工业网络技术第8课

,东北大学秦皇岛分校,ControlNet控制网络,工业网络配置,ControlNet网络,ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层,ControlNet网络概述,1995年10月，由罗克韦尔自动化开发；1996年10月，罗克韦尔自动化发布ControlNet规范；1997年7月，RA将ControlNet所有权转交给ControlNet国际（CI），成为开放型网络；2000年1月，成为IEC61158现场总线国际标准。,ControlNet网络概述ext,高速(5Mbps)确定性实时控制I/O网络单一网络实现实时控制、报文传送、设备组态灵活的安装方式先进的网络能力确定性确切的知道数据何时会发送可重复传输时间间隔恒定，不受网络上节点的增/删的影响生产者/消费者网络模式（Producer/consumerModel）：支持多主（Multi-master），多点传送（Multicast）输入以及点到点（Peer-to-peer）通讯,ControlNet网络特点,实时性、确定性和可重复性突出的原因：（1）应用层使用CIP协议，基于生产者/消费者通信模式；（2）数据链路层的MAC子层采用CTDMA（同时间域多路访问）协议；（3）网络通信波特率恒为5Mbps，不受通信距离影响，在单位时间传输相对较多的数据。,ControlNet网络,ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层,ControlNet网络模型,ControlNet网络,ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层,ControlNet物理层,传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）,ControlNet物理层ext,数据链路层的MAC子层与PLS子层接口PLS子层与PMA子层的接口PMA子层与传输介质子层的接口,ControlNet物理层特性,距离500米典型距离20km带中继器,单段网络节点数99节点/单网段,物理介质RG-6同轴电缆光缆,布线铠装，高柔度，防腐地埋等.,终端电阻类型75终端电阻，网络两端,通信比特率5Mbps,拓扑结构主干分支形星形树形环形点对点,ControlNet物理层,传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）,ControlNet传输介质,同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于构建临时连接）,同轴电缆,介质是RG-6同轴电缆使用电视工业标准电缆(75)廉价抗噪声干扰(2层金属膜加2层金属编织物屏蔽)使用BNC或TNC标准的连接器（不同的IP防护等级）客户指定的分接器使设备和电缆匹配，以避免反射干扰和提供简单的节点安装干线的任何地方允许安装分接器,同轴电缆ext分接器,四种分接器：1、直线式T型2、直线式Y型3、直角式T型4、直角式Y型,同轴电缆规范,单段能够用于两节点之间：两个节点长达1000米48个节点长达250米最多48个节点,网段最长距离1000m16.3m(节点数-2),同轴电缆拓扑结构,总线型拓扑结构(串行使用中继器)*非必须使用中继器树型拓扑结构（并行使用中继器）星型拓扑结构（将中继器用作集线器）,同轴电缆冗余,ControlNet网络支持传输介质冗余。启动每个设备的两个通道，并防止反接。,ControlNet传输介质,同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）,光纤,用于短距离传输，最大传输距离300m；用于中等距离传输，最大传输距离7km；用于长距离传输，最大传输距离20km。,光纤中继器类型,光纤的拓扑结构,除同轴电缆的拓扑结构外，还可构成环形结构。,光纤网的连接,ControlNet传输介质,同轴电缆光纤屏蔽双绞线（仅用于临时连接）,网络访问端口（NAP）,屏蔽双绞线,ControlNet采用8芯屏蔽双绞线，仅用于两个NAP间的点对点连接。NAP用于建立系统配置、诊断或控制器编程时所需的临时连接。长度不能超过10m。,ControlNet物理层,传输介质子层物理媒体连接子层（PMA）物理层信号子层（PLS）,物理层信号曼彻斯特编码,曼彻斯特编码,每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号。从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。跳变即作为数据信号标志，也是时钟信号的标志。,ControlNet网络,ControlNet网络概述ControlNet网络模型ControlNet网络物理层ControlNet数据链路层,ControlNet数据链路层,介质访问控制原理MAC帧格式,介质访问控制原理,MAC子层的任务是解决网络上所有的节点共享一个信道所带来的信道争用问题。ControlNet采用的MAC协议是一种令牌总线协议。,令牌总线协议,网络拓扑形式是总线形。令牌的传递逻辑是环形。网络必须具有初始化功能，生成令牌传递次序。,令牌总线协议ext,隐性令牌传递机制,采用同时间域多路访问（ConcurrentTimeDomainMultipleAccessCTDMA）协议。,NetworkInterval#1,Time,NetworkUpdateTime,NetworkInterval#2,NetworkInterval#3,NetworkInterval#4,NetworkInterval#5,非预定时段,*,预定时段,周期性I/O连接,SCANNER1,Drive1,TemperatureSensor,Drive3,Drive2,CyclicRate100ms,CyclicRate200ms,CyclicRate50ms,CyclicRate25ms,隐性令牌传递依据ext,NetworkUpdateInterval(NUI),ScheduledService,ConcurrentTimeDomainMultipleAccess,UnscheduledService,NetworkMaintenanceServicethe“Guardband”,NetworkUpdateTime(NUT),隐性令牌传递依据ext,预定时段数据传输对时间有苛求的控制和I/O数据：I/O控制和控制器间对等互锁指定最高的优先权确定性和可重复性非预定时段数据传输无时间苛求信息：报文发送和程序上载/下载指定较低的优先权不允许牺牲控制和I/O数据功能,预定时段,CTDMA协议传输I/O报文，即对时间有苛刻要求的报文。CTDMA协议保证每个有I/O报文发送需求的节点在该时段中有一次发送机会。,预定时段ext,如果某个节点从网络上丢失，其下一个节点需要等待一个Slottime才能发送数据。如果轮到某个节点发送，而它没有数据需要发送，那就发送一个无效帧（NullFrame）。,预定时段ext,I/O数据发送实例,隐性令牌传递依据ext,预定时段数据传输以确定的和可重复的速率发送数据有时间苛求I/O和控制器之间的互锁非预定时段数据传输无时间苛求的对等报文发送和编程数据,隐性令牌传递依据ext,预定时段数据传输对时间有苛求的控制和I/O数据：I/O控制和控制器间对等互锁指定最高的优先权确定性和可重复性非预定时段数据传输无时间苛求信息：报文发送和程序上载/下载指定较低的优先权不允许牺牲控制和I/O数据功能,非预定时段,CTDMA传输所谓的显式报文，即对时间没有苛求的报文，如程序的上载/下载报文、故障诊断报文、设备配置报文等。UMAX表示有显式报文发送需求的节点中的最大节点地址。,非预定时段ext,789,UMAX最大的非预定性网络节点地址Default=99,891011,每个节点可能传送多次或一次都不传送l,前一时段的网络地址加1获取机会传送数据,129101112,CTDMA技术实例,网络维护时段,协调帧用于同步网络上所有节点的内部时钟，以及公布一些重要的网络参数，如NUT、SMAX、UMAX等。由网络地址最小的节点，发送“协调帧”进行维护，其他所有节点不发送数据。,网络维护时段ext,网络上的每个节点把所接收到的协调帧里的网络参数和自己所存储的网络参数进行对比，如果不同就禁用自己。,网络编址,赋予发送有时间苛求I/O和控制器之间互锁信息的节点比较低的地址；网络不能有比SMAX小的空地址，保留12个比UMAX小的空地址。,看守节点（Keeper）,ControlNet网络上至少有一个节点充当Keeper。保存和应用网络参数（包括NUT、SMAX、UMAX等）和预定连接信息的能力。可把ControlNet分为单看守网络和多看守网络。,ControlNet数据链路层,介质访问控制原理MAC帧格式,MAC帧格式,MAC数据帧有效字节数为510B。帧头附加了4B，包括2B的各位均为1的前导码，1B的开始分隔符，1B的源MAC地址。帧尾附加了3B，包括2B的循环冗余校验，1B的结束分隔符。,Lpacket格式,大小域表示整个Lpacket的字节对数目（3255），大小1B。标签域用于标识Lpacket的特定信息。有两种：-传输显式报文用，称为固定标签；-传输隐式报文用，称为普通标签，即CID。,Lpacket的CID实例,PLC-5,Adapter#1,Adapter#2,Adapter#3,Lpacket,Lpacket,Lpacket,MACPacket,Lpacket,Lpacket,Lpacket,PLC-5传送1个MAC数据帧包含3个Lpackets,Adapter#1通过CID#1并抛弃CID#2和#3,Adapter#2通过CID#2并抛弃CID#1和#3,Adapter#3通过CID#3并抛弃CID#1和#2,CID#1,CID#2,CID#3,CID#1,CID#2,CID#3,ControlNet,ControlNet组网,网络规划与安装设备和网络配置,网络规划,需要上网的设备清单，以及每台设备对网络通信功能的需求；需要进行通信的清单，即哪些设备之间需要进行何种通信；每项通信的性能指标要求；网络工作的环境条件情况。,设备配置,本地配置远程配置,远程配置的条件,计算机安装ControlNet网卡和驱动具有ControlNet设备配置软件操作员应具有EDS文件,设备配置软件功能,将设备EDS文件读入配置软件的数据库中；对EDS文件的内容进行解释；将用户选定的参数值写入设备。,配置软件-RSNetworxforControlNet,PLC,I/O,网络组态在线/离线组态RSLinx作为接口,计算机连接到ControlNet,RSNetWorx软件网络规划,用户在RSLogix5000软件中创建或更改连接后，需