ControlNet : Architecture, Fonctionnement, Différences & Ses Applications

La technologie ControlNet a été développée pour la première fois en 1995 par Rockwell Automation car elle s'efforce d'être en avance sur les tendances technologiques récentes. Après cela, ce protocole de réseau industriel ouvert a été entièrement géré par ControlNet International. Cependant, la gestion et le support de ControlNet ont été transférés à ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) afin qu'il gère tous protocoles au sein de la famille Common Industrial Protocol. ControlNet fournit différentes fonctionnalités telles que le verrouillage en temps réel, la bande passante d'E/S, la messagerie peer-to-peer, etc. Le réseau ControlNet est principalement conçu pour améliorer la productivité tout au long de la transmission de données d'application à temps critique pour la fabrication et le processus. automatisation . Cet article traite donc de brèves informations sur ControlNet - architecture, fonctionnement et ses applications.

Qu'est-ce que ControlNet ?

ControlNet est un protocole de réseau industriel ouvert qui utilise le CIP (Common Industrial Protocol) pour les couches supérieures de sept couches du modèle OSI . Les concepteurs de ControlNet ont adapté les couches CIP de la couche transport, de la couche réseau, de la liaison de données et de la couche physique pour répondre aux exigences du réseau ControlNet.

Ce protocole a été principalement conçu pour offrir un contrôle et un transfert de données d'E/S cohérents et à grande vitesse avec une programmation qui définit la logique à un moment particulier au-dessus du réseau. Il existe différents appareils qui communiquent avec ce réseau sont Automates (automates programmables) , IHM, châssis d'E/S, variateurs, robots et ordinateurs personnels. Il est normalement utilisé pour les applications qui fonctionnent parfaitement avec les communications planifiées.

La vitesse de transfert de données de ce réseau est de 5 Mbps et se situe dans la moyenne des trois réseaux célèbres via EtherNet/IP qui va de 10 Mbps à 1 Gbps et DeviceNet de 125 à 500 Kbps.

Architecture ControlNet

Le protocole ControlNet est utilisé dans les applications d'automatisation industrielle. ControlNet utilise le protocole CIP ou Common Industrial Protocol pour faciliter l'interconnexion entre les différentes couches OSI. Ce protocole est conçu pour fournir un transfert de données cohérent et un contrôle à grande vitesse grâce à la programmation. Pour qu'il définisse la logique sur une synchronisation particulière au-dessus du réseau et aide au transfert rapide de données. Ce réseau comprend différents dispositifs tels que des automates programmables, des châssis d'E/S, des ordinateurs personnels et des pilotes.

Connecteurs et câbles ControlNet

Ici, il est important de noter que le ControlNet utilise des câbles coaxiaux RG-6 via les connecteurs BNC. Les connecteurs utilisés dans ControlNet sont des connecteurs BNC. Le connecteur BNC est un petit connecteur RF facile à connecter ou à déconnecter, utilisé pour le câble coaxial. Ce connecteur est principalement conçu pour maintenir l'impédance caractéristique similaire du câble, y compris les types 50 ohms et 75 ohms. Généralement, il est utilisé pour les connexions RF et vidéo jusqu'à environ 2 GHz et jusqu'à 500 volts. Ces connecteurs sont simplement utilisés avec des câbles coaxiaux petits à très petits dans la télévision, la radio et d'autres équipements électroniques RF. Ils étaient donc normalement utilisés pour les premiers réseaux informatiques comme IBM PC Network, ARCnet et la variante 10BASE2.

ControlNet vous permet de choisir les types de câble où ces câbles ont une nature d'enfouissement flexible ou direct. De plus, ces câbles sont également utilisés dans n'importe quel environnement. Alternativement pour ControlNet, il existe différentes applications qui nécessitent des distances plus longues et utilisent également la fibre optique (OFC) dans le câblage. Ici, il est très essentiel de noter qu'il prend en charge un maximum de 99 nœuds sur le réseau.

Les nœuds du ControlNet sont simplement attribués via une adresse MAC ID. De plus, chaque nœud identifie également l'adresse du successeur et du prédécesseur. Chaque nœud disponible dans l'interface de ControlNet comprend principalement une heure planifiée (jeton). Ainsi, dans ce réseau, un seul nœud est transmis à la fois, ce qui éviterait finalement que les collisions de données ne prennent des propositions dangereuses. Si ControlNet est correctement organisé, il peut être extrêmement fiable et stable. De plus, il nécessite moins de maintenance sur une plus longue période par rapport aux différents réseaux industriels basés sur l'automatisation.

Topologie ControlNet

ControlNet topologies lors de la conception du réseau sont des lignes principales, des lignes en dérivation, des arbres ou des étoiles.

Topologie ligne principale-ligne de dérivation

La topologie ligne principale-ligne de dérivation utilise un seul câble fin ou épais. La distance principale entre les limites du réseau diffère selon la longueur du câble et la vitesse des données. Dans cette topologie, les nœuds peuvent être directement connectés à la ligne principale sinon par des branches courtes. Cette topologie fournit des bus à paires torsadées séparément pour la distribution du signal et de l'alimentation.

Topologie arborescente

La topologie arborescente est un type de topologie de réseau qui ressemble à un arbre. Cette topologie comprend un nœud central et chaque nœud est simplement connecté à ce nœud sur une seule voie. Les principaux avantages de cette topologie sont; une combinaison de topologies en étoile et en bus, la détection d'une erreur, la durabilité, la prise en charge des périphériques, la croissance du réseau, etc. Cette topologie est fréquemment utilisée pour connecter plusieurs périphériques tels que des ordinateurs, des imprimantes, etc. dans un bureau ou à la maison. Cette topologie aide à créer des réseaux de bus, où chaque appareil est simplement connecté à un serveur intermédiaire.

Topologie en étoile

La topologie en étoile est un type de topologie de réseau où chaque appareil est connecté individuellement à un nœud central, appelé concentrateur/commutateur. Cette topologie ressemble à une étoile. Cette topologie aide à réduire l'impact des défaillances de la ligne de transmission en connectant indépendamment chaque hôte vers le concentrateur. Ainsi, chaque hôte peut communier avec tous les autres via l'envoi et la réception depuis le hub. veuillez vous référer à ce lien pour en savoir plus sur Topologie en étoile .

Support physique

Le support physique du protocole ControlNet comprend principalement des prises, des segments, des résistances de terminaison, des ponts et des répéteurs qui sont décrits ci-dessous.

Les prises sont l'un des types de supports physiques qui vous permettent de fixer des nœuds au tronc à l'aide d'un câble de dérivation. Ceux-ci sont disponibles en différents types comme T ou Y, droit et angle droit qui offre une flexibilité lors de la configuration du réseau ControlNet.

À chaque extrémité du câble principal, une résistance de terminaison de 75 Ω est utilisée. L'ensemble de câbles principaux connus sous le nom de Segments & Taps a des résistances de terminaison à chaque extrémité. La longueur de chaque segment dépend principalement des appareils connectés au tronc.

Les répéteurs sont utiles pour étendre les réseaux ControlNet en se connectant simplement entre les segments.
Les ponts sont des dispositifs utilisés entre les réseaux en tant que connexions de communication. Ces appareils transfèrent les informations sur les paquets réseau.

Anneau de jeton

Les nœuds dans ControlNet se voient attribuer une adresse MAC ID où chaque nœud reconnaît également son adresse successeur et prédécesseur. Ici, chaque nœud inclut une heure planifiée qui est décidée via un jeton. Lorsque le nœud a le contrôle du jeton, il envoie des trames de données jusqu'à ce que le jeton atteigne sa limite de temps. Après cela, un nouveau jeton peut être formé qui est transmis au successeur logique suivant.

Horaire

La synchronisation ControlNet est effectuée avec un NUT ou un temps de mise à jour du réseau qui dépend d'un cycle de temps permanent et répétitif. Le temps de mise à jour du réseau est défini sur une durée de 2 à 100 ms et comprend trois parties principales programmées, non programmées et bande de garde. Dans ControlNet, les nœuds incluent des temporisateurs qui sont synchronisés par le NUT qui sépare le temps d'entrée entre les nœuds de manière cohérente.

Messagerie

Le protocole ControlNet utilise principalement deux types de messagerie connectés et non connectés qui sont décrits ci-dessous.

La messagerie connectée dans ce protocole utilise principalement des ressources dans chaque nœud qui sont utilisées à des fins particulières telles que le transfert ou les données d'E / S en temps réel et les transactions du message explicite fréquent. Les ressources d'une connexion sont mises de côté et agencées avec les services de communication disponibles à l'aide du gestionnaire de messages non connectés.

La messagerie non connectée est utilisée dans la procédure d'établissement de la connexion et elle est également utilisée pour les messages à faible priorité et rares. Ce type de messagerie utilise toujours une bande passante non planifiée et les ressources non connectées au sein d'un appareil sont appelées UCMM (gestionnaire de messages non connectés). Pour obtenir une déclaration de conformité, les produits de protocole ControlNet doivent exécuter un UCMM pour accepter les demandes d'autres types d'appareils.

Comment fonctionne ControlNet ?

Dans ControlNet, un seul nœud peut être envoyé à la fois, ce qui évite toute collision de données. Une fois que le nœud arrête d'envoyer et ne devance pas le jeton, alors ControlNet y a écrit des conditions qui généreront à nouveau le jeton et le transmettront au successeur logique ultérieur. ControlNet est un réseau de contrôle ouvert qui répond aux exigences des applications en temps réel et à haut débit. Ce protocole prend en charge le verrouillage d'un contrôleur à un autre contrôleur et le contrôle d'E/S en temps réel, les vannes et les entraînements. Il fournit également une mise en réseau de contrôle dans les applications de processus et discrètes.

Comment configurer/coder un microcontrôleur en tant que nœud ControlNet ?

La configuration d'un microcontrôleur en tant que nœud ControlNet implique la configuration des composants matériels et logiciels nécessaires pour permettre la communication sur le réseau ControlNet. Voici un aperçu général des étapes de configuration d'un microcontrôleur en tant que nœud ControlNet :

• Choisissez un microcontrôleur compatible : Sélectionnez un microcontrôleur prenant en charge le protocole ControlNet ou disposant des fonctionnalités matérielles nécessaires telles que l'interface CAN (Controller Area Network) et un émetteur-récepteur compatible.
• Obtenez la pile de communication ControlNet : Procurez-vous la pile/bibliothèque de communication ControlNet pour le microcontrôleur que vous avez choisi. La pile fournit les fonctions et protocoles nécessaires pour permettre la communication sur le réseau ControlNet.
• Configuration materielle:
  • Connectez le microcontrôleur à un réseau ControlNet à l'aide de l'interface CAN. Cela implique généralement de connecter les broches CANH et CANL du microcontrôleur aux broches correspondantes d'un émetteur-récepteur CAN.
  • Fournissez l'alimentation électrique et toutes les autres connexions requises au microcontrôleur conformément à ses spécifications.
• Développement de micrologiciel :
  • Écrivez le micrologiciel du microcontrôleur à l'aide de la pile/bibliothèque de communication ControlNet que vous avez obtenue. Ce micrologiciel gérera la communication avec le réseau ControlNet.
  • Implémentez les fonctions nécessaires pour gérer l'échange de données avec d'autres appareils sur le réseau ControlNet.
• Configuration de l'appareil:
  • Chaque nœud du réseau ControlNet se voit attribuer une adresse de nœud unique. Assurez-vous que l'adresse de nœud de votre microcontrôleur est correctement configurée. Cette adresse est utilisée pour identifier le nœud sur le réseau.
• Intégration réseau :
  • Intégrez le microcontrôleur au reste de votre système de contrôle. Cela peut impliquer de connecter des capteurs, des actionneurs ou d'autres dispositifs au microcontrôleur et de définir comment il interagit avec le système global.

Quelles sont les piles/bibliothèques de communication ControlNet disponibles ?

Certaines des piles/bibliothèques de communication ControlNet populaires :

• Pile Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet : Rockwell Automation est un important fournisseur de solutions d'automatisation et de contrôle industriel. Ils offrent une pile de communication ControlNet qui est généralement utilisée avec leur ControlLogix contrôleurs logiques programmables (automates) et autres dispositifs d'automatisation.
• Pile Anybus ControlNet : Anybus, une marque de HMS Networks, fournit des piles de communication pour divers protocoles industriels, y compris ControlNet. Leur pile permet une intégration facile de la fonctionnalité ControlNet dans les appareils industriels.
• Adoucissement de la pile ControlNet : Softing est une autre entreprise qui fournit des solutions de communication industrielle. Ils offrent une pile ControlNet qui permet aux développeurs d'implémenter la communication ControlNet dans leurs applications.
• Boîte à outils CIP (Common Industrial Protocol) : La boîte à outils CIP est une collection d'outils, d'exemples de code et de documentation fournis par ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) pour la mise en œuvre de protocoles basés sur CIP tels que ControlNet et DeviceNet.
• Solutions ControlNet de la technologie ProSoft : ProSoft Technology propose diverses solutions de communication industrielle, y compris les produits ControlNet et les services de développement.

Avant de choisir une pile/bibliothèque de communication ControlNet spécifique, tenez compte des facteurs suivants :

• Compatibilité: Assurez-vous que la pile/bibliothèque est compatible avec la plate-forme matérielle et logicielle de votre microcontrôleur.
• Assistance fournisseur : Vérifiez le niveau de support disponible pour les piles utilisées par le fournisseur particulier.

ControlNet contre Profibus

Le différence entre ControlNet et Profibu s sont discutés ci-dessous.

Avantages

Le avantages de ControlN et inclure les éléments suivants.

• ControlNet a une vitesse élevée.
• Ce réseau a un transfert de données déterministe.
• ControlNet est correctement organisé, il est donc extrêmement fiable et stable.
• Ce protocole a des choix de topologie flexibles.
• Il a des performances déterministes et reproductibles pour les applications de processus et discrètes ;
• Il est capable de remplacer ou de supprimer des nœuds sous tension à n'importe quel point du réseau
• Il nécessite moins d'entretien.
• Il autorise jusqu'à 99 appareils pour chaque nœud.
• Il est très flexible et utilise des données sophistiquées.

Le inconvénients de ControlNet inclure les éléments suivants.

• Le coût du matériel est élevé.
• Le dépannage est très difficile par rapport aux autres protocoles.
• Il ne fournit pas de signal et d'alimentation dans un seul câble.

Applications

Le applications de ControlNet inclure les éléments suivants.

• ControlNet fournit un contrôle à grande vitesse, une transmission de données fiable et d'E/S avec une programmation qui définit la logique à un moment particulier au-dessus du réseau.
• Ce réseau fournit une messagerie critique qui ne dépend pas du moment à exécuter sans interférer avec le transfert des données de contrôle et d'E/S.
• C'est un protocole de réseau industriel ouvert utilisé dans les applications d'automatisation industrielle,
• Ce sont des réseaux de contrôle ouverts qui répondent simplement aux applications à la demande en temps réel et à haut débit
• Cela fournit également une mise en réseau de contrôle dans les applications discrètes et de processus.
• C'est un réseau de communication programmé principalement conçu pour échanger des données cycliques.
• Ce réseau vous permet également de contrôler de grands modèles de diffusion pour prendre en charge des conditions d'entrée supplémentaires.

Ainsi, ceci est un aperçu d'un ControlNet . C'est un protocole réseau utilisé dans le secteur industriel. Les solutions IoT et d'automatisation nécessitent des vitesses plus rapides, plus de données et une gestion cohérente des données. Ainsi, la vitesse rapide de ControlNet le rendra utile dans différentes applications telles que les contrôles de soudage, les systèmes de vision, la robotique, le contrôle de mouvement, etc. Ce protocole est utilisé dans les applications sensibles au temps, redondantes et déterministes par rapport à Ethernet/DeviceNet. E Ce protocole fonctionne sans répéteur jusqu'à 1000 mètres, connecte jusqu'à 99 appareils, a un taux de transfert de données de 5 Mbps et fournit plusieurs topologies . Voici une question pour vous, qu'est-ce que DeviceNet ?