokol industri, termasuk ControlNet. Timbunan mereka membolehkan penyepaduan mudah fungsi ControlNet ke dalam peranti industri.
• Melembutkan Timbunan ControlNet: Softing ialah syarikat lain yang menyediakan penyelesaian komunikasi industri. Mereka menawarkan tindanan ControlNet yang membolehkan pembangun melaksanakan komunikasi ControlNet dalam aplikasi mereka.
• Kit Alat CIP (Common Industrial Protocol): CIP Toolkit ialah koleksi alatan, kod sampel dan dokumentasi yang disediakan oleh ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) untuk melaksanakan protokol berasaskan CIP seperti ControlNet dan DeviceNet.
• Penyelesaian ControlNet Teknologi ProSoft: ProSoft Technology menawarkan pelbagai penyelesaian komunikasi industri, termasuk produk ControlNet dan perkhidmatan pembangunan.

Sebelum memilih tindanan/pustaka komunikasi ControlNet tertentu, pertimbangkan faktor berikut:

• Keserasian: Pastikan tindanan/perpustakaan serasi dengan platform perkakasan dan perisian mikropengawal anda.
• Sokongan Vendor: Semak tahap sokongan yang tersedia untuk tindanan yang digunakan daripada vendor tertentu.

ControlNet Vs Profibus

The perbezaan antara ControlNet dan Profibu s dibincangkan di bawah.

Kelebihan

The kelebihan ControlN et termasuk yang berikut.

• ControlNet mempunyai kelajuan tinggi.
• Rangkaian ini mempunyai pemindahan data deterministik.
• ControlNet disusun dengan betul maka ia sangat boleh dipercayai & stabil.
• Protokol ini mempunyai pilihan topologi yang fleksibel.
• Ia mempunyai prestasi deterministik dan boleh diulang untuk kedua-dua proses & aplikasi diskret;
• Ia mampu menggantikan atau mengalih keluar nod dalam kuasa di mana-mana titik rangkaian
• Ia memerlukan kurang penyelenggaraan.
• Ia membenarkan sehingga 99 peranti untuk setiap nod.
• Ia sangat fleksibel & menggunakan data yang canggih.

The keburukan ControlNet termasuk yang berikut.

• Kos perkakasan adalah tinggi.
• Penyelesaian masalah adalah sangat sukar berbanding dengan protokol lain.
• Ia tidak memberikan isyarat & kuasa dalam satu kabel.

Aplikasi

The aplikasi ControlNet termasuk yang berikut.

• ControlNet menyediakan penghantaran data kawalan berkelajuan tinggi, andal & I/O dengan pengaturcaraan yang menetapkan logik kepada masa tertentu di atas rangkaian.
• Rangkaian ini menyediakan pemesejan kritikal yang tidak bergantung pada masa untuk dilakukan tanpa mengganggu pemindahan kawalan & data I/O.
• Ia adalah protokol rangkaian industri terbuka yang digunakan dalam aplikasi automasi industri,
• Ini adalah rangkaian kawalan terbuka yang hanya memenuhi aplikasi permintaan masa nyata dan pemprosesan tinggi
• Ini juga menyediakan rangkaian kawalan dalam aplikasi diskret & proses.
• Ia adalah rangkaian komunikasi berjadual yang direka terutamanya untuk menukar data kitaran.
• Rangkaian ini juga membolehkan anda mengawal model resapan besar untuk menyokong keadaan input tambahan.

Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan ControlNet . Ia adalah protokol rangkaian yang digunakan dalam sektor perindustrian. Penyelesaian IoT & automasi memerlukan kelajuan yang lebih pantas, lebih banyak data dan pengendalian data yang konsisten. Jadi kelajuan pantas ControlNet akan menjadikannya berguna dalam aplikasi yang berbeza seperti kawalan kimpalan, sistem penglihatan, robotik, kawalan gerakan, dll. Protokol ini digunakan dalam aplikasi sensitif masa, berlebihan & deterministik berbanding dengan Ethernet/DeviceNet. Th adalah protokol beroperasi tanpa pengulang sehingga 1000 meter, menghubungkan sehingga 99 peranti, mempunyai kadar pemindahan data 5 Mbps & menyediakan beberapa topologi . Berikut adalah soalan untuk anda, apakah itu DeviceNet ?