Informatika | Távközlés » Varga Attila - Ipari kommunikációs rendszerek

IPARI KOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK Készítette: Varga Attila K. ME-GÉK 2003. PÁRHUZAMOS ÉS SOROS KOMMUNIKÁCIÓ A PLC üzemszerűen számos információforrással állnak kapcsolatban. A következő kapcsolatok a leggyakoribbak: - PLC és technológiai folyamat párhuzamos kommunikáció - PLC és PLC - PLC és számítógép soros kommunikáció - PLC és periféria - PLC és kezelő A PLC és a technológiai folyamat közötti kommunikáció általában párhuzamos formában zajlik. A párhuzamos kommunikációban a kezelt jelek lehetnek: - kétállapotú be/kimenetek analóg be/kimenetek frekvencia be/kimenetek Az utóbbi 4 kommunikáció általában soros formában történik. Ez esetben a bitek időben egymás után egy vezetéken (érpáron) kerülnek továbbítására. Az információt a feszültség vagy áram szintje adja. Soros átvitel esetén a kommunikációban résztvevő adók és vevők számától függően lehetséges: - pont-pont kommunikáció: két

egység között zajlik a kommunikációs egy vagy két irányban - multi-pont kommunikáció: kettőnél több adó illetve vevő vesz részt a kommunikációban o távolsági hálózatok (WAN) o lokális hálózatok (LAN) Átviteli sebesség Az átviteli sebesség az időegységenként átvitt bitek számát adja meg (bit/s). A bruttó adatátviteli sebességbe az adminisztrációs adatok is beleértendőek, míg a nettó adatátviteli sebesség esetén csak a hasznos adatokat veszik figyelembe. A nettó adatsebesség 10-30 %-kal kisebb, mint a bruttó. Jellemző adatátviteli sebességek     PC-perifériák: Irányítástechnikai hálózatok: Alapsávú LAN: Szélessávú LAN: 1 Kbit/s 10 Kbit/s 100 Kbit/s 1 Mbit/s 10Mbit/s 100 Mbit/s 1 Gbit/s FIZIKAI JELLEMZŐK Átviteli közeg Adatátvitel vezetékes vagy vezeték nélküli átviteli közegen keresztül valósulhat meg. A vezetékes adatátvitel közeg lehet: elektromos kábel (sodrott érpár, koaxiális

kábel), illetve fénykábel Az állóhullám-mentes jelátvitelhez a nagyfrekvenciás vezetékeket hullámellenállással azonos értékű ohmos ellenállással kell lezárni. Ezt illesztett lezárásnak is nevezik, mely a reflexiómentes jelátvitelhez szükséges Sodrott érpár Két szigetelt, összecsavart rézhuzalból áll. Több érpárt szoktak összefogni egy védőburokba, melyet érpárkötegnek is neveznek A sodrott érpárok igen elterjedtek Az árnyékolt sodrott érpár kevésbé érzékeny az elektromos zavarokra, megbízhatóbbak, nagy sebességű átvitelre képesek. Hátrányként megemlítendő, hogy az érpárok között áthallás lehetséges Koaxiális kábel A rézhuzalt szigetelőanyag veszi körül, ezt átöleli egy árnyékoló-köpeny (fonott huzalháló vagy fólia). Az árnyékolást egy szigetelő védőburok borítja A koaxiális kábel aszimmetrikus, kevésbé érzékeny az elektromágneses zavarokra és az áthallásra, mint a sodrott érpár.

100 Mbit/s adatsebesség érhető el vele Hátrányként a költséges kiépítés említhető meg. Fénykábel A fénykábel egy hajszálvékony optikai anyagból készül, és azt optikai burkolat veszi körül koncentrikusan. A burkolat optikai sűrűsége kisebb az ér optikai sűrűségénél, mely biztosítja, hogy a fénysugár ne lépjen ki az érből. A fénykábelek nagy sávszélességűek, 20 Gbps sebesség is elérhető. Rendkívüli nagy előnye, hogy az elektromágneses zavarokra nem érzékeny, tömege kicsi, elég drága, és a fektetési költséges is magas (a kábelvégek, csatlakozók kialakítása, átvitelt vizsgáló mérőműszerek). Vezeték nélküli átvitel Az átviteli közeg a levegő és az elektromágneses hullám. Előnye, hogy nem kell kiépíteni az átviteli utat, de az átvitel során a zavarokra érzékeny lehet Nagy távolságú rendszereknél mikrohullámú, illetve műholdas átvitelt használnak. Átviteli módok Alapsávi átvitel Digitális

jelátvitelt használ, az adatjeleket diszkrét elektromos illetve fényimpulzusok formájában viszik át. Az adatimpulzusok az átviteli csatornán torzulást szenvednek, így a csatorna végén megjelenő jel formája és nagysága már nem az eredeti. Ha a vonal túl hosszú a jel túl gyenge lehet. Ez esetben jelismétlőt (reapeter) kell használni, melyek helyreállítják a jelet, és a zajt eltűntetik. Általában alapsávú átvitelnél a zaj és zavar nem okoz gondot. Alapsávú átvitel esetén több eszköz is osztozhat a csatornán időosztásos (TDM) vezérlés segítségével. Széles sávú átvitel Analóg jelátviteli eljárásokat használ, melyeknél folytonos jeleket alkalmaz. A jelek elektromágneses vivőhullámok segítségével haladnak át az átviteli közegen. Az adatjelet egy hordozójelre ültetik rá úgy, hogy a vivőhullám valamely jellemzőjét (amplitúdó, fázis, frekvencia) az adatjelnek megfelelően változtatnak, modulálnak. Ez alapján

megkülönböztetünk: - amplitúdómodulációt: a 0 illetve 1 értéket a nagyfrekvenciás vivő két különböző amplitúdó-értéke reprezentálja. - frekvenciamoduláció: a 0 illetve 1 adatbitet a vivőhullám kétféle frekvenciaértéke testesíti meg. - fázis-moduláció: a 0 illetve 1 biteket a vivőhullám kétféle fázishelyzete jelenti. A vivőfrekvencia modulálását illetve demodulálását ún. modemek végzik Az analóg csatorna egyik fontos jellemzője a sávszélesség, ami a csatornán átvitt legmagasabb és legalacsonyabb frekvencia különbsége. Analóg átvitelnél frekvencia multiplexerek segítségével csatornákra osztják a fizikai közeg által rendelkezésre álló sávszélességet. Adatátvitel iránya - Szimplex: az adatáramlás egyirányú - Fél duplex: az adattovábbítás mindkét irányba lehetséges, de egy időben csak az egyik irányba. 2-vezetékes kapcsolatra van szükség - Duplex: egy időben mindkét irányba lehet

adatokat továbbítani. 4-vezetékes kapcsolatra van szükség. Kódolási eljárások Kommunikációs csatornán keresztül továbbított adatok megfeleltetésére kódolási eljárásokat használnak. Leggyakoribb kódolási eljárások - RS 232C kódolás o lassú adatátvitel estén használják o az 1 bitértéknek az egy bit-periódusig tartó negatív feszültségszint felel o a 0 bitértéknek a pozitív feszültségszint fele meg o előnye: egyszerű o hátránya: sok egymás utáni bitérték esetén a bitidők elcsúszása hibás dekódolást okozhat bitidők 0 1 0 0 0 1 0 0 + - START - STOP adatbitek Nullára komplementáló differenciális kódolás (NRZI) o a bitperiódusban egy pozitív vagy negatív polaritás-váltás fele meg a 0 bitértéknek bitidők 0 1 0 0 1 1 + - adatbitek 0 1 0 0 - Manchester-kódolás o 1 bitérték: a bitidő feléig a feszültségszint negatív, a felétől pozitív o 0 bitérték: a bitidő feléig a feszültségszint

pozitív, a felétől negatív bitidők 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 + - adatbitek - Differenciális Manchester-kódolás o 1 bitérték: a polaritás az előző bitperiódus végén nem változik, de a közepénél igen o 0 bitérték: a polaritás az előző bitperiódus végén, és a közepénél is változik bitidők 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 + - adatbitek Szinkronizálás Két digitális eszköz közötti kommunikáció alkalmával minden jelet azonosítani kell tudni. Ezt az időtartamot bitidőnek nevezzük. A vevőnek az egyes bitekhez tartozó jelrészeket azonosítani kell. Ez lehetséges aszinkron és szinkron módon Aszinkron átvitel - a karaktereket START illetve STOP bitek határolják - minden karakter 10-11 bitből áll o 1 START bit o 8 adatbit o paritásbit o 1-2 STOP-bit 1. kód 0 a1 LSB Start a2 a3 a4 a5 8 adatbit a6 a7 a8 MSB P 1 Stop paritás bit - a START/STOP bitek miatt a jelsorozat elég redundáns, és a vevőoldalon nincs szinkronizálva a

vétel. Így a 9600 bps-nél nagyobb sebességű átvitel nem biztonságos - a karakter-szinkronizáció tehát csak a START és STOP bitek révén lehetséges Szinkron átvitel - az egymást követő jelek szinkronizáltan, ütemezetten követik egymást - az adatok átvitele blokkos formában történik, melyeket blokkszinkronizáló bitekkel egészítenek ki. Ezt a formát keretnek nevezik - az átvitelhez használható o karakterorientált protokoll o bitorientált protokoll - alacsonyabb a redundancia, mint aszinkron átvitelnél, de bonyolultabb hardver szükséges - magasabb átviteli sebességek is alkalmazhatóak - előnyös a Manchester-kódolás alkalmazása, mely minden bithez jelváltozást rendel, így a vevőnek egyszerű a szinkronizációt fenntartania PROTOKOLL A kommunikációban résztvevő eszközök között átvitt információ vezérlőinformációból, hasznos információból és ellenőrző információból áll. Az átvitt üzenetek

felépítésének szabályait és értelmezési módját protokollnak nevezik. Egy keretbe foglalt üzenet 3 részből áll: - fejrész: a célcímet és vezérlőinformációt tartalmaz - adattest: üzeneteket tartalmaz - adatellenőrző rész: ellenőrző biteket tartalmaz ADATVÉDELMI MÓDSZEREK A soros átvitel során a csatornán lévő villamos zavarok miatt hibás átvitel történhet. Ez ellen adatvédelmi módszerekkel védekeznek: - keresztparitás (VRC: Vertical Redundancy Check) Lehet páros vagy páratlan paritás. Az adatbitek egy paritásbittel egészülnek ki Ha az adatbitekben páratlan számú 1-es található, akkor o páros paritás esetén: 1 a paritásbit o páratlan paritás esetén: 0 a paritásbit Ha az adatbitekben páros számú 1-es található, akkor o páros paritás esetén: 0 a paritásbit o páratlan paritás esetén: 1 a paritásbit 8 adatbit 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Páros számú 1-es esetén 0 a paritás paritás bit 8 adatbit 0 0

0 1 0 1 0 1 1 Páratlan számú 1-es esetén 1 a paritás Páros keresztparitás 8 adatbit 0 1 0 1 0 1 0 1 1 Páros számú 1-es esetén 1 a paritás paritás bit 8 adatbit 0 0 0 1 0 1 0 1 0 Páratlan keresztparitás - Páratlan számú 1-es esetén 0 a paritás hosszparitásos ellenőrzés (LRC: Longitudinal Redundancy Check) Több telegramkód azonos helyi-értékű bitjeire képezzük. Annyi paritásbitet kapunk tehát, ahány adatbit van, és ezeket egyetlen blokkellenőrző kódba (FCS: Framed Chech Sequence) foglaljuk össze. 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 XOR 0 0 0 0 1 XOR 1 0 1 1 1 kódok 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 XOR 1 1 1 1 = 0 1 0 0 Hosszparitásos ellenőrzés (LRC) LRC - kombinált paritásos ellenőrzés (VRC/LRC) A VRC és LRC eljárás kombinálása. Minden egyes kódra kiszámítunk egy paritásbitet és egy paritáskódot a teljes blokkra. Hibás átvitel esetén a sor-oszlop keresztpont adja a hiba

helyét. 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 XOR 0 0 0 0 1 XOR 1 0 1 1 1 kódok 1 0 0 1 0 0 1 0 XOR 1 1 1 1 1 keresztparitások = 0 1 0 0 1 0 0 1 1 LRC hosszparitás Kombinált paritásos ellenőrzés (LRC) - Ciklikus Redundancia ellenőrzés (CRC) A paritásos elven alapuló ellenőrzés előnye az egyszerűség, de hátránya a megbízhatóság és alkalmazhatóság korlátozottsága. A CRC az előző módszerekkel szemben 1000-szer nagyobb védettséget jelent. A CRC-t az adó képezi, a vevő pedig a vett üzenetekből állítja elő azonos szabályok alapján KOMMUNIKÁCIÓS SZABVÁNYOK - RS 232C Pont-pont közötti kommunikációra használják. A szabvány a kommunikációban résztvevő két eszköz közötti csatlakozás mechanikai, elektromos és funkcionális jellemzőit definiálja. Ezért hardverprotokollnak is nevezik A maximális átviteli távolság feszültségkimenet esetén kb 15 m, áramkimenet esetén néhány 100 m

Szimplex, fél-duplex, duplex átvitelre egyaránt alkalmas. A csatolás 25 pólusú csatlakozót igényel, de létezik 3 9 vezetékes megoldás is, melyhez 9 pólusú csatlakozó szükséges. Az információ továbbítása az adatvezetéken soros formában történik, ún. kézfogásos módon a vezérlőbitek által irányítva. A két pont közötti soros kommunikáció sajátos módja a telefonvonalas adatátvitel. A telefonvonal analóg átviteli eljárást használ, így az átvinni kívánt digitális információt analóg jellé kell alakítani. Ezt az átalakítást az adóban a modulátor, a vevőben a demodulátor végzi. Az RS 232C az átviteli sebesség és a távolság szempontjából előnytelen. - RS 422/485 Az RS 232C hátrányán javít az RS 422 és RS 485 szabvány, melyek szimmetrikus jelátvitelt alkalmaznak. o Az RS 422: kettőnél több pont közötti kommunikációt is lehetővé tesz. o Az RS 485 szabvány kétvezetékes busz specifikációját

határozza meg. A Kétszeres, sodrott érpárú vezetéken master-slave típusú hozzáférés van Szimmetrikus jelátvitelt biztosít sodrott érpárral. A pont-pont közötti átvitelre az RS 232C és részben az RS 422 szerinti interfész ajánlatos. Az RS 485 szerinti interfész kifejezetten a hálózati kommunikációt támogatja. A Phoenix Contact univerzális moduljai biztosítják az átjárást az RS 232C, RS 422, RS 485 típusú soros átvitelek között. EIA RS 232C RS 422 RS 485 Állomásszám 1+1 1+10 1+32 Távolság (max) 10 m 1000 m 5000 m Átviteli sebesség 9.8 kbit/s 100 kbit/s 100 kbit/s Mechanikai követelmény 25/9 pólusú csatlakozó 4 pólusú csatlakozó 2 pólusú csatlakozó Vázlat 1 1 1 1 1 . 10 1 . 32 HÁLÓZATI KOMMUNIKÁCIÓ Több PLC között a kommunikáció megvalósulhat - több soros vonal által kialakított pont-pont kapcsolatként: korlátozott kommunikációra alkalmas PLC-hálózattal: leggyakoribb módszer

ETHERNET hálózat révén: nagy távolságú, illetve nagy adatmennyiségű kommunikáció esetén célszerű alkalmazni. adatgyűjtő számítógép segítségével: ma már elavult PC PC RS 232 PLC PLC . PLC Pont-pont összeköttetés (több soros vonal) PLC PLC PLC hálózat PLC PC PC PLC PLC PLC Ethernet A kommunikációs hálózatok előnyei - kisebb kábelköltség - kisebb telepítési és ráfordítási költség - kisebb szervizköltség - nagyobb üzembiztonság és teljesítmény - rugalmas módosítási lehetőség HÁLÓZATI TOPOLÓGIÁK - Csillag topológia Egy központi vezérlő minden csomóponttal össze van kötve. Az átvitel az egyik állomástól a másik felé a központi vezérlőn keresztül halad A központi vezérlő hozza tehát létre a kapcsolatot két csomópont között. Előnye, hogy a központi vezérlő által lebonyolított kommunikáció egyszerű. Hátránya, hogy a központi vezérlő kiesése esetén a rendszer

lebénul, valamint a kábelezési költség viszonylag magas és nagy a központi gép terhelése. Csillag topológia Busz topológia Módosított busz topológia - Busz topológia Az összes állomás egy közös kommunikációs csatornához kapcsolódik. Minden áthaladó üzenetet minden állomás vesz, melyeket vagy elfogadnak vagy elvetnek Egyidejűleg csak egy állomás végezhet adást, ezért buszhozzáférési eljárásra van szükség. Leginkább az RS 485-ös master-slave eljárás terjed el busz topológia esetén - Fa topológia Az adatok a fejállomás felé haladnak és innen kerülnek vissza a résztvevő állomásokhoz. Tipikus alkalmazási területe az épületinstallációs hálózatok (EIB) - Gyűrű topológia Egy gyűrűvé záródó átviteli közeggel kapcsolódnak össze az állomások. Az üzeneteket az állomások egymás után veszik A cím alapján döntik el, hogy melyik üzenet szól nekik, és melyik nem. Minden állomás részese az

átviteli útnak. Forgalomszabályozó módszerre van szükség, mely legelterjedtebb módja a Token Ring hozzáférési mód Az INTERBUS S is gyűrűtopológiát használ Gyűrű topológia ÁTVITEL-VEZÉRLÉSI (BUSZHOZZÁFÉRÉSI) ELJÁRÁSOK Egy vezetékrendszerre több állomás kapcsolódhat, ezért a hibátlan adatkapcsolathoz átvitelt vezérlő eljárásra van szükség. A buszhozzáférési eljárás azokat a szabályokat jelenti, amelyek megadják, mikor és mennyi ideig használhatja egy állomás az adatcsatornát. Egyidejűleg több résztvevő akar küldeni adatokat, így biztosítani kell, hogy az összes résztvevő megkaphassa a hozzáférési jogot adott időközönként. Valós idejű adatfeldolgozás esetén ez rendkívül fontos. Véletlen vezérlés Egy állomás mielőtt elküldené az üzenetet, ellenőrizheti, hogy szabad-e az átviteli közeg. Pl: ütközést jelző vivőérzékeléses többszörös hozzáférés (CSMA/CD), réselt gyűrű. Osztott

vezérlés Egyetlen állomásnak van joga egy adott időn belül az adatátvitelre, és a jog állomásról állomásra halad tovább. Pl: vezérjel-gyűrű, vezérjel-busz; ütközést elkerülő többszörös hozzáférés (CSMA/CA) Központosított vezérlés Egy kitűntetett állomás vezérli a hálózati belépéseket. Így kevesebb a koordinálási feladat, nagyobb a rendszer szabadsági foka, az állomások könnyen illeszthetőek. Hátránya azonban, hogy a sűrű igénybevétel ronthatja a hatékonyságot Pl: lekérdezéses, vonalkapcsolásos, időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA). CSMA/CD hozzáférési mód Busz vagy fa topológiájú lokális hálózatoknál és ETHERNET esetén is ezt alkalmazzák. Amikor a busz üres, akkor adhat az egyik résztvevő, majd a következő Előfordulhat, hogy egyszerre többen akar adni, ekkor ütközés lép fel, amit az eljárás felismer Ez esetben megvonja mindtől az adási jogot, és valószínűség számítással

eltérő várakozási időket határoz meg. A várakozási idő leteltével adhat az adott résztvevő Mielőtt adatokat küldene egy gép, előtte belehallgat az átviteli közegbe, hogy megállapítsa van-e már olyan állomás, mely üzeneteket küld. Ha csendes, akkor elküldi üzenetét Az üzenet minden állomáshoz megérkezik, és a cím alapján döntik el, hogy fel kell-e dolgoznia vagy el kell dobnia az üzenetet. Token Passing eljárások A token (zseton) adogatáson alapul. Amelyik résztvevőnél van a token, az adat Adás után a résztvevő a tokent a következő résztvevő felé továbbítja. Ha nem kíván adni, akkor a következőnek tovább küldi Az utolsó résztvevő után az elsőre kerül ismét a sor Ha egyik sem kíván adni, akkor a token körbejár. - Token Ring (Vezérjel-gyűrűs) A zseton a gyűrű mentén körbejár. Ha a zseton szabad, akkor az adott állomás adhat Ekkor elküldi üzenetét, és a foglaltra állított zsetont az üzenetéhez

kapcsolja Az üzenetet minden állomás veszi, lemásolja és továbbküldi. Amikor az üzenet visszaér a feladóhoz, törli az üzenetet, és szabadra állítja a tokent, amit a következő résztvevőnek tovább küld. A módszer előnye: az adási lehetőség minden állomásnak adott egy meghatározott időintervallumon belül. A hibás detektálásról is gondoskodik, és az állomásokhoz priorítás is rendelhető. Hátránya: bonyolult a vezérjel feldolgozása és felügyelete A token útja Fizikai gyűrű Token Ring - Token Bus (Vezérjel-busz) Különösen üzemi, vállalati, gyári lokális hálózatokban használják. Csak egy logikai gyűrű van, egy listában van letárolva az állomások sorrendje. A logikai gyűrűn belül a sorrend ugyanaz, mint a Token Ring esetén, de az üzenet egyből a célállomásra jut el a buszon keresztül. A résztvevők csak egy-egy rövid adási időintervallumra vehetik igénybe a hálózatot C A B D E logikai gyűrű A

token útja F A logikai gyűrű: A–C–E–D–F–B Token Bus Lekérdezéses eljárás Távolsági és lokális hálózatokban is használják. Főleg csillag- és busztopológiájú hálózatok esetén jellemző A főállomás (master) sorban egymásután mindegyik mellékállomáshoz (slave) üzenetet küld, melyből megtudhatja, hogy akar-e adni valamelyik Ha a lekérdezett állomásnak van üzenete, akkor azt elküldi a master-nek, és az továbbítja a címzetthez. Ha a lekérdezett állomásnak nincs üzenete, akkor nemleges választ küld a master lekérdezésére Ez esetben a master egy lekérdezési lista alapján a következő alállomást kérdezi le. Az alállomásokhoz prioritási szintek állíthatóak be Előnye: a mellékállomások egyszerű áramkörrel csatlakozhatnak. Hátránya: a főállomás bonyolult, és kiesés esetén a hálózat működése megszűnik, valamint az üzeneteket kétszer kell elküldeni a aktív résztvevő Master busz Slave

passzív résztvevő Master-Slave hozzáférési mód Hibrid hozzáférési eljárás Két hozzáférési eljárás együttes alkalmazása esetén hibrid hozzáférési eljárásról beszélünk. A Token Passing és a master-slave eljárást egyesítve az előnyöket növelhetjük, és a hátrányokat csökkenthetjük. A passzív résztvevők csak slave-ként működhetnek, azért tokent nem kapnak. Az aktív résztvevők a logikai Token Ring gyűrűn vannak, és akár master akár slave üzemmódban működhetnek a aktív résztvevők busz passzív résztvevők Multi-Master hozzáférési mód A gyűrűstruktúra és az összesítő-keret összekapcsolását master/slave összesítőkeretnek nevezzük. Az összesítő-keret az összes üzenetet egyetlen üzenetbe foglalja össze. Ezáltal az eljárás hatékonyabb 1. fázis: a master kiküldi az üzenetét 2. fázis: az üzenetet addig tolja, amíg az üzenet fejrésze a gyűrűn vissza nem ér hozzá 3. fázis: a slave-ek

kiolvassák az adatokat, és beírják üzenetüket 4. fázis: a master addig tolja az üzenetkeretet, amíg az új üzenet teljes egésze meg nem érkezik. E1 S1 A6 A5 S2 A1 E1 E2 A2 E2 E3 S3 E5 A3 E3 A4 A3 A4 E4 S4 A2 A1 E6 E4 A5 E5 A6 E6 E3 E2 E5 S5 E1 E6 S6 1. A4 2. 3. 4. Master-Slave összesítőkeret HÁLÓZATI ARCHITEKTÚRÁK A hálózati architektúrák jellemzői - összekapcsolhatóság: sokféle hardver és szoftvertermék kapcsolódhat be modularitás: gyártmányok használata különféle hálózati eszközökön egyszerű használhatóság megbízhatóság egyszerű módosíthatóság rétegszemlélet A rétegszemlélet a hálózati architektúra feladatainak csoportosítása. A hálózati architektúra nem más, mint a rétegek közötti interfészek által nyújtott szolgáltatások összessége. Az üzenet a legmagasabb rétegből indul, és lefelé haladva jut el a legalacsonyabb rétegig, ahol a fizikai közegen átjutva

továbbítódik a fogadó eszköz legmagasabb rétege felé. Megkülönbözetünk - állomáson belüli interfészt: az egyes rétegek között - csomópontok rétegei közötti interfészt: ugyanazon rétegek között Az ISO nemzetközi szervezet kidolgozta a nyílt rendszerek összekapcsolásának referencia-modelljét (OSI), mely a rendszerek közötti összeköttetés megteremtésére vonatkozik, és a rétegszemléleten alapul. Hét réteget definiál: - fizikai réteg: bitfolyamatot teremet a fizikai átviteli közegen - adatkapcsolati réteg: megbízhatóan továbbítja az adatokat az egyik állomástól a másik felé - hálózati réteg: az egyik állomástól a másikba irányítja az adatokat - átviteli réteg: végpontok között megfelelő minőségű szolgáltatást nyújt - együttműködési réteg: szinkronizálja az egymást követő párbeszédeket - megjelenítési réteg: az adatokat átalakítja a megfelelő ábrázoláshoz - alkalmazói réteg:

interfészt biztosít a végfelhasználónak a hálózati szolgáltatásokhoz HÁLÓZATOK ÖSSZEKAPCSOLÁSÁNAK ELEMEI - Jelismétlő (repeater): hálózati szegmensek összekapcsolására használják. Mindkét szegmensnek ugyanolyan típusúnak kell lennie, és minden réteg ugyanazon protokollokat használja. Feladat az üzenetek fogadása, azok eredeti szinten való helyreállítása, és újraadása. Főként busz-topológia esetén használják. Gyűrű topológia esetén minden egyes állomás jelismétlő is egyben. - Hálózati híd (Bridge): fizikailag eltérő hálózatokat lehet vele összekötni. Az üzeneteket kis időre tárolja, és utána átküldi a másik hálózatba. Adatkapcsolati szinten működik. A hálózatok fizikai rétegszintjein különböző protokollokat alkalmaznak, de az adatkapcsolati rétegen ugyanaz - Útvonalválasztó (Router):a híddal szemben saját címmel rendelkeznek, funkciójában a hálózati hídhoz hasonlít. - Hálózati

átjáró (GateWay): a legnagyobb rugalmasságot biztosítják a hálózati összeköttetésekben, mivel két teljesen eltérő hálózat összekapcsolására alkalmas. A protokollok valamennyi rétegszinten különbözhetnek. Az átjáró a két architektúra közötti összes átalakítást elvégzi Irányítástechnikai hálózatok Bizonyos rendszerbonyolultság felett a háromszintű informatikai rendszer terjedt el. - Az alsó szinten (eszközszint) történik az érzékelők jelének valós idejű feldolgozása. Itt érzékelő, beavatkozó buszokat használnak. - A középső szinten (automatizálási szint) a PLC-k, digitális szabályozók stb. között zajlik a kommunikáció, szintén terepi buszrendszereken. - A felső szinten a termeléssel, gyártással kapcsolatos információfeldolgozás folyik. Nagy mennyiségű információ gyors és nagy távolságú átvitelére ETHERNET-hálózatot alkalmaznak. Valós idejű feldolgozás nem merül fel felső szint

középső szint alsó szint Siemens ETHERNET PROFIBUS ASI Allen Bradly ETHERNET CONROLNET DEVICENET ETHERNET-hálózat Az ETHERNET a legjobban elterjedt irodai hálózat, melyet ma már az irányítástechnikában is használnak. Korábban a csatolást külön számítógéppel oldották meg, ma már a PLC-be csatlakoztatható ETHERNET-interfészt forgalmaznak Az ETHERNET a CSMA/CD buszhozzáférésen alapul. Az adatkapcsolati réteget feletti szoftverréteget megbízórétegek nevezik A megbízóréteg a hálózaton való átvitel érdekében a csomagokat átadja az adatkapcsolati rétegnek Az ETHERNET átviteli keretformátuma - előtag - keretkezdet-kijelölő - címmező - típusmező - adatmező - keretellenőrző Az ETHERNET Manchester-kódoló és dekódoló eljárást alkalmaz, vagyis az 1-es értékű bitet a 0  1 átmenet, a 0-s értékű bitet az 1  0 átmenet jelenti. A jelátmenet szinkronizálja az adatátvitelt. Az adatkapcsolati és fizikai réteg kódoló

és dekódoló funkcióit vezérlőkártyán integrálják, mely adó-vevő egységgel és speciális kábellel kapcsolódik a koaxiális kábelhez. A koaxiális kábelhossz vastag ETHERNET esetén max. 500 m és 100 résztvevő csatlakoztatható a kábelre jelismétlő nélkül. A vékony ETHERNET kábel hossza 250 m lehet A legelterjedtebb ETHERNET implementáció 10 Mbps adatsebességű alapsávú adatátvitelt használ koaxiális kábellel. ETHERNET-hálózat alkalmazásai - távprogramozás és monitorozás - mail-szolgáltatás - PLC-PLC közötti üzenetváltás - fájlátvitel TEREPI BUSZRENDSZEREK A folyamatirányító rendszerek terepi buszrendszereket alkalmaznak. A terepi buszrendszerek követelményei: - rövid válaszidők a valós idejű működés céljából - nagyfokú zavarvédettség ipari körülmények között - adatforgalmat optimalizálni kell Kezdetben ún. gyártó-specifikus terepi buszok terjedtek el A különböző érdekek és

teljesítménykategóriák miatt több szabvány született A nagyobb adatmennyiségek mozgatására alkalmas irányítóberendezések közötti kommunikációt biztosító buszrendszerek: PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS, CONTROL NET. Az érzékelők és beavatkozók közötti, néhány bájtnyi adatforgalmat biztosító hálózatok: ASI, INTERBUS, DEVICE NET. A terepi buszok forrás/cél jellegű és előállító/felhasználó jellegű hálózatok csoportjába sorolhatók. A forrás/cím jellegű hálózatok az üzeneteket a címe, míg az előállító/felhasználó szerintiek a tartalmuk alapján azonosítják. Forrás/Cím jellegű hálózatok adat forrás cél CRC Forrás/Cél típusú hálózati adatmodell Ezt a modellt használják a Master/Slave és egyenrangú hálózatok is. Pl: Profibus DP, Interbus-S, ASI, MODBUS Plus, Lonworks Előnye - diagnosztika: eszköz-hibakeresés, hibakód olvasás explicit üzenetek továbbítása: programok letöltésére és

kiolvasására, eszközkonfigurációk módosítására szolgálnak I/O üzenetek továbbítása: valós idejű I/O vezérlőadatokat tartalmaz átviteli teljesítmény: az a sebesség, amivel a bemeneti adat eljut minden olyan leágazáshoz, ahol szükség van rá, és a kapott kimeneti adat eljut a megfelelő eszközökhöz. Hátránya - többször küldik el ugyanazt az információt, ha több eszköznek is szüksége van arra, így hosszú ideig ugyanazon adat terheli a hálózatot nagy adatforgalom esetén nem előnyös Előállító/felhasználó típusú hálózatok adat azonosító CRC Előállító/Felhasználó típusú hálózati adatmodell Ezt a modellt alkalmazza a CONTROLNET és a DEVICENET, FOUNDATION FIELDBUS és a CAN bus. Előnye - azonos idejű felhasználás a felhasználóknak - egy forrásból származó adatot több eszközhöz egyidejűleg felhasználhatja - az eszközök pontosabban szinkronizálhatók, hatékonyabb a sávszélesség kihasználása -

új eszközök csatlakoztathatók anélkül, hogy növelnék a forgalmat - állapotváltozásos adat-előállítás, azaz az adat egyidejűleg továbbítódik minden felhasználóhoz, ha változás van benne, így csökkenthető a hálózati forgalom és a csomópontok terhelése - ciklikus adat-előállítás: az érzékelő jelének mintavételezése és adatszolgáltatása pontos időintervallumonként történhet A Gyártó-specifikus buszrendszerek előnye, hogy a PLC-vel szorosan integráltak. Hátrányuk a rendszer zártsága, mivel más gyártó terméke csak nehezen illeszthető. MODBUS A MODBUS protokollt a MODICON PLC-k kommunikációjának biztosításához fejlesztették ki. Egyszerűsége és megbízhatósága miatt számos gyártó cég alkalmazza A MODBUS protokoll a master-slave elven működik. A kapcsolat kezdeményezője a master, mely kérdés- vagy parancs-csomagot küld a slave számára. A címzettet egy címbájt jelöli ki, így elméletileg 256 berendezés

azonosítására van lehetőség. A 0 címnek kitűntetett szerepe van Ha a master minden slave-nek üzenni akar, akkor erre a címre küldi el. A master csomagban lévő parancskód elméletileg 256-féle lehet, de mivel a felső biteknek kitűntetett szerepe van, így csak 128-féle parancskód használható. Vannak olyan parancsok, melyek a technológiai állapotot tükröző, illetve befolyásoló objektumok olvasására és írására szolgálnak: - kétállapotú bemenetek: a PLC bemeneteire kapcsolt jelzéseket jelentik, melyeket a master csak olvashat. - kétállapotú kimenetek: a PLC kimeneteinek és memóriájába leképzett változóinak állapotát tükrözik, melyeket a master olvashat és írhat - regiszterbemenetek: egy-egy PLC hardveregységhez rendelődik, melyeket a master csak olvashat - regiszterkimenetek: a 16 bites regiszterek tartalmát a master írhatja és olvashatja is. Az egyidejűleg olvasható és írható objektumok darabszáma korlátos. Ha

master olvasást kezdeményez, akkor a csomag ellenőrző számmal egészül ki, és így küldi ki a slave-nek. Olvasási csomag - slave címe - funkciókód - objektum kezdő-cím - olvasandó objektumok db-száma - csomagellenőrző szám Ha a master írást kezdeményez, akkor a csomagban még az adtok és azok hossza is beírására kerül. Írási csomag - slave címe - funkciókód - objektum kezdő-cím - olvasandó objektumok db-száma - adatok hossza - adatok - csomagellenőrző szám A csomag ASCII vagy RTU formában kerülhet a soros vonalra. ASCII protokoll esetén a csomag minden egyes bájtja két hexadecimális ACSII kódra konvertálódik, és kikerül a vonalra. At RTI protokoll kód-független eljárás, tehát a csomag bájtjai konverzió nélkül kerülnek a soros vonalra. A master kezdeményező csomagjára a címzettnek válaszolnia kell egy meghatározott time-out időn belül. Olvasási parancsra a válasz - a slave címe - a vett funkciókód - adatok hossza

- adatok - CRC vagy LRC Írási parancsra a válasz - a slave címe - a vett funkciókód - kezdőcím - írt objektumok darabszáma - CRC vagy LRC A MODBUS kommunikáció RS 232C (pont-pont kapcsolat) vagy RS 485 (busz) soros vonalán zajlik. Egyetlen master kérdezi le a felfűzött slave-eket Ha az alkalmazott PLC-k nagy teljesítményűek, akkor MODBUS PLUS kommunikáció szükséges, ami nagy sebességű soros vonalon token passing technikával lehetővé teszi a hálózaton több master jelenlétét. A MODBUS protokollt számos PLC gyártó leképezte PROFIBUS Alkalmazás Állomások száma PROFIBUS DP Nagy sebességű adatkommunikációban 127 PROFIBUS PA Veszélyes ipari környezetben 31 Rugalmas üzenetváltásokra 127 PROFIBUS FMS Átviteli közeg Árnyékolt, sodrott kábel vagy fénykábel Árnyékolt, kéteres sodrott kábel Árnyékolt, sodrott kábel vagy fénykábel Az első szabványosított terepi buszok egyike. A PROFIBUS a forrás/cím típusú

hálózatok csoportjába tartozik és hibrid típusú (token passing, master-slave) buszhozzáférési eljárást használ. A PROFIBUS-hálózat busztopológiájú, maximálisan négy szegmensből állhat, amelyeket jelismétlők kapcsolnak egymáshoz Egy-egy szegmensbe max 32 készülék csatlakozhat, beleértve a repeater-eket is A 4 szegmensből álló PROFIBUS-hálózat így 127 készüléket tartalmazhat. A PROFIBUS-hálózatra max. 32 master kapcsolható A hálózati adatforgalom kezdeményezője mindig a master Több master egymást váltva tölti be a hálózati adatforgalom kezdeményező szerepét A hálózat üzembe helyezésekor kell meghatározni, hogy milyen sorrendben és mennyi ideig tölti be egy-egy master a kezdeményező szerepet. A PROFIBUS-hálózatának három különböző célú változata: - PROFIBUS DP: a nagy adatmennyiségek átvitelére és a terepi készülékekkel való gyors adatcserére optimalizált. A fizikai réteg RS 485 szabvány szerint lett

kialakítva - PROFIBUS PA: Manchester kódolást alkalmaz. 4-féle kábelt ajánlanak hozzá: árnyékolt csavart érpár, több árnyékolt csavart érpár, árnyékolatlan csavart érpár, árnyékolt nem csavart érpár - PROFIBUS FMS: gyártásközi üzenetek váltására kidolgozott szabvány. Rugalmas adatmódosítást tesz lehetővé, és a közepes mennyiségű adatok hatékony kezelését ciklikusan vagy eseményvezérelten biztosítja Az OSI 1-es, 2-es és 7-es rétege szerint van tervezve A PROFIBUS buszrendszerét rendszerint 9 pólusú csatlakozóval alakítják ki. Mindhárom változat protokollja az OSI modell 1-es, 2-es rétegéhez illeszkedik, a többit nem használja Az informatikai rendszer felső szintjén a mérnöki állomások vannak, amelyek az ipari ETHERNET-re kapcsolódnak. A PROFIBUS DP buszra további PLC, vezérlő, szabályozóeszközök csatlakozhatnak A HART a PROFIBUS-tól független szabvány, mely a mérési adatok átvitelét 4 20 mA-es

áramjel formájában továbbítja. Megfelelő HART multiplexerek és kapuk használatával lehetőség van egy magasabb szintű buszrendszerhez való csatlakozásra A PROFIBUS speciális csatolóelemei: DP/PA átjáró, optikai buszterminál, optikai vonalcsatoló modul. A PRFOSIBUS hálózat kialakítható tisztán elektromos, tisztán optikai vagy vegyes kábelezéssel. PROFIBUS keret-formátuma - fix információhossz-formátum fix információhossz bővített adatmezővel változtatható hosszúságú információhossz-formátum rövid nyugtázás tokenüzenet Az átvitel során a következő hibákat lehet detektálni - karakterformátum-hiba protokollhiba start- és véghatároló hiba keretellenőrző telegram-hosszhiba PROFIBUS kommunikációs kapcsolata Megkülönböztetünk - kapcsolat-felépítéses kommunikációt: az adatcsere előtt fel kell építeni a kapcsolatot a két fél között. A két fél lehet master és slave, vagy két master Az adatforgalom

master és a slave között lehet ciklikus vagy aciklikus kezdeményezésű. A master-master kapcsolat nem ciklikusan, hanem eseményvezérelten jön létre Lépések: kapcsolat felépítése, adatcsere és kapcsolat felbontása - kapcsolat-felépítés nélküli kommunikáció: az üzenet küldője nem kap nyugtázást arról, hogy az üzenet megérkezett-e a vevőhöz. Kommunikációs objektumok és szolgáltatások Minden résztvevő egy objektumlistát vezet kommunikációs objektumairól. Az objektumlistát a kommunikációs partner lekérdezheti. Így egy résztvevő a saját meglévő objektumlistáján kívül kap minden egyes partnertől egy távoli objektumlistát. PROFIBUS konfigurálása A konfiguráció a COM PROFIBUS szoftver segítségével lehetséges. Meghatározzuk, hogy ki cserél adatokat kivel, hogyan történik az adatcsere és milyen hozzáférések engedélyezettek. A konfigurációban kell megadni az átviteli sebességet, a tokenek ciklusidejét. Sok

paraméter automatikusan létrehozható. Tehát egyszerűen lehet akár egy komplex hálózatot is konfigurálni A nem PROFIBUS kompatibilis eszközök buszhoz illesztésére számos speciális chip áll rendelkezésre. Foundation Fieldbus (FF) 150 irányítástechnikai vállalat definiálta az előállító/felhasználó típusú terepi buszt. Kifejlesztése során alapvető szempont volt egy olyan egységes rendszer definiálása, melyben problémamentesen összekapcsolhatók a különböző gyártók termékei A vállalatok maguk alakítják ki a saját termékük illesztéséhez szükséges interfészeket. A Foundation Fieldbus esetén minden eszköz magában hordozza a vele kapcsolatos adatfeldolgozási műveletekhez szükséges processzorteljesítményt és memóriát, így a rendszer bővítése egyszerűen az új eszköz csatlakoztatásából áll. Az FF intelligens egységekre épül, ahol a vezérlési, szabályozási algoritmusok elosztottan közvetlenül az I/O

eszközökön folynak és a központi egység feladat az osztottan folyó feldolgozás irányítása. Az FF a második generációs DCS rendszerek kialakítását támogatja A FF H1 technikája A busz átviteli közege: árnyékolt, sodrott érpár. Az eszközök közvetlenül a FF-tól kapják a feszültséget A H1 fieldbus-nál lehetőség van szétágazás (fa) és leágazás (T) kiépítésére A kábelezés hossza nem haladhatja meg az 1900 m-t (a gerincvezeték hossza + az összes leágazás hossza). A leágazás annál jobb, minél rövidebb A leágazások hosszát korlátozza a leágazások száma és a leágazásokhoz kapcsolódó eszközök száma. Az adatkapcsolati réteg (DLL: Data Link Layer) szabályozza az üzenettovábbítást a fieldbuson. A DLL determinisztikus, centralizált buszütemezővel (LAS: Link Active Sceduler) irányítja a hozzáférést a fieldbus-hoz. A DLL három eszköztípust határoz meg: - alapeszközök: nem lehetnek aktív kapcsolatütemezők -

kapcsolatvezérlő eszközök: aktív kapcsolatütemezők lehetnek - hidak: fieldbus szegmensek összekapcsolásához A kommunikáció lehet: 1. Ütemezett: az aktív kapcsolatütemező osztja szét az adattovábbítási időt Amikor elérkezik az idő, hogy az eszköz adatpufferjének tartalmát továbbítani kell, a LAS kiad egy adatkérő üzenetet az eszköz felé. Az eszköz ennek hatására kiadja a pufferjében lévő adatokat, melyeket akár az összes eszköz is fogadhat. Az adatokat fogadó eszközöket előfizetőknek nevezzük. A fieldbus-ra csatlakozó eszközök között rendszeresen, ciklikusan továbbítja az adatokat az ütemező 2. Nem ütemezett: a fieldbus-ra csatlakozó összes eszköznek lehetősége van arra, hogy az ütemezett üzenetek továbbítása közötti időben nem ütemezett üzeneteket küldjenek. Amikor az eszköz vezérjelet kap, addig továbbíthatja az üzeneteit, amíg be nem fejezte, vagy le nem telik a maximális vezérjel-tartási idő. A

LAS feladata - élő lista karbantartása: a vezérjelre reagáló valamennyi eszköz listáját élő listának nevezik. Új eszköz csatlakoztatása esetén a listába felveszi A LAS időnként keresőüzeneteket küld azokra a címekre, amelyek nem szerepelnek az élő listában Amennyiben az eszköz jelen van, akkor veszi a jelet, és küld egy válaszjelet. Ez esetben a LAS az élő listába veszi, és kiküld egy eszköz-beállítási üzenetet. Az eszköz addig marad a listában, amíg megfelelően reagál. Ha háromszor egymás után nem válaszol, vagy nem használja a vezérjelet, akkor a LAS kiveszi az élő listából Ha egy eszköz a listába kerül vagy eltávolítódik, akkor az összes eszközt tudatja erről a LAS, hogy mindegyiknek aktuális élő listája legyen. - adatkapcsolat időszinkronizálása: a LAS időnként kiküld egy időszinkronizáló üzenetet a fieldbus-ra, hogy valamennyi eszközben azonos legyen a rendszeridő. - vezérjel-tobábbítás:a LAS

az élő listában szereplő összes eszköznek kiküld egy vezérjeltovábbító (PT: Pass Token) üzenetet. Az eszköz akkor továbbíthat, amikor megkapja a vezérjelet. - LAS-redundancia: a fieldbus-nak több kapcsolatvezérlője is lehet. Amennyiben az aktuális LAS meghibásodik, akkor a következő kapcsolatvezérlő lesz a LAS, és a fieldbus tovább működik Virtual Communication Relationships (VCR) A VCR a gyorstárcsázáshoz hasonló, memóriával rendelkező telefonkészülék. A VCRszámra akkor van szükség, ha az egyik eszköz a másikkal kommunikálni akar a fieldbus-on Típusai: - Kliens-szerver VCR: az üzenetkérő eszközt kliensnek, a kérést fogadót szervernek nevezzük - Jelentésterjesztő VCR: az eseményjelentéssel bíró eszköz akkor küldi el üzenetét, amikor megkapja a vezérjelet. A jelentést olyan eszközök kapják meg, amelyek fel lettek konfigurálva, hogy figyeljék a VCR-t. - Közlő-előfizető VCR: egy eszköz felől több

eszköz felé irányuló pufferelt kommunikációra használjuk. Az előfizetők nem ütemezett módon is küldhetnek adatkérő üzenetet FF felhasználói alkalmazásblokkok Az FF a következő szabványos felhasználóblokkokat definiálja: - erőforrásblokk: a fieldbus-ra csatlakozó eszköz jellemzőit írja le - funkcióblokk: a folyamatirányító rendszer viselkedését határozzák meg (analóg bemenet, analóg kimenet, diszkrét bemenet, diszkrét kimenet, erősítés, ). Meghatározott időnként és sorrendben kell végrehajtani a funkcióblokkokat, hogy a folyamatirányító rendszer rendben működjön. A funkcióblokkok végrehajtása és továbbítása szinkronizált - jelátalakító blokk: a funkcióblokkokat leválasztják a beavatkozórendszer bemeneti/ kimeneti funkcióiról (trendelemek, figyelmeztető elemek, látványelemek). FF speciális szolgáltatások Eszközcím-kiosztás Valamennyi eszköz rendelkezik egy megkülönböztető hálózatcímmel és

fizikai eszközazonosítóval, hogy a fieldbus megfelelően működjön. A hálózati címkiosztás automatikusan történik Távjel-kereső szolgáltatás A központi rendszerek és hordozható karbantartó eszközök működéséhez szükséges a távjel-keresés, amely az eszközöket és változókat kutatja. Eszközleírások A fieldbus-ra csatlakozó eszközök esetén fontos követelmény a kompatibilitás. Eléréséhez szükséges az eszközleíró technikát alkalmazni. Kompatibilitás Minden gyártó minden eszköz-kompatibilitási tesztjéről jelentést küld a FF számára. Az eszközleírások beolvasásával bármilyen rendszer együtt tud működni az eszközben szereplő paraméterrel TEREPI BUSZRENDSZEREK A terepi buszrendszerek az érzékelők jeleinek hálózati kezelésére, valamint a beavatkozók jelének hálózaton történő kiadására szolgálnak. Nagyszámú be/ki modulok helyett egy hálózati kártya kerül a PLC-be, az érzékelők és

beavatkozók közvetlenül a buszra csatlakoznak. Így nagymértékű kábel-megtakarítás érhető el és nagyobb a zavarvédettség. Fizikai közegként használható csavart érpár, koaxiális kábel és optikai kábel. PLC I/O I/O I/O I/O PLC Érzékelő/ Beavatkozó buszvezérlő Hagyományos I/O kezelés Busz jellegű I/O kezelés Központi kezelés esetén a PLC-ben master-kártya van, amely a be/ki eszközökről a buszon érkező jeleket a PLC számára feldolgozhatóvá alakítja. Master-slave és master-multislave kialakítás egyaránt megoldható Elosztott feldolgozás esetén az adatfeldolgozás vagy annak egy része az I/O eszközben történik. Minden egység elvégzi a maga részfeladatát, adott esetben beavatkozik a folyamatba, és a hálózaton csak azokat az adatokat küldi tovább, amelyek más részfeladathoz is szükségesek. Az érzékelő/beavatkozó jellegű terepi buszokon be- és kimeneti adatok (kb. 1-2 bit vagy néhány bájt) valamint

paraméterek (10-100 bájt) közlekednek. A két leggyakrabban használt protokoll: - üzenet-átviteli protokoll: master-slave buszhozzáférésnél használják A master kérdéseire a slave válaszol, a master által küldött parancsokra pedig nyugtázást küldenek. A nagyméretű paraméter jellegű adatok átvitele is egyetlen ciklus alatt történik. A slave egységek számának növelésével nő a ciklusidő. - összegző-keret típusú protokoll: az összes elem az adatát egyetlen nagy keretbe egyesíti. A fejléc-információt minden ciklusban csak egyszer küldi el Az adatátvitel hatásfoka közel független a modulok számának növekedésétől, ezért optimális megoldás a nagyszámú, de igen rövid üzenetekkel dolgozó hálózaton. Hátránya, hogy nagyobb adatblokk továbbítása nem előnyös. INTERBUS Az INTERBUS erőssége az összegző-keret típusú protokollból adódóan nagy adatátviteli hatékonyság és kiszámítható ciklusidő. INTERBUS

adatai Buszhozzáférési eljárás master-slave Adatátviteli sebesség 500 kBaud Topológia gyűrű Résztvevők száma max. 256 Átviteli mód RS 422 Átviteli közeg árnyékolt, sodrott érpár, fénykábel Átviteli hibavédelem CRC A hálózat nagyméretű léptetőregiszterként képzelhető el úgy, hogy a regiszter fele a masterben, másik fele elosztva a slave-ekben van. A bemeneti és kimeneti modulok fizikai sorrendjük szerint követik egymást paraméterek Loop Back Szó Adatok Adatok Adatok 1. slave 2. slave 3. slave Adatok n. slave FCS Vezérlőbájt INTERBUS keretformátuma Az INTERBUS konfigurálásához először meg kell nevezni a csatlakozatott résztvevőket. Az INTERBUS S kezelése egyszerű, mert a buszparaméterek rögzítettek, és tiszta I/O adatcserére nincs szükség szolgáltatásokra, mint a PROFIBUS esetén. Az INTERBUS master-egysége lehet egy PC, vagy bármely PLC gyártó cég INTERBUS csatolómodulja. Az INTERBUS nem

kifejezetten érzékelő-beavatkozó busz, hiszen intelligens modulokat is tartalmaz Az INTERBUS-nak saját érzékelő-beavatkozó busza van ASI-busz Az ASI-busz tipikus beavatkozó-érzékelő busz, amely kétszeres vezetéken biztosítja a jelek kétirányú továbbítását, sőt ezen a vezetéken történik a tápfeszültség ellátása is. Az ASI filozófiája, hogy a PLC-PLC összeköttetések szintjéről az érzékelő és beavatkozó-elemek fizikai szintjére hozza le a kommunikációt Az ASI tehát egy master-slave rendszer, ahol a PLC-be épített master lekérdezi a slave-eket. 31 slave csatlakoztatható egyetlen master-re, amit 5 ms alatt lekérdez a rendszer. ASI-chip Az ASI-busz fizikai közege speciális kétszeres kábel. Különlegessége az aszimmetrikus profil végett rugalmas, illetve a szigetelőanyag speciális A kétszeres kábel szállítja a tápfeszültséget és a leválasztó áramkör segítségével adja a master-nek az információt Az ASI-busz tehát

fizikailag egy integrált chip. Az ASI chip 4 bitet fogadhat a master-től és 4 bitet tud visszaküldeni Információt küldhet a master számára a belső állapotáról és beállító-paramétereket fogadhat a master-től. A chip-ben egy tápellátási-hiba-logikai gondoskodik a hibamentes információkezelésről Az ASI chip-ben lévő vezérlőegység dekódolja a master felhívását és generálja a slave válaszát. Az ASI rendszerben 16 bemenet/kimenet konfigurációt definiáltak, de csak ezen valamelyike használható. Ha a D 0 bemenet, akkor a slave érzékelő, ha pedig a D 0 kimenet, akkor a slave beavatkozó. Az F kódolás esetén nincs kötött konfiguráció Az ASI-busz világszabvány, amely miden gyártó számára nyitott. Az ASI chip-pel nem rendelkező elemek is csatlakozathatók a rendszerhez Kisáramú igénybevétel esetén a sárga kábel, motorindító relék, mágnes-kapcsoló esetén a fekete kábelt, 230 V-os igénybevétel esetén a piros kábelt

kell alkalmazni. ASI kódolás-technika Az ASI rendszerben az információ sorosan közlekedik, egy időben csak egy irányban (félduplex), vagy master-től slave felé, vagy fordított irányban. Az adatbiteket Manchester-kódban kezeli a rendszer. A 0 bitet a bitidő közepén kialakított lefutóé, az 1 bitet a bitidő közepénél felfutó él reprezentálja A megoldás előnye, hogy minden egyes bit átvitelvitelekor egy jelszintváltás van, így az egymás utáni azonos bitek felismerhetők Az információadó az 1-es jelszintnél jelentős áramot vesz fel a tápegységből, a 0 szintnél kikapcsol Az ASI rendszer jel-kábelvégeit nem kell speciális lezáró-elemekkel lezárni, a hierarchiától függően a rendszerben nagyszámú szabad kábelvég is lehet. A hibamentes, zavar-érzéketlen működése alapfeltételes a teljes szimmetria. A vezetékbe becsatolódó zavarok a szimmetria miatt azonos fázisú zavarként jelentkeznek, így nem befolyásolják a működést.

ASI üzenetformátuma és kommunikációja A master minden ciklusban, sorban megszólítja a rendszerben szereplő valamennyi slaveegységet, és fogadja azok válaszát. Ha egy adatfelhívás válasz nélkül marad, a master megismétli a felhívást Ha másodszorra sem érkezik válasz, a master továbblép a ciklusban, de megjegyzi azt Még további két ciklusban próbálkozik a master, tehát összesen hatszor Ha ezek után sem válaszol, a slave adatait a master törli a táblázatból. 150 s ST SB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 PB EB ST I3 I2 I1 I0 PB EB szünet Masterhívás Slave válasz Válaszidő ST: START-bit SB: vezérlő-bit PB: paritásbit EB: STOP bit Ai: cím Ii: információ ASI üzenetformátum Ha hibás információ érkezik, a vevő a hibát felismeri, és nem használja fel az információt. Ilyen esetben az adatátvitel ismétlése kérhető. Az ASI kommunikáció az üzembe-helyezési fázissal indul, ami a master bekapcsolásakor automatikusan

megkezdődik. A master az összes lehetséges ASI-címet sorban lekérdezi, és vá- laszra vár. Ha a megcímzett slave nem válaszol, paramétereit a master egy belső táblázatba helyezi. bitsorozat MASTER kérés bitsorozat MASTER várakozás SLAVE várakozás SLAVE kérés MASTER kérés idő ASI-kommunikáció időzítése ASI kábele és tápegysége A rendszer csatlakozói csak az ASI speciális profilú kábelét tudja fogadni. Az elektromos csatlakozást a különleges érintkezők adják. Az ASI kábel jellemzői: - nem árnyékolt - gyors csatlakoztatás - aszimmetrikus profil - keresztmetszet: 2 x 1.5 mm2 - sárga kábel: adatátvitel - fekete kábel: 24 V-os tápfeszültség - piros kábel: 230 V-os kiegészítő tápfeszültség 10 mm - + 4 mm világoskék érszigetelés barna érszigetelés Sárga vagy fekete szigetelés ASI-kábel Az ASI rendszer elemei - ASI-master: végzi a kommunikációt a slave-ek és a master között - ASI tápegység: a

buszfeszültséget állítja elő és a slave-ek adat-leválasztásáról gondoskodik - bemeneti-kimeneti egységek Az ASI rendszer ún. egymaster-es rendszer A master az összes csatlakoztatott slaveelemet képes 5 ms alatt lekérdezni A master felügyeli az ASI-kábelen a feszültségeket és az átvitt adatokat. Normál üzem közben megengedett egy slave eltávolítása vagy cseréje, új slaveegységek beiktatása A változtatásokat a master automatikusan követi, és megfelelően működik Lehetséges master-kialakítások - PLC kiegészítő egységeként kialakított master - buszrendszerhez illesztőegységként kialakított master - PC-be helyezhető master kártya - RS 232C vonalhoz illesztőegységként kialakított master Az ASI rendszer építési változatai Az alapértelmezésben minden slave párhuzamosan rákapcsolódik két csatlakozójával az ASI-kábel két erére. A leggyakoribb topológiák a csillag, vonal és fa Minden ASI résztvevő +

pontja galvanikusan össze van kötve egymással, hasonlóképpen az összes résztvevő – pontja is. A master, a tápegység és a slave-elemek a kábelrendszer bármely pontján csatlakoztathatók Az ASI kábel összes hossza nem haladhatja meg a 100 m-t Kiterjedtebb rendszer esetén ismétlőegységeket kell beiktatni az ASI rendszerbe. TÁP MASTER MASTER TÁP Vonal-struktúra Csillag-struktúra TÁP MASTER ASI slave Fa-struktúra Az ismétlő képes ASI kábelrendszereket is összekapcsolni. Logikai értelemben az összekapcsolt kábelrendszerek egyetlen ASI rendszerként működnek, áramkörileg galvanikusan függetlenek egymástól Egy ASI rendszerben több ismétlő is lehet, de a master és bármely slave között legfeljebb csak 2 ismétlő szerepelhet, és a rendszer összhossza nem lehet 300 m-től több. Az ASI busz leginkább a szerelésautomatizálás és a mechatornika terén terjedt el. A Siemens háromszintű informatikai rendszerének alsó szintjén

ASI-buszt használnak CAN-busz A CAN a Bosch és Intel cég együttműködésével jött létre. Az alábbiak voltak a célkitűzések: - az adatátviteli sebesség 5 Kbps 1 Mbps legyen - a rendszer legyen üzembiztos és hibamentes - a rendszer könnyen felépíthető és kezelhető legyen - a buszkiépítés, az állomások csatlakoztatása egyszerű legyen CAN busz adatai Buszhozzáférési eljárás CSMA/CA Adatátviteli sebesség 5 Kbps 1 Mbps Topológia busz Telegramszerkezet ősszesítő-keret Résztvevők száma 30 Átviteli mód NRZ Átviteli közeg árnyékolt vagy árnyékolatlan sodrott érpár Átviteli hibavédelem CRC A CAN üzenetorientáltan működik, tehát az előállító/felhasználó típusú buszok csoportjába tartozik. Ha egy résztvevő adatot akar küldeni, összeállítja és azonosítóval látja el a telegramot A busz minden résztvevője az azonosító alapján el tudja dönteni, hogy akarja-e venni az üzenetet, vagy nem. Az

azonosító révén tartalom szerinti címzéssel jutnak el a megfelelő vevőhöz az üzenetek. Az információ kódolása NRZ típusú, mely előnye, hogy egy bit átviteléhez egy bitidő szükséges, viszont a bit-szinkronizáció nehézkes. A CAN különösen eseményvezérelt alkalmazásokban hasznos A CAN 2.0B üzenetkeretei - normál - kibővített - kéréses - hibaüzenet - túlterheltség A CAN üzenetkeretek mezőinek funkciói - START bit: szerepe a CAN résztvevők saját órajelének szinkronizálása, az üzenetek indítása. A busz alapesetben magas (1) szinten van, és ha valamely résztvevő megkívánja kezdeni az adást, akkor a vonalat alacsony (0) szintre állítja. Ennek eredményeként a többi vevő a saját órajelét az éppen adó egységhez szinkronizálja. Ahány jelátmenet van, annyiszor történik meg a vevők órajelének szinkronizálása. - ARBITRATION bitmező: CAN rendszerben a buszhasználat jogosultságának eldöntésére és az adatok

azonosítására szolgál. Az üzenetek prioritási sorrendjét a rendszertervezőnek kell meghatároznia Egy újabb állomás rendszerbe iktatásával a prioritási sorrendet is át kell programozni - CONTROL bitmező: ez tartalmazza a rendszerkódot valamint azt az összegkódot, amelyet az üzenetben soron következő adatmezőben található bájtok képeznek. - DATA bitmező: bájtokban összefogott adatbitek találhatók benne - CRC bitmező: a ciklikus redundancia vizsgálatához szükséges kódot tartalmazza - EOF: a CAN rendszerbeli üzenet keretformátuma ezzel a mezővel záródik. Erről ismeri fel a vevő, hogy az üzenet véget ért. CAN üzenetek ERROR üzenet A hibaüzenet az egész rendszer működésére hat. Ha egy vevő felismeri a továbbított adat hibás voltát, akkor hibaüzenetet ad. Amennyiben több vevő is egyetért a hibajelzéssel, akkor beültetnek még egy hibajelzést az üzenetbe A hibajelzés megjelenésekor az üzenetet minden vevő

automatikusan elveti, azaz érvénytelenként kezeli. OVERLOAD üzenet Két bitmezőből áll: túlterheltség-jelző és üzenet vége bitsorozatból. Ha valamelyik vevő még időt kér a korábban kapott üzenetek feldolgozására, akkor a túlterheltség-jelző a következő üzenet buszra helyezését gátolja meg. Milyen hibákat ismer fel a CAN rendszer - bithiba bitbeültetési hiba CRC-hiba ACK-hiba Formai hiba Működési kritériumok A CAN szabványnak kétféle változata terjedt el: - kis sebességű: 5 125 Kbps - nagy sebességű: 0.5 1 Mbps A CAN integrált áramkörök lehetnek - controller-ek: műveleteket végez a beérkező és kiküldött adatokon - transciever-ek: a controller adatait alakítja a buszhoz és viszont RB-s TEREK HÁLÓZATAI A robbanásveszélyes (RB) környezetben a villamos berendezések csak különleges védettség mellett üzemeltethetők. Az RB-s terek speciális eszközöket igényelnek A megfelelő robbanás elleni

védelmet gyújtószikra-mentes védelemmel oldják meg. A villamos áramkör akkor gyújtószikra-mentes, ha a környezetében lévő robbanásképes elegy gyújtását sem normál sem üzemzavari állapotban az áramkörből származó kisüléssel, vagy az áramkör eleminek melegedésével előidézni nem lehet. A leggyakrabban a Zener-gátas védelmet használják, mely biztosítja, hogy az áramkörben az energiaszint üzemszerűen mindig a gyújtószikra-mentes határ alatt maradjon. Javítható a védelem a tápegység galvanikus leválasztásával. A hálózaton megengedett teljesítmény függ a terepi eszközöktől és a kábelezéstől. A energiakorlát miatt egy-egy busz-szegmensre 4 8 résztvevő csatlakozhat. Emiatt a redundáns rendszer kialakítása nehézkes Kifejlesztettek a robbanástérben alkalmazható Remote I/O egységeket, amelyek RB-s buszra csatlakoznak és RB-s térben működnek. Így maximálisan 128 eszköz csatlakoztatható RB-s terek esetén használt

buszok: PROFIBUS PA, FF, speciális terepi buszok. Az FF H1 a gyújtószikra-mentességet is támogatja. RB-s területen alkalmazható s Sensoplex rendszer is Áramellátásra és kommunikációra koaxiális kábel szolgál