ControlNet: Kiến trúc, Hoạt động, Sự khác biệt & Ứng dụng của nó

Công nghệ ControlNet lần đầu tiên được phát triển vào năm 1995 bởi Rockwell Automation vì nó cố gắng đi trước các xu hướng công nghệ gần đây. Sau đó, giao thức mạng công nghiệp mở này đã được ControlNet International xử lý hoàn toàn. Tuy nhiên, việc quản lý & hỗ trợ ControlNet đã được chuyển giao cho ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) để nó xử lý tất cả giao thức trong họ Giao thức Công nghiệp Chung. ControlNet cung cấp các tính năng khác nhau như lồng vào nhau trong thời gian thực, băng thông I/O, nhắn tin ngang hàng, v.v. Mạng ControlNet được thiết kế chủ yếu để nâng cao năng suất trong suốt quá trình truyền dữ liệu ứng dụng quan trọng về thời gian cho cả sản xuất và quy trình tự động hóa . Vì vậy, bài viết này thảo luận thông tin ngắn gọn về ControlNet – kiến ​​trúc, hoạt động và các ứng dụng của nó.

ControlNet là gì?

ControlNet là một giao thức mạng công nghiệp mở sử dụng CIP (Giao thức công nghiệp chung) cho các lớp cao hơn từ bảy các tầng của mô hình OSI . Các nhà thiết kế ControlNet đã điều chỉnh các lớp CIP của lớp vận chuyển, lớp mạng, liên kết dữ liệu & lớp vật lý để phù hợp với các yêu cầu của mạng ControlNet.

Giao thức này được thiết kế chủ yếu để cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ cao và truyền dữ liệu I/O nhất quán với lập trình đặt logic thành một thời điểm cụ thể trên mạng. Có nhiều thiết bị khác nhau được giao tiếp với mạng này là PLC (Bộ điều khiển logic khả trình) , HMI, khung I/O, ổ đĩa, rô-bốt và máy tính cá nhân. Nó thường được sử dụng cho các ứng dụng hoạt động xuất sắc với thông tin liên lạc theo lịch trình.

Tốc độ truyền dữ liệu của mạng này là 5 Mbps & thuộc tầm trung của 3 mạng nổi tiếng thông qua EtherNet/IP dao động từ 10Mbps – 1Gbps & DeviceNet dao động từ 125 – 500 Kbps.

Kiến trúc ControlNet

Giao thức ControlNet được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp. ControlNet sử dụng CIP hoặc Giao thức công nghiệp chung để tạo điều kiện kết nối giữa các lớp OSI khác nhau. Giao thức này được thiết kế để cung cấp khả năng truyền dữ liệu nhất quán và điều khiển tốc độ cao thông qua lập trình. Vì vậy, nó đặt logic thành một thời gian cụ thể trên mạng và giúp truyền dữ liệu nhanh chóng. Mạng này bao gồm các thiết bị khác nhau như PLC, khung I/O, máy tính cá nhân & trình điều khiển.

Đầu nối & Cáp ControlNet

Ở đây, điều quan trọng cần lưu ý là ControlNet sử dụng cáp đồng trục RG-6 thông qua các đầu nối BNC. Các đầu nối được sử dụng trong ControlNet là đầu nối BNC. Đầu nối BNC là đầu nối RF nhỏ dễ dàng kết nối hoặc ngắt kết nối, được sử dụng cho cáp đồng trục. Đầu nối này được thiết kế chủ yếu để duy trì trở kháng đặc tính tương tự của cáp bao gồm các loại 50 ôm và 75 ôm đang được sản xuất. Nói chung, nó được sử dụng cho các kết nối RF & video lên đến khoảng 2 GHz và lên đến 500 vôn. Các đầu nối này được sử dụng đơn giản với các loại cáp đồng trục nhỏ đến rất nhỏ trong truyền hình, đài phát thanh và các thiết bị điện tử RF khác. Vì vậy, chúng thường được sử dụng cho các mạng máy tính ban đầu như Mạng PC của IBM, ARCnet và biến thể 10BASE2.

ControlNet cho phép bạn chọn các loại cáp mà các cáp này có tính chất chôn linh hoạt hoặc chôn trực tiếp. Ngoài ra, các loại cáp này cũng được sử dụng trong bất kỳ môi trường nào. Ngoài ra, đối với ControlNet, có các ứng dụng khác yêu cầu khoảng cách xa hơn và cũng sử dụng sợi quang (OFC) trong hệ thống cáp. Ở đây, cần lưu ý rằng, nó hỗ trợ tối đa 99 nút qua mạng.

Các nút trong ControlNet được phân bổ đơn giản thông qua địa chỉ MAC ID. Hơn nữa, mọi nút cũng xác định địa chỉ kế tiếp và tiền nhiệm. Mọi nút khả dụng trong giao diện của ControlNet chủ yếu bao gồm thời gian đã lên lịch (mã thông báo). Vì vậy, trong mạng này, tại một thời điểm chỉ có một nút được truyền đi, điều này cuối cùng sẽ tránh được xung đột dữ liệu do nhận các đề xuất không an toàn. Nếu ControlNet được bố trí hợp lý, nó có thể cực kỳ đáng tin cậy và ổn định. Hơn nữa, nó cần ít bảo trì hơn trong thời gian dài hơn so với các mạng dựa trên tự động hóa công nghiệp khác nhau.

Cấu trúc liên kết ControlNet

Kiểm soátNet cấu trúc liên kết trong khi thiết kế mạng là trunkline-dropline, tree, hoặc star.

Cấu trúc liên kết Trunkline-Dropline

Cấu trúc liên kết đường trục thả xuống chỉ sử dụng một cáp mỏng hoặc cáp dày. Khoảng cách chính giữa các giới hạn mạng khác nhau tùy theo độ dài của cáp và tốc độ dữ liệu. Trong cấu trúc liên kết này, các nút có thể được kết nối trực tiếp với đường dây chính thông qua các nhánh ngắn. Cấu trúc liên kết này cung cấp các bus xoắn đôi riêng biệt cho cả phân phối tín hiệu và nguồn.

cấu trúc liên kết cây

Cấu trúc liên kết cây là một loại cấu trúc liên kết mạng trông giống như một cái cây. Cấu trúc liên kết này bao gồm một nút trung tâm và mỗi nút được kết nối đơn giản với nút này trong suốt một làn. Những ưu điểm chính của cấu trúc liên kết này là; sự kết hợp giữa cấu trúc liên kết hình sao và bus, phát hiện lỗi, độ bền, hỗ trợ thiết bị, tăng trưởng mạng, v.v. Cấu trúc liên kết này thường được sử dụng để kết nối một số thiết bị như máy tính, máy in, v.v. trong văn phòng hoặc gia đình. Cấu trúc liên kết này giúp tạo mạng lưới xe buýt, bất cứ nơi nào mọi thiết bị được kết nối đơn giản với máy chủ trung gian.

cấu trúc liên kết sao

Cấu trúc liên kết hình sao là một loại cấu trúc liên kết mạng trong đó mỗi thiết bị được kết nối riêng lẻ với một nút trung tâm, được gọi là hub/switch. Cấu trúc liên kết này trông giống như một ngôi sao. Cấu trúc liên kết này giúp giảm tác động của sự cố đường truyền bằng cách kết nối độc lập mọi máy chủ với trung tâm. Do đó, mọi máy chủ có thể giao tiếp với tất cả các máy chủ khác thông qua việc gửi và nhận từ trung tâm. vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về cấu trúc liên kết sao .

Phương tiện vật lý

Phương tiện vật lý của giao thức ControlNet chủ yếu bao gồm các Điểm nhấn, Phân đoạn, Điện trở kết cuối, Cầu nối & Bộ lặp được thảo luận bên dưới.

Vòi là một trong những loại phương tiện vật lý cho phép bạn cố định các nút vào thân cây với sự trợ giúp của cáp thả. Chúng có sẵn ở các loại khác nhau như T hoặc Y, thẳng & vuông góc có tính linh hoạt trong khi định cấu hình mạng ControlNet.

Ở mỗi đầu cáp trung kế, một điện trở kết thúc 75Ω được sử dụng. Bộ cáp trung kế được gọi là Đoạn & vòi có các điện trở kết thúc ở mỗi đầu. Độ dài mỗi đoạn chủ yếu phụ thuộc vào các thiết bị kết nối với trung kế.

Bộ lặp rất hữu ích trong việc mở rộng mạng ControlNet bằng cách kết nối đơn giản giữa các phân đoạn.
Cầu nối là thiết bị được sử dụng giữa các mạng làm kết nối truyền thông. Các thiết bị này chuyển tiếp thông tin gói mạng.

Vòng mã thông báo

Các nút trong ControlNet được gán một địa chỉ MAC ID trong đó mọi nút cũng nhận ra địa chỉ kế tiếp và tiền nhiệm của nó. Ở đây, mọi nút bao gồm thời gian đã lên lịch được quyết định thông qua mã thông báo. Khi nút có quyền kiểm soát mã thông báo, thì nó sẽ gửi các khung dữ liệu cho đến khi mã thông báo đạt đến giới hạn thời gian của nó. Sau đó, một mã thông báo mới có thể được hình thành và được chuyển cho người kế nhiệm hợp lý tiếp theo.

thời gian

Thời gian ControlNet được thực hiện với NUT hoặc Thời gian cập nhật mạng phụ thuộc vào chu kỳ thời gian cố định &lặp đi lặp lại. Thời gian cập nhật mạng được đặt trong khoảng thời gian từ 2 đến 100 mili giây và nó bao gồm ba phần chính được lên lịch, không được lên lịch và dải bảo vệ. Trong ControlNet, các nút bao gồm các bộ định thời được đồng bộ hóa bởi NUT giúp phân tách thời gian bắt đầu giữa các nút một cách nhất quán.

nhắn tin

Giao thức ControlNet chủ yếu sử dụng hai loại thông báo được kết nối và không được kết nối được thảo luận bên dưới.

Tin nhắn được kết nối trong giao thức này chủ yếu sử dụng các tài nguyên trong mọi nút được sử dụng cho các mục đích cụ thể như truyền hoặc giao dịch và dữ liệu I/O thời gian thực của tin nhắn rõ ràng thường xuyên. Các tài nguyên của một kết nối được đặt sang một bên và sắp xếp với các dịch vụ liên lạc có sẵn bằng cách sử dụng trình quản lý tin nhắn không kết nối.

Tin nhắn chưa kết nối được sử dụng trong quy trình thiết lập kết nối và nó cũng được sử dụng cho các tin nhắn hiếm và có mức độ ưu tiên thấp. Loại tin nhắn này luôn sử dụng băng thông đột xuất và các tài nguyên không được kết nối trong thiết bị được gọi là UCMM (trình quản lý tin nhắn không được kết nối). Để nhận được tuyên bố tuân thủ, các sản phẩm giao thức ControlNet cần phải thực thi UCMM để chấp nhận yêu cầu từ các loại thiết bị khác.

ControlNet hoạt động như thế nào?

Trong ControlNet, chỉ một nút có thể được gửi tại một thời điểm sẽ ngăn mọi xung đột dữ liệu xảy ra. Sau khi nút dừng gửi và không nhận được trước mã thông báo, thì ControlNet đã viết các điều kiện vào đó để tạo lại mã thông báo và truyền nó đến nút kế tiếp logic tiếp theo. ControlNet là mạng điều khiển mở đáp ứng nhu cầu ứng dụng thời gian thực và thông lượng cao. Giao thức này hỗ trợ khóa liên động từ bộ điều khiển này sang bộ điều khiển khác & điều khiển I/O thời gian thực, van và ổ đĩa. Nó cũng cung cấp mạng điều khiển trong quá trình và các ứng dụng rời rạc.

Làm cách nào để định cấu hình/mã một bộ vi điều khiển làm nút ControlNet  ?

Cấu hình một bộ vi điều khiển như một nút ControlNet liên quan đến việc thiết lập các thành phần phần cứng và phần mềm cần thiết để cho phép giao tiếp qua mạng ControlNet. Dưới đây là phác thảo chung về các bước để định cấu hình bộ vi điều khiển dưới dạng nút ControlNet:

• Chọn vi điều khiển tương thích: Chọn bộ vi điều khiển hỗ trợ giao thức ControlNet hoặc có các tính năng phần cứng cần thiết như giao diện CAN (Mạng vùng điều khiển) và bộ thu phát tương thích.
• Lấy ngăn xếp giao tiếp ControlNet: Mua ngăn xếp/thư viện giao tiếp ControlNet cho bộ vi điều khiển bạn đã chọn. Ngăn xếp cung cấp các chức năng và giao thức cần thiết để cho phép giao tiếp qua mạng ControlNet.
• Thiết lập phần cứng:
  • Kết nối bộ vi điều khiển với mạng ControlNet bằng giao diện CAN. Điều này thường liên quan đến việc kết nối các chân CANH và CANL của vi điều khiển với các chân tương ứng của bộ thu phát CAN.
  • Cung cấp nguồn điện và bất kỳ kết nối cần thiết nào khác cho bộ vi điều khiển theo thông số kỹ thuật của nó.
• Phát triển phần sụn:
  • Viết chương trình cơ sở cho bộ vi điều khiển bằng ngăn xếp/thư viện giao tiếp ControlNet mà bạn có được. Phần sụn này sẽ xử lý giao tiếp với mạng ControlNet.
  • Thực hiện các chức năng cần thiết để xử lý trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác trên mạng ControlNet.
• Cấu hình thiết bị:
  • Mỗi nút trên mạng ControlNet được gán một địa chỉ nút duy nhất. Đảm bảo rằng địa chỉ nút của bộ vi điều khiển của bạn được cấu hình đúng. Địa chỉ này được sử dụng để xác định nút trên mạng.
• Tích hợp mạng:
  • Tích hợp bộ vi điều khiển với phần còn lại của hệ thống điều khiển của bạn. Điều này có thể liên quan đến việc kết nối các cảm biến, bộ truyền động hoặc các thiết bị khác với bộ vi điều khiển và xác định cách nó tương tác với toàn bộ hệ thống.

Ngăn xếp/thư viện giao tiếp ControlNet có sẵn là gì?

Một số ngăn xếp/thư viện giao tiếp ControlNet phổ biến :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation là nhà cung cấp nổi bật các giải pháp điều khiển và tự động hóa công nghiệp. Họ cung cấp ngăn xếp giao tiếp ControlNet thường được sử dụng với ControlLogix của họ bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và các thiết bị tự động hóa khác.
• Ngăn xếp mạng điều khiển Anybus: Anybus, một thương hiệu của HMS Networks, cung cấp ngăn xếp giao tiếp cho các giao thức công nghiệp khác nhau, bao gồm cả ControlNet. Ngăn xếp của chúng cho phép dễ dàng tích hợp chức năng ControlNet vào các thiết bị công nghiệp.
• Làm mềm ngăn xếp ControlNet: Softing là một công ty khác cung cấp các giải pháp truyền thông công nghiệp. Họ cung cấp ngăn xếp ControlNet cho phép các nhà phát triển triển khai giao tiếp ControlNet trong các ứng dụng của họ.
• Bộ công cụ CIP (Giao thức công nghiệp chung): Bộ công cụ CIP là tập hợp các công cụ, mã mẫu và tài liệu do ODVA (Hiệp hội nhà cung cấp DeviceNet mở) cung cấp để triển khai các giao thức dựa trên CIP như ControlNet và DeviceNet.
• Giải pháp ControlNet của Công nghệ ProSoft: ProSoft Technology cung cấp các giải pháp truyền thông công nghiệp khác nhau, bao gồm các sản phẩm ControlNet và dịch vụ phát triển.

Trước khi chọn ngăn xếp/thư viện giao tiếp ControlNet cụ thể, hãy xem xét các yếu tố sau:

• khả năng tương thích: Đảm bảo rằng ngăn xếp/thư viện tương thích với nền tảng phần cứng và phần mềm của bộ vi điều khiển của bạn.
• Hỗ trợ nhà cung cấp: Kiểm tra mức hỗ trợ có sẵn cho các ngăn xếp được sử dụng từ nhà cung cấp cụ thể.

ControlNet so với Profibus

Các sự khác biệt giữa ControlNet và Profibu s được thảo luận dưới đây.

Thuận lợi

Các Ưu điểm của ControlN et bao gồm những điều sau đây.

• ControlNet có tốc độ cao.
• Mạng này có truyền dữ liệu xác định.
• ControlNet được sắp xếp hợp lý thì nó cực kỳ đáng tin cậy và ổn định.
• Giao thức này có các lựa chọn cấu trúc liên kết linh hoạt.
• Nó có hiệu suất xác định và có thể lặp lại cho cả quá trình & ứng dụng rời rạc;
• Nó có khả năng thay thế hoặc loại bỏ các nút nguồn tại bất kỳ điểm mạng nào
• Nó cần ít bảo trì hơn.
• Nó cho phép tối đa 99 thiết bị cho mỗi nút.
• Nó rất linh hoạt và sử dụng dữ liệu phức tạp.

Các Nhược điểm của ControlNet bao gồm những điều sau đây.

• Chi phí phần cứng cao.
• Khắc phục sự cố rất khó so với các giao thức khác.
• Nó không cung cấp tín hiệu và nguồn trong một dây cáp duy nhất.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của ControlNet bao gồm những điều sau đây.

• ControlNet cung cấp khả năng điều khiển tốc độ cao, truyền dữ liệu I/O đáng tin cậy và có lập trình đặt logic theo thời gian cụ thể phía trên mạng.
• Mạng này cung cấp thông báo quan trọng không phụ thuộc vào thời gian được thực hiện mà không can thiệp vào việc truyền dữ liệu điều khiển & I/O.
• Nó là một giao thức mạng công nghiệp mở được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp,
• Đây là các mạng điều khiển mở đáp ứng đơn giản các ứng dụng yêu cầu thời gian thực và thông lượng cao
• Điều này cũng cung cấp mạng điều khiển trong các ứng dụng xử lý và rời rạc.
• Nó là một mạng truyền thông theo lịch trình được thiết kế chủ yếu để trao đổi dữ liệu theo chu kỳ.
• Mạng này cũng cho phép bạn kiểm soát các mô hình khuếch tán lớn để hỗ trợ các điều kiện đầu vào bổ sung.

Như vậy, đây là tổng quan về ControlNet . Nó là một giao thức mạng được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Các giải pháp IoT & tự động hóa cần tốc độ nhanh hơn, nhiều dữ liệu hơn và xử lý dữ liệu nhất quán. Vì vậy, tốc độ nhanh của ControlNet sẽ giúp nó trở nên hữu ích trong các ứng dụng khác nhau như điều khiển mối hàn, hệ thống quan sát, người máy, điều khiển chuyển động, v.v. Giao thức này được sử dụng trong các ứng dụng nhạy cảm với thời gian, dự phòng và xác định so với Ethernet/DeviceNet. Quần què là giao thức hoạt động mà không cần bộ lặp lên đến 1000 mét, kết nối tối đa 99 thiết bị, có tốc độ truyền dữ liệu 5 Mbps và cung cấp một số cấu trúc liên kết . Đây là một câu hỏi cho bạn, những gì là thiết bịNet ?