ControlNet总线
基于ControlNet的自动化控制系统中总线分析与比较
基于ControlNet的自动化控制系统中总线分析与比较摘要：针对自动化系统的两类总线技术：ControlNet和EtherNetlIP，该文对以下几个方面进行比较分析：网络的传输时长、网络的传输速度、网络的链接、网络的通信模型、网络的拓扑结构、网络的应用、网络的组态、数据的触发方式、数据编码率等。
通过以上的研究，可以有效地解决用户在使用网络中遇到的问题，对网络进行优化、选择以及应用。
关键词：工业控制总线技术控制网络随着EtherNet/IP相关产品的出现和以太网技术的不断发展，信息化和自动化网络由于基于TCP/IP协议的EtherNet/IP扩展到工业实时控制层而获得了更多的解决方法。
通过该文研究，可以有效地解决用户在使用网络中遇到的问题，对网络进行优化、选择以及应用。
1 网络性能比较1.1 网络性能的不同点1.1.1 网络的拓扑结构ControlNet网络结构：有星型、树型、总线型以及上述三种拓扑结构的混合结构；EtherNet/IP网络结构：该类网络的拓扑结构星型为主。
1.1.2 传输距离和传输速率在EtherNet/IP中采用的传输速率有三种：10?mbps，100?mbps 以及1Gbps。
在单网段中，若采用非屏蔽双绞线传输，则其传输距离为100?m，而采用光纤的最大传输距离为2000?m。
若为所有的通信网络，则前者传输方式的最大传输距离为2500?m。
在网络传输速率方面，EtherNet/IP在速率上具有更多优势。
1.1.3 控制访问MAC协议[1]ControlNet的MAC协议把存取CTMDMA的方式当作其采取的方式，并把总传输的时间进一步分成间隔相同的时间段，在每一段时间之内实现一轮令牌传输和发送正确报文。
EtherNet/IP的MAC协议采用坚持二进制指数后退BEB算法和带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD处理冲突，使得EtherNet/IP的确定性和实时性受影响。
1.1.4 网络编码率ControlNet、EtherNet/IP数据编码率比较理想的，并且在数据量较大的时候编码率可达98%。
Controlnet数据光端机用户手册
ControlNet现场总线数据光端机产品介绍：Ci-cf系列产品是一款ControlNet现场总线数据光端机，Ci-cf120支持两路可级联上下行光纤接口，一路数据接口， Ci-cf110支持一路光纤接口，一路数据接口； 数据接口采用与ControlNet总线电缆接头兼容的BNC接口，支持ControlNet协议，该产品采用DIN35导轨安装方式， DC9-30V宽电源输入模式，内置隔离电源模块，满足不同工业现场的需求。
光纤链路故障和电源故障告警在指示灯指示的同时有继电器输出。
通信速率5M。
Ci-cf系列产品采用标准ST光纤接口（可根据用要求订制，支持FC、SC接口）；光纤最远通信距离可达60KM。
性能指标：数据电接口:¾BNC-F接口形式；¾数据接口完全兼容ControlNet总线电缆接口；¾通信速率：5M；¾隔离电压：1500V；光纤接口：¾光纤波长：多模：850nm、1310 nm; 单模：1310 nm、1550nm;¾传输光纤：多模：50/125、62.5/125、100/140um;单模：8.3/125、9/125um、10/125um¾传输距离：多模2KM；单模：10～60KM¾光纤接口类型：SC、ST、FC可选；标配：ST接口其它指标：¾电源：双电源冗余输入，DC9-30V ，典型DC24V、功耗小于1.5W¾继电器告警输出：光纤链路故障和电源故障告警输出，触点最大容量：AC120V/1A/120VA，DC24V/1A/30W¾外形尺寸：125mm×90mm×50mm¾工作温度：-10-70℃（-40~+85℃可选）；¾相对湿度：≤90%(无冷凝)¾存放温度：﹣40～80℃产品示意图：Ci-cf110前面板示意图: Ci-cf120前面板示意图: 上面板示意图指示灯：PWR 电源指示灯,正常为长亮RX电口接收信号指示灯，接收到信号闪烁（闪烁频率与数据速率相关），没有接收到信号不亮。
controlnet原理
controlnet原理ControlNet是一种用于工业自动化的高速、可靠的通信网络。
它被广泛应用于汽车制造、食品加工、石油化工等领域。
ControlNet的原理基于CAN（Controller Area Network）总线技术，但是在速度、可靠性和数据传输距离上有所提升。
ControlNet的拓扑结构包括主站、从站和媒体。
主站负责控制整个网络，从站则是执行命令和传输数据的设备。
媒体是网络中传输数据的介质，通常采用同轴电缆或光纤。
ControlNet使用了一种称为CIP（Common Industrial Protocol）的通信协议。
CIP定义了数据传输格式和命令协议，确保了不同设备之间的互操作性。
CIP还支持多种安全机制，例如身份验证和加密。
ControlNet具有以下特点：1. 高速：ControlNet最高可以达到5Mbps的数据传输速度，比CAN总线快得多。
2. 可靠性高：ControlNet采用了分布式控制结构，即每个节点都可以独立运行，在某个节点故障时不会影响整个系统运行。
3. 数据传输距离远：ControlNet可以支持长达1000米以上的数据传输距离，这使得它适用于大型工厂和生产线。
4. 支持多种拓扑结构：ControlNet支持星形、环形、总线等多种拓扑结构，可以根据实际应用需求进行选择。
ControlNet的数据传输过程如下：1. 主站向从站发送命令或请求数据。
2. 从站接收到命令或请求后，执行相应的操作并将结果返回给主站。
3. 主站收到从站返回的数据后，进行相应的处理并向其他节点广播结果。
4. 其他节点收到广播后，更新自己的状态并继续执行任务。
ControlNet还可以与其他网络进行互联，例如以太网和无线网络。
这样可以实现不同设备之间的数据交换和协同控制。
同时，ControlNet 也支持远程监控和故障诊断功能，可以帮助用户快速定位问题并采取相应措施。
总之，ControlNet是一种高速、可靠、灵活的工业自动化通信网络。
ControlNet原理和应用
PLC知识一、概述ControlNet是近年来推出的面向控制层的实时性现场总线络，在同一物理层介质链路上提供时间关键性I／O数据和报文数据，包括程序的上载／下载，组态数据和端到端的报文传递等通讯支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集络，I／O性能和端到端通讯性能都较传统络有较大的提高。
二、ControlNet系统原理ControlNet是基于生产者/消费者模式(Producer／Consumer Model)的络。
ControlNet允许在同一链路上有多个控制器共存，支持输入数据或端到端的多路发送，这就大大的减少了络上的交通量，提高了络效率和络性能。
ControlNet是高度确定性、可重复性的络。
ControlNet能预见数据何时能够可靠传输到目标的能力，同时数据的传输时间不受络节点添加/删除情况或络繁忙状况而保持恒定的能力。
在实际应用中，通过络组态时选择性设定有计划I/O分组或互锁时间，这些要求能得到更进一步的保证。
生产者/消费者模式允许络中所有的节点同时获取来自同一数据源的数据。
最终，该模式提高了效率，因为数据只发送一次，而与数据使用者(Consumer)的数量无关，并且具有精确的同步性。
因为数据将同时到达每一个节点。
生产者－消费者模式的优点在于：多个节点可以同时消费(Consume，即读取)来自同一个生产省(Producer，即数据源)所提供的数据。
节点间易于同步，可以获得更为精确的系统性能，设备可以实现自主通信，无需系统主站。
ControlNet提供了简单、高度确定而且灵活的传输数据方式。
ControlNet在执行操作、数据实时监控时不会影响到I／O控制的性能。
因此，ControlNet非常适用于一些控制关系有复杂关联、要求控制控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度要求较高的应用场合。
ControlNet的明显优点是：同一链路上满足I/O数据、实时互锁、端到端报文传输和编程/组态等信息应用的多样要求；是确定性、可重复性的控制络，适合离散控制和过程控制；同一链路上允许有多个控制器同时共存；输入数据和端到端信息的多路发送支持；可选的介质冗余和本征安全；安装和维护的简单性；络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现络存取；灵活的拓扑结构（总线型、树型、星型等）和介质选择（同轴电缆、光纤和其它）。
基于ControlNet的自动化控制系统中总线分析与比较
随 着E t h e r N e t / I P 相 关产品的出现 和 以 太 网 技 术 的 不 断 发 展，信息化 和自动 化 网 络由于基于TCP/ I P 协议 的E t h e rN e t / I P 扩展 到工业实 时 控制层而 获 得了更多的解 决方法。通 过该文研究，可以有效 地解 决用 户 在 使 用网 络 中遇 到 的 问 题，对 网 络 进 行 优 化、选 择 以 及 应 用。
传送 通 过 对 简 单 实 例 的 研 究 分 析，信 息
1 网络性能比较 1.1 网络性能的不同点
1.1.1 网络的拓扑结构 Cont rol Net网络结构：有星型、树型、 总线型以及上述三种拓扑结构的混合结 构；E t herNet/I P网络结构：该类网络的拓 扑结构星型为主。 1.1.2 传输距离和传输速率 在 E t h e rN e t / I P中采用的传 输速率 有 三种：10 m b p s，10 0 mb p s 以及1Gb p s。 在 单 网 段中，若 采 用 非 屏 蔽 双 绞 线 传 输， 则 其传 输 距离为10 0 m，而 采 用光 纤 的 最 大 传 输 距 离 为 2 0 0 0 m 。若 为 所 有 的 通 信 网 络，则 前 者 传 输 方 式 的 最 大 传 输 距离 为 2500 m。 在网络 传 输 速 率方面，E t h e r N e t / I P 在 速 率上具 有 更多 优 势。 1.1.3 控制访问M AC协议[1] Cont rol Net的M AC协议把存取 C T M D M A 的 方 式 当作 其采 取 的 方 式，并 把总传输的时间进一步分成间隔相同的时 间段，在 每 一段 时 间之 内实 现一 轮 令 牌 传 输 和发送正确报文。 Et herNet/I P的M AC协议采用坚持二 进制指数后退BEB算法和带冲突检测的载 波 监 听多路访 问C S M A /C D 处 理冲 突，使得 E t h e rN e t / I P的确 定性 和实 时 性受 影 响。 1.1.4 网络编码率 C o n t r o l N e t 、E t h e r N e t / I P 数 据 编 码 率 比 较 理 想 的 ，并 且 在 数 据 量 较 大 的 时 候 编 码 率 可 达 9 8 % 。对 以 上 分 析 可 得Control Net 和Et herNet/I P的优势 长短。 1.2 网络性能的相同点 1.2.1 数据触发方式 Cont rol Net与Et herNet/1P总线的 数 据 触 发方 式 有这 几 类：轮 询（P o l l）、位
ControlNet现场总线分析
主要特点：支持节点标识符重复检测；支持报文破分。
物理层：3个子层
－物理层信号（PLS）子层：定义与信号有关的内容，如波特率、信号编码等
物理媒体连接（PMA）子层：定义设备内的物理部件。收发器、连接器等 传输介质子层：定义与传输介质有关的内容。线缆、网络拓扑结构等
网络元件：
－同轴电缆，拓扑结构：主干－分支型，加中继器后几种形式均可。
2、对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性功能。 3、采取新的通信模式以生产者/消费者的模式取代了传统的源/目的的模式。 它支持点对点通讯，而且允许同一时间向多个设备通信。 4、安装简单、扩展方便以及介质冗余、本质安全、良好诊断功能应用领域。
ControlNet网络协议
ControlNet的对象与对象模型相当于OSI的应用层，数据管理 相当于OSI的表示层，报文路由传输与连接管理相当于OSI的 传输层和网络层。 特点： 可传输多种不同类型的数据，包括I/O数据、配置和故障诊 断、程序上下载等 面向连接 显式报文在非预定时段传输，隐式报文在预定时段传输 生产者/消费者模型，支持多播通信 支持多种通信模式：主从、多主、对等或组合 支持多种I/O数据触发方式：四种 用对象模型描述应用层协议，方便编程 提供设备描述，保证互操作性、互换性
一个典型的基于同轴电缆的ControlNet网络组成：干线电缆、终端电阻 （75Ω）、分接头、支线电缆、ControlNet设备等。
支持传输介质冗余：所有设备都支持冗余，以冗余的方式相接，两个通 道都启用。
ControlNet是一个与地隔离的网络，应该保证网络不会意外接地。
Trunk Cable
Trunk Cable Termination Required 75 Drop Cable 1 meter Tap Required
ControlNet现场总线资料
网络间隔 #1
网络间隔 #2
网络间隔 #3
网络间隔 #4
网络间隔 #5
Time
1 2 3 4
3 4 5 1 1
1 2 3 4 严格调度
5 1
2 严格调度 非严格调度 网络间隔 1
非严格调度
2
3 4 严格调度
4
5
1
网络间隔 3
非严格调度
网络间隔 2
严格调度的数据将在每一次网络间隔内被传送一次 非严格调度的数据则可以在多个网络间隔内有选择的传送
ControlNet（总线型）
干线
节点
节点
节点
节点 最多99个节点
节点
带1m长支线的 分线器
每个网段最多为48个节点
ControlNet （星型）
中继器 节点 节点 节点
节点
节点
节点 节点 最多99个节点 节点 节点来自每个网段最多为48个节点
ControlNet （环形）
节点
节点
节点
节点 光缆 最多99个节点 每个网段最多为48个节点
MAC帧：协议数据单元PDU 格式：前同步、起始界定符、源MAC ID、链路数据包、CRC和结束界定符
MAC Packet
Preamble Start Source Delimiter MAC ID 0 - 510 BytesMax CRC End Delimiter
Lpacket
Lpacket
.........
CTDMA算法保证在不影响预定时段的前提下，每个 NUT中至少有一个节点可发送数据。
注意事项: SMAX 和 UMAX
• Scheduled Maximum Node (SMAX) - 需严格调度 数据的节点数若超过SMAX 则该网络节点将不能 按严格调度方式传送.
ControlNet原理和应用
ControlNet原理和应用一、概述ControlNet是近年来推出的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理层介质链路上提供时间关键性I／O数据和报文数据，包括程序的上载／下载，组态数据和端到端的报文传递等通讯支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络，I／O性能和端到端通讯性能都较传统网络有较大的提高。
二、ControlNet系统原理ControlNet是基于生产者/消费者模式(Producer／Consumer Model)的网络。
Co ntrolNet允许在同一链路上有多个控制器共存，支持输入数据或端到端的多路发送，这就大大的减少了网络上的交通量，提高了网络效率和网络性能。
ControlNet是高度确定性、可重复性的网络。
ControlNet能预见数据何时能够可靠传输到目标的能力，同时数据的传输时间不受网络节点添加/删除情况或网络繁忙状况而保持恒定的能力。
在实际应用中，通过网络组态时选择性设定有计划I/O分组或互锁时间，这些要求能得到更进一步的保证。
生产者/消费者模式允许网络中所有的节点同时获取来自同一数据源的数据。
最终，该模式提高了效率，因为数据只发送一次，而与数据使用者(Consumer)的数量无关，并且具有精确的同步性。
因为数据将同时到达每一个节点。
生产者－消费者模式的优点在于：多个节点可以同时消费(Consume，即读取)来自同一个生产省(Producer，即数据源)所提供的数据。
节点间易于同步，可以获得更为精确的系统性能，设备可以实现自主通信，无需系统主站。
ControlNet提供了简单、高度确定而且灵活的传输数据方式。
ControlNet在执行操作、数据实时监控时不会影响到I／O控制的性能。
因此，ControlNet非常适用于一些控制关系有复杂关联、要求控制控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度要求较高的应用场合。
ControlNet的明显优点是：同一链路上满足I/O数据、实时互锁、端到端报文传输和编程/组态等信息应用的多样要求；是确定性、可重复性的控制网络，适合离散控制和过程控制；同一链路上允许有多个控制器同时共存；输入数据和端到端信息的多路发送支持；可选的介质冗余和本征安全；安装和维护的简单性；网络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现网络存取；灵活的拓扑结构（总线型、树型、星型等）和介质选择（同轴电缆、光纤和其它）。
ControlNet总线光纤中继器
深圳市讯记科技有限公司 ControlNet 总线光纤中继器 ManualV1.0 电源及保护： ¾ 电源：双电源冗余输入,DC（12-36）V,典型 DC24V，功耗小于 4W, 具有 DC1500V 电压隔离以及反接保护功能,工业端子接口. ¾ 继电器告警输出：光纤链路故障和电源故障告警输出，触点最大容量：DC48V/1A,工业端子接口. 机械特性： ¾ 外形尺寸： （147x118x54）mm. ¾ 外壳:IP30 防护等级,波浪纹铝制加强机壳. ¾ 安装方式:35mmDIN 导轨安装. ¾ 净重:800g. 工作环境： ¾ 相对湿度：≤90%(无冷凝). ¾ 存放温度：(﹣40～+85)℃. 测试认证： CE 认证： ¾ EN55022：2010(RE) BandWidth:120KHz FrequencyRange:30MHzto1000MHz ¾ IEC61000-4-2:2001(ESD)Airdischargevoltage:±8KVcontactdischargevoltage:±4KV ¾ Criterion:BLevel2 RoHS 认证： ¾ TestStandards:EN1122:2001 EPA3050B,EPA3052 EPA3540C,EPA3060A ¾ Testingitem:PbCdHgCr6+PBBs ¾ TestResults:N.D. 产品示意图： 前面板示意图 上面板示意图
深圳市讯记科技有限公司 ControlNet 总线光纤中继器 ManualV1.0 3. 电源和告警输出继电器连接方法： 1)本设备支持双电源冗余输入，V1+、V2+分别连接电源正（DC12~36V） ，COM 连接电源负,二路电源负极共用. 2) 继电器告警输出连接方法：将 F1、F2 两个接点串联接入外部告警回路中（如蜂鸣器等） 。F1、F2 在设备正常工作时为 断开状态，当设备没上电或有告警输出时为闭合状态。如下图所示： 拨码开关
现场总线技术 第七章 ControlNet 现场总线技术及其应用 教学课件
2019/1/30
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ControlNet数据链路层有关的主要 技术特点
数据包长度：0-510字节； 网络更新时间：0-100ms； CRC校验：使用16位多项式的改进CCITT法； 支持节点ID重复检测； 支持报文破分（Message ragmentation）。
2019/1/30
2019/1/30 15
一些注意事项
一般应该避免在网络干线上安装空闲的分接头，如果有空闲的分 接头，必须加装虚负载。 ControlNet是一个与地隔离的网络，应该保证网络不会意外接地。 基于同轴电缆的ControlNet设备的PMA包括的部件有收发器、变 压器和连接器。收发器负责发送和接收物理信号。变压器用于收 发器和传输介质之间的隔离。连接器用于连接设备和传输介质。 基于同轴电缆的ControlNet设备的PMA结构。
传输介质 PMA PLS与PMA的接口信号
同轴电缆
收 发 器 ， 变 压 器 ， RxData TxDataOut 连接器 NetEnable 收发器，连接器 RxData TxDataOut NetEnable
RxCarrier TxDataBar RxCarrier
光纤
屏蔽双绞 线
光 隔 离 （ 可 选 ） ， RxPTC TxPTC 收发器，连接器
2019/1/30
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ControlNet物理层的主要技术特点
节点数：一个ControlNet网络最多可以有99个节点。单个网段最 多可以有48个节点，如果网络上的节点数超出48个，就需要使用 中继器进行扩展。 中继器数目：一个ControlNet网络最多可以串联使用5个中继器， 或并联使用48个中继器。 LED指示灯：两个，一个指示ControlNet网络工作状态，另外一 个指示设备工作状态。 供电：网络不提供电源，即ControlNet设备是外部供电的。 可选的介质冗余，以提高系统可靠性。 可选的本质安全。 可带电插拔设备。 提供临时的网络访问接口（Network Access Port – NAP），方便 配置、编程等。
controlnet 用法
controlnet 用法ControlNet（控制网络）是一种用于工业自动化领域的现场总线技术，它被广泛应用于工厂自动化和控制系统中。
ControlNet基于标准化协议和硬件组件，使得设备之间的互联与通信更加方便可靠，可以将控制器、传感器、执行器、HMI、计算机等不同设备组合成一个高效的自动化系统，提高了生产效率和质量。
本文将针对ControlNet的用法进行详尽的介绍。
1. ControlNet 系统结构ControlNet包括多个节点设备，这些设备通过ControlNet总线进行连接和通信。
常见的ControlNet节点设备包括控制器、编码器、马达、传感器、气缸等，它们通过各自的ControlNet模块将其与ControlNet总线相连。
在ControlNet系统中，不同的设备之间可以实现数据交换和通信，并根据系统需要进行控制和调整。
ControlNet采用基于广播的通信方式。
ControlNet总线通过控制器发送信号，其他设备则通过接收设备的地址来进行识别和相应。
ControlNet总线操作周期为5ms，也就是每5ms控制器向ControlNet总线发送一次广播信号，而其他节点设备需要在5ms内响应该信号。
由于采用广播方式，ControlNet可以将系统中的各个设备快速地及时地连接和控制起来，因此广泛应用于生产线和大规模工业控制系统中。
ControlNet通信协议是一种用于控制和传输数据的标准协议，用于在ControlNet网络中各个节点设备之间进行通信和数据交换。
ControlNet通信协议不但可以有效传输各种类型的数据，也可以对不同的数据进行分类和处理。
ControlNet通信协议中的两种最常见的数据类型是消息类型（Message Type）和数据类型（Data Type）。
消息类型用于指定数据的类型，例如警报消息、控制命令等；数据类型则用于指定数据的格式和类型，例如数字、字符、整数等。
ControlNet概述及其介质
如果系统在这个区域 存在信号衰减，并不需 要中继器
单独网段 的图表
2
16
32
48
10
(Confidential – For Internal Use Only) Copyright © 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.
设备数量
同轴电缆干线网段技术规范
备用分接器
虚拟负载终端 (1786-TCAP)
可以安装一个BNC连接器来代替分 接器 。这能够减少进入系统的噪声 ，但是当增加设备时，不得不破坏 网络，然后安装分接器 。
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(Confidential – For Internal Use Only) Copyright © 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.
电缆长度
如果系统在这个区域内 存在信号衰减，并不需 要中继器
单独网段 的图表
2
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32
48
11
设备数量
(Confidential – For Internal Use Only) Copyright © 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.
网络连接
网络上的所有固定节点都应该使用分接器连接 。也可以使用网络端口、或NAP找到临近设备 分接器的NBC连接器，暂时连接到网络。
Prog
BATT
NAP是耳机塞孔样式的连接器，允许使用现有 的设备连接到网络。NAP与使用分接器连接一 样，提供网络的全部访问权，而不仅限于连接 的设备。
R E M
PROC
ControlNet和EtherNet-IP现场总线
备能在上述整个网络中实现即插即用。对象的定义是严格的，在同一种网络
上支持实时报文、组态和诊断。为了提高工业以太网的实时性能，ODVA(开
放的DeviceNet供应商协会)于2003年8月公布了IEEE1588用于EtherNet/IP
(NUI)内调节节点的传送信息机会。
Type2现场总线系统体系结构
EtherNet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网络，它使用有源星形
拓扑结构，可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP
之上附加控制和信息协议(CIP)，提供一个公共的应用层。CIP的控制部分用
于实时I/O报文，其信息部分用于报文交换。ControlNet和EtherNet/IP都使
ControlNet和EtherNet/IP现场总线
ControlNet和EtherNet/IP现场总线
由ControlNetInternaTIonal(CI)组织负责制定的Type2现场总线标准
由以下部分组成：
PhL和DLL：ControlNet;
AL：Control Net和EtherNet/IP。
实时控制应用的时钟同步标准。
Type2现场总线系统体系结构如图所示。ControlNet采用一种新的通
信模式，即生产者/客户(Producer/Consumer)模式，这种模式允许网络上的所
有节点，同时从单个数据源存取相同的数据，其主要特点是增强了系统的功
能，提高了效率和实现精确的同步。网络的媒体送取，通过限制时间存取算
法来控制，即采用并行时
ControlNet现场总线详解
一个典型的基于同轴电缆的ControlNet网络组成：干线电缆、终端电阻 （75Ω）、分接头、支线电缆、ControlNet设备等。
支持传输介质冗余：所有设备都支持冗余，以冗余的方式相接，两个通 道都启用。
ControlNet是一个与地隔离的网络，应该保证网络不会意外接地。
Trunk Cable
Trunk Cable Termination Required 75 Drop Cable 1 meter Tap Required
CTDMA算法保证在不影响预定时段的前提下，每个 NUT中至少有一个节点可发送数据。
注意事项: SMAX 和 UMAX
• Scheduled Maximum Node (SMAX) - 需严格调度 数据的节点数若超过SMAX 则该网络节点将不能 按严格调度方式传送.
• Unscheduled Maximum Node (UMAX) - 需非严格 调度数据的节点数若超过 UMAX 则该网络节点 将不能在 ControlNet上通信.
节点
节点
节点
设备供电方式：外部供电
节点插拔：可带电插拔
网络速度：5Mbit/s（最大） I/O数据个数：不限
I/O数据触发方式：轮询、状态改变/周期
网络功能：同一链路支持控制信息、 I/O数据、编程数据 网络模型：生产者/消费者
网络刷新时间：可组态2～100ms
优点：
1、对在同一链路上的I/O、实时互锁、对等通信报文传送和编程操作，均具 有相同的带宽。支持多主方式。
MAC ID：0～SMAX
节点访问媒体的机会是相同的，有且仅有一次发送 预定数据的机会，保证网络在预定时段内发送的数 据是可预测的、确定的。 不同的数据不同的发送速率。ControlNet支持8种不 同的速率，是NUT的二进制倍数。 用户选择请求数据包间隔，网络组态工具设臵实际 数据包间隔。
Controlnet总线光纤中继器(协议型)说明书
ControlNet总线光纤中继器（协议型）说明书一款工业级ControlNet现场总线光纤中继器，符合ControlNet协议，提供拨码开关设置通信速率，单/双光口链网支持。
提供1~2个独立总线电接口和1~2个光纤接口灵活搭配方式，可根据项目实际需求灵活配置接口。
采用双光口实现双纤环网冗余功能，当某处光纤故障时，系统会在20ms 内重建网络链路，保障系统的正常通信，实现对信号传输的自愈保护功能，采用专有环网协议Ci-ring，不需任何设置，快速完成网络的成环和解环功能，不需配置,使用户安装和调试过程简单化。
为工业级设计，IP40防护等级，波浪纹铝制加强机壳，35mmDIN导轨安装，DC（9~36V）宽电源输入，具备继电器告警输出，电源冗余和隔离保护等优点。
-40~75℃工作温度范围，能够满足各种工业现场的要求，提供便捷的光纤通讯解决方案。
总线数据接口✧BNC-F同轴头接口形式，接口符合ControlNet的协议规范✧符合ControlNet总线标准✧通信速率：5Mbps✧信号延时（电口）：1.2us✧隔离电压1000V✧终端电阻：内部不带终端电阻，请按需要决定是否外接光纤接口✧光纤波长：多模850nm、1310nm；单模1310nm、1550nm✧传输光纤：多模50/125um、62.5/125um、100/140um，单模8.3/125um、9/125um、10/125um✧传输距离：多模2km，单模20km，更远距离可选✧光纤接口类型：ST、SC、FC可选，标配SC光接口✧单纤波长：A型机发送波长为单模1310nm，接收波长为1550nm；B型机发送波长为单模1550nm，接收波长为1310nm✧光线路误码率：<10-9✧信号延时（光口）：3.8us 电源✧隔离冗余9~36V DC电源，典型工业标准电压DC24V，功耗小于4W，隔离电压1500V，具有反接保护功能，采用5芯5.08mm工业端子接口（请使用工业标准电源，否则会引起通信故障或设备损坏）继电器✧继电器告警输出：光纤链路故障和总线数据接口故障告警输出✧触点容量：1A @24V DC，工业端子接口机械特性✧尺寸（长×宽×高）：136mm×104.8mm×52.8mm✧净重：800g✧外壳：IP40防护等级，波浪纹铝制加强机壳✧安装：35mm导轨安装工作环境✧工作温度：-40℃~75℃，可选宽温产品（-40~85℃）✧存储温度：-40℃~85℃✧相对湿度：5%~95%（无凝露）保修期✧保修期：5年✧提供1~2路ControlNet现场总线，符合ControlNet的协议规范✧提供1~2路光纤链路，默认SC接口，可选ST、FC✧提供光纤链路及总线数据接口故障输出告警LED状态指示灯✧提供拨码开关设置通信速率✧支持冗余双网和光纤环网拓扑，光纤解环时间小于20ms 隔离冗余9~36V DC电源，隔离电压1500V，支持反接保护功能✧IP40防护等级，波浪纹铝制加强机壳，采用标准工业35mm导轨安装方式✧工作温度范围：-40~75℃，满足各种工业现场要求✧IEC61000-4-2(ESD)：电源端：±4KV接触放电，±15KV空气放电；继电器：±2KV 接触放电，±15KV空气放电；信号端：±15KV空气放电✧IEC61000-4-4(EFT)：电源端：±1KV，继电器：±1KV✧IEC61000-4-5(Surge)：电源端：±1KV DM/±2KV CM，继电器：±1KV DM/±2KV CM ✧IEC60068-2-27（冲击）✧IEC60068-2-32（自由跌落）✧IEC61000-6-2（通用工业标准），IEC61850-3（变电站），IEEE1613（电力分站）✧EN50121-4（轨道交通）。
ControlNet现场总线
2.
3. 4. 5. 6. 7.
10 03 20 07 24 01 30 03 05 00
路径 实例 服务数据
8.5.2 隐性报文
隐性报文的数据域中没有协议信息，一般为应用对象之间传 送的特定I/O数据。接收者知道数据的含义，因而节点处理 这些数据所需要的时间大大减小。隐性报文仅能以面向连接 的方式传送，可以按多点或点对点方式传送。
优点：
提高了网络带宽的有效使用率。数据一旦发送到网络上， 多个节点就能够同时接收，无需像主从通信模式那样，同一 数据需要在网络上重复传送，逐一送到需要该数据帧的节点。 当更多设备加载到网络时也不会增加网络的通信量。 数据同时到达各节点，可实现各节点的精确同步化。
8.2 ControlNet的MAC帧结构
ControlNet的MAC帧数据域中可以包括多个链路包，这些链 路包中包含着“应用信息”。链路包由字段大小、控制、标 “应用信息” 识CID和链接数据组成，其中字段大小表承包含在单个链路 包里的字节对的数量。
ControlNet中存在两种类型的CID：
1.
2字节的带固定标签(fixed tag)的CID，其组成如图(b)所示，它采用非 连接型通信方式，用于传送非I/O数据。 另一种是面向连接的通用CID (Generic CID)。通用CID包含3字节。其 组成如图(c)所示。其中包含：连接类型，例如多点传送或点对点连接、 组号，MAC地址，连接号等。
2.
在同一MAC帧中不同的链路包可以有不同的目的地址。各接收节点可以 根据自己的需要选择接收自己所需要的链路包，而过滤掉不需要的链路 包。例如图中的控制器发送了一个带有3个链路包的MAC帧。这3个链路 包分别具有各自的标识CID，通过对标识CID的识别，3#节点只接收带1 # CID的链路包;5 #节点只接收带2 #CID和3 # CID的链路包；8 #节点对这3个 链路包全部接收；而2 #节点则过滤掉了所有的链路包。
ControlNet现场总线
ControlNet现场总线ControlNet现场总线--------------------------------------------------------------------------------作者：-现场总线是当今自动化领域技术发展的热点，是用于现场仪表与控制系统和远程控制调度之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通讯系统，被誉为自动化领域的计算机局域网。
现场总线的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重大的影响。
现场总线在制造业、流程工业、电力、交通、楼宇、医药、环保、化工等领域和行业的自动化系统中具有广泛的应用前景。
这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布集散控制系统，因而又被誉为自控领域的局域网。
现场总线特点现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。
通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。
功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。
控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。
现场总线优点现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；节省维护费用；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权；现场总线构架介绍工业自动化开放式的网络构架，提供了优异的效率和性能，可以方便的适应你的特殊要求，减轻通讯网络的拥塞，保证用户控制数据的高效传输。
确定通讯网络方案可能是您将面临的最重要的技术决策。
因为整个工艺过程，无论从原料到成品，还是从大量程序文件到大量数据都将受到用户控制系统通讯网络的制约。
同时，现代越来越短的产品寿命周期和快速重新配置计划也要求灵活的、可重复使用的控制解决方案。
如果想对此方案做进一步的完善，传统网络的能力和容量则将无法满足对系统产出和性能日益增长的期望。
无锡地铁 BAS系统 ControlNet现场总线故障处理研究
无锡地铁 BAS系统 ControlNet现场总线故障处理研究摘要：无锡地铁1、2号线BAS系统采用的PLC控制器为美国的罗克韦尔（AB），其通讯方式为ControlNet现场总线。
虽然ControlNet现场总线采用的是A、B通道冗余通讯，但如果是部分核心硬件设备出现损坏情况，那双通道都会受到影响，届时车站一端与BAS系统存在接口的机电设备都将无法监控。
此外即便单通道能够正常通讯，但这无意中也增加了设备运行风险。
因此在正常情况下ControlNet现场总线需保证A、B通道都能正常通讯。
然而随着设备投入使用年限的增长，ControlNet现场总线出现的故障愈加频繁，本文就无锡地铁1、2号线典型地下站发生过的ControlNet现场总线故障进行分析研究。
关键词 BAS系统 ControlNet现场总线故障引言对于ControlNet现场总线故障，可以分为硬件跟软件两大类。
其中在硬件故障上又能分为1756-CNBR模块、ACNR模块、TPS分支线缆、BNC头、光纤等；在软件上主要为RSNetworx上的网络规划以及PLC程序丢失。
1756-CNBR模块稳定性很高，可一旦主、备模块均损坏，则ControlNet的A、B通道都会受损，那一端的机电接口设备都无法监控。
至于某个TPS分支线缆、BNC头损坏或者光纤故障，那对应单个通道的通讯会受到影响。
此外若是单个1734-ACNR模块出现故障，那只会导致单个RI/0出现问题，对其他设备并无影响。
1756-CNBR模块损坏后影响的范围虽然更大，但只要确定是模块损坏，那重新更换拨好地址的模块、再进行网络规划后便能恢复通道的通讯。
至于TPS分支线缆、BNC头以及光纤的故障，因为一端网络上一般都有十来个节点，因此需要使用终端电阻进行坏点测试。
这道工序较为复杂耗时。
ControlNet现场总线组网方案图1是无锡地铁1、2号线典型地下站BAS系统的组网方案。
从上图可以看出ControlNet现场总线网络可以分为三段，其中车站A端、B端各一段，主要为ControlLogix PLC与RI/O以及通讯网关之间通过冗余的ControlNet现场总线相连，构成BAS网络，实现数据通信。
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ControlNet总线
许可09机电2班
1.ControlNet总线协议概述
ControlNet是IEC61158现场总线标准的子集。
ControlNet是由美国罗克韦尔公司于1997年推出的面向控制层的实时性现场总线。
1997年7月，Rockwell等22家企业联合发起成立了ControlNet International (CI)组织。
CI主要负责全世界范围内推广发展ControlNet技术，提供测试软件及独立的合格性测试。
出版发行ControlNet技术说明书和产品目录以及组织设计和使用ControlNet的培训等工作。
2 ControlNet概貌
2.1 应用领域
随着国际自动化系统网络技术的不断进步，ControlNet International 到目前为止，成员公司已扩展到50多个，其中不乏世界知名的大公司，如ABB Roboties、Honeywell Inc、Toshiba International。
ControlNet可广泛应用于交通运输、汽车制造、冶金、矿山、电力、食品、造纸、水泥、石油化工、娱乐及其它各个领域的工厂自动化和过程自动化。
2.2 技术特点
（1）CtrolNet是高速的控制和I/O网络，具有增强的I/O性能和点对点通讯能力，支持多主方式，可以从任何一个节点访问整个网络。
（2）对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。
（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大限度的优化了带宽的利用率，并可构成多主、主/从、对等的通讯结构；媒体访问算法确保了控制信息传送时间的准确性。
（4）具有灵活的安装选择，可使用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒体冗余方式。
2.3 通信模式
ControlNet在单根电缆上支持两种信息传输：一种是对时间有苛刻要求的控制信息和I/O数据，ControlNet授予他们最高优先权，保证其不受其他信息的干扰，二是无时间苛求的信息和程序上/下载，他们被授予较低的优先权，在保证第一种信息传输的条件下进行传递。
用户具有对这种信息的控制能力，可选择控制和I/O数据的刷新速率，并确知数据的传输时刻。
ControlNet技术采用了一种通信模式，以生产者/消费者模式取代了传统的源/目的模式。
他不仅支持传统的点对点通信，而且允许同时向多个设备传递信息。
生产者/消费者模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率。
用一种形象的方式来描述两者的区别，一个班有30同学，现在需要把当前的确切时间告知某些同学，在源/目的模式中时间被告知每个人,其中有的同学可选择听，另一些则选择不听，在信息传输过程中，时间已发生变化，因此时间在告知第一个同学以后就变得不准确了。
而在生产者/客户模式中，时间被同时告知室内所有的同学，有的同学可选择听，其他的可选择不听。
这样就不会出现信息是真的现象，室内人数的增减也不会影响通信时间和效率。
因而保证了高效率和高确定性。
ControlNet使用的同轴电缆全部距离能够长达6Km，可寻址节点最多为99个，两节点间最长距离最长可达1000m，48个节点距离可达250m;采用光纤和中继器后,通信距离可达几十公里，支持大多数介质结构，网络结构可采用总线、树型、星型等结构或组合结构。
使用时，用户可根据需要扩展物理长度，增加节点数量，提高安全性能。
3 ControlNet介质访问方式
3.1 ControlNet数据链路层的介质存取控制协议
ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制叫隐性令牌传递机制,网络上每个节点被分配一个唯一的MAC ID,只有获取令牌的节点才可发送数据，但是ControlNet网络上并没有真正的令牌在传递,每个节点监视收到的每个数据帧的源节点地址,并在该数据帧结束之后,将隐性令牌寄存器的值设置为收到的源MAC ID加1，如果隐性令牌寄存器的值等于某个节点本身的MAC ID,则该节点即可发送报文，由于所有节点的隐性令牌寄存器中的值都相同,因此避免了冲突的发生。
3.2 ControlNet链路层的NUT划分
ControlNet中被称为网络刷新时间NUT(work update time)的周期通常分为三个主要部分：预定时段,未预定时段和维护时段,如附图所示。
附图ControlNet网络刷新时间通信原理
（1）预定时段(scheduled)
预定时段用来传送对时间有苛刻要求的数据或称预定数据,如I/O信息、控制器互锁信息等。
在每一个NUT预定时段内,欲发送预定数据的各个节点访问媒体的机会都是相同的,即有一次且仅有一次发送预定数据的机会，这可保证网络在NUT预定时段内发送的数据是可预测的、确定的。
每一个地址在0和SMAX (SMAX表示NUT中需利用预定时段时段传送控制信息的具有最高网络地址的节点)之间的节点都可保证在每一个NUT中获取一次传输机会。
CTDMA（并存时间域多路访问）算法保证对控制信息有发送需求的每一个节点在这一部分中都有一次循环，以顺序的机会拿到隐性令牌上网传送信息。
每个节点可传输最多510位。
这一部分的带宽已预先组态和保存以支持实时数据传输。
预定时段服务范围从0到SMAX。
节点地址大于SMAX的节点在预定时段部分中不发送信息。
不同的应用程序对预定时段的数据发送有不同的要求，如果以同一速率发送所有数据，其速率将是很低的。
（2）未预定时段(unscheduled)
未预定时段内,用来传送对时间无苛刻要求的数据,这部分时间内，所有传送显性报文的节点按循环、顺序的拿到隐性令牌。
在一次NUT中，这种循环不断重复，直到所分配的NUT时段用完。
根据用完预定时段后NUT所剩时间的多少,在每个NUT中,各节点在未预定时段内访问媒体的机会可不同,即可有0次、1
次或多次机会来发送未预定数据。
CTDMA算法根据网上控制信息流的负载量，在不影响预定时段的前提下，保证至少有一个节点再一次NUT中可拿到隐性令牌上网传送显性报文。
未预定时段服务范围从0到UMAX的最大值。
另外，UMAX总是大于或等于SMAX。
地址大于SMAX 而小于UMAX的节点只能传送unscheduled信息。
地址小于SMAX的节点可传送scheduled和未预定时段信息。
地址大于UMAX的节点无法在网络上通信。
（3）维护用时段(maintenance)
当维护时段到来时,所有节点停止发送数据，在维护时段内,具有最小MAC ID的节点、即协调节点发送一个维护报文(协调帧),此报文可维持网络上每个节点的NUT定时器的同步和发布一些重要的网络链路参数。
在每个NUT中，节点地址从1到SMAX的每个节点都允许在Scheduled时段中传输数据，如果某个节点由于某种原因从网络上丢失，其下一个节点必须等待一个slot-time时间，一个slot-time时间是信号在链路上走一个来回所需的最小时间，它的计算取决于链路的物理特性，如电缆的长度、中继器的数量。
如果网络上的某个节点没有要发送的数据则会发送一个NULL帧。
因而，scheduled时段的边界有时会随着每个节点的利用率而改变。
3.3 参数设置
从上面对MAC层的分析中可以看到,要想使用好ControlNet,其中最主要的是要对
NUT,SMAX,UMAX,RPI等参数进行设置。
用户应根据网络的实际配置情况对它们进行初步计算,然后组态软件。
NUT的大小决定了系统的循环周期，太大,系统的实时性变差;太小,影响了预定时间和无预定时间,使得系统的控制信息和显性报文的发送得不到保证.下面从理论上分析决定NUT大小的因素。
由CTDMA控制规则可知：
NUT=tscheduled+tunscheduled+tmaintenance
式中:tscheduled,tunscheduled,tmaintenance分别对应系统的预定时间、未预定时间和维护时间。
若在每一个NUT内,所有Scheduled节点都有数据发送,且每个MAC帧中Lpacket部分的长度都达到了其规定的最大值510个字节;同时,无预定时间段中由于CTDMA协议保证了至少要有一个节点发送数据,因此：tscheduled=T×SMAX,
tunscheduled=T
式中T为节点发送一个最大MAC帧所需的时间。
从上式中可以看到,当网络的结构、长度和所带的节点数等物理特性确定后, tmaintenance和T值也就确定了,因此NUT的大小主要受SMAX值的影响。
由ControlNet的MAC方法可知,网络编址的的合理与否对网络性能影响很大，要想很好的使用ControlNet应注意以下几点：
（1）对ControlNet进行编址时，应把需要发送实时信息的节点都给与比较低的地址。
（2）因为对应于每个空地址，网络都要等待一个槽时间，因此网络上最好不要有比SMAX和UMAX 小的空地址。
4 结束语
ControlNet网络采用生产者/消费者模式,通过CTDMA控制机制,结合隐性令牌的传递方法,保证了系统的实时性和确定性。
它最适用于对时间有苛刻要求的工业现场,是一种高速的、确定性的网络.是工业控制网络中性能最优的国际标准现场总线，ControlNet得到了世界众多公司的支持,目前安装节点已达几十万个,发展和应用前景十分广阔。