ControlNet テクノロジは、最近のテクノロジトレンドを先取りすることを目的として、1995 年にロックウェルオートメーションによって初めて開発されました。その後、このオープン産業用ネットワークプロトコルは ControlNet International によって完全に処理されました。ただし、ControlNet の管理とサポートは ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) に移管され、ODVA がすべての機能を処理できるようになりました。プロトコル Common Industrial Protocol ファミリ内。 ControlNet は、リアルタイムのインターロック、I/O 帯域幅、ピアツーピアメッセージングなどのさまざまな機能を提供します。ControlNet ネットワークは主に、製造とプロセスの両方でタイムクリティカルなアプリケーションデータ送信全体の生産性を向上させるように設計されています。オートメーション。したがって、この記事では、ControlNet のアーキテクチャ、動作、およびそのアプリケーションに関する簡単な情報について説明します。

コントロールネットとは何ですか?

ControlNet は、7 つの上位層に CIP (Common Industrial Protocol) を使用するオープンな産業用ネットワークプロトコルです。 OSI モデルの層。 ControlNet の設計者は、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク、および物理層の CIP 層を ControlNet ネットワーク要件に適合させました。

このプロトコルは主に、ロジックをネットワーク上の特定の時間に設定するプログラミングにより、一貫した高速制御と I/O データ転送を実現するように設計されました。このネットワークと通信するさまざまなデバイスがあります。 PLC (プログラマブルロジックコントローラー) 、HMI、I/O シャーシ、ドライブ、ロボット、パーソナルコンピューター。これは通常、スケジュールされた通信をうまく機能させるアプリケーションに利用されます。

このネットワークのデータ転送速度は 5 Mbps で、EtherNet/IP の範囲は 10 Mbps ～ 1 Gbps、DeviceNet の範囲は 125 ～ 500 Kbps で、3 つの有名なネットワークの中間に位置します。

ControlNet アーキテクチャ

ControlNet プロトコルは産業オートメーションアプリケーションで使用されます。 ControlNet は、CIP または Common Industrial Protocol を使用して、異なる OSI レイヤー間の相互接続を容易にします。このプロトコルは、プログラミングを通じて一貫したデータ転送と高速制御を提供するように設計されています。これにより、ロジックをネットワーク上の特定のタイミングに設定し、迅速なデータ転送に役立ちます。このネットワークには、PLC、I/O シャーシ、パーソナルコンピューター、ドライバーなどのさまざまなデバイスが含まれます。

ControlNetネットワーク

ControlNet コネクタおよびケーブル

ここで、ControlNet は BNC コネクタを介して RG-6 同軸ケーブルを使用していることに注意することが重要です。 ControlNet で使用されるコネクタは BNC コネクタです。 BNC コネクタは、同軸ケーブルに使用される小型の簡単に接続または取り外しができる RF コネクタです。このコネクタは、主にケーブルの同様の特性インピーダンスを維持するように設計されており、50 オームと 75 オームのタイプが製造されています。一般に、最大約 2 GHz および最大 500 ボルトの RF およびビデオ接続に使用されます。これらのコネクタは、テレビ、ラジオ、その他の RF 電子機器内の小型から非常に小型の同軸ケーブルとともに使用されます。そのため、これらは通常、IBM PC ネットワーク、ARCnet、10BASE2 バリアントなどの初期のコンピュータネットワークに利用されていました。

“バストポロジはどこで使用されますか ”

ControlNet コネクタおよびケーブル

ControlNet を使用すると、ケーブルが柔軟または直接埋設される性質を持つケーブルのタイプを選択できます。また、これらのケーブルはあらゆる環境で使用されます。 ControlNet の代わりに、長距離を必要とし、ケーブル配線内で光ファイバー (OFC) を利用するさまざまなアプリケーションがあります。ここで、ネットワーク上で最大 99 ノードをサポートすることに注意することが非常に重要です。

ControlNet 内のノードは、単純に MAC ID アドレスを通じて割り当てられます。さらに、すべてのノードは後続アドレスと先行アドレスも識別します。 ControlNet のインターフェイス内で使用できるすべてのノードには、主にスケジュールされた時間 (トークン) が含まれています。したがって、このネットワークでは、一度に 1 つのノードだけが送信され、最終的にはデータの衝突による安全でない提案が回避されます。 ControlNet が適切に配置されていれば、非常に信頼性が高く安定したものになります。さらに、さまざまな産業オートメーションベースのネットワークと比較して、長期間にわたって必要なメンテナンスが少なくなります。

ControlNet トポロジ

コントロールネットトポロジーネットワークを設計する際には、トランクライン、ドロップライン、ツリー、またはスターを選択できます。

トランクライン - ドロップライントポロジ

トランクライン - ドロップライントポロジでは、細いケーブルまたは太いケーブルが 1 本だけ使用されます。ネットワーク制限間の主な距離は、ケーブルの長さとデータ速度によって異なります。このトポロジでは、ノードは幹線に直接接続できますが、それ以外の場合は短い分岐を介して接続できます。このトポロジは、信号と電力の分配の両方にツイストペアバスを個別に提供します。

ツリートポロジ

ツリートポロジは、ツリーのように見えるネットワークトポロジの一種です。このトポロジには 1 つの中央ノードが含まれており、各ノードは単一のレーンを通じてこのノードに単純に接続されています。このトポロジの主な利点は次のとおりです。スタートポロジとバストポロジの組み合わせ、エラーの検出、耐久性、デバイスのサポート、ネットワークの拡張など。このトポロジは、オフィスや家庭でコンピュータやプリンタなどの複数のデバイスを接続するためによく使用されます。このトポロジは、すべてのデバイスが中間サーバーに単純に接続されている場合に、バスネットワークを作成するのに役立ちます。

スター型トポロジ

スタートポロジは、各デバイスがハブ/スイッチと呼ばれる中央ノードに個別に接続されるネットワークトポロジの一種です。このトポロジーは星のように見えます。このトポロジは、すべてのホストをハブに向けて独立して接続することにより、伝送路障害の影響を軽減するのに役立ちます。したがって、すべてのホストは、ハブからの送受信を通じて他のすべてのホストと通信できます。詳細については、このリンクを参照してくださいスター型トポロジ。

物理メディア

ControlNet プロトコルの物理メディアには主に、以下で説明するタップ、セグメント、終端抵抗、ブリッジおよびリピータが含まれます。

タップは、ドロップケーブルを使用してノードをトランクに固定できる物理メディアのタイプの 1 つです。これらは、ControlNet ネットワークを構成する際に柔軟性を備えた、T または Y、ストレートおよび直角などのさまざまなタイプで利用可能です。

トランクケーブルの各端には 75Ω の終端抵抗が使用されます。セグメントとタップとして知られる幹線ケーブルのセットには、両端に終端抵抗が付いています。各セグメントの長さは主に、トランクに接続されているデバイスによって異なります。

リピータは、セグメント間を接続するだけで ControlNet ネットワークを拡張するのに役立ちます。
ブリッジは、ネットワーク間の通信接続として使用されるデバイスです。これらのデバイスはネットワークパケット情報を転送します。

トークンリング

ControlNet のノードには MAC ID アドレスが割り当てられ、すべてのノードがその後継アドレスと先行アドレスも認識します。ここで、すべてのノードには、トークンによって決定されるスケジュール時間が含まれています。ノードがトークンを制御できるようになると、トークンが制限時間に達するまでデータフレームを送信します。その後、新しいトークンが形成され、次の論理後継者に渡されます。

ControlNet トークンリング

タイミング

ControlNet タイミングは、永続的な反復時間サイクルに依存する NUT またはネットワーク更新時間で行われます。ネットワーク更新時間は 2 ～ 100 ミリ秒の期間に設定され、これにはスケジュール済み、スケジュール外、およびガードバンドの 3 つの主要な部分が含まれます。 ControlNet では、ノードには NUT によって同期されるタイマーが含まれており、これによりノード間の開始時間を一貫して分離します。

メッセージング

ControlNet プロトコルは、主に、以下で説明する接続済みおよび未接続の 2 種類のメッセージングを利用します。

このプロトコルの接続メッセージングは主に、頻繁に発生する明示的なメッセージの転送やリアルタイム I/O データおよびトランザクションなどの特定の目的に使用されるすべてのノードのリソースを使用します。接続のリソースは確保され、未接続メッセージマネージャーを使用して利用可能な通信サービスが配置されます。

未接続メッセージングは、接続の確立手順で利用され、また、優先度の低いメッセージやまれなメッセージにも使用されます。この種のメッセージングは常にスケジュールされていない帯域幅を使用し、デバイス内の未接続のリソースは UCMM (未接続メッセージマネージャー) として知られています。適合宣言を取得するには、UCMM を実行して他のタイプのデバイスからの要求を受け入れる ControlNet プロトコル製品が必要です。

ControlNet はどのように機能するのでしょうか?

ControlNet では、一度に 1 つのノードだけが送信できるため、データの衝突が発生しません。ノードが送信を停止し、トークンを先に進めなくなると、ControlNet はトークンを再度生成し、それをさらに論理的な後続ノードに送信する条件をノードに書き込みます。 ControlNet は、リアルタイムおよび高スループットのアプリケーションの要求を満たすオープンな制御ネットワークです。このプロトコルは、あるコントローラーから別のコントローラー、リアルタイム I/O 制御、バルブ、ドライブへのインターロックをサポートします。また、プロセスおよびディスクリートアプリケーション内での制御ネットワーキングも提供します。

マイクロコントローラーを ControlNet ノードとして構成/コーディングするにはどうすればよいですか?

マイクロコントローラーを ControlNet ノードとして構成するには、ControlNet ネットワーク上の通信を可能にするために必要なハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントをセットアップする必要があります。マイクロコントローラーを ControlNet ノードとして構成する手順の概要は次のとおりです。

互換性のあるマイクロコントローラーを選択してください。 ControlNet プロトコルをサポートするマイクロコントローラー、または CAN (コントローラーエリアネットワーク) インターフェイスや互換性のあるトランシーバーなどの必要なハードウェア機能を備えたマイクロコントローラーを選択します。
ControlNet 通信スタックを取得します。 選択したマイクロコントローラーの ControlNet 通信スタック/ライブラリを取得します。スタックは、ControlNet ネットワーク経由の通信を可能にするために必要な機能とプロトコルを提供します。
ハードウェアのセットアップ:
- CAN インターフェイスを使用して、マイクロコントローラーを ControlNet ネットワークに接続します。これには通常、マイクロコントローラーの CANH ピンと CANL ピンを CAN トランシーバーの対応するピンに接続することが含まれます。
- 仕様に従って、マイクロコントローラーに電源とその他の必要な接続を提供します。
ファームウェア開発:
- 入手した ControlNet 通信スタック/ライブラリを使用して、マイクロコントローラーのファームウェアを書き込みます。このファームウェアは、ControlNet ネットワークとの通信を処理します。
- ControlNet ネットワーク上の他のデバイスとのデータ交換を処理するために必要な機能を実装します。
デバイス構成:
- ControlNet ネットワーク上の各ノードには、一意のノードアドレスが割り当てられます。マイクロコントローラーのノードアドレスが正しく構成されていることを確認してください。このアドレスは、ネットワーク上のノードを識別するために使用されます。
ネットワーク統合:
- マイクロコントローラーを制御システムの残りの部分と統合します。これには、センサー、アクチュエーター、またはその他のデバイスをマイクロコントローラーに接続し、それがシステム全体とどのように相互作用するかを定義することが含まれる場合があります。

利用可能な ControlNet 通信スタック/ライブラリは何ですか?

人気のある ControlNet 通信スタック/ライブラリの一部 :

ロックウェル・オートメーション/アレン・ブラッドリー ControlNet スタック: Rockwell Automation は、産業用オートメーションおよび制御ソリューションの著名なプロバイダーです。通常、ControlLogix とともに使用される ControlNet 通信スタックを提供します。プログラマブルロジックコントローラー (PLC) およびその他の自動化デバイス。
Anybus ControlNet スタック: HMS Networks のブランドである Anybus は、ControlNet を含むさまざまな産業用プロトコルの通信スタックを提供します。これらのスタックにより、ControlNet 機能を産業用デバイスに簡単に統合できます。
Softing ControlNet スタック: Softing も産業用通信ソリューションを提供する会社です。これらは、開発者がアプリケーションに ControlNet 通信を実装できるようにする ControlNet スタックを提供します。
CIP (共通産業プロトコル) ツールキット: CIP ツールキットは、ControlNet や DeviceNet などの CIP ベースのプロトコルを実装するために ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) によって提供されるツール、サンプルコード、およびドキュメントのコレクションです。
ProSoft テクノロジー ControlNet ソリューション: ProSoft Technology は、ControlNet 製品や開発サービスなど、さまざまな産業用通信ソリューションを提供します。

特定の ControlNet 通信スタック/ライブラリを選択する前に、次の要素を考慮してください。

互換性: スタック/ライブラリがマイクロコントローラーのハードウェアおよびソフトウェアプラットフォームと互換性があることを確認してください。
ベンダーサポート: 特定のベンダーが使用するスタックで利用可能なサポートのレベルを確認してください。

ControlNet とプロフィバス

の ControlNet と Profibu の違い については以下で説明します。

コントロールネット	プロフィバス
ControlNet はオープン産業ですネットワークプロトコル。	プロフィバスは標準的な産業用制御ネットワークです。
フィールドバスとも呼ばれます。	プロセスフィールドバスとも呼ばれます
このネットワークは、タイムクリティカルな高速 I/O 伝送、データインターロック、メッセージングデータを提供するだけです。	このネットワークは、フィールドセンサーとコントローラー/制御システム間の通信を提供します。
このネットワークで使用されるプロトコルは、一般的な産業用プロトコル/セッション開始プロトコルです。	このネットワークで使用されるプロトコルはシリアルプロトコルです。
ControlNet は、バス、スター、ツリーなどのさまざまなトポロジを使用します。	PROFIBUS はバストポロジのみを使用します。
このネットワークの伝送速度は5Mbpsです。	このネットワークの伝送速度は 9.6 kbps ～ 12 Mbps です。

利点

の ControlNの利点 以下が含まれます。

ControlNet は高速です。
このネットワークには確定的なデータ転送があります。
ControlNet は適切に配置されており、非常に信頼性が高く安定しています。
このプロトコルには柔軟なトポロジーの選択肢があります。
プロセスアプリケーションとディスクリートアプリケーションの両方に対して、決定的で再現可能なパフォーマンスを備えています。
任意のネットワークポイントで電力が供給されているノードを交換または削除できます。
メンテナンスの必要性が少なくなります。
各ノードに最大 99 個のデバイスを許可します。
非常に柔軟で、洗練されたデータを使用します。

の ControlNet の欠点 以下のものが含まれます。

ハードウェアのコストが高い。
トラブルシューティングは他のプロトコルに比べて非常に困難です。
1 本のケーブルで信号と電力を供給するものではありません。

アプリケーション

の ControlNet のアプリケーション 以下のものが含まれます。

ControlNet は、ネットワーク上でロジックを特定の時間に設定するプログラミングにより、高速制御、信頼性の高い I/O データ送信を提供します。
このネットワークは、制御および I/O データの転送を妨げることなく実行されるタイミングに依存しない重要なメッセージングを提供します。
これは、産業オートメーションアプリケーションで使用されるオープン産業ネットワークプロトコルです。
これらは、リアルタイムおよび高スループットの要求アプリケーションに簡単に応えるオープン制御ネットワークです。
これにより、ディスクリートおよびプロセスアプリケーション内での制御ネットワークも提供されます。
これは、主に周期的なデータを交換するために設計されたスケジュールされた通信ネットワークです。
このネットワークでは、追加の入力条件をサポートするために大規模な拡散モデルを制御することもできます。

したがって、これは ControlNet の概要。産業分野で使用されるネットワークプロトコルです。 IoT および自動化ソリューションには、より高速な速度、より多くのデータ、一貫したデータ処理が必要です。そのため、ControlNet の高速性は、溶接制御、ビジョンシステム、ロボット工学、モーションコントロールなどのさまざまなアプリケーションで役立ちます。このプロトコルは、Ethernet/DeviceNet と比較して、時間に敏感で冗長かつ決定的なアプリケーションで使用されます。 Th このプロトコルはリピータなしで最大 1000 メートルまで動作し、最大 99 台のデバイスを接続し、5 Mbps のデータ転送速度を備え、いくつかのトポロジを提供します。ここであなたに質問です。デバイスネット ?