ControlNet : Arkitektura, Paggawa, Mga Pagkakaiba at Mga Aplikasyon Nito

Ang teknolohiya ng ControlNet ay unang binuo noong taong 1995 ng Rockwell Automation dahil nagsusumikap itong mauna sa mga kamakailang uso sa teknolohiya. Pagkatapos nito, ang bukas na pang-industriyang network protocol na ito ay ganap na pinangasiwaan ng ControlNet International. Gayunpaman, ang pamamahala at suporta ng ControlNet ay inilipat sa ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) upang mapangasiwaan nito ang lahat mga protocol sa loob ng pamilyang Common Industrial Protocol. Nagbibigay ang ControlNet ng iba't ibang feature tulad ng interlocking sa real-time, I/O bandwidth, peer-to-peer messaging, atbp. Ang ControlNet network ay pangunahing idinisenyo upang mapahusay ang produktibidad sa buong oras na kritikal na paghahatid ng data ng application para sa parehong pagmamanupaktura at proseso automation . Kaya tinatalakay ng artikulong ito ang maikling impormasyon sa ControlNet – arkitektura, pagtatrabaho, at mga aplikasyon nito.

Ano ang ControlNet?

Ang ControlNet ay isang bukas na pang-industriyang network protocol na gumagamit ng CIP (Common Industrial Protocol) para sa mas mataas na mga layer mula sa pitong mga layer ng modelo ng OSI . Iniangkop ng mga taga-disenyo ng ControlNet ang mga layer ng CIP ng layer ng transportasyon, layer ng network, link ng data at pisikal na layer upang umangkop sa mga kinakailangan sa network ng ControlNet.

Ang protocol na ito ay pangunahing idinisenyo upang magbigay ng pare-pareho, mataas na bilis na kontrol at paglipat ng data ng I/O na may programming na nagtatakda ng lohika sa isang partikular na oras sa itaas ng network. Mayroong iba't ibang mga device na nakikipag-ugnayan sa network na ito ay Mga PLC (Programmable Logic Controllers) , HMI, I/O chassis, drive, robot at personal na computer. Karaniwan itong ginagamit para sa mga application na mahusay na gumagana sa mga naka-iskedyul na komunikasyon.

Ang bilis ng paglilipat ng data ng network na ito ay 5 Mbps at nasa mid-range ng tatlong sikat na network sa pamamagitan ng EtherNet/IP na mula 10Mbps – 1Gbps at DeviceNet na saklaw mula 125 – 500 Kbps.

Arkitektura ng ControlNet

Ginagamit ang ControlNet protocol sa mga pang-industriyang aplikasyon ng automation. Ginagamit ng ControlNet ang CIP o Common Industrial Protocol para sa pagpapadali ng interconnection sa pagitan ng iba't ibang layer ng OSI. Idinisenyo ang protocol na ito upang magbigay ng pare-parehong paglilipat ng data at kontrol sa mataas na bilis sa pamamagitan ng programming. Upang maitakda nito ang lohika sa isang partikular na timing sa itaas ng network at tumulong sa mabilis na paglilipat ng data. Kasama sa Network na ito ang iba't ibang device gaya ng mga PLC, I/O chassis, mga personal na computer at driver.

Mga Konektor at Kable ng ControlNet

Dito, mahalagang tandaan na ang ControlNet ay gumagamit ng RG-6 na mga coaxial cable sa pamamagitan ng BNC connectors. Ang mga konektor na ginamit sa ControlNet at mga konektor ng BNC. Ang BNC connector ay isang maliit na madaling ikonekta o idiskonekta ang RF connector, na ginagamit para sa coaxial cable. Pangunahing idinisenyo ang connector na ito upang mapanatili ang katulad na katangian ng impedance ng cable kabilang ang 50 ohms at 75-ohm na uri na ginagawa. Sa pangkalahatan, ginagamit ito para sa mga koneksyon sa RF at video hanggang sa humigit-kumulang 2 GHz at hanggang 500 volts. Ang mga connector na ito ay ginagamit lamang sa maliliit hanggang sa napakaliit na coaxial cable sa loob ng telebisyon, radyo at iba pang RF electronic equipment. Kaya't karaniwang ginagamit ang mga ito para sa mga unang network ng computer tulad ng IBM PC Network, ARCnet at ang 10BASE2 na variant.

Pinapayagan ka ng ControlNet na piliin ang mga uri ng cable kung saan ang mga cable na ito ay may flexible o direktang libing na kalikasan. Bilang karagdagan, ang mga cable na ito ay ginagamit din sa anumang kapaligiran. Bilang kahalili para sa ControlNet, mayroong iba't ibang mga application na nangangailangan ng mas mahabang distansya at gumagamit din ng optical fiber (OFC) sa loob ng paglalagay ng kable. Dito, napakahalagang tandaan na, sinusuportahan nito ang maximum na 99 node sa network.

Ang mga node sa ControlNet ay inilalaan lamang sa pamamagitan ng MAC ID address. Higit pa rito, ang bawat node ay kinikilala ang kahalili at hinalinhan na address din. Ang bawat node na magagamit sa loob ng interface ng ControlNet ay pangunahing may kasamang naka-iskedyul na oras (token). Kaya, sa network na ito, sa isang pagkakataon, isang node lang ang ipinapadala na sa huli ay maiiwasan ang mga banggaan ng data mula sa pagkuha ng mga hindi ligtas na proposisyon. Kung maayos na nakaayos ang ControlNet, maaari itong maging lubhang maaasahan at matatag. Higit pa rito, kailangan nito ng mas kaunting maintenance sa loob ng mas mahabang panahon kumpara sa iba't ibang pang-industriya na automation-based na network.

ControlNet Topology

ControlNet mga topolohiya habang ang pagdidisenyo ng network ay trunkline-dropline, puno, o bituin.

Trunkline-Dropline Topology

Ang trunk line-drop line topology ay gumagamit lamang ng isang cable na manipis o makapal na cable. Ang pangunahing distansya sa pagitan ng mga limitasyon ng network ay naiiba sa haba ng cable at bilis ng data. Sa topology na ito, ang mga node ay maaaring direktang konektado sa pangunahing linya kung hindi man sa pamamagitan ng mga maikling sanga. Ang topology na ito ay nagbibigay ng twisted pair bus na hiwalay para sa parehong signal at power distribution.

Topology ng Puno

Ang tree topology ay isang uri ng network topology na mukhang puno. Kasama sa topology na ito ang isang central node at ang bawat node ay konektado lang sa node na ito sa isang solong lane. Ang pangunahing bentahe ng topology na ito ay; isang kumbinasyon ng mga topology ng star at bus, pagtukoy ng isang error, tibay, suporta sa device, paglago ng network, atbp. Ang topology na ito ay madalas na ginagamit para sa pagkonekta ng ilang device tulad ng mga computer, printer, atbp sa isang opisina o bahay. Nakakatulong ang topology na ito sa paglikha ng mga network ng bus, saanman ang bawat device ay konektado lang sa isang gitnang server.

Topolohiya ng Bituin

Ang star topology ay isang uri ng network topology kung saan ang bawat device ay nakakonekta nang isa-isa sa isang central node, na tinatawag na hub/switch. Ang topology na ito ay mukhang isang bituin. Nakakatulong ang topology na ito sa pagbabawas ng epekto sa pagkabigo ng transmission line sa pamamagitan ng pagkonekta nang hiwalay sa bawat host patungo sa hub. Kaya, ang bawat host ay maaaring makipag-ugnayan sa lahat ng iba sa pamamagitan ng pagpapadala at pagtanggap mula sa hub. mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa Topolohiya ng Bituin .

Pisikal na Media

Pangunahing kasama sa ControlNet protocol physical media ang Mga Taps, Segment, Terminating resistors, Bridges at Repeater na tinatalakay sa ibaba.

Ang mga gripo ay isa sa mga uri ng pisikal na media na nagbibigay-daan sa iyong ayusin ang mga node sa trunk sa tulong ng isang drop cable. Available ang mga ito sa iba't ibang uri tulad ng T o Y, tuwid at kanang anggulo na may flexibility habang kino-configure ang ControlNet network.

Sa bawat dulo ng trunk cable, isang 75Ω terminating resistor ang ginagamit. Ang hanay ng mga trunk cable na kilala bilang Mga Segment at taps ay may mga terminating resistor sa bawat dulo. Ang haba ng bawat segment ay higit sa lahat ay nakasalalay sa mga nakakonektang device sa trunk.

Ang mga repeater ay kapaki-pakinabang sa pagpapalawak ng mga network ng ControlNet sa pamamagitan lamang ng pagkonekta sa mga segment.
Ang mga tulay ay mga device na ginagamit sa pagitan ng mga network bilang mga koneksyon sa komunikasyon. Ipinapasa ng mga device na ito ang impormasyon ng packet ng network.

Token Ring

Ang mga node sa ControlNet ay itinalaga ng MAC ID address kung saan kinikilala din ng bawat node ang kahalili at hinalinhan nitong address. Dito, ang bawat node ay may kasamang nakaiskedyul na oras na napagpasyahan sa pamamagitan ng isang token. Kapag ang node ay may kontrol sa token, pagkatapos ay nagpapadala ito ng mga frame ng data hanggang sa maabot ng token ang limitasyon sa oras nito. Pagkatapos nito, maaaring mabuo ang isang bagong token na ipapasa sa susunod na lohikal na kahalili.

Timing

Ginagawa ang ControlNet timing sa isang NUT o Oras ng Pag-update ng Network na nakadepende sa isang permanenteng at paulit-ulit na cycle ng oras. Ang Oras ng Pag-update ng Network ay nakatakda mula 2 hanggang 100 msec na tagal at kabilang dito ang tatlong pangunahing bahagi na naka-iskedyul, hindi naka-iskedyul at guardband. Sa ControlNet, ang mga node ay may kasamang mga timer na naka-synchronize ng NUT na naghihiwalay sa oras ng pagpasok sa mga node nang tuluy-tuloy.

Pagmemensahe

Ang ControlNet protocol ay pangunahing gumagamit ng dalawang uri ng pagmemensahe na konektado at hindi konektado na tinatalakay sa ibaba.

Ang konektadong pagmemensahe sa protocol na ito ay pangunahing gumagamit ng mga mapagkukunan sa bawat node na ginagamit para sa mga partikular na layunin tulad ng paglilipat ng o real-time na data ng I/O at mga transaksyon ng madalas na tahasang mensahe. Ang mga mapagkukunan ng isang koneksyon ay itinatabi at inaayos sa mga magagamit na serbisyo ng komunikasyon gamit ang hindi nakakonektang tagapamahala ng mensahe.

Ang hindi konektadong pagmemensahe ay ginagamit sa proseso ng pagtatatag ng koneksyon at ginagamit din ito para sa mababang priyoridad at bihirang mga mensahe. Ang ganitong uri ng pagmemensahe ay palaging gumagamit ng hindi nakaiskedyul na bandwidth at ang hindi konektadong mga mapagkukunan sa loob ng isang device ay kilala bilang UCMM (unconnected message manager). Upang makakuha ng deklarasyon ng pagsunod, ang mga produkto ng ControlNet protocol ay kinakailangan upang magsagawa ng UCMM upang tanggapin ang mga kahilingan mula sa iba pang mga uri ng device.

Paano Gumagana ang ControlNet?

Sa ControlNet, isang node lang ang maaaring ipadala sa isang pagkakataon na pipigil sa anumang banggaan ng data na mangyari. Kapag ang node ay huminto sa pagpapadala at hindi na mauna sa token, ang ControlNet ay may nakasulat na mga kundisyon dito na bubuo muli ng token at ipapadala ito sa karagdagang lohikal na kahalili. Ang ControlNet ay isang bukas na control network na nakakatugon sa real-time at high-throughput na mga kahilingan sa application. Sinusuportahan ng protocol na ito ang interlocking mula sa isang controller patungo sa isa pang controller at real-time na I/O control, valves at drive. Nagbibigay din ito ng control networking sa loob ng proseso at mga discrete application.

Paano i-configure/code ang isang microcontroller bilang isang ControlNet node  ?

Ang pag-configure ng microcontroller bilang isang ControlNet node ay nagsasangkot ng pag-set up ng mga kinakailangang bahagi ng hardware at software upang paganahin ang komunikasyon sa ControlNet network. Narito ang isang pangkalahatang balangkas ng mga hakbang upang i-configure ang isang microcontroller bilang isang ControlNet node:

• Pumili ng isang katugmang microcontroller: Pumili ng microcontroller na sumusuporta sa ControlNet protocol o may mga kinakailangang feature ng hardware tulad ng CAN (Controller Area Network) na interface at isang katugmang transceiver.
• Kumuha ng salansan ng komunikasyon ng ControlNet: Kunin ang ControlNet communication stack/library para sa iyong napiling microcontroller. Ang stack ay nagbibigay ng mga kinakailangang function at protocol upang paganahin ang komunikasyon sa ControlNet network.
• Setup ng hardware:
  • Ikonekta ang microcontroller sa isang ControlNet network gamit ang CAN interface. Ito ay karaniwang nagsasangkot ng pagkonekta sa CANH at CANL pin ng microcontroller sa kaukulang mga pin ng isang CAN transceiver.
  • Magbigay ng power supply at anumang iba pang kinakailangang koneksyon sa microcontroller ayon sa mga detalye nito.
• Pag-unlad ng firmware:
  • Isulat ang firmware para sa microcontroller gamit ang ControlNet communication stack/library na nakuha mo. Hahawakan ng firmware na ito ang komunikasyon sa ControlNet network.
  • Ipatupad ang mga kinakailangang function upang mahawakan ang pagpapalitan ng data sa iba pang mga device sa ControlNet network.
• Configuration ng device:
  • Ang bawat node sa ControlNet network ay itinalaga ng isang natatanging node address. Tiyaking na-configure nang tama ang node address ng iyong microcontroller. Ginagamit ang address na ito upang matukoy ang node sa network.
• Pagsasama ng network:
  • Isama ang microcontroller sa natitirang bahagi ng iyong control system. Maaaring kabilang dito ang pagkonekta ng mga sensor, actuator, o iba pang device sa microcontroller at pagtukoy kung paano ito nakikipag-ugnayan sa pangkalahatang system.

Ano ang magagamit na ControlNet communication stack/library?

Ilan sa mga sikat na ControlNet communication stack/library :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Ang Rockwell Automation ay isang kilalang provider ng pang-industriyang automation at mga solusyon sa pagkontrol. Nag-aalok sila ng isang salansan ng komunikasyon ng ControlNet na karaniwang ginagamit sa kanilang ControlLogix programmable logic controllers (PLCs) at iba pang automation device.
• Anybus ControlNet Stack: Ang Anybus, isang tatak ng HMS Networks, ay nagbibigay ng mga stack ng komunikasyon para sa iba't ibang mga pang-industriyang protocol, kabilang ang ControlNet. Ang kanilang stack ay nagbibigay-daan sa madaling pagsasama ng ControlNet functionality sa mga pang-industriyang device.
• Paglambot ng ControlNet Stack: Ang softing ay isa pang kumpanya na nagbibigay ng mga solusyon sa komunikasyong pang-industriya. Nag-aalok sila ng ControlNet stack na nagbibigay-daan sa mga developer na ipatupad ang ControlNet na komunikasyon sa kanilang mga application.
• CIP (Common Industrial Protocol) Toolkit: Ang CIP Toolkit ay isang koleksyon ng mga tool, sample code, at dokumentasyong ibinigay ng ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) para sa pagpapatupad ng mga protocol na nakabatay sa CIP tulad ng ControlNet at DeviceNet.
• ProSoft Technology ControlNet Solutions: Nag-aalok ang ProSoft Technology ng iba't ibang solusyon sa komunikasyong pang-industriya, kabilang ang mga produkto ng ControlNet at mga serbisyo sa pagpapaunlad.

Bago pumili ng isang partikular na stack/library ng komunikasyon ng ControlNet, isaalang-alang ang mga sumusunod na salik:

• Pagkakatugma: Tiyakin na ang stack/library ay tugma sa hardware at software platform ng iyong microcontroller.
• Suporta sa Vendor: Suriin ang antas ng suporta na magagamit para sa mga stack na ginamit mula sa partikular na vendor.

ControlNet vs Profibus

Ang pagkakaiba sa pagitan ng ControlNet at Profibu s ay tinalakay sa ibaba.

Mga kalamangan

Ang pakinabang ng ControlN et isama ang mga sumusunod.

• Ang ControlNet ay may mataas na bilis.
• Ang network na ito ay may deterministikong paglilipat ng data.
• Ang ControlNet ay maayos na nakaayos pagkatapos ito ay lubos na maaasahan at matatag.
• Ang protocol na ito ay may nababaluktot na mga pagpipilian sa topology.
• Ito ay may deterministic at repeatable performance para sa parehong proseso at discrete application;
• Ito ay may kakayahang palitan o tanggalin ang mga node sa kapangyarihan sa anumang network point
• Kailangan nito ng mas kaunting maintenance.
• Nagbibigay-daan ito ng hanggang 99 na device para sa bawat node.
• Ito ay napaka-flexible at gumagamit ng sopistikadong data.

Ang disadvantages ng ControlNet isama ang mga sumusunod.

• Ang gastos ng hardware ay mataas.
• Ang pag-troubleshoot ay napakahirap kumpara sa ibang mga protocol.
• Hindi ito nagbibigay ng signal at kapangyarihan sa isang cable.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng ControlNet isama ang mga sumusunod.

• Ang ControlNet ay nagbibigay ng mataas na bilis na kontrol, maaasahan at I/O na paghahatid ng data na may programming na nagtatakda ng lohika sa isang partikular na oras sa itaas ng network.
• Nagbibigay ang network na ito ng kritikal na pagmemensahe na hindi nakadepende sa timing na isasagawa nang hindi nakakasagabal sa paglipat ng kontrol at data ng I/O.
• Ito ay isang bukas na pang-industriyang network protocol na ginagamit sa mga aplikasyon ng automation ng industriya,
• Ito ay mga bukas na control network na nakakatugon lamang sa real-time at high-throughput na mga application ng demand
• Nagbibigay din ito ng control networking sa loob ng discrete at process application.
• Ito ay isang naka-iskedyul na network ng komunikasyon na pangunahing idinisenyo upang makipagpalitan ng cyclic data.
• Binibigyang-daan ka rin ng network na ito na kontrolin ang malalaking modelo ng pagsasabog para sa pagsuporta sa mga karagdagang kundisyon ng pag-input.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang ControlNet . Ito ay isang network protocol na ginagamit sa sektor ng industriya. Ang mga solusyon sa IoT at automation ay nangangailangan ng mas mabilis na bilis, mas maraming data, at pare-parehong paghawak ng data. Kaya ang mabilis na bilis ng ControlNet ay magiging kapaki-pakinabang sa iba't ibang mga application tulad ng weld controls, vision system, robotics, motion control, atbp. Ginagamit ang protocol na ito sa Time-sensitive, redundant at deterministic na mga application kumpara sa Ethernet/DeviceNet. Th ay tumatakbo ang protocol nang walang repeater hanggang 1000 metro, kumokonekta ng hanggang 99 na device, may 5 Mbps na rate ng paglilipat ng data at nagbibigay ng ilang topologies . Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang DeviceNet ?