ControlNet: العمارة ، والعمل ، والاختلافات وتطبيقاتها

تم تطوير تقنية ControlNet لأول مرة في عام 1995 بواسطة Rockwell Automation لأنها تسعى جاهدة لتكون في طليعة الاتجاهات التكنولوجية الحديثة. بعد ذلك ، تم التعامل مع بروتوكول الشبكة الصناعية المفتوحة هذا بالكامل بواسطة ControlNet International. ومع ذلك ، تم نقل إدارة ودعم ControlNet إلى ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) بحيث يتعامل مع جميع البروتوكولات ضمن عائلة البروتوكول الصناعي المشترك. توفر شبكة ControlNet ميزات مختلفة مثل التشابك في الوقت الفعلي ، وعرض النطاق الترددي للإدخال / الإخراج ، والمراسلة من نظير إلى نظير ، وما إلى ذلك. تم تصميم شبكة ControlNet بشكل أساسي لتعزيز الإنتاجية عبر نقل بيانات التطبيقات ذات الأهمية الزمنية لكل من التصنيع والعملية أتمتة . لذا تتناول هذه المقالة معلومات موجزة عن ControlNet - الهندسة المعمارية والعمل وتطبيقاتها.

ما هو ControlNet؟

ControlNet هو بروتوكول شبكة صناعية مفتوح يستخدم CIP (بروتوكول صناعي عام) للطبقات العليا من سبعة طبقات نموذج OSI . قام مصممو ControlNet بتكييف طبقات CIP لطبقة النقل وطبقة الشبكة ورابط البيانات والطبقة المادية لتلائم متطلبات شبكة ControlNet.

تم تصميم هذا البروتوكول بشكل أساسي لتوفير تحكم متسق وعالي السرعة ونقل بيانات الإدخال / الإخراج مع البرمجة التي تحدد المنطق لوقت معين فوق الشبكة. هناك أجهزة مختلفة متصلة بهذه الشبكة PLCs (وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة) ، HMIs ، هيكل الإدخال / الإخراج ، محركات الأقراص ، الروبوتات وأجهزة الكمبيوتر الشخصية. يتم استخدامه عادةً للتطبيقات التي تعمل بشكل ممتاز مع الاتصالات المجدولة.

سرعة نقل البيانات لهذه الشبكة هي 5 ميجابت في الثانية وهي في النطاق المتوسط ​​للشبكات الثلاث الشهيرة عبر EtherNet / IP التي تتراوح من 10 ميجابت في الثانية إلى 1 جيجابت في الثانية وتتراوح DeviceNet من 125 إلى 500 كيلوبت في الثانية.

هندسة ControlNet

يستخدم بروتوكول ControlNet في تطبيقات الأتمتة الصناعية. تستخدم ControlNet CIP أو البروتوكول الصناعي المشترك لتسهيل الترابط بين طبقات OSI المختلفة. تم تصميم هذا البروتوكول لتوفير نقل متسق للبيانات والتحكم عالي السرعة من خلال البرمجة. بحيث يضبط المنطق على توقيت معين فوق الشبكة ويساعد في نقل البيانات بسرعة. تتضمن هذه الشبكة أجهزة مختلفة مثل PLCs وشاسيه الإدخال / الإخراج وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وبرامج التشغيل.

موصلات وكابلات ControlNet

هنا ، من المهم ملاحظة أن ControlNet تستخدم كبلات RG-6 متحدة المحور من خلال موصلات BNC. الموصلات المستخدمة في موصلات ControlNet a BNC. موصل BNC هو موصل RF صغير يسهل توصيله أو فصله ، ويستخدم للكابل المحوري. تم تصميم هذا الموصل بشكل أساسي للحفاظ على الممانعة المميزة للكابل بما في ذلك 50 أوم وأنواع 75 أوم. بشكل عام ، يتم استخدامه لتوصيلات RF والفيديو حتى حوالي 2 جيجاهرتز وحتى 500 فولت. يتم استخدام هذه الموصلات ببساطة مع الكابلات المحورية الصغيرة إلى الصغيرة جدًا داخل التلفزيون والراديو والمعدات الإلكترونية الأخرى للترددات اللاسلكية. لذلك تم استخدامها عادةً لشبكات الكمبيوتر المبكرة مثل شبكة كمبيوتر IBM و ARCnet ومتغير 10BASE2.

تسمح لك ControlNet باختيار أنواع الكابلات حيث تكون هذه الكابلات ذات طبيعة دفن مرنة أو مباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم هذه الكابلات أيضًا في أي بيئة. بدلاً من ذلك ، بالنسبة لـ ControlNet ، هناك تطبيقات مختلفة تتطلب مسافات أطول وتستخدم أيضًا الألياف الضوئية (OFC) داخل الكابلات. هنا ، من الضروري جدًا ملاحظة أنه يدعم 99 عقدة كحد أقصى عبر الشبكة.

يتم تخصيص العقد في ControlNet ببساطة من خلال عنوان معرف MAC. علاوة على ذلك ، تحدد كل عقدة العنوان التالي والعنوان السابق أيضًا. تتضمن كل عقدة متوفرة داخل واجهة ControlNet بشكل أساسي الوقت المجدول (رمز مميز). لذلك ، في هذه الشبكة ، في كل مرة يتم إرسال عقدة واحدة فقط والتي من شأنها في النهاية تجنب تصادم البيانات من اتخاذ مقترحات غير آمنة. إذا تم ترتيب ControlNet بشكل صحيح ، فيمكن أن تكون موثوقة ومستقرة للغاية. علاوة على ذلك ، فهي تحتاج إلى صيانة أقل على مدى فترة أطول مقارنة بالشبكات المختلفة القائمة على الأتمتة الصناعية.

طوبولوجيا ControlNet

ControlNet علوم الهندسة اللاكمية أثناء تصميم الشبكة ، يكون خط trunkline أو الشجرة أو النجم.

طوبولوجيا Trunkline-Dropline

تستخدم طبولوجيا خط إسقاط خط الجذع كابلًا واحدًا رفيعًا أو سميكًا. تختلف المسافة الرئيسية بين حدود الشبكة باختلاف طول الكابل وسرعة البيانات. في هذا الهيكل ، يمكن توصيل العقد مباشرة بالخط الرئيسي وإلا من خلال الفروع القصيرة. يوفر هذا الهيكل ناقلًا مزدوجًا ملتويًا بشكل منفصل لكل من توزيع الإشارة والطاقة.

طوبولوجيا الشجرة

طوبولوجيا الشجرة هي أحد أنواع طوبولوجيا الشبكة التي تشبه الشجرة. يشتمل هذا الهيكل على عقدة مركزية واحدة وكل عقدة متصلة ببساطة بهذه العقدة عبر مسار واحد. المزايا الرئيسية لهذا الهيكل هي ؛ مزيج من طبولوجيا النجوم والحافلات ، واكتشاف الخطأ ، والمتانة ، ودعم الجهاز ، ونمو الشبكة ، وما إلى ذلك. يستخدم هذا الهيكل بشكل متكرر لتوصيل العديد من الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر ، والطابعات ، وما إلى ذلك في المكتب أو المنزل. يساعد هذا الهيكل في إنشاء شبكات الحافلات ، حيث يتم توصيل كل جهاز ببساطة بخادم متوسط.

طوبولوجيا النجوم

الهيكل النجمي هو نوع من طوبولوجيا الشبكة حيث يتم توصيل كل جهاز بشكل فردي إلى عقدة مركزية ، تسمى المحور / المحول. هذا الهيكل يشبه النجم. يساعد هذا الهيكل في تقليل تأثير فشل خط النقل عن طريق الاتصال بشكل مستقل بكل مضيف باتجاه المحور. وبالتالي ، يمكن لكل مضيف التواصل مع الآخرين من خلال الإرسال والاستلام من المركز. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن طوبولوجيا النجوم .

الوسائط المادية

تشتمل الوسائط المادية لبروتوكول ControlNet بشكل أساسي على الصنابير والقطاعات ومقاومات الإنهاء والجسور وأجهزة إعادة الإرسال التي تمت مناقشتها أدناه.

الحنفيات هي أحد أنواع الوسائط المادية التي تسمح لك بإصلاح العقد على الجذع بمساعدة كابل إسقاط. تتوفر هذه الأنواع في أنواع مختلفة مثل T أو Y ، الزاوية المستقيمة والقائمة التي تتمتع بالمرونة أثناء تكوين شبكة ControlNet.

عند كل طرف من طرفي كابل الجذع ، يتم استخدام مقاوم إنهاء 75Ω. مجموعة الكابلات الرئيسية المعروفة باسم الشرائح والصنابير لها مقاومات إنهاء في كل طرف. يعتمد طول كل مقطع بشكل أساسي على الأجهزة المتصلة بالجذع.

أجهزة إعادة الإرسال مفيدة في توسيع شبكات ControlNet ببساطة عن طريق الاتصال بين المقاطع.
الجسور هي أجهزة تُستخدم بين الشبكات كاتصالات اتصال. تقوم هذه الأجهزة بإعادة توجيه معلومات حزمة الشبكة.

حلقة رمزية

يتم تعيين عنوان معرف MAC للعقد في ControlNet حيث تتعرف كل عقدة أيضًا على العنوان التالي والعنوان السابق. هنا ، تتضمن كل عقدة وقتًا مجدولًا يتم تحديده من خلال رمز مميز. عندما تتحكم العقدة في الرمز المميز ، فإنها ترسل إطارات البيانات حتى يحقق الرمز المميز حده الزمني. بعد ذلك ، يمكن تشكيل رمز جديد يتم تمريره إلى الخلف المنطقي التالي.

توقيت

يتم توقيت ControlNet باستخدام NUT أو Network Update Time الذي يعتمد على دورة زمنية دائمة ومتكررة. يتم تعيين مدة تحديث الشبكة من 2 إلى 100 مللي ثانية ويتضمن ثلاثة أجزاء رئيسية مجدولة وغير مجدولة وحزام الحماية. في ControlNet ، تشتمل العقد على مؤقتات تتم مزامنتها بواسطة NUT والتي تفصل وقت الدخول بين العقد باستمرار.

المراسلة

يستخدم بروتوكول ControlNet نوعين أساسيين من الرسائل المتصلة وغير المتصلة والتي تمت مناقشتها أدناه.

تستخدم المراسلة المتصلة في هذا البروتوكول بشكل أساسي الموارد الموجودة في كل عقدة يتم استخدامها لأغراض معينة مثل نقل أو بيانات الإدخال / الإخراج في الوقت الفعلي ومعاملات الرسالة الصريحة المتكررة. يتم تخصيص موارد الاتصال وترتيبها مع خدمات الاتصالات المتاحة باستخدام مدير الرسائل غير المتصل.

يتم استخدام الرسائل غير المتصلة في إجراء إنشاء الاتصال ، كما يتم استخدامها للرسائل ذات الأولوية المنخفضة والرسائل النادرة. يستخدم هذا النوع من المراسلة النطاق الترددي غير المجدول دائمًا وتُعرف الموارد غير المتصلة داخل الجهاز باسم UCMM (مدير الرسائل غير المتصل). للحصول على إعلان المطابقة ، تعد منتجات بروتوكول ControlNet ضرورية لتنفيذ UCMM لقبول الطلبات من أنواع أخرى من الأجهزة.

كيف يعمل برنامج ControlNet؟

في ControlNet ، يمكن إرسال عقدة واحدة فقط في كل مرة مما يمنع حدوث أي تضارب في البيانات. بمجرد أن تتوقف العقدة عن الإرسال ولا تتقدم على الرمز المميز ، فإن ControlNet قد كتبت شروطًا فيها ستولد الرمز مرة أخرى وتنقله إلى الخلف المنطقي الآخر. ControlNet هي شبكة تحكم مفتوحة تلبي متطلبات تطبيقات الوقت الفعلي وعالية الإنتاجية. يدعم هذا البروتوكول التشابك من وحدة تحكم إلى وحدة تحكم أخرى والتحكم في الإدخال / الإخراج في الوقت الفعلي والصمامات ومحركات الأقراص. كما أنه يوفر شبكات تحكم داخل العمليات والتطبيقات المنفصلة.

كيفية تكوين / ترميز متحكم دقيق كعقدة ControlNet؟

يتضمن تكوين متحكم دقيق كعقدة ControlNet إعداد مكونات الأجهزة والبرامج الضرورية لتمكين الاتصال عبر شبكة ControlNet. في ما يلي مخطط عام لخطوات تكوين وحدة التحكم الدقيقة كعقدة ControlNet:

• اختر متحكمًا متوافقًا: حدد متحكمًا دقيقًا يدعم بروتوكول ControlNet أو يحتوي على ميزات الأجهزة الضرورية مثل واجهة CAN (شبكة منطقة وحدة التحكم) وجهاز إرسال واستقبال متوافق.
• الحصول على حزمة اتصالات ControlNet: احصل على مكدس / مكتبة اتصالات ControlNet لوحدة التحكم الدقيقة التي اخترتها. يوفر المكدس الوظائف والبروتوكولات الضرورية لتمكين الاتصال عبر شبكة ControlNet.
• إعداد الأجهزة:
  • قم بتوصيل المتحكم الدقيق بشبكة ControlNet باستخدام واجهة CAN. يتضمن هذا عادةً توصيل دبابيس CANH و CANL للميكروكونترولر بالدبابيس المقابلة لجهاز الإرسال والاستقبال CAN.
  • توفير مصدر طاقة وأي توصيلات أخرى مطلوبة للميكروكونترولر حسب مواصفاته.
• تطوير البرامج الثابتة:
  • اكتب البرنامج الثابت لوحدة التحكم الدقيقة باستخدام مكدس / مكتبة اتصالات ControlNet التي حصلت عليها. ستتعامل هذه البرامج الثابتة مع الاتصال بشبكة ControlNet.
  • تنفيذ الوظائف الضرورية للتعامل مع تبادل البيانات مع الأجهزة الأخرى على شبكة ControlNet.
• تكوين الجهاز:
  • يتم تعيين عنوان عقدة فريد لكل عقدة في شبكة ControlNet. تأكد من تكوين عنوان عقدة وحدة التحكم الدقيقة بشكل صحيح. يستخدم هذا العنوان لتعريف العقدة على الشبكة.
• تكامل الشبكة:
  • ادمج وحدة التحكم الدقيقة مع باقي نظام التحكم الخاص بك. قد يتضمن ذلك توصيل المستشعرات أو المشغلات أو الأجهزة الأخرى بالمتحكم الدقيق وتحديد كيفية تفاعله مع النظام ككل.

ما هي مكدس / مكتبة اتصالات ControlNet المتوفرة؟

بعض حزم / مكتبات اتصالات ControlNet الشهيرة :

• روكويل أوتوميشن / ألين برادلي ControlNet Stack: تعد Rockwell Automation مزودًا بارزًا لحلول الأتمتة الصناعية والتحكم. أنها توفر مكدس اتصالات ControlNet التي تستخدم عادة مع ControlLogix الخاصة بهم وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLCs) وأجهزة الأتمتة الأخرى.
• مكدس Anybus ControlNet: توفر Anybus ، وهي علامة تجارية لشركة HMS Networks ، مجموعات اتصالات لمختلف البروتوكولات الصناعية ، بما في ذلك ControlNet. تسمح مكدسهم بدمج وظائف ControlNet بسهولة في الأجهزة الصناعية.
• تليين التحكم صافي المكدس: Softing هي شركة أخرى تقدم حلول الاتصالات الصناعية. أنها توفر حزمة ControlNet التي تمكن المطورين من تنفيذ اتصالات ControlNet في تطبيقاتهم.
• مجموعة أدوات CIP (البروتوكول الصناعي المشترك): مجموعة أدوات CIP عبارة عن مجموعة من الأدوات ونماذج التعليمات البرمجية والوثائق المقدمة من ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) لتنفيذ البروتوكولات القائمة على CIP مثل ControlNet و DeviceNet.
• حلول ProSoft Technology ControlNet: تقدم ProSoft Technology العديد من حلول الاتصالات الصناعية ، بما في ذلك منتجات ControlNet وخدمات التطوير.

قبل اختيار مكدس / مكتبة اتصالات ControlNet معينة ، ضع في اعتبارك العوامل التالية:

• التوافق: تأكد من أن المكدس / المكتبة متوافق مع النظام الأساسي للأجهزة والبرامج الخاصة بوحدة التحكم الدقيقة.
• دعم البائعين: تحقق من مستوى الدعم المتاح للأكوام المستخدمة من البائع المعين.

ControlNet مقابل Profibus

ال الفرق بين ControlNet و Profibu ق تمت مناقشتها أدناه.

مزايا

ال مزايا ControlN وتشمل ما يلي.

• ControlNet لديها سرعة عالية.
• هذه الشبكة لديها نقل البيانات الحتمية.
• شبكة ControlNet مرتبة بشكل صحيح ، فهي موثوقة ومستقرة للغاية.
• يحتوي هذا البروتوكول على خيارات هيكل مرنة.
• له أداء محدد وقابل للتكرار لكل من التطبيقات العملية والتطبيقات المنفصلة ؛
• إنه قادر على استبدال أو إزالة العقد الموجودة في السلطة في أي نقطة شبكة
• يحتاج إلى صيانة أقل.
• يسمح بما يصل إلى 99 جهازًا لكل عقدة.
• إنه مرن للغاية ويستخدم بيانات متطورة.

ال عيوب شبكة ControlNet تشمل ما يلي.

• تكلفة الأجهزة مرتفعة.
• استكشاف الأخطاء وإصلاحها صعب للغاية مقارنة بالبروتوكولات الأخرى.
• لا يوفر الإشارة والطاقة في كابل واحد.

التطبيقات

ال تطبيقات ControlNet تشمل ما يلي.

• توفر ControlNet تحكمًا عالي السرعة وموثوقًا ونقل بيانات الإدخال / الإخراج مع البرمجة التي تحدد المنطق لوقت معين فوق الشبكة.
• توفر هذه الشبكة رسائل مهمة لا تعتمد على التوقيت المطلوب إجراؤها دون التدخل في نقل بيانات التحكم والإدخال / الإخراج.
• إنه بروتوكول شبكة صناعية مفتوح يستخدم في تطبيقات الأتمتة الصناعية ،
• هذه عبارة عن شبكات تحكم مفتوحة تلبي ببساطة تطبيقات الطلب في الوقت الفعلي وعالية الإنتاجية
• يوفر هذا أيضًا شبكة تحكم داخل التطبيقات المنفصلة والمعالجة.
• إنها شبكة اتصالات مجدولة مصممة بشكل أساسي لتبادل البيانات الدورية.
• تتيح لك هذه الشبكة أيضًا التحكم في نماذج الانتشار الكبيرة لدعم ظروف الإدخال الإضافية.

وهكذا ، هذا هو نظرة عامة على شبكة ControlNet . هو بروتوكول شبكة يستخدم في القطاع الصناعي. تحتاج حلول IoT والأتمتة إلى سرعات أعلى ومزيد من البيانات ومعالجة متسقة للبيانات. لذا فإن السرعة العالية لـ ControlNet ستجعلها مفيدة في تطبيقات مختلفة مثل أدوات التحكم في اللحام وأنظمة الرؤية والروبوتات والتحكم في الحركة وما إلى ذلك. يُستخدم هذا البروتوكول في التطبيقات الحساسة للوقت والمتكررة والحتمية مقارنةً بشبكة Ethernet / DeviceNet. ذ هو بروتوكول يعمل بدون مكرر يصل إلى 1000 متر ، ويربط ما يصل إلى 99 جهازًا ، ولديه معدل نقل بيانات يبلغ 5 ميجابت في الثانية ويوفر العديد من الهياكل . هنا سؤال لك ما هو شبكة جهاز ؟