Méréselmélet és mérőrendszerek 2 . E L ŐA DÁ S ( 3 . R ÉS Z) K ÉS ZÍ TET TE: DR . F Ü V ES I V I K TOR 2 0 1 6. 1 1 .
Mai témáink o AD átalakítók o Buszrendszerek o ISO-OSI modell o Modbus o HART
o Terepi buszok o Szenzor buszok
2
AD átalakítók Számláló típusú
Ube – analóg bemenet
Ube
feszültség
komparátor UDA
0111
D/A átalakító D0…Dn digitális kimenet Számláló és regiszterek
Start
UDA
vezérlő logika
órajel
Jellemzők: o egyszerű, o olcsó, o lassú, o S/H erősítőt igényel, o pontatlan, o már kevés helyen használják, o komparátorral szembeni magas igény
idő
3
AD átalakítók Sorozatos közelítésű (Szukcesszív approximációs) Ube - analóg bemenet
Ukomp komparátor
Jellemzők: o gyors, o S/H erősítőt igényel, o pontos, o sokbites, o komparátorral szembeni igény
UDA
D/A átalakító D0…Dn digitális kimenet
Sorozatos közelítésű regiszter SAR
vezérlő logika
órajel
Start
4
AD átalakítók Szukcesszív approximációs konverter működése
lépés
D/A input
UDA
Ukomp
0 (törlés)
00000000
0,00
false (0)
-
1
01111111
4,96
false (0)
b7=1
2
10111111
7,46
true (1)
b6=0
3
10011111
6,21
false (0)
b5=1
n = 8 bit
4
10101111
6,84
true (1)
b4=0
A/D kimenet: 10101011
5
10100111
6,52
false (0)
b3=1
6
10101011
6,68
true (1)
b2=0
7
10101001
6,60
false (0)
b1=1
8
10101010
6,64
false (0)
b0=1
Ube = 6,8 V Ur = 10,0 V
bit érték
5
AD átalakítók 10
Szukcesszív approximációs konverter működése
feszültség (V)
9 8 7 Ube=6,8 V 6 U DA
5 4 3 2 1 0
törl. 1. 0
1
2. 2
3.
4.
3
4
5.
6. 5
7. 6
8. kész 7
8
9
10 6
AD átalakítók Kettős meredekségű átalakító
-U
jel integrálás
Start C
referencia integrálás
komparátor vezérlő logika
Ube
órajel
Uref
Reset + Uref
Status
Ube
Jellemzők: o lassú, o jó a soros zajelnyomás, o a konverziós idő és hálózati frekvencia viszonya
o pontos
számláló
integrátor
D0…Dn digitális kimenet
0
U 0
tbe tref
tbe t ref
tbe
Be
d
t
U
tbe
ref
d 0 U be U ref
t ref tbe
uref nbe 7
nref
AD átalakítók Párhuzamos (flash) típusú 3 bites A/D Gray kódú kimenettel
Ube Uref
3R
2R 2R 2R
2R 2R
13/16 11/16 9/16 7/16
&
&
1. Bit (MSB)
&
&
2. Bit
&
3. Bit (LSB)
5/16
Jellemzők: o nagyon gyors, o drága, o sok alkatrészt igénylő, o alkalmazás: o képfeldolgozás, o radar, o TV, o űripar.
3/16
& 2R
1/16
&
R
8
AD átalakítók Kiválasztási szempontok o Analóg bemenet unipoláris, bipoláris
o Referencia fix, szabályozható, változó (aránymérés)
o Felbontás bitszám
o Tápegység disszipáció, érzékenység
o Felbontás, linearitási hiba, stabilitás 1%; 0.5%; 0.2%; 0.1%
o Bemeneti jel zajos, szűrt, gyorsan változó, lassan változó
o Konverziós idő lassú, gyors, nagysebességű, flash
o Digitális interfész párhuzamos, soros, CMOS, TTL, három állapotú
9
Buszrendszerek Integrált nyitott rendszer felépítése (IOS) Üzleti tervezés
Szimuláció Folyamat tervezés CAD/CAM Dokumentáció
Pénzügyi terv Emberi erőforrás Eladás tervezés
Információs sztráda
Mérnöki irányítás
DCS PLC PC Hajtások
Folyamatirányítás
Termék menedzselés Termék terítés Minőség ellenőrzés Folyamat optimálás Felügyelet
10
Buszrendszerek Hierarchikus buszrendszer Busz: Az a jelátviteli rendszer, amelyik szabványos mechanikai és elektromos jellemzőkkel (vezetéktípusa, csatlakozók, stb.) és vezérelt adatátvitellel (protokoll) rendelkezik.
Vállalati információs rendszer
Vállalatirányítási rendszer buszok
SCADA, DCS buszok
Felügyeleti rendszer Mit szállítanak a buszok:
o o o
adatokat, vezérlési információkat, programokat
Átfedések Közvetlen digitális vezérlő rendszer
Technológiai kapcsolat: távadók, beavatkozók, kétállapotú elemek
PLC buszok
Terepi buszok
11
Buszrendszerek tulajdonságai Csatlakozó elemek: o Számítógép - számítógép o Számítógép és intelligens eszköz o Eszközök eszközökkel Távolság: o Helyi o Távoli Átvitel: o Párhuzamos o Soros
Szinkronizációs mód: o Aszinkron o Szinkron
Átvitt adat mennyiség: o Karakterenként o Csomagokban
Adatátviteli sebesség o bps, kbps, Mbps, Gbps o 75; 110; 150; 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600; 19200 bps; o 31.25 kbps; 1 Mbps; 10 Mbps; 100 Mbps; 1 Gbps
Vezérelt adatátvitel – Protokoll o Nem válaszjeles o Válaszjeles o Determinisztikus o Nem determinisztikus
Átviteli mód o Szimplex SX (pl.: rádió) o Half duplex HDX (pl.: walkie-talkie) o Full duplex FDX (pl.: mobiltelefon)
12
Buszrendszerek felépítése ISO-OSI hétréteges modell Interfész o kapcsolat a különböző modulok között ugyanabban az egységben Protokollok o kapcsolat a különböző egységek között (ugyanabban a modulban)
7
Alkalmazói
6
Megjelenítési
5
Viszony
4
Átviteli
3
Hálózati
2
Adatkapcsolati
1
Fizikai
Alkalmazói réteg
Adatátviteli réteg
13
ISO-OSI modell 1 - Fizikai réteg o Definiálja a fizikai közeg részére a villamos és mechanikai jellemzőket o Beállításokat definiál o Csatlakoztatást, leválasztást ad meg a fizikai rétegen o Kommunikációs vonalakat definiál Szabványok o X.25, Ethernet; RS-232; RS-422; RS-423; RS-485; V.24/V28
2 - Adatkapcsolati réteg o Biztosítja a hibamentes kapcsolatot a fizikai réteghez, üzenetkeretet ad, hibát detektál és javít o A megfelelő csatorna hozzáférést és használatot menedzseli o Biztosítja az átvitt adat megfelelő sorrendjét Szabványok o ISO-HDLC; IBM-SDLC
14
ISO-OSI modell 3 - Hálózati réteg o Címek és útvonalak megadása o Kommunikációs utak beállítása o Átvitel ellenőrzés Szabványok o Telnet, Arpanet
4 - Átviteli réteg o A kommunikációs végpontok közötti vezérlésről gondoskodik o A biztonságos adatcserét kezeli Szabványok o DEC-DNA; IBM-SNA
5 - Viszonyréteg o Az eszköz és rendszer független átvitelét biztosítja o Interfész (logikai átvitel biztosítása)
6 - Megjelenítési réteg o Biztosítja a kódolt adat átvitelét a kommunikációs csatornán keresztül a felhasználó számára
FTP
7 - Alkalmazói réteg o Biztosítja a felhasználói szolgáltatást, a fájl átvitelt, a fájlok távoli elérését, a DBMS-t 15
Vezérelt adatátvitel HDLC - High-level Data Link Control protokoll
Bitek és keretformátum:
01111110
Cím
Start: 7Eh
8 bit
Vezérlés
Adat
CRC
n bit
01111110 Stop:7Eh
Cyclical redundancy check: Ellenörző kód 8 bit: sorszám, nyugtázás
16
Tipikus ipari protokoll MODICON cég vezette be 1979-ben, mint ipari hálózati protokollt.
M O D B U S
Master Slave Protokoll
host gép, PLC, DCS, egyéb több PLC, számítógép, távadó, szelepvezérlő, stb. (max. 247) kérés válasz jellegű
Üzenetváltás
Master egység
elem címe
elem címe
funkció kód
funkció kód
n x adatbájt
n x adatbájt
hiba ellenőrzés
hiba ellenőrzés
Slave egység
17
MODBUS jellemzői HW felület o RS-232, RS-422, RS-423, RS-485 Adatátviteli sebesség o 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 bps Átviteli forma o ASCII (American Standard Code for Information Interchange ~ szabványos amerikai kód az információcserére) 8 bites o RTU (Remote Terminal Unit ~ Távoli terminál egység) 7 bites Átviteli közeg o Rézvezető, rádiós kommunikáció, mikrohullám, stb.
18
MODBUS adat továbbítása Protokoll - RTU
Protokoll - ASCII Longitudinal redundancy check
Start
Cím
Funkció Adat
LRC
CRLF
Start
Cím
Funkció Adat
CRC
Lezáró karakterek
T1-T2-T3-T4: csend 16 bit: ellenőrző kód
2 bájt (LRC Lo és LRC Hi)
n x 8 bit: adat
n x adat (7. v. 8. bit)
8 bit: utasítások
4-5. bájt: írás, olvasás, stb. utasítások 2-3. bájt: az aktuális eszköz címe 1. bájt: „:” – mindig 3Eh
Vége
8 bit: az eszköz címe T1-T2-T3-T4: csend
19
Ipari kommunikáció 4-20 mA analóg jeltovábbítás o Áramhurok o 1 adó, 1 vevő o ~ 1000 m o Szabályozás a műszerszobából
RS-232 digitális jelátvitel o Gond a földvezetékkel o 1 adó, 1 vevő o ~ 15 m, 38,4 kbps
RS-422 digitális jelátvitel o Differenciális o 1 adó, 10 vevő o ~ 1200 m, 90 kbps
RS-485 digitális jelátvitel o Differenciális o 32 adó, 32 vevő o ~ 1200 m, 90-500 kbps 20
RS-232 EIA RS-232C Single Ended Data Transmission (bevezetve 1962-ben) Terminál eszköz és adat kommunikációs eszköz soros bináris adattovábbítást megvalósító kommunikációja Tx
~ ~
Adat be
Rx
Adat ki
~ ~
Kiegyenlítetlen kapcsolás: Kimeneti feszültségszint: Vevő oldal: Adatátviteli sebesség: Kábelhossz:
egyvezetékes nincs jel = +5…+15 V; van jel= -5…-15 V nincs jel 3 V; van jel -3 V max. 20 kbps max. 20m
Egy adó és egy vevő!
21
RS-232 jellemzői +15 V
MSB LSB 0 1000001 0 1 1
+3 V -3 V
-15 V
Start
Adat
Paritás
Stop (1 vagy 2)
Jellemzők: o Nagy a használt feszültségszint (sebességi gondok az illesztéssel) o Az egyvezetékes csatlakoztatás miatt földelési gondok o Multidroppos illesztést nem definiál a szabvány o Különböző a bekötés DTE és DCE illesztésnél o A kézfogásos üzemmódhoz sok vezeték szükséges o A csatlakozó „lábak” bekötését definiálja a szabvány, de az összeköttetésnél lehetnek „gondok”. 22
Protokoll o Adatbit szám: 4, 5, 7, 8 o Paritásbit: Páros,páratlan o Stopbitek száma: 1, 1.5, 2 o Adatátviteli sebesség: 110 , 9600 , 19200, 38400, 57600, 115200 bit/s
Indeterminate region
RS-232 jellemzői
23
RS-232 csatlakozó kiosztása (DB9S) 1
DCD
Data Carrier Detect
DSR
Data Set Ready
RD (Rx)
Receive Data line
RTS
Request To Send
TD (Tx)
Transmit Data line
CTS
Clear To Send
DTR
Data Terminal Ready
6
2 7 3 8 4
9 5
RI GND
Ring Indicator GrouND
24
RS-422 EIA RS-422 Differential Data Transmission Kiegyenlített digitális illesztő áramkör elektromos karakterisztikája
~~
Adat be
Tx
Rx
Adat ki
~~ Jellemzők o Kétvezetékes kiegyenlített áramkör o Kimeneti feszültségszint: - 7 V … +7 V o Vevő oldal: -200 mV … +200 mV o Adatátviteli sebesség: 100 kbs … 10 Mbps o Kábelhossz: max. 1200 m
Egy adó és 10 vevő! Lezáró ellenállás!
25
RS-485 EIA RS-485 Bidirectional Balanced Data Transmission Kétirányú, kiegyenlített digitális illesztő áramkör elektromos karakterisztikája n. szolga
Mester
~~
Adat be
Tx
Adat be
Rx
Adat ki
~~
Tx
1. szolga Adat ki
Rx
Jellemző o Kétirányú, kiegyenlített áramkör o Kimeneti feszültségszint: - 7 V … +7 V o Vevő oldal: -200 mV … +200 mV o Adatátviteli sebesség: 10 Mbps o Kábelhossz: max. 1200 m
1 adó és 32 vevő
26
RS-422/RS-485 – DB9S csatlakozó 1
Tx+
6
RTS+ 2 Tx7 RTS3
8 4 9
Rx+
Tx:
Transmit Data Line
Rx: Receive Data Line RTS: Request to Send CTS: Clear to Send GND:Ground
CTS+ RxCTS+
5 GND
RS-485 topológia: o Csillag o Busz
27
Kommunikációk összehasonlítása Jellemzők
RS-232
RS-422
RS-485
Működési mód
Single-ended
differential
differential
Adók és vevők száma egy vonalon
1 adó 1 vevő
1 adó 10 vevő
32 adó 32 vevő
Kábelhossz max. [m]
16
1200
1200
Adatátviteli sebesség max. (12 – 1200 m RS422/RS485)
20kb/s
10Mb/s-100Kb/s
10Mb/s-100Kb/s
Adó kimeneti feszültség max.
+/-25V
-0.25V … +6V
-7V … +12V
Adó kimeneti jelszint (terhelt)
+/-5V … +/-15V
+/-2.0V
+/-1.5V
Adó kimeneti jelszint (terheletlen)
+/-25V
+/-6V
+/-6V
Adó impedancia (Ohms)
3k-7k
100
54
Adó kimeneti áram (Z állapotban) Power On
N/A
N/A
+/-100uA
Adó kimeneti áram (Z állapotban) Power Off
+/-6mA @ +/-2V
+/-100uA
+/-100uA
Slew Rate (Max.)
30V/uS
N/A
N/A
Vevő bemeneti feszültség tartomány
+/-15V
-10V … +10V
-7V…+12V
Vevő bemeneti érzékenység
+/-3V
+/-200mV
+/-200mV
Vevő bemeneti ellenállás (Ohms), (1 terhelés RS485 esetén)
3k … 7k
4k min.
>=12k 28
Vegyes rendszerek Intelligens hibrid rendszerek o fejlesztés: ötvözni az analóg és digitális technikát, o a gyártók azonnal léptek, o gyártófüggetlen alkalmazások.
Digitális jel
Digitális jel
Szabályozó 4-20 mA
Szabályozó 4-20 mA
4-20 mA
HART rendszer
4-20 mA
Műszerszoba 4-20 mA + digitális
Távadó
Beavatkozó
4-20 mA + digitális
Távadó
Technológia
Beavatkozó
29
Analóg és digitális kommunikáció Highway Addressable Remote Transducer (HART) – Buszon címezhető terepi távadó
Master-Slave kommunikáció (kivéve a burst kommunikáció) két Master lehet (egy vezérlő és egy kommunikátor), (burst: a Master …tól – ig időtartamig engedélyezi az eszközt az adatküldésre)
4-20 mA + digitális jel
vezérlő
30
HART - Analóg és digitális kommunikáció
Jel frekvencia: o Bell 202 típusú frekvencia moduláció (standard frequency shift key – FSK) o logikai 1 – 1200 Hz, o logikai 0 – 2200 Hz
31
HART - Több távadó egy vezetékpáron Csatlakoztatható elemek száma: 15 Multidrop kommunikáció: mindegyik távadó megkapja az üzenetet
Vezérlő
Kétvezetékes távadó
Aktív és passzív távadók egy rendszerben + 24 V
+ 24 V
+ Távadó passzív -
Távadó
TE
+ Távadó passzív -
Rt = 230…1100 TE
Rt
0V
Távadó aktív
Távadó aktív
0V
32
HART – Adat és protokoll formátum Adat
0
D0
D1
Start bit
Protokoll
D2
D3
D4
D5
D6
D7
STRT
ADDR
COMM
1
paritás Stop bit páratlan
8 adat bit (először az LSB) Preamble
P
BCNT
(STATUS)
(DATA)
CKSM Ellenőrző összeg
Adat - max. 25 bájt (ha van) Elem és kommunikáció állapot – 2 bájt (csak az elemtől a controller irányban, válaszkor) Bájt számláló (ezt követő bájtok száma, kivéve CKSM)
Utasítás Cím (forrás és cél) – 1 bájt (rövid keret); 2 bájt (hosszú keret) Indító (Start) karakter (M-S: 02 v 82; S-M: 06 v 86; BM: 01 v 81 Bevezető karakter 3 vagy több hexadecimális FF (a vevő modem szinkronizálásához)
33
HART – Utasítások Minden parancsnak rendelkezik egy bájtos azonosítóval (max. 256 parancs) Bővítés miatt még egy bájt rendelkezésre áll, 254 utasítással, azaz max. 510 utasítás lehetséges
3 csoport: o Univerzális utasítások o Általános utasítások o Eszköz specifikus utasítások
Univerzális utasítások (minden eszköznek értenie kell) Utasítások számozása: 0, 1, 2, 3, 6, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 33, stb. 0 – Gyártmány jellemzők: 0. bájt „254” kiterjesztés 1. bájt gyártó kódja (HART alapítvány adja) 2. bájt gyártmánykód (gyártó adja) 3. bájt bevezető karakterek száma 4. bájt univerzális utasítás revízió 5. bájt eszköz specifikus utasítás revízió 6. bájt szoftver verzió 7. bájt hardver verzió 8. bájt eszköz állapot (8 bit) 9-11. bájt eszköz egyedi szám (ID-2 byte)
34
HART – Utasítások 1 – „elsődleges változó” (PV) beolvasása: 0. bájt PV paraméter kód (bar) 1-4. bájt PV (primary variable) értéke
2 – mért érték és százalékos érték beolvasása: 0-3. bájt mért érték mA-ben 4-7. bájt mért érték a tartomány %-ban 3 – A mért érték és négy előre definiált dinamikus változó beolvasása: 0-3. bájt mért érték mA-ben 4. bájt PV paraméter kód (bar) 5-8. bájt PV mért érték valós adata 9. bájt második változó (SV) paraméter kód (m3/h) 10-13. bájt második változó mért értékének valós adata 14. bájt harmadik változó (TV) paraméter kód (°C) 15-18. bájt harmadik változó mért értékének valós adata 19. bájt negyedik változó (FV) paraméter kód (°C) 20-23. bájt negyedik változó (FV) mért értékének valós adata
35
HART – Utasítások Általános utasítások 13 – eszköz technológiai jele – tervjel (tagname), dátum (pl. utolsó kalibrálás dátuma), leírás 15 – Kimeneti adatok beolvasása – alarmok (alsó és felső), írásvédelem, stb.
Eszköz specifikus utasítások 14 – eszköz érzékelőjének adatai: sorozatszám, alsó felső határérték, erősítés)
Device Descriptor – eszközleíró
Revíziószám
Az eszközleíróval kapcsolatos problémák
Egyéb rendelkezésre álló utasítások még: EEPROM adatainak másolása, nulla és végérték beállítása, stb. 109 – burst üzemmód beállítása (0 – ki, 1 – be)
36
Terepi buszrendszerek
FF H1
Profibus PA
IEC/SP50
HART
WorldFIP
Ethernet SDS
DeviceNet
CAN
ControlNet
Profibus DP AS i
Interbus S Sensoplex
o o o
ARCNET CAN Controller Area Network ISO 11898 HART High Addressable Remote Transducer MODBUS MODicon BUS SDS Honeywell által fejlesztett Smart Distributed System LONWorks Bitbus Devices Net Allen-Bradley által fejlesztett (ma Rockwell Automation)
érzékelés
o o o o o
informatikai vezérlés szabályozás rendszerek
Automatizálás szintje
Felhasználási terület Diszkrét elemekhez kötődő rendszerek
Folyamatokhoz kötődő rendszerek
37
Profibus (DIN 19245/EN50170) Fejlesztő:
Német kormány a gyártókkal együttműködve
Formátum:
Profibus DP (M-S), Profibus FMS Multimaster/peer to peer, Profibus PA
Csatlakozás:
9 tűs D-Shell vagy 12 mm IP67 gyorscsatlakozó
Elemszám max.:
127
Távolság:
100 m ... 24 km (jelismétlővel és optikai jelátvitellel)
Átviteli sebesség: 9600 ... 12 Mbps Üzenet mérete:
max. 244 bájt/node/üzenet
Lekérdezés:
pollozás (DP és PA) és peer to peer (FMS)
Szervezet:
Profibus Trade Szervezet - www.profibus.com
Előnyök: • Elterjedt • Európában nagyon népszerű és É. Amerikában is • DP, FMS és PA együttesen komplex rendszert alkot
Hátrányok: • Nagy az üzenet fejrésze • Nem közös buszon megy a kommunikációs és a tápfeszültség • Siemens központúság
CANopen Fejlesztő:
CAN in Automation, 1993
Formátum:
CAN (Control Area Network) alapú technológia
Csatlakozás: „Mini” 18 mm and „Micro” 12 mm gyorscsatlakozó és 9 tűs D-Shell Elemszám max.: Távolság:
64
100 m ... 500 m
Átviteli sebesség: 125, 250, 500 és 1000 kbps Üzenet mérete:
8 bájt/node/üzenet
Lekérdezés: pollozás, mintavételes, ciklikus, állapot megváltozása Szervezet:
CAN In Automation - www.can-cia.de
Előnyök: • Nagy megbízhatóság • Tápfeszültség együtt megy a kommunikációval • Hatékony hálózat kihasználás
Hátrányok: • Európában korlátozott használat • Bonyolult protokoll • Korlátozott üzenet méret
Device Net Fejlesztő:
Allen Bradley, 1994
Formátum:
CAN technológiai alapokon
Csatlakozás: „Mini” 18 mm és „Micro” 12 mm gyorscsatlakozó és 5 tűs Phoenix csatlakozó Elemszám max.:
Távolság:
64
100 m ... 500 m
Átviteli sebesség: 125, 250 … 500 kbps Üzenet mérete:
maximum 8 bájt/node/üzenet
Lekérdezés: pollozás, mintavételes, ciklikus, állapot megváltozása
Szervezet:
Open Device Net Vendor Association (ODVA) - www.odva.org
Előnyök: • Olcsó • Széles körben elterjedt • Tápfeszültség és kommunikáció együtt
Hátrányok: • Korlátozott sávszélesség • Korlátozott az üzenet mérete • Korlátozott az üzenethossz
Interbus Fejlesztő:
Phoenix Contact, 1984
Formátum:
Nagy sebességű léptetőregiszteres topológia
Csatlakozás: 9 tűs D-Shell és 23 mm kerek DIN Elemszám max.: Távolság:
256
400 m/segment, 12.8 km teljes
Átviteli sebesség: 500 kbps (2 Mbps is rendelkezésre áll) Üzenet mérete:
8 bájt/node/üzenet
Lekérdezés: I/O lekérdezés és PCP csatorna az adatátvitelhez
Szervezet:
Interbus Club - www.interbusclub.com
Előnyök: • Széles diagnosztikai képesség • Kis fejléc • Gyors válaszidő és hatékony buszkihasználás • Tápfeszültség és kommunikáció együtt
Hátrányok: • A buszon bármilyen meghibásodás tönkreteszi az egész láncon lévő kommunikációt • A nagy mennyiségű adatátvitel korlátozott
ControlNet Fejlesztő:
Allan-Bradley, 1995
Formátum:
RG6/U kábel (TV kábel) és Rockwell ASIC chip
Csatlakozás: két redundáns BNC Elemszám max.: Távolság:
99
250 ... 5000 m (jelismétlővel)
Átviteli sebesség: 5 Mbps Üzenet mérete:
0-510 bájt
Üzenet formája:
multimaster, peer to peer, fregmentált, előre meghatározott ütem
szerinti
lekérdezés (determinisztikus)
Szervezet:
ControlNet International - www.controlnet.org
Előnyök: • Determinisztikus • Ismételhető • Hatékony hálózatkihasználás
Hátrányok: • Limited multi-vendor support • Drága a Rockwell ASIC
Foundation Fieldbus - ISA SP50/IEC 61158 Fejlesztő:
ISA, 1998
Formátum:
H1-Ex környezetben, 31.25 kbps, HSE-High Speed Ethernet, 100 Mbps
Elemszám max.: Távolság:
240 szegmensenként, 65,000 lehetséges szegmensszám
1900 m H1 számára
Átviteli sebesség: 31.25 kbps és 100 Mbps Üzenet mérete:
128 oktet
Üzenet formája:
kliens/szerver, kiadói/előfizetői, esemény vezérelt
Szervezet:
Fieldbus Foundation - www.fieldbus.org
Előnyök: • Flexibilis • Nagyon jól kimunkált protokoll • Ex környezetben is működik • Jó integrálhatóság
Hátrányok: • Folyamatirányítás központú • Lassan zajlik a szabványosítás • A kompatíbilis eszközök korlátozottan állnak rendelkezésre
Ipari Ethernet Fejlesztő:
DEC, Intel és Xerox, 1976
Formátum:
10 Base 2, 10 Base T, 100 Base T, 1 Gigabit
Csatlakozás: RJ45 vagy koaxiális Elemszám max.: Távolság:
1024, bővíthető útválasztókkal
100m (10 Base T) to 50 km (monomódusú, üvegszállal)
Átviteli sebesség: 10 Mbps ... 100 Mbps Üzenet mérete:
46 ... 1500 bájt
Üzenet formája:
peer to peer
Szervezet:
Industrial Ethernet Association - www.IndustrialEthernet.com
Előnyök: • Széles körben elterjedt • Általános szabvány • Rengeteg rendszert installáltak • Sok szakértő áll rendelkezésre a világon
Hátrányok: • Nagy az üzenetfej • Nincs együtt a tápfeszültséggel a kommunikáció • EMI/RFI jellemzők
Mi van a terepi buszrendszer alatt? Általános jellemzők
Jó integrálhatóság Protokoll kompatíbilis főállomások Buszrendszerű felépítés (rendszerint MS kapcsolat) Csatlakozó pontok száma rögzített Adat és táplálás ugyanazon a vezetéken Adatátviteli sebesség
Tipikus szenzor buszok Interbus S Device Net SDS Seriplex Sensoplex AS-Interface (ASi)
Fejlesztő:
AS-I Konzorcium, 1993
Csatlakozás: Lapos sárga kábellel (speciálisan ASI-ra), 2 pólusú csatlakozó vagy 12 mm gyorscsatlakozó
Elemszám max.: Távolság:
Lapos kábel
31 slaves, 1 master
100 m ... 300 m (jelismétlővel)
Adat
Átviteli sebesség: 167 kbps Lekérdezés: 8 bit (4 bemenet, 4 kimenet)/node/üzenet
Üzenet formája: Szervezet:
Mintavételes
AS-I Trade Szervezet - www.as-interface.com
Előnyök: • Különlegesen egyszerű • Olcsó • Nagysebességű • Tápfeszültség a buszon • Nagyon jó csatlakozás az I/O elemekhez
Hátrányok: • Korlátozott hálózati méret • Szegényes analóg I/O csatlakozás
Fejlesztő:
Hans Turck Gmbh, 1987
Csatlakozás: Koaxiális csatlakozó Elemszám max.: Távolság:
64
1000 m (jelismétlővel)
Átviteli sebesség: 187.5 kbps Üzenet mérete:
16 kétirányú
Üzenet formátuma: Master-slave Internet cím:
Jellemzők
gyújtószikramentes övezetben alkalmazható, egyszerű protokollal rendelkezik, érzékelők és határérték kapcsolók összeköttetésére készült, teljesen moduláris rendszer, kábelezés koaxiális kábellel, tesztelés üzem közben is biztosított.
www.turck.com
Előnyök: • Egészen egyszerű felépítés • Olcsó • Főállomáson keresztül jó csatlakozás a különböző protokollokhoz • Gyújtószikramentes kialakítás: Sensoplex 2 Ex
Hátrányok: • Gyári szabvány • Csak digitális I/O rendszerekhez
Egyéb buszok - IIC IIC = I2C = I2C
o IIC = Inter Integrated Circuit o IC-k közötti busz o Philips fejlesztette ki o 2 vezeték: o SDA: Serial Data o SCL: Serial Clock o Sebesség: 100-400 kb/s o Félduplex (felváltva adás-vétel)
EEPROM
Atmega169 Fram
SDA
2
SCL
A/D
I C-busz PIC
48
IIC protokoll o Alaphelyzet: SDA és SCL ‘H’ állapotban vannak o Az eszközök tranzisztora ‘L’ szintre tudja húzni a vezetéket o Szerepek: o MST: Mester – kezdeményezi az átvitelt és órajelet generál o SLV: Slave – a mester által megcímzett egység
o
o o
Funkciók o TRX: Transmitter – Egység amelyik adatot küld a sinre o RCV: Receiver – Egység amelyik adatot fogad a buszról Egyszerre 1 MST vezérelheti a buszt Multi-master kialakítás lehetséges
Bájt átvitel
49
Példa eszköz IIC-vel o szolga cím: o 4 bit: típuscím
o 3 bit: hardvercím o 1 bit: i/o bit
LSB Memória cím
Adat bájt
STOP
MSB Memória cím
ACK
X
ACK
0
ACK
A szolga címe
ACK
START
Mester küldi
Szolga küldi
FRAM adott címre történő írása
50
SPI Serial Peripherial Interface o Motorola μP-nál vezették be o 4 vezetékes kommunikáció o Multimaster kialakítás lehetséges o Mester adja az órajelet o Duplex (adás és vétel történhet egyszerre) o Mhz-es adatátviteli sebesség o Shift regiszterek vannak két vonalon összekötve MISO: Master Input Slave Output MOSI: Master Output Slave Input
MISO MESTER
SZOLGA MOSI
Órajel generátor
SCK
SS
SCK: Slave Clock SS: Slave Select 51
USB Universal Serial Bus o Soros kommunikációs szabvány eszközök csatlakoztatáshoz számítógépekhez és más eszközökhöz o Szabványok o USB 1.0 (1994) o USB 1.1 (1998) – gyakorlatban elterjedt o USB 2.0 (2001) o USB 3.0 (2008) o USB 3.1 (2013)
52
USB előnyei Használatának előnyei ◦ Könnyen használható
◦ Egyetlen csatoló felület számos eszköz számára ◦ Automatikus konfiguráció ◦ Működés közben is csatlakoztatható ◦ Nem (mindig) igényel külön tápforrást ◦ Olcsó 53
USB csatlakozók és lábkiosztás Host oldali konnektor típus (tápot szolgáltat)
Szolga oldali konnektor típus (tápot felhasznált)
Láb
Név
Leírás
1
Vcc
+5 Vdc
2
D-
Adat-
3
D+
Adat+
4
GND
Nulla
54
USB protokoll és topológia o Pollozásos busz o Hoszt eszköz indíthatja a kommunikációt
o Adat átadást csak a hoszt kezdeményezhet o Három csomagtípus: o Zseton csomag: o Típus o Irány o Cím o Végpont száma o Adat csomag o Kézfogás csomag o ACK o NAK
55
USB adatátviteli módjai o Control Transfers o minden eszköznek ismernie kell o ezzel a móddal kérdezi le a gazdagép az eszköz paramétereit
o Bulk Transfers o fájlátvitel-jellegű adat közlésre o Interrupt Transfers o megbízható, karakteres jellegű adatok gyors továbbítására (mutató eszközök, egér, stb.)
o Isochronous Transfers o kis késleltetésű átvitel o streaming-jellegű adattovábbításhoz (video és audio) 56
USB hoszt feladatai o USB eszköz csatlakoztatásának és leválasztásának érzékelése o Utasítások szervezése a hoszt és az eszköz között o Adat áramlás felügyelet a hoszt és az eszköz között o Állapothoz és tevékenységhez kapcsolódó statisztikák gyűjtése o Energia biztosítás a csatlakoztatott USB eszköznek
57
Köszönöm a figyelmet! TALÁLKOZUNK JÖVŐHÉTEN!
58