ControlNet: arquitetura, trabalho, diferenças e suas aplicações

A tecnologia ControlNet foi desenvolvida pela primeira vez no ano de 1995 pela Rockwell Automation porque ela se esforça para estar à frente das tendências tecnológicas recentes. Depois disso, esse protocolo de rede industrial aberta foi tratado completamente pela ControlNet International. No entanto, o gerenciamento e o suporte da ControlNet foram transferidos para a ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) para que ela lide com todos os protocolos dentro da família do Protocolo Industrial Comum. A ControlNet oferece diferentes recursos, como intertravamento em tempo real, largura de banda de E/S, mensagens ponto a ponto, etc. automação . Portanto, este artigo discute informações resumidas sobre ControlNet – arquitetura, funcionamento e suas aplicações.

O que é ControlNet?

ControlNet é um protocolo de rede industrial aberta que utiliza o CIP (Common Industrial Protocol) para as camadas superiores de sete camadas do modelo OSI . Os projetistas da ControlNet adaptaram as camadas CIP da camada de transporte, camada de rede, enlace de dados e camada física para atender aos requisitos da rede ControlNet.

Este protocolo foi projetado principalmente para fornecer controle consistente e de alta velocidade e transferência de dados de E/S com programação que define a lógica para um determinado horário acima da rede. Existem diferentes dispositivos que se comunicam com esta rede são CLPs (Controladores Lógicos Programáveis) , IHMs, chassis de E/S, drives, robôs e computadores pessoais. É normalmente utilizado para aplicações que funcionam de forma excelente com comunicações programadas.

A velocidade de transferência de dados desta rede é de 5 Mbps e está na faixa intermediária das três redes famosas por meio de EtherNet/IP que varia de 10 Mbps a 1 Gbps e DeviceNet varia de 125 a 500 Kbps.

Arquitetura ControlNet

O protocolo ControlNet é usado em aplicações de automação industrial. A ControlNet usa o CIP ou Common Industrial Protocol para facilitar a interconexão entre diferentes camadas OSI. Este protocolo é projetado para fornecer transferência de dados consistente e controle de alta velocidade através da programação. Para que ele defina a lógica para um tempo específico acima da rede e ajude na transferência rápida de dados. Esta rede inclui diferentes dispositivos, como PLCs, chassis de E/S, computadores pessoais e drivers.

Conectores e cabos ControlNet

Aqui, é importante observar que a ControlNet usa cabos coaxiais RG-6 através dos conectores BNC. Os conectores usados ​​no ControlNet são conectores BNC. O conector BNC é um pequeno conector RF de fácil conexão ou desconexão, usado para cabo coaxial. Este conector é projetado principalmente para manter a impedância característica semelhante do cabo, incluindo tipos de 50 ohms e 75 ohms sendo feitos. Geralmente, é usado para conexões de RF e vídeo de até cerca de 2 GHz e até 500 volts. Esses conectores são usados ​​simplesmente com cabos coaxiais pequenos a muito pequenos em televisão, rádio e outros equipamentos eletrônicos de RF. Portanto, eles eram normalmente utilizados para as primeiras redes de computadores, como IBM PC Network, ARCnet e a variante 10BASE2.

O ControlNet permite que você escolha os tipos de cabo onde esses cabos têm natureza flexível ou de enterramento direto. Além disso, esses cabos também são utilizados em qualquer ambiente. Como alternativa para ControlNet, existem diferentes aplicações que requerem distâncias maiores e também utilizam fibra ótica (OFC) no cabeamento. Aqui, é muito importante observar que ele suporta no máximo 99 nós na rede.

Os nós na ControlNet são simplesmente alocados por meio de um endereço MAC ID. Além disso, cada nó identifica o endereço sucessor e predecessor também. Cada nó disponível na interface do ControlNet inclui principalmente um horário programado (token). Assim, nesta rede, apenas um nó é transmitido por vez, o que acabaria por evitar que as colisões de dados tomassem proposições inseguras. Se o ControlNet estiver organizado corretamente, ele pode ser extremamente confiável e estável. Além disso, requer menos manutenção por um período mais longo em comparação com diferentes redes baseadas em automação industrial.

Topologia ControlNet

ControlNet topologias ao projetar a rede são trunkline-dropline, árvore ou estrela.

Topologia Trunkline-Dropline

A topologia linha tronco-linha drop utiliza apenas um cabo fino ou grosso. A distância principal entre os limites da rede difere com o comprimento do cabo e a velocidade dos dados. Nesta topologia, os nós podem ser conectados diretamente à linha principal ou através de ramais curtos. Essa topologia fornece barramentos de par trançado separadamente para distribuição de sinal e energia.

Topologia da Árvore

A topologia em árvore é um tipo de topologia de rede que se parece com uma árvore. Essa topologia inclui um nó central e cada nó é simplesmente conectado a esse nó em uma única faixa. As principais vantagens desta topologia são; uma combinação de topologias estrela e barramento, detecção de erro, durabilidade, suporte de dispositivo, crescimento de rede, etc. Essa topologia é freqüentemente usada para conectar vários dispositivos como computadores, impressoras, etc. em um escritório ou casa. Essa topologia ajuda na criação de redes de barramento, sempre que cada dispositivo é simplesmente conectado a um servidor intermediário.

Topologia em estrela

A topologia em estrela é um tipo de topologia de rede em que cada dispositivo é conectado individualmente a um nó central, denominado hub/switch. Essa topologia se parece com uma estrela. Essa topologia ajuda a reduzir o impacto da falha na linha de transmissão conectando independentemente cada host ao hub. Assim, cada host pode se comunicar com todos os outros através do envio e recebimento do hub. consulte este link para saber mais sobre Topologia em estrela .

Mídia Física

A mídia física do protocolo ControlNet inclui principalmente taps, segmentos, resistores de terminação, pontes e repetidores que são discutidos abaixo.

Os taps são um dos tipos de mídia física que permite fixar nós ao tronco com a ajuda de um cabo drop. Eles estão disponíveis em diferentes tipos, como T ou Y, ângulos retos e retos que oferecem flexibilidade ao configurar a rede ControlNet.

Em cada extremidade do cabo tronco, um resistor de terminação de 75Ω é usado. O conjunto de cabos tronco conhecidos como segmentos e derivações possui resistores de terminação em cada extremidade. O comprimento de cada segmento depende principalmente dos dispositivos conectados ao tronco.

Os repetidores são úteis para estender as redes ControlNet simplesmente conectando-se entre os segmentos.
Bridges são dispositivos usados ​​entre redes como conexões de comunicação. Esses dispositivos encaminham informações de pacotes de rede.

anel de token

Os nós no ControlNet recebem um endereço MAC ID onde cada nó também reconhece seu endereço sucessor e predecessor. Aqui, cada nó inclui um horário agendado que é decidido por meio de um token. Quando o nó tem o controle do token, ele envia quadros de dados até que o token atinja seu limite de tempo. Depois disso, um novo token pode ser formado, que é passado para o próximo sucessor lógico.

Tempo

A temporização da ControlNet é feita com um NUT ou Network Update Time que depende de um ciclo de tempo permanente e repetitivo. O tempo de atualização da rede é definido de 2 a 100 ms de duração e inclui três partes principais programadas, não programadas e banda de guarda. No ControlNet, os nós incluem temporizadores que são sincronizados pelo NUT que separa o tempo de entrada entre os nós de forma consistente.

Mensagens

O protocolo ControlNet utiliza principalmente dois tipos de mensagens conectadas e não conectadas que são discutidas abaixo.

As mensagens conectadas neste protocolo usam principalmente recursos em cada nó que são usados ​​para fins específicos, como transferência ou dados de E/S em tempo real e transações da mensagem explícita frequente. Os recursos de uma conexão são reservados e organizados com os serviços de comunicação disponíveis usando o gerenciador de mensagens não conectado.

Mensagens não conectadas são utilizadas no procedimento de estabelecimento de conexão e também são usadas para mensagens raras e de baixa prioridade. Esse tipo de mensagem sempre usa largura de banda não programada e os recursos não conectados em um dispositivo são conhecidos como UCMM (gerenciador de mensagens não conectadas). Para obter uma declaração de conformidade, os produtos do protocolo ControlNet são necessários para executar um UCMM para aceitar solicitações de outros tipos de dispositivos.

Como funciona o ControlNet?

No ControlNet, apenas um nó pode ser enviado por vez, o que evitará a ocorrência de colisões de dados. Uma vez que o nó para de enviar e não se adianta ao token, a ControlNet grava nele condições que irão gerar o token novamente e transmiti-lo ao sucessor lógico posterior. ControlNet é uma rede de controle aberta que atende às demandas de aplicações em tempo real e de alto rendimento. Este protocolo suporta intertravamento de um controlador para outro controlador e controle de E/S em tempo real, válvulas e drives. Ele também fornece rede de controle em processos e aplicações discretas.

Como configurar/codificar um microcontrolador como um nó ControlNet  ?

A configuração de um microcontrolador como um nó ControlNet envolve a configuração dos componentes de hardware e software necessários para permitir a comunicação pela rede ControlNet. Aqui está um esboço geral das etapas para configurar um microcontrolador como um nó ControlNet:

• Escolha um microcontrolador compatível: Selecione um microcontrolador que suporte o protocolo ControlNet ou tenha os recursos de hardware necessários, como interface CAN (Controller Area Network) e um transceptor compatível.
• Obtenha a pilha de comunicação ControlNet: Adquira a pilha/biblioteca de comunicação ControlNet para o microcontrolador escolhido. A pilha fornece as funções e protocolos necessários para permitir a comunicação pela rede ControlNet.
• Configuração de hardware:
  • Conecte o microcontrolador a uma rede ControlNet usando a interface CAN. Isso geralmente envolve conectar os pinos CANH e CANL do microcontrolador aos pinos correspondentes de um transceptor CAN.
  • Forneça fonte de alimentação e quaisquer outras conexões necessárias ao microcontrolador de acordo com suas especificações.
• Desenvolvimento de firmware:
  • Escreva o firmware para o microcontrolador usando a pilha/biblioteca de comunicação ControlNet obtida. Este firmware tratará da comunicação com a rede ControlNet.
  • Implemente as funções necessárias para lidar com a troca de dados com outros dispositivos na rede ControlNet.
• Configuração do dispositivo:
  • Cada nó na rede ControlNet recebe um endereço de nó exclusivo. Certifique-se de que o endereço do nó do seu microcontrolador esteja configurado corretamente. Este endereço é usado para identificar o nó na rede.
• Integração de rede:
  • Integre o microcontrolador com o resto do seu sistema de controle. Isso pode envolver conectar sensores, atuadores ou outros dispositivos ao microcontrolador e definir como ele interage com o sistema geral.

Quais são as pilhas/biblioteca de comunicação ControlNet disponíveis?

Algumas das pilhas/bibliotecas de comunicação ControlNet populares :

• Pilha ControlNet da Rockwell Automation/Allen-Bradley: A Rockwell Automation é um importante fornecedor de soluções de controle e automação industrial. Eles oferecem uma pilha de comunicação ControlNet que normalmente é usada com seu ControlLogix controladores lógicos programáveis (PLCs) e outros dispositivos de automação.
• Pilha Anybus ControlNet: Anybus, uma marca da HMS Networks, fornece pilhas de comunicação para vários protocolos industriais, incluindo ControlNet. Sua pilha permite fácil integração da funcionalidade ControlNet em dispositivos industriais.
• Suavizando a pilha ControlNet: A Softing é outra empresa que fornece soluções de comunicação industrial. Eles oferecem uma pilha ControlNet que permite aos desenvolvedores implementar a comunicação ControlNet em suas aplicações.
• Kit de Ferramentas CIP (Protocolo Industrial Comum): O kit de ferramentas CIP é uma coleção de ferramentas, código de exemplo e documentação fornecida pela ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) para implementação de protocolos baseados em CIP como ControlNet e DeviceNet.
• Soluções ProSoft Technology ControlNet: A ProSoft Technology oferece várias soluções de comunicação industrial, incluindo produtos ControlNet e serviços de desenvolvimento.

Antes de escolher uma pilha/biblioteca de comunicação ControlNet específica, considere os seguintes fatores:

• Compatibilidade: Certifique-se de que a pilha/biblioteca seja compatível com a plataforma de hardware e software do seu microcontrolador.
• Suporte do fornecedor: Verifique o nível de suporte disponível para as pilhas usadas do fornecedor específico.

ControlNet Vs Profibus

O diferença entre ControlNet e Profibu s são discutidos abaixo.

Vantagens

O vantagens do ControlN et incluem o seguinte.

• ControlNet tem alta velocidade.
• Esta rede tem transferência de dados determinística.
• ControlNet está devidamente organizado, então é extremamente confiável e estável.
• Este protocolo tem opções de topologia flexíveis.
• Possui desempenho determinístico e repetível para processos e aplicações discretas;
• É capaz de substituir ou remover nós no poder em qualquer ponto da rede
• Precisa de menos manutenção.
• Permite até 99 dispositivos para cada nó.
• É muito flexível e usa dados sofisticados.

O Desvantagens do ControlNet inclui o seguinte.

• O custo do hardware é alto.
• A solução de problemas é muito difícil em comparação com outros protocolos.
• Ele não fornece sinal e energia em um único cabo.

Formulários

O aplicações de ControlNet inclui o seguinte.

• A ControlNet fornece controle de alta velocidade, transmissão confiável e de dados de E/S com programação que define a lógica para um determinado horário acima da rede.
• Essa rede fornece mensagens críticas que não dependem de tempo para serem executadas, sem interferir na transferência de dados de controle e E/S.
• É um protocolo de rede industrial aberto usado em aplicações de automação industrial,
• São redes de controle abertas que simplesmente atendem às aplicações de demanda em tempo real e de alto rendimento
• Isso também fornece rede de controle em aplicações discretas e de processo.
• É uma rede de comunicação programada projetada principalmente para trocar dados cíclicos.
• Essa rede também permite controlar modelos de difusão grandes para suportar condições de entrada extras.

Assim, este é uma visão geral de uma ControlNet . É um protocolo de rede utilizado no setor industrial. As soluções de IoT e automação precisam de velocidades mais rápidas, mais dados e tratamento de dados consistente. Portanto, a alta velocidade do ControlNet o tornará útil em diferentes aplicações, como controles de solda, sistemas de visão, robótica, controle de movimento, etc. Este protocolo é usado em aplicativos sensíveis ao tempo, redundantes e determinísticos em comparação com Ethernet/DeviceNet. º Este protocolo opera sem repetidor até 1000 metros, conecta até 99 dispositivos, tem taxa de transferência de dados de 5 Mbps e oferece várias topologias . Aqui está uma pergunta para você, o que é DeviceNet ?