ControlNet : Arsitektur, Cara Kerja, Perbedaan & Aplikasinya

Teknologi ControlNet pertama kali dikembangkan pada tahun 1995 oleh Rockwell Automation karena berusaha untuk menjadi yang terdepan dalam tren teknologi terkini. Setelah itu, protokol jaringan industri terbuka ini ditangani sepenuhnya oleh ControlNet International. Namun, pengelolaan & dukungan ControlNet dialihkan ke ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) sehingga menangani semua protokol dalam keluarga Common Industrial Protocol. ControlNet menyediakan berbagai fitur seperti interlocking secara real-time, bandwidth I/O, perpesanan peer-to-peer, dll. Jaringan ControlNet terutama dirancang untuk meningkatkan produktivitas selama transmisi data aplikasi kritis waktu untuk manufaktur & proses otomatisasi . Jadi artikel ini membahas informasi singkat tentang ControlNet – arsitektur, cara kerja, dan aplikasinya.

Apa itu ControlNet?

ControlNet adalah protokol jaringan industri terbuka yang menggunakan CIP (Common Industrial Protocol) untuk lapisan yang lebih tinggi dari tujuh lapisan model OSI . Perancang ControlNet mengadaptasi lapisan CIP dari lapisan transport, lapisan jaringan, tautan data & lapisan fisik agar sesuai dengan persyaratan jaringan ControlNet.

Protokol ini terutama dirancang untuk memberikan kontrol kecepatan tinggi & transfer data I/O yang konsisten dengan pemrograman yang mengatur logika ke waktu tertentu di atas jaringan. Ada berbagai perangkat yang dikomunikasikan dengan jaringan ini PLC (Pengontrol Logika yang Dapat Diprogram) , HMI, sasis I/O, drive, robot & komputer pribadi. Biasanya digunakan untuk aplikasi yang bekerja sangat baik dengan komunikasi terjadwal.

Kecepatan transfer data jaringan ini adalah 5 Mbps & berada di kisaran menengah dari tiga jaringan terkenal melalui EtherNet/IP yang berkisar antara 10Mbps – 1Gbps & DeviceNet berkisar antara 125 – 500 Kbps.

Arsitektur KontrolNet

Protokol ControlNet digunakan dalam aplikasi otomasi industri. ControlNet menggunakan CIP atau Common Industrial Protocol untuk memfasilitasi interkoneksi antara lapisan OSI yang berbeda. Protokol ini dirancang untuk memberikan transfer data yang konsisten & kontrol kecepatan tinggi melalui pemrograman. Sehingga mengatur logika ke waktu tertentu di atas jaringan & membantu dalam transfer data yang cepat. Jaringan ini mencakup berbagai perangkat seperti PLC, sasis I/O, komputer pribadi & driver.

Konektor & Kabel ControlNet

Di sini, penting untuk diperhatikan bahwa ControlNet menggunakan kabel koaksial RG-6 melalui konektor BNC. Konektor yang digunakan dalam ControlNet adalah konektor BNC. Konektor BNC adalah konektor RF kecil yang mudah dihubungkan atau dilepas, digunakan untuk kabel koaksial. Konektor ini terutama dirancang untuk mempertahankan impedansi karakteristik kabel yang serupa termasuk tipe 50 ohm & 75 ohm yang dibuat. Umumnya digunakan untuk koneksi RF & video hingga sekitar 2 GHz & hingga 500 volt. Konektor ini hanya digunakan dengan kabel koaksial kecil hingga sangat kecil di dalam televisi, radio & peralatan elektronik RF lainnya. Jadi mereka biasanya digunakan untuk jaringan komputer awal seperti IBM PC Network, ARCnet & varian 10BASE2.

ControlNet memungkinkan Anda untuk memilih jenis kabel dimana kabel ini memiliki sifat penguburan yang fleksibel atau langsung. Selain itu, kabel ini juga digunakan di lingkungan apapun. Atau untuk ControlNet, ada aplikasi berbeda yang membutuhkan jarak lebih jauh & juga menggunakan serat optik (OFC) di dalam kabel. Di sini, sangat penting untuk dicatat bahwa ini mendukung maksimal 99 node melalui jaringan.

Node di ControlNet hanya dialokasikan melalui alamat MAC ID. Selain itu, setiap node juga mengidentifikasi penerus & alamat pendahulunya. Setiap node yang tersedia dalam antarmuka ControlNet terutama mencakup waktu yang dijadwalkan (token). Jadi, dalam jaringan ini, pada satu waktu hanya satu node yang ditransmisikan yang pada akhirnya akan menghindari tabrakan data dari pengambilan proposisi yang tidak aman. Jika ControlNet diatur dengan benar, ini bisa sangat andal & stabil. Selain itu, ini membutuhkan lebih sedikit pemeliharaan dalam periode yang lebih lama dibandingkan dengan jaringan berbasis otomasi industri yang berbeda.

Topologi ControlNet

ControlNet topologi sedangkan perancangan jaringan adalah trunkline-dropline, tree, atau star.

Topologi Trunkline-Dropline

Topologi trunk line-drop line hanya menggunakan satu kabel tipis atau kabel tebal. Jarak utama antara batas jaringan berbeda dengan panjang kabel & kecepatan data. Dalam topologi ini, node dapat langsung terhubung ke jalur utama jika tidak melalui cabang pendek. Topologi ini menyediakan bus pasangan bengkok secara terpisah untuk distribusi sinyal & daya.

Topologi Pohon

Topologi pohon adalah salah satu jenis topologi jaringan yang bentuknya seperti pohon. Topologi ini mencakup satu node pusat & setiap node hanya terhubung ke node ini melalui satu jalur. Keuntungan utama dari topologi ini adalah; kombinasi topologi star & bus, pendeteksian kesalahan, daya tahan, dukungan perangkat, pertumbuhan jaringan, dll. Topologi ini sering digunakan untuk menghubungkan beberapa perangkat seperti komputer, printer, dll di kantor atau rumah. Topologi ini membantu dalam membuat jaringan bus, di mana setiap perangkat hanya terhubung ke server tengah.

Topologi Bintang

Topologi bintang adalah jenis topologi jaringan dimana setiap perangkat terhubung secara individual ke node pusat, yang disebut hub/switch. Topologi ini terlihat seperti bintang. Topologi ini membantu mengurangi dampak kegagalan jalur transmisi dengan menghubungkan secara independen setiap host ke hub. Dengan demikian, setiap host dapat berkomunikasi dengan yang lain melalui pengiriman & penerimaan dari hub. silakan merujuk ke tautan ini untuk mengetahui lebih banyak tentang Topologi Bintang .

Media Fisik

Media fisik protokol ControlNet terutama mencakup Taps, Segmen, Terminating resistor, Bridges & Repeater yang dibahas di bawah ini.

Keran adalah salah satu jenis media fisik yang memungkinkan Anda untuk memperbaiki node ke bagasi dengan bantuan kabel drop. Ini tersedia dalam berbagai jenis seperti T atau Y, sudut lurus & kanan yang memiliki fleksibilitas saat mengonfigurasi jaringan ControlNet.

Di setiap ujung kabel trunk, resistor terminasi 75Ω digunakan. Kumpulan kabel trunk yang dikenal sebagai Segmen & tap memiliki resistor pemutus di setiap ujungnya. Panjang setiap segmen terutama bergantung pada perangkat yang terhubung ke bagasi.

Repeater berguna dalam memperluas jaringan ControlNet hanya dengan menghubungkan antar segmen.
Bridge adalah perangkat yang digunakan antar jaringan sebagai koneksi komunikasi. Perangkat ini meneruskan informasi paket jaringan.

Cincin Token

Node di ControlNet diberi alamat MAC ID di mana setiap node juga mengenali alamat penerus & pendahulunya. Di sini, setiap node menyertakan waktu terjadwal yang diputuskan melalui token. Ketika node memiliki kendali atas token, maka ia mengirimkan bingkai data hingga token mencapai batas waktunya. Setelah itu, token baru dapat dibentuk yang diteruskan ke penerus logis berikutnya.

Pengaturan waktu

Pengaturan waktu ControlNet dilakukan dengan NUT atau Waktu Pembaruan Jaringan yang bergantung pada siklus waktu permanen & berulang. Waktu Pembaruan Jaringan diatur dari durasi 2 hingga 100 ms & mencakup tiga bagian utama yang dijadwalkan, tidak dijadwalkan & guardband. Di ControlNet, node menyertakan pengatur waktu yang disinkronkan oleh NUT yang memisahkan waktu istirahat di antara node secara konsisten.

Perpesanan

Protokol ControlNet terutama menggunakan dua jenis perpesanan terhubung dan tidak terhubung yang dibahas di bawah ini.

Perpesanan yang terhubung dalam protokol ini terutama menggunakan sumber daya di setiap node yang digunakan untuk tujuan tertentu seperti transfer atau data I/O real-time & transaksi dari pesan eksplisit yang sering terjadi. Sumber daya koneksi disisihkan dan diatur dengan layanan komunikasi yang tersedia menggunakan pengelola pesan yang tidak terhubung.

Perpesanan yang tidak terhubung digunakan dalam prosedur pembuatan koneksi & juga digunakan untuk pesan dengan prioritas rendah & langka. Perpesanan semacam ini selalu menggunakan bandwidth yang tidak terjadwal & sumber daya yang tidak terhubung dalam suatu perangkat dikenal sebagai UCMM (pengelola pesan yang tidak terhubung). Untuk mendapatkan deklarasi kesesuaian, produk protokol ControlNet diperlukan untuk menjalankan UCMM untuk menerima permintaan dari jenis perangkat lain.

Bagaimana ControlNet Bekerja?

Di ControlNet, hanya satu node yang dapat dikirim pada satu waktu yang akan mencegah terjadinya tabrakan data. Setelah node berhenti mengirim & tidak mendahului token, maka ControlNet telah menulis kondisi ke dalamnya yang akan menghasilkan token lagi & mengirimkannya ke penerus logis lebih lanjut. ControlNet adalah jaringan kontrol terbuka yang memenuhi permintaan aplikasi real-time dan throughput tinggi. Protokol ini mendukung interlocking dari satu pengontrol ke pengontrol lain & kontrol I/O real-time, katup & penggerak. Ini juga menyediakan jaringan kontrol dalam proses & aplikasi diskrit.

Bagaimana cara mengonfigurasi/mengkodekan mikrokontroler sebagai node ControlNet  ?

Mengkonfigurasi mikrokontroler sebagai node ControlNet melibatkan pengaturan komponen perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk mengaktifkan komunikasi melalui jaringan ControlNet. Berikut garis besar langkah-langkah untuk mengonfigurasi mikrokontroler sebagai node ControlNet:

• Pilih mikrokontroler yang kompatibel: Pilih mikrokontroler yang mendukung protokol ControlNet atau memiliki fitur perangkat keras yang diperlukan seperti antarmuka CAN (Controller Area Network) dan transceiver yang kompatibel.
• Dapatkan tumpukan komunikasi ControlNet: Dapatkan tumpukan/pustaka komunikasi ControlNet untuk mikrokontroler pilihan Anda. Tumpukan menyediakan fungsi dan protokol yang diperlukan untuk mengaktifkan komunikasi melalui jaringan ControlNet.
• Pengaturan perangkat keras:
  • Hubungkan mikrokontroler ke jaringan ControlNet menggunakan antarmuka CAN. Ini biasanya melibatkan menghubungkan pin CANH dan CANL dari mikrokontroler ke pin yang sesuai dari transceiver CAN.
  • Sediakan catu daya dan sambungan lain yang diperlukan ke mikrokontroler sesuai spesifikasinya.
• Pengembangan firmware:
  • Tulis firmware untuk mikrokontroler menggunakan tumpukan/perpustakaan komunikasi ControlNet yang Anda peroleh. Firmware ini akan menangani komunikasi dengan jaringan ControlNet.
  • Terapkan fungsi yang diperlukan untuk menangani pertukaran data dengan perangkat lain di jaringan ControlNet.
• Konfigurasi perangkat:
  • Setiap node di jaringan ControlNet diberi alamat node yang unik. Pastikan alamat node mikrokontroler Anda dikonfigurasi dengan benar. Alamat ini digunakan untuk mengidentifikasi node pada jaringan.
• Integrasi jaringan:
  • Integrasikan mikrokontroler dengan sistem kontrol Anda yang lain. Ini mungkin melibatkan menghubungkan sensor, aktuator, atau perangkat lain ke mikrokontroler dan menentukan bagaimana itu berinteraksi dengan keseluruhan sistem.

Apa tumpukan/perpustakaan komunikasi ControlNet yang tersedia?

Beberapa tumpukan/perpustakaan komunikasi ControlNet yang populer :

• Rockwell Automation/Allen-Bradley ControlNet Stack: Rockwell Automation adalah penyedia solusi otomatisasi dan kontrol industri terkemuka. Mereka menawarkan tumpukan komunikasi ControlNet yang biasanya digunakan dengan ControlLogix mereka pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC) dan perangkat otomasi lainnya.
• Stack ControlNet Anybus: Anybus, merek HMS Networks, menyediakan kumpulan komunikasi untuk berbagai protokol industri, termasuk ControlNet. Tumpukan mereka memungkinkan integrasi fungsionalitas ControlNet yang mudah ke perangkat industri.
• Melunakkan ControlNet Stack: Softing adalah perusahaan lain yang menyediakan solusi komunikasi industri. Mereka menawarkan tumpukan ControlNet yang memungkinkan pengembang menerapkan komunikasi ControlNet dalam aplikasi mereka.
• Perangkat CIP (Protokol Industri Umum): CIP Toolkit adalah kumpulan alat, kode contoh, dan dokumentasi yang disediakan oleh ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) untuk mengimplementasikan protokol berbasis CIP seperti ControlNet dan DeviceNet.
• Solusi ControlNet Teknologi ProSoft: ProSoft Technology menawarkan berbagai solusi komunikasi industri, termasuk produk dan layanan pengembangan ControlNet.

Sebelum memilih tumpukan/perpustakaan komunikasi ControlNet tertentu, pertimbangkan faktor-faktor berikut:

• Kesesuaian: Pastikan stack/library kompatibel dengan platform perangkat keras dan perangkat lunak mikrokontroler Anda.
• Dukungan Vendor: Periksa tingkat dukungan yang tersedia untuk tumpukan yang digunakan dari vendor tertentu.

ControlNet Vs Profibus

Itu perbedaan antara ControlNet dan Profibu s dibahas di bawah ini.

Keuntungan

Itu keuntungan dari ControlN et sertakan berikut ini.

• ControlNet memiliki kecepatan tinggi.
• Jaringan ini memiliki transfer data deterministik.
• ControlNet diatur dengan benar maka sangat andal & stabil.
• Protokol ini memiliki pilihan topologi yang fleksibel.
• Ini memiliki kinerja deterministik dan berulang untuk aplikasi proses & diskrit;
• Itu mampu mengganti atau menghapus node yang berkuasa di titik jaringan mana pun
• Itu membutuhkan lebih sedikit perawatan.
• Ini memungkinkan hingga 99 perangkat untuk setiap node.
• Ini sangat fleksibel & menggunakan data yang canggih.

Itu kerugian dari ControlNet termasuk berikut ini.

• Biaya perangkat kerasnya tinggi.
• Pemecahan masalah sangat sulit dibandingkan dengan protokol lain.
• Itu tidak memberikan sinyal & daya dalam satu kabel.

Aplikasi

Itu aplikasi ControlNet termasuk berikut ini.

• ControlNet menyediakan kontrol berkecepatan tinggi, andal & transmisi data I/O dengan pemrograman yang mengatur logika ke waktu tertentu di atas jaringan.
• Jaringan ini menyediakan perpesanan penting yang tidak bergantung pada waktu untuk dilakukan tanpa mengganggu transfer kontrol & data I/O.
• Ini adalah protokol jaringan industri terbuka yang digunakan dalam aplikasi otomasi industri,
• Ini adalah jaringan kontrol terbuka yang hanya memenuhi permintaan aplikasi real-time dan throughput tinggi
• Ini juga menyediakan jaringan kontrol dalam aplikasi diskrit & proses.
• Ini adalah jaringan komunikasi terjadwal yang terutama dirancang untuk bertukar data siklik.
• Jaringan ini juga memungkinkan Anda mengontrol model difusi besar untuk mendukung kondisi input tambahan.

Jadi, ini gambaran umum tentang ControlNet . Ini adalah protokol jaringan yang digunakan di sektor industri. Solusi IoT & otomasi membutuhkan kecepatan yang lebih cepat, lebih banyak data, dan penanganan data yang konsisten. Jadi kecepatan cepat ControlNet akan membantu dalam berbagai aplikasi seperti kontrol las, sistem penglihatan, robotika, kontrol gerak, dll. Protokol ini digunakan dalam aplikasi Time-sensitive, redundant & deterministic dibandingkan dengan Ethernet/DeviceNet. Th adalah protokol beroperasi tanpa repeater hingga 1000 meter, menghubungkan hingga 99 perangkat, memiliki kecepatan transfer data 5 Mbps & menyediakan beberapa topologi . Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu DeviceNet ?