ControlNet: arquitectura, funcionamiento, diferencias y sus aplicaciones

La tecnología ControlNet fue desarrollada por primera vez en el año 1995 por Rockwell Automation porque se esfuerza por adelantarse a las tendencias tecnológicas recientes. Después de eso, este protocolo de red industrial abierta fue manejado completamente por ControlNet International. Sin embargo, la administración y el soporte de ControlNet se transfirieron a ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) para que maneje todos protocolos dentro de la familia de Protocolos Industriales Comunes. ControlNet proporciona diferentes funciones, como enclavamiento en tiempo real, ancho de banda de E/S, mensajería entre pares, etc. La red ControlNet está diseñada principalmente para mejorar la productividad a lo largo de la transmisión de datos de aplicaciones de tiempo crítico tanto para la fabricación como para el proceso. automatización . Por lo tanto, este artículo analiza información breve sobre ControlNet: arquitectura, funcionamiento y sus aplicaciones.

¿Qué es ControlNet?

ControlNet es un protocolo de red industrial abierta que utiliza el CIP (Protocolo Industrial Común) para las capas superiores de siete capas del modelo OSI . Los diseñadores de ControlNet adaptaron las capas CIP de la capa de transporte, la capa de red, el enlace de datos y la capa física para adaptarse a los requisitos de la red ControlNet.

Este protocolo se diseñó principalmente para brindar un control constante y de alta velocidad y una transferencia de datos de E/S con una programación que establece la lógica en un momento particular por encima de la red. Hay diferentes dispositivos que se comunican con esta red son PLC (Controladores lógicos programables) , HMI, chasis de E/S, unidades, robots y computadoras personales. Normalmente se utiliza para aplicaciones que funcionan excelentemente con comunicaciones programadas.

La velocidad de transferencia de datos de esta red es de 5 Mbps y se encuentra en el rango medio de las tres redes famosas a través de EtherNet/IP que oscila entre 10 Mbps y 1 Gbps y DeviceNet entre 125 y 500 Kbps.

Arquitectura ControlNet

El protocolo ControlNet se utiliza en aplicaciones de automatización industrial. ControlNet utiliza el CIP o Protocolo Industrial Común para facilitar la interconexión entre diferentes capas OSI. Este protocolo está diseñado para proporcionar una transferencia de datos constante y un control de alta velocidad a través de la programación. De modo que establece la lógica en un momento particular por encima de la red y ayuda en la transferencia rápida de datos. Esta red incluye diferentes dispositivos como PLC, chasis de E/S, computadoras personales y controladores.

Conectores y cables ControlNet

Aquí, es importante notar que ControlNet usa cables coaxiales RG-6 a través de los conectores BNC. Los conectores utilizados en ControlNet son conectores BNC. El conector BNC es un conector RF pequeño que se conecta o desconecta fácilmente y se utiliza para cable coaxial. Este conector está diseñado principalmente para mantener la impedancia característica similar del cable, incluidos los tipos de 50 ohmios y 75 ohmios que se fabrican. En general, se utiliza para conexiones de video y RF de hasta aproximadamente 2 GHz y hasta 500 voltios. Estos conectores se utilizan simplemente con cables coaxiales pequeños a muy pequeños dentro de la televisión, la radio y otros equipos electrónicos de RF. Por lo tanto, normalmente se utilizaban para las primeras redes informáticas como IBM PC Network, ARCnet y la variante 10BASE2.

ControlNet le permite elegir los tipos de cable donde estos cables tienen naturaleza de entierro directo o flexible. Además, estos cables también se utilizan en cualquier entorno. Como alternativa a ControlNet, existen diferentes aplicaciones que requieren distancias más largas y también utilizan fibra óptica (OFC) dentro del cableado. Aquí, es muy importante tener en cuenta que admite un máximo de 99 nodos en la red.

Los nodos en ControlNet simplemente se asignan a través de una dirección MAC ID. Además, cada nodo identifica también la dirección del sucesor y del predecesor. Cada nodo que está disponible dentro de la interfaz de ControlNet incluye principalmente un horario programado (token). Entonces, en esta red, a la vez solo se transmite un nodo, lo que en última instancia evitaría las colisiones de datos al tomar propuestas inseguras. Si ControlNet está configurado correctamente, puede ser extremadamente confiable y estable. Además, necesita menos mantenimiento durante un período más largo en comparación con diferentes redes basadas en automatización industrial.

Topología ControlNet

Red de control topologías mientras se diseña la red son trunkline-dropline, tree o star.

Topología de línea troncal-línea descendente

La topología de línea troncal-línea descendente utiliza solo un cable delgado o grueso. La distancia principal entre los límites de la red difiere con la longitud del cable y la velocidad de datos. En esta topología, los nodos se pueden conectar directamente a la línea principal a través de ramificaciones cortas. Esta topología proporciona buses de par trenzado por separado para la distribución de señal y alimentación.

Topología de árbol

La topología de árbol es un tipo de topología de red que parece un árbol. Esta topología incluye un nodo central y cada nodo simplemente está conectado a este nodo a través de un solo carril. Las principales ventajas de esta topología son; una combinación de topologías de estrella y bus, detección de un error, durabilidad, soporte de dispositivos, crecimiento de la red, etc. Esta topología se usa frecuentemente para conectar varios dispositivos como computadoras, impresoras, etc. en una oficina o en el hogar. Esta topología ayuda a crear redes de bus, siempre que cada dispositivo esté simplemente conectado a un servidor intermedio.

Topología de las estrellas

La topología en estrella es un tipo de topología de red en la que cada dispositivo está conectado individualmente a un nodo central, denominado concentrador/conmutador. Esta topología parece una estrella. Esta topología ayuda a reducir el impacto de fallas en la línea de transmisión al conectar de forma independiente cada host hacia el concentrador. Por lo tanto, cada host puede comunicarse con todos los demás mediante el envío y la recepción desde el concentrador. por favor consulte este enlace para saber más sobre Topología de las estrellas .

Medios físicos

Los medios físicos del protocolo ControlNet incluyen principalmente derivaciones, segmentos, resistencias de terminación, puentes y repetidores, que se analizan a continuación.

Los grifos son uno de los tipos de medios físicos que le permiten fijar nodos al tronco con la ayuda de un cable de bajada. Estos están disponibles en diferentes tipos como T o Y, rectos y en ángulo recto que tienen flexibilidad al configurar la red ControlNet.

En cada extremo del cable principal, se utiliza una resistencia de terminación de 75 Ω. El conjunto de cables troncales conocidos como Segmentos y derivaciones tienen resistencias de terminación en cada extremo. La longitud de cada segmento depende principalmente de los dispositivos conectados a la troncal.

Los repetidores son útiles para extender las redes ControlNet simplemente conectándose entre los segmentos.
Los puentes son dispositivos utilizados entre redes como conexiones de comunicación. Estos dispositivos envían información de paquetes de red.

Token Ring

A los nodos en ControlNet se les asigna una dirección MAC ID donde cada nodo también reconoce su dirección sucesora y predecesora. Aquí, cada nodo incluye un tiempo programado que se decide a través de un token. Cuando el nodo tiene el control del token, envía tramas de datos hasta que el token alcanza su límite de tiempo. Después de eso, se puede formar un nuevo token que se pasa al siguiente sucesor lógico.

Momento

La temporización de ControlNet se realiza con un NUT o Network Update Time que depende de un ciclo de tiempo permanente y repetitivo. El tiempo de actualización de la red se establece de 2 a 100 mseg de duración e incluye tres partes principales programadas, no programadas y banda de protección. En ControlNet, los nodos incluyen temporizadores que están sincronizados por la NUT que separa el tiempo de entrada entre los nodos de manera consistente.

Mensajería

El protocolo ControlNet utiliza principalmente dos tipos de mensajes conectados y no conectados que se analizan a continuación.

La mensajería conectada en este protocolo utiliza principalmente recursos en cada nodo que se utilizan para fines particulares, como la transferencia de datos y transacciones de E/S en tiempo real del mensaje explícito frecuente. Los recursos de una conexión se reservan y organizan con los servicios de comunicaciones disponibles mediante el administrador de mensajes no conectados.

La mensajería no conectada se utiliza en el procedimiento de establecimiento de la conexión y también se usa para mensajes raros y de baja prioridad. Este tipo de mensajería utiliza siempre un ancho de banda no programado y los recursos no conectados dentro de un dispositivo se conocen como UCMM (administrador de mensajes no conectados). Para obtener una declaración de conformidad, los productos del protocolo ControlNet son necesarios para ejecutar un UCMM para aceptar solicitudes de otros tipos de dispositivos.

¿Cómo funciona ControlNet?

En ControlNet, solo se puede enviar un nodo a la vez, lo que evitará que ocurran colisiones de datos. Una vez que el nodo deja de enviar y no se adelanta al token, ControlNet ha escrito condiciones en él que generarán el token nuevamente y lo transmitirán al sucesor lógico posterior. ControlNet es una red de control abierta que cumple con las demandas de aplicaciones de alto rendimiento y en tiempo real. Este protocolo admite el enclavamiento de un controlador a otro controlador y control de E/S en tiempo real, válvulas y variadores. También proporciona redes de control dentro de procesos y aplicaciones discretas.

¿Cómo configurar/codificar un microcontrolador como nodo ControlNet?

La configuración de un microcontrolador como un nodo ControlNet implica configurar los componentes de hardware y software necesarios para permitir la comunicación a través de la red ControlNet. Aquí hay un resumen general de los pasos para configurar un microcontrolador como un nodo ControlNet:

• Elija un microcontrolador compatible: Seleccione un microcontrolador que admita el protocolo ControlNet o que tenga las funciones de hardware necesarias, como la interfaz CAN (Controller Area Network) y un transceptor compatible.
• Obtenga la pila de comunicación ControlNet: Adquiera la pila/biblioteca de comunicación ControlNet para su microcontrolador elegido. La pila proporciona las funciones y los protocolos necesarios para permitir la comunicación a través de la red ControlNet.
• Configuración de hardware:
  • Conecte el microcontrolador a una red ControlNet mediante la interfaz CAN. Esto generalmente implica conectar los pines CANH y CANL del microcontrolador a los pines correspondientes de un transceptor CAN.
  • Proporcione la fuente de alimentación y cualquier otra conexión requerida al microcontrolador según sus especificaciones.
• Desarrollo de firmware:
  • Escriba el firmware para el microcontrolador usando la pila/biblioteca de comunicación ControlNet que obtuvo. Este firmware manejará la comunicación con la red ControlNet.
  • Implemente las funciones necesarias para manejar el intercambio de datos con otros dispositivos en la red ControlNet.
• Configuración del dispositivo:
  • A cada nodo de la red ControlNet se le asigna una dirección de nodo única. Asegúrese de que la dirección de nodo de su microcontrolador esté configurada correctamente. Esta dirección se utiliza para identificar el nodo en la red.
• Integración de red:
  • Integre el microcontrolador con el resto de su sistema de control. Esto podría implicar conectar sensores, actuadores u otros dispositivos al microcontrolador y definir cómo interactúa con el sistema general.

¿Cuáles son las pilas/bibliotecas de comunicación ControlNet disponibles?

Algunas de las pilas/bibliotecas de comunicación ControlNet populares :

• Pila ControlNet de Rockwell Automation/Allen-Bradley: Rockwell Automation es un destacado proveedor de soluciones de control y automatización industrial. Ofrecen una pila de comunicación ControlNet que normalmente se usa con su ControlLogix controladores lógicos programables (PLC) y otros dispositivos de automatización.
• Pila Anybus ControlNet: Anybus, una marca de HMS Networks, proporciona pilas de comunicación para varios protocolos industriales, incluido ControlNet. Su pila permite una fácil integración de la funcionalidad ControlNet en dispositivos industriales.
• Pila ControlNet de suavizado: Softing es otra empresa que brinda soluciones de comunicación industrial. Ofrecen una pila ControlNet que permite a los desarrolladores implementar la comunicación ControlNet en sus aplicaciones.
• Kit de herramientas CIP (protocolo industrial común): El kit de herramientas CIP es una colección de herramientas, código de muestra y documentación proporcionada por ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) para implementar protocolos basados ​​en CIP como ControlNet y DeviceNet.
• Soluciones ControlNet de tecnología ProSoft: ProSoft Technology ofrece varias soluciones de comunicación industrial, incluidos productos ControlNet y servicios de desarrollo.

Antes de elegir una pila/biblioteca de comunicación ControlNet específica, considere los siguientes factores:

• Compatibilidad: Asegúrese de que la pila/biblioteca sea compatible con la plataforma de hardware y software de su microcontrolador.
• Soporte de proveedores: Verifique el nivel de soporte disponible para las pilas utilizadas del proveedor en particular.

ControlNet frente a Profibus

El diferencia entre ControlNet y Profibu s se discuten a continuación.

Ventajas

El ventajas de ControlN et incluyen lo siguiente.

• ControlNet tiene alta velocidad.
• Esta red tiene transferencia de datos determinista.
• ControlNet está correctamente organizado, por lo que es extremadamente fiable y estable.
• Este protocolo tiene opciones de topología flexibles.
• Tiene un rendimiento determinista y repetible tanto para procesos como para aplicaciones discretas;
• Es capaz de reemplazar o eliminar nodos en el poder en cualquier punto de la red
• Necesita menos mantenimiento.
• Permite hasta 99 dispositivos por cada nodo.
• Es muy flexible y utiliza datos sofisticados.

El desventajas de ControlNet Incluya lo siguiente.

• El costo del hardware es alto.
• La solución de problemas es muy difícil en comparación con otros protocolos.
• No proporciona señal y alimentación en un solo cable.

Aplicaciones

El aplicaciones de ControlNet Incluya lo siguiente.

• ControlNet proporciona control de alta velocidad, transmisión de datos confiable y de E/S con programación que establece la lógica en un tiempo particular por encima de la red.
• Esta red proporciona mensajes críticos que no dependen del tiempo para ejecutarse sin interferir con la transferencia de control y datos de E/S.
• Es un protocolo de red industrial abierto utilizado en aplicaciones de automatización industrial,
• Estas son redes de control abiertas que simplemente cumplen con las aplicaciones de demanda de alto rendimiento y en tiempo real.
• Esto también proporciona redes de control dentro de aplicaciones discretas y de proceso.
• Es una red de comunicación programada diseñada principalmente para intercambiar datos cíclicos.
• Esta red también le permite controlar modelos de gran difusión para admitir condiciones de entrada adicionales.

Así, esto es una descripción general de un ControlNet . Es un protocolo de red utilizado en el sector industrial. Las soluciones de IoT y automatización necesitan velocidades más rápidas, más datos y un manejo de datos consistente. Por lo tanto, la alta velocidad de ControlNet lo hará útil en diferentes aplicaciones, como controles de soldadura, sistemas de visión, robótica, control de movimiento, etc. Este protocolo se utiliza en aplicaciones sensibles al tiempo, redundantes y deterministas en comparación con Ethernet/DeviceNet. el Este protocolo funciona sin repetidor hasta 1000 metros, conecta hasta 99 dispositivos, tiene una tasa de transferencia de datos de 5 Mbps y proporciona varias topologías . Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es DeviceNet ?