Cos’è la rete ControlNet, come funziona e dove viene impiegata

Data aggiornamento: settembre 2025.

Benvenuto in questa lezione dedicata all’automazione industriale, oggi in particolare parliamo di una delle reti di comunicazione più diffuse nei sistemi d’automazione, ovvero la rete ControlNet.

La rete ControlNet si basa su un protocollo di comunicazione aperto gestito da un’organizzazione chiamata ODVA, e permette scambio di dati ad alta velocità tra controllori come i PLC e vari tipi di apparecchiature.

Ecco cosa impariamo in questa lezione:

Reti e bus di campo industriali.

Architettura della rete ControlNet.

Caratteristiche e performances della rete.

Apparecchiature, cavi e connettori ControlNet.

Funzionamento del protocollo di comunicazione.

Reti e bus di campo industriali.

Le reti e i bus di campo rappresentano la spina dorsale dei sistemi d’automazione industriale, dato che senza di queste le apparecchiature, i plc e i sistemi di supervisione non potrebbero colloquiare.

Con l’evoluzione dell’elettronica e dei sistemi informatici, anche le reti impiegate nell’automazione dei processi sono cambiate e sono migliorate, soprattutto oggi che andiamo in contro all’industria 4.0.

La tecnologia Ethernet permette scambi di dati veloci e integrazione delle varie aree della fabbrica, compresa quella a più basso livello dove le apparecchiature e i controllori risiedono.

La rete ControlNet invece è oggi utilizzata soprattutto per la parte di controllo degli impianti, essa è uno dei sistemi di comunicazione impiegati nell’industria automatizzata, e rappresenta uno standard di fatto riconosciuto ovunque.

Architettura della rete ControlNet.

La rete ControlNet impiega un protocollo denominato CIP (Common Industrial Protocol), che gestisce gli strati più superiori del modello di comunicazione OSI, possiamo vedere questo modello nella prossima figura.

Come vediamo nell’immagine sopra, il modello OSI si compone di sette livelli: i primi quattro riguardano la rete fisica e il trasporto dei dati, mentre nei livelli da cinque a sette risiedono i software che gestiscono la comunicazione tra applicazioni.

Il protocollo ControlNet sfrutta come abbiamo già detto il modello CIP per i livelli da cinque a sette, mentre per quanto riguarda i primi quattro livelli, questi vengono adattati per funzionare con il sistema CIP stesso.

Caratteristiche e performances della rete ControlNet.

La rete ControlNet può essere architettata seguendo tre topologie: quella a bus, la topologia a stella, e quella chiamata ad albero, come vediamo nella prossima figura.

Sulla rete ControlNet comunicano PLC, sistemi di supervisione industriale e pannelli operatore HMI, drives e robots. Le caratteristiche di questa rete la rendono ideale per applicazioni dove la comunicazione deve essere schedulata, seguendo una logica chiamata “a passaggio di token”.

La comunicazione viene programmata, per cui si può determinare a priori il tempo necessario per scambiare dati con ogni apparecchiatura collegata sulla rete.

Per quanto riguarda la velocità, questa rete permette di comunicare fino a 5 Mbps, velocità molto inferiore a quella ottenibile con Ethernet/IP, però molto maggiore di quella offerta dalla rete DeviceNet.

La lunghezza massima di un cavo ControlNet è di mille metri, per estendere questa distanza è necessario installare dei repeaters, i quali possono essere massimo cinque.

Il numero di nodi installabili su questa rete è 99, senza contare i repeaters che non occupano un nodo.

Apparecchiature, cavi e connettori ControlNet.

La rete ControlNet utilizza cavi coassiali di tipo RG-6 con connettori BNC, questi ultimi sono in commercio di diverso tipo, tra i quali quelli a vite, quelli Twist-On, e di tipo Lock; vediamo alcuni di questi connettori e un T Tap di derivazione nella prossima immagine.

Per collegare i PLC alla rete CONTROLNET è necessaria una scheda apposita. Quella che vediamo nella figura che segue è un modulo dell’Allen Bradley, utilizzato per mettere in comunicazione il plc della serie ControlLogix con le apparecchiature in campo.

Nella prossima immagine vediamo una rete ControlNet, possiamo notare i connettori a T che permettono di collegare i vari componenti al ramo principale della rete stessa.

Questo tipo di rete necessita di una terminazione dei segmenti per mezzo di tappi con resistenza da 75 ohm.

Per aumentare le distanze si possono installare dei repeaters, oppure bridges che trasmettono pacchetti di rete ma non segnali I/O.

Funzionamento del protocollo di comunicazione ControlNet.

Come abbiamo accennato, il protocollo ControlNet si basa sul passaggio di gettone (Token-passing). Sulla rete ogni oggetto ha un indirizzo MAC ID, e ogni apparecchio con ID da 1 a 99 conosce l’indirizzo del suo predecessore e del suo successore.

Per comunicare, ogni apparecchio ha un tempo, e quando arriva il suo turno trasmette i dati richiesti; allo scadere di questo tempo o quando a terminato la trasmissione (se questo avviene prima che il tempo finisca), un nuovo token viene creato e passato all’oggetto con indirizzo successivo.

Nel caso un oggetto non abbia nulla da trasmettere, quando arriva il suo turno semplicemente passa il token all’oggetto che lo succede.

Nella rete ControlNet un solo nodo alla volta trasmette dati, in questo modo non si creano collisioni sul bus; nel caso un nodo non funzioni, il sistema provvede a generare un nuovo token e passarlo direttamente all’oggetto successivo.

Nella prossima immagine vediamo il principio di funzionamento token-passing.

Il tempo per la trasmissione dati è definito a priori e il funzionamento è ciclico, questo tempo si chiama NUT (Network Update Time).

Il NUT può essere impostato da 2 a 100 ms, ed è composto di tre parti, chiamate schedulata, non schedulata, e fascia di guardia.

Le apparecchiature sulla rete hanno un loro temporizzatore che viene sincronizzato con il NUT.

Per quanto riguarda il tipo di messaggistica, la rete ControlNet gestisce messaggi di tipo connessi e non connessi. Le apparecchiature che non necessitano di comunicare con una priorità alta scambiano dati in modo non connesso, apparecchi che devono trasmettere frequentemente come per esempio quelli per gli I/O real time comunicano in modo connesso.

Oltre al parametro NUT, che determina il tempo totale per comunicare sull’anello, con la rete ControlNet è possibile parametrizzare un tempo RPI (request packet intervals) per ogni apparecchio installato.

CONOSCIAMO LA RETE CONTROLNET