ControlNet現(xiàn)場總線

1、ControlNet現(xiàn)場總線概述 ControlNet基礎(chǔ)技術(shù)是美Rockwell Automation公司自動化技術(shù)研究發(fā)展起來的。1995年10月開始面世，1997年7月由Rockwell等22家企業(yè)發(fā)起成立ControlNet國際化組織(CI)，是個非贏利獨立組織，主要負責(zé)向全世界推廣ControlNet技術(shù)（包括測試軟件）。目前已有50多個公司參加，如ABB Roboties 、Honeywell Inc.、日本橫河、東芝、Omron等大公司。 ControlNet是實時的控制層網(wǎng)絡(luò)，在單一物理介質(zhì)鏈路上，可以同時支持對時間有苛刻要求的實時I/O數(shù)據(jù)的高速傳輸，以及報文數(shù)據(jù)的發(fā)送，包括

2、編程和組態(tài)數(shù)據(jù)的上載/下載以及對等信息傳遞等。在所有采用ControlNet的系統(tǒng)和應(yīng)用中，其高速的控制和數(shù)據(jù)傳輸能力提高了實時I/O的性能和對等通訊的能力。主要技術(shù)特點 物理層介質(zhì)：RG6同軸電纜、光纖 網(wǎng)絡(luò)拓撲：總線形、星形、樹形及混合 單網(wǎng)段長度：同軸電纜，1km、2節(jié)點，250m、48節(jié)點；光纖，短300m，中7km 中繼器數(shù)目：串行，5中6網(wǎng)；并行，48中48網(wǎng) 中繼器類型：交直流高壓型，直流低壓型 帶中繼器最大拓撲長度：同軸電纜5km，光纖30km 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)：帶中繼器99，不帶48 設(shè)備供電方式：外部供電 節(jié)點插拔：可帶電插拔 網(wǎng)絡(luò)速度：5Mbit/s（最大） I/O數(shù)據(jù)個數(shù)：不

3、限 I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：輪詢、狀態(tài)改變/周期 網(wǎng)絡(luò)功能：同一鏈路支持控制信息、 I/O數(shù)據(jù)、編程數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)模型：生產(chǎn)者/消費者 網(wǎng)絡(luò)刷新時間：可組態(tài)2100ms 優(yōu)點： 1、對在同一鏈路上的I/O、實時互鎖、對等通信報文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬。支持多主方式。 2、對于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用場合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。 3、采取新的通信模式以生產(chǎn)者/消費者的模式取代了傳統(tǒng)的源/目的的模式。它支持點對點通訊，而且允許同一時間向多個設(shè)備通信。 4、安裝簡單、擴展方便以及介質(zhì)冗余、本質(zhì)安全、良好診斷功能應(yīng)用領(lǐng)域。 ControlNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ControlNet的對象與對象模型相當于

4、OSI的應(yīng)用層，數(shù)據(jù)管理相當于OSI的表示層，報文路由傳輸與連接管理相當于OSI的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。 特點： 可傳輸多種不同類型的數(shù)據(jù)，包括I/O數(shù)據(jù)、配置和故障診斷、程序上下載等 面向連接 顯式報文在非預(yù)定時段傳輸，隱式報文在預(yù)定時段傳輸 生產(chǎn)者/消費者模型，支持多播通信 支持多種通信模式：主從、多主、對等或組合 支持多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：四種 用對象模型描述應(yīng)用層協(xié)議，方便編程 提供設(shè)備描述，保證互操作性、互換性 數(shù)據(jù)鏈路層： LLC子層：遵從IEEE802.2標準 MAC子層：同時間域多路訪問（CTDMA）協(xié)議，把網(wǎng)絡(luò)時間分成時間片，即網(wǎng)絡(luò)更新時間（NUT）。 NUT分為3個部分：預(yù)定時

5、段、非預(yù)定時段和網(wǎng)絡(luò)維護時段。 預(yù)定時段：每個預(yù)定的節(jié)點(在一個循環(huán)的順序次序的基礎(chǔ)上)保證有一個機會進行傳送信息。 有時間苛求的信息必須在這段時間傳送出去，比如I/O數(shù)據(jù)的傳輸。 主要特點：支持節(jié)點標識符重復(fù)檢測；支持報文破分。 物理層：3個子層 物理層信號（PLS）子層：定義與信號有關(guān)的內(nèi)容，如波特率、信號編碼等 物理媒體連接（PMA）子層：定義設(shè)備內(nèi)的物理部件。收發(fā)器、連接器等 傳輸介質(zhì)子層：定義與傳輸介質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容。線纜、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等 網(wǎng)絡(luò)元件： 同軸電纜，拓撲結(jié)構(gòu)：主干分支型，加中繼器后幾種形式均可。 一個典型的基于同軸電纜的ControlNet網(wǎng)絡(luò)組成：干線電纜、終端電阻（75）

6、、分接頭、支線電纜、ControlNet設(shè)備等。 支持傳輸介質(zhì)冗余：所有設(shè)備都支持冗余，以冗余的方式相接，兩個通道都啟用。 ControlNet是一個與地隔離的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該保證網(wǎng)絡(luò)不會意外接地。 光纖：適用于有防爆要求的應(yīng)用場合 ControlNet支持的光纖有3種：短距，300m；中距，7km；長距，20km 通信方式： 點對點：兩個節(jié)點之間、節(jié)點的中繼器之間或兩個中繼器之間的連接 環(huán)網(wǎng)：多個節(jié)點之間的連接，節(jié)點（設(shè)備）需具備環(huán)中繼功能。帶兩個接口 屏蔽雙絞線：8芯，僅用于兩個NAP之間的點對點連接 與ControlNet網(wǎng)絡(luò)直接連接的節(jié)點為永久節(jié)點，通過NAP與永久節(jié)點相連的節(jié)點為臨時節(jié)點。

7、 注意：使用NAP時不能同時將臨時節(jié)點的NAP和同軸電纜接口連接到不同的設(shè)備上。 中繼器：工作在物理層的設(shè)備，其功能是雙向接收、處理并重發(fā)物理信號。 用途：1、用于網(wǎng)絡(luò)拓展 2、用于傳輸介質(zhì)或拓撲結(jié)構(gòu)的切換 分類： 普通中繼器：兩個網(wǎng)絡(luò)接口 環(huán)中繼器：3個網(wǎng)絡(luò)接口，支持介質(zhì)冗余MAC協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以NUT的固定而重復(fù)的時間周期為基準。 功能：負責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)仲裁，確定信息發(fā)送的優(yōu)先權(quán)。 隱性令牌傳遞：并非真正的令牌 規(guī)則：一個節(jié)點一個MAC地址（惟一） 每個節(jié)點監(jiān)視收到的數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點地址結(jié)束隱性令牌寄存器的值置為收到的源MAC地址1等于某節(jié)點MAC地址該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù) 避免沖突：所有節(jié)點的隱

8、性令牌寄存器值相同，節(jié)點本身的MAC地址不同 隱性令牌傳遞邏輯是由CTDMA算法控制的。 網(wǎng)絡(luò)刷新時間（NUT）分配 NUT分為3個部分：預(yù)定時段、非預(yù)定時段和網(wǎng)絡(luò)維護時段。 預(yù)定時段：傳送對時間有苛刻要求的控制信息。 MAC ID：0SMAX 節(jié)點訪問媒體的機會是相同的，有且僅有一次發(fā)送預(yù)定數(shù)據(jù)的機會，保證網(wǎng)絡(luò)在預(yù)定時段內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)是可預(yù)測的、確定的。 不同的數(shù)據(jù)不同的發(fā)送速率。ControlNet支持8種不同的速率，是NUT的二進制倍數(shù)。 用戶選擇請求數(shù)據(jù)包間隔，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具設(shè)置實際數(shù)據(jù)包間隔。 非預(yù)定時段：傳送對時間無苛求的顯式報文或I/O報文（非預(yù)定數(shù)據(jù)）。 MAC ID：0UMAX

9、各節(jié)點均有機會發(fā)送非預(yù)定數(shù)據(jù)直到非預(yù)定時段的時間用完。 節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的機會不同，可為0到多次，取決于NUT所剩的時間。 當前訪問媒體的節(jié)點MAC ID前一個NUT中第一個節(jié)點的MAC ID1 令牌起始：前一個協(xié)調(diào)幀USR所指定的MAC ID，每個NUT到來，USR1 CTDMA算法保證在不影響預(yù)定時段的前提下，每個NUT中至少有一個節(jié)點可發(fā)送數(shù)據(jù)。 維護時段：所有節(jié)點停止發(fā)送數(shù)據(jù) 協(xié)調(diào)節(jié)點：MAC ID最小 發(fā)送維護報文（協(xié)調(diào)幀）完成NUT定時器的同步，發(fā)布重要網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)送重同步協(xié)調(diào)幀重啟NUT節(jié)點接收協(xié)調(diào)幀比較不一致節(jié)點失效 在兩個連續(xù)的NUT中未收到協(xié)調(diào)幀最低MAC ID節(jié)點承擔

10、協(xié)調(diào)節(jié)點第三個NUT維護時段發(fā)送協(xié)調(diào)幀遇到比其低的MAC ID節(jié)點停止協(xié)調(diào)角色 協(xié)調(diào)幀在每個NUT都要發(fā)送，以調(diào)整參數(shù)，并為新加入的節(jié)點提供參數(shù)。 MAC幀：協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU 格式：前同步、起始界定符、源MAC ID、鏈路數(shù)據(jù)包、CRC和結(jié)束界定符 鏈路數(shù)據(jù)包：長度、控制、標簽、鏈路數(shù)據(jù)組成。 網(wǎng)絡(luò)與傳輸層：建立連接和維護 ControlNet報文傳送： 面向連接 需要建立和維護連接，資源事先保留 面向非連接 不需要建立和維護連接，資源未事先保留 UCMM：向沒有事先建立連接的設(shè)備發(fā)送請求的一種方式，支持CIP服務(wù)，主要用于一次性的操作或非周期性的請求。 傳輸連接：表示特定應(yīng)用之間關(guān)系的特征，其連接的端點是傳輸對象的實例。 傳輸類：應(yīng)用接口至傳輸服務(wù)可通過所支持的傳輸類來實現(xiàn)，定義了Class0Class6 ，7種傳輸類型。 Class3：傳輸非實時的客戶/服務(wù)器模式的顯