Méréselmélet és mérőrendszerek 8. ELŐADÁS (1. RÉSZ) KÉSZÍTETTE: DR. FÜVESI VIKTOR 2016. 11.
Mai témáink o AD átalakítók o Buszrendszerek o ISO-OSI modell o Modbus o HART o Terepi buszok o Szenzor buszok 2
feszültség AD átalakítók U be analóg bemenet Számláló típusú komparátor U be U DA U DA D/A átalakító Jellemzők: 0111 idő D 0 D n digitális kimenet o o egyszerű, olcsó, Számláló és regiszterek vezérlő logika órajel o o lassú, S/H erősítőt igényel, o pontatlan, Start o o már kevés helyen használják, komparátorral szembeni magas igény 3
AD átalakítók U be - analóg bemenet komparátor Sorozatos közelítésű (Szukcesszív approximációs) U komp D 0 D n digitális kimenet U DA D/A átalakító Jellemzők: o gyors, o S/H erősítőt igényel, o pontos, o sokbites, o komparátorral szembeni igény Sorozatos közelítésű regiszter SAR vezérlő logika órajel Start 4
AD átalakítók U be = 6,8 V U r = 10,0 V n = 8 bit A/D kimenet: 10101011 Szukcesszív approximációs konverter működése lépés D/A input UDA Ukomp bit érték 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 4 10101111 6,84 true (1) b4=0 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 5
feszültség (V) AD átalakítók 10 9 8 7 6 5 4 3 2 U be =6,8 V U DA Szukcesszív approximációs konverter működése 1 törl. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. kész 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6
számláló AD átalakítók Start Kettős meredekségű átalakító -U jel integrálás referencia integrálás C komparátor Reset vezérlő logika órajel U be U ref + U ref integrátor Status U be Jellemzők: o lassú, o jó a soros zajelnyomás, o a konverziós idő és hálózati frekvencia viszonya o pontos D 0 D n digitális kimenet 0 t t tbe t be U Be d 0 t be ref U t be ref d 0 U be U ref t ref t t ref be u n ref be n ref 7
AD átalakítók U be U ref 3R 13/16 Párhuzamos (flash) típusú 3 bites A/D Gray kódú kimenettel Jellemzők: o nagyon gyors, o drága, 2R 2R 11/16 9/16 o sok alkatrészt igénylő, o alkalmazás: o képfeldolgozás, 2R 2R 7/16 5/16 & & 1. Bit (MSB) o radar, o TV, o űripar. 2R 2R R 3/16 1/16 & & & & & 2. Bit 3. Bit (LSB) 8
AD átalakítók Kiválasztási szempontok o Analóg bemenet unipoláris, bipoláris o Felbontás bitszám o Felbontás, linearitási hiba, stabilitás 1%; 0.5%; 0.2%; 0.1% o Konverziós idő lassú, gyors, nagysebességű, flash o Referencia fix, szabályozható, változó (aránymérés) o Tápegység disszipáció, érzékenység o Bemeneti jel zajos, szűrt, gyorsan változó, lassan változó o Digitális interfész párhuzamos, soros, CMOS, TTL, három állapotú 9
Buszrendszerek Integrált nyitott rendszer felépítése (IOS) Szimuláció Folyamat tervezés CAD/CAM Dokumentáció Üzleti tervezés Pénzügyi terv Emberi erőforrás Eladás tervezés Mérnöki irányítás Információs sztráda Termék menedzselés DCS PLC PC Hajtások Folyamatirányítás 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. Mit szállítanak a buszok: o adatokat, o vezérlési információkat, o programokat Vállalati információs rendszer Felügyeleti rendszer Közvetlen digitális vezérlő rendszer Vállalatirányítási rendszer buszok SCADA, DCS buszok Átfedések PLC buszok Technológiai kapcsolat: távadók, beavatkozók, kétállapotú elemek 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 Átviteli mód o Szimplex SX (pl.: rádió) o Half duplex HDX (pl.: walkie-talkie) o Full duplex FDX (pl.: mobiltelefon) Vezérelt adatátvitel Protokoll o Nem válaszjeles o Válaszjeles o Determinisztikus o Nem determinisztikus 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 7 - Alkalmazói réteg o Biztosítja a felhasználói szolgáltatást, a fájl átvitelt, a fájlok távoli elérését, a DBMS-t FTP 15
Vezérelt adatátvitel HDLC - High-level Data Link Control protokoll 01111110 Cím Vezérlés Adat CRC 01111110 Bitek és keretformátum: Start: 7Eh 8 bit n bit 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 host gép, PLC, DCS, egyéb Slave több PLC, számítógép, távadó, szelepvezérlő, stb. (max. 247) Protokoll kérés válasz jellegű Üzenetváltás Master egység elem címe funkció kód n x adatbájt elem címe funkció kód n x adatbájt Slave egység hiba ellenőrzés hiba ellenőrzés 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 - ASCII Protokoll - RTU Longitudinal redundancy check Start Cím Funkció Adat LRC CRLF Lezáró karakterek Start Cím Funkció Adat CRC Vége T1-T2-T3-T4: csend 2 bájt (LRC Lo és LRC Hi) n x adat (7. v. 8. bit) 4-5. bájt: írás, olvasás, stb. utasítások 2-3. bájt: az aktuális eszköz címe 16 bit: ellenőrző kód n x 8 bit: adat 8 bit: utasítások 8 bit: az eszköz címe 1. bájt: : mindig 3Eh 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 Adat be Tx ~ Rx Adat ki ~ Kiegyenlítetlen kapcsolás: egyvezetékes Kimeneti feszültségszint: nincs jel = +5 +15 V; van jel= -5-15 V Vevő oldal: nincs jel 3 V; van jel -3 V Adatátviteli sebesség: max. 20 kbps Kábelhossz: max. 20m Egy adó és egy vevő! 21
RS-232 jellemzői +15 V LSB MSB 0 1 0 0 0 0 0 1 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
Indeterminate region RS-232 jellemzői 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 23
RS-232 csatlakozó kiosztása (DB9S) 1 6 2 7 3 8 4 9 5 DCD DSR RD (Rx) RTS TD (Tx) CTS DTR RI GND Data Carrier Detect Data Set Ready Receive Data line Request To Send Transmit Data line Clear To Send Data Terminal Ready 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 Mester n. szolga Adat be Tx ~ ~ ~ Tx Adat be Adat ki Rx 1. szolga Rx Adat ki 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 6 2 7 3 8 4 9 5 Tx+ RTS+ Tx- RTS- Rx+ CTS+ Rx- CTS+ GND Tx: Rx: Transmit Data Line Receive Data Line RTS: Request to Send CTS: Clear to Send GND:Ground 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 o o fejlesztés: ötvözni az analóg és digitális technikát, a gyártók azonnal léptek, gyártófüggetlen alkalmazások. Digitális jel Digitális jel Szabályozó 4-20 ma 4-20 ma Szabályozó 4-20 ma 4-20 ma HART rendszer Műszerszoba 4-20 ma + digitális 4-20 ma + digitális Technológia Távadó Beavatkozó Távadó 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 Vezérlő Csatlakoztatható elemek száma: 15 Multidrop kommunikáció: mindegyik távadó megkapja az üzenetet Kétvezetékes távadó Aktív és passzív távadók egy rendszerben TE + 24 V Távadó Rt = 230 1100 0 V TE + 24 V Rt + + Távadó Távadó passzív passzív - - Távadó aktív Távadó aktív 0 V 32
HART Adat és protokoll formátum Adat 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 Start bit 8 adat bit (először az LSB) paritás páratlan Stop bit Protokoll Preamble STRT ADDR COMM 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) Utasítás Bájt számláló (ezt követő bájtok száma, kivéve CKSM) 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 (m 3 /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 Automatizálás szintje o ARCNET o CAN Controller Area Network ISO 11898 o HART High Addressable Remote Transducer o MODBUS MODicon BUS o SDS Honeywell által fejlesztett Smart Distributed System o LONWorks o Bitbus o Devices Net Allen-Bradley által fejlesztett (ma Rockwell Automation) informatikai rendszerek vezérlés szabályozás érzékelés Interbus S Sensoplex AS i Profibus DP CAN ControlNet DeviceNet SDS Ethernet WorldFIP HART IEC/SP50 Profibus PA FF H1 Felhasználási terület Diszkrét elemekhez kötődő rendszerek Folyamatokhoz kötődő rendszerek 37
IEC 61158 által 2000 januárban ratifikált szabványok The Eight Headed Monster o FF-1 Foundation Fieldbus H1 o FF-HSE Foundation Fieldbus High Speed Ethernet o Profibus PROcess Field BUS o WorldFIP European Standard (EN50170) o Pnet o ControlNet o Interbus S o Swift Net A jövő: IPARI ETHERNET - ETHERNET/IP
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.: 64 Távolság: 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.: 64 Távolság: 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.: 256 Távolság: 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.: 99 Távolság: 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.: 240 szegmensenként, 65,000 lehetséges szegmensszám Távolság: 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.: 1024, bővíthető útválasztókkal Távolság: 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
Különböző protokollok az ipari Etherneten Modbus/TCP Ethernet/IP Profibus Etherneten http://www.modbus.org http://www.odva.org http://www.profibus.com Foundation Fieldbus HSE http://www.fieldbus.org
Általános jellemzők Tipikus szenzor buszok Mi van a terepi buszrendszer alatt? Jó integrálhatóság Protokoll kompatíbilis főállomások Buszrendszerű felépítés (rendszerint MS kapcsolat) Csatlakozó pontok száma rögzített Adat és táplálás ugyanazon a vezetéken Adatátviteli sebesség 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.: 31 slaves, 1 master Távolság: 100 m... 300 m (jelismétlővel) Átviteli sebesség: 167 kbps Lekérdezés: 8 bit (4 bemenet, 4 kimenet)/node/üzenet Üzenet formája: Mintavételes Szervezet: AS-I Trade Szervezet - www.as-interface.com Lapos kábel Adat Előnyök: Különlegesen egyszerű Olcsó Nagysebességű Tápfeszültség a buszon Nagyon jó csatlakozás az I/O elemekhez Hátrányok: Korlátozott hálózati méret Szegényes analóg I/O csatlakozás
Protokoll felépítés Protokoll 1 bit 1 bit 5 bit 5 bit 1 bit 1 bit 4 bit 1 bit 4 bit 1 bit 1 bit Szünet Stop bit Stop bit P Paritás bit I Adat bit P Paritás bit 0 Start bit I Adat bit A - Címbit S Vezérlőbit 0 Start bit
Fejlesztő: Hans Turck Gmbh, 1987 Csatlakozás: Koaxiális csatlakozó Elemszám max.: 64 Távolság: 1000 m (jelismétlővel) Átviteli sebesség: 187.5 kbps Üzenet mérete: 16 kétirányú Üzenet formátuma: Master-slave Internet cím: 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
Protokoll felépítés Protokoll DA Data Data Adat 8 bit Adat 8 bit Destination Address Cím 8 bit Master állomás (protokoll konverter) PLC Be- ; Kimeneti modulok Jellemzők gyújtószikramentes övezetben alkalmazható, egyszerű protokollal rendelkezik, érzékelők és határérték kapcsolók összeköttetésére készült, teljesen moduláris rendszer, kábelezés koaxiális kábellel, tesztelés üzem közben is biztosított.
Rendszer Sensoplex Ex a DIO jelek lekezelésére
Egyéb buszok - IIC IIC = I2C = I 2 C 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 SDA SCL Atmega169 I 2 C-busz Fram A/D PIC 53
IIC csatlakoztatása 54
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 55
Példa eszköz IIC-vel o szolga cím: o 4 bit: típuscím o 3 bit: hardvercím o 1 bit: i/o bit Mester küldi START ACK ACK A szolga címe 0 X MSB Memória cím LSB Memória cím Adat bájt ACK ACK STOP Szolga küldi FRAM adott címre történő írása 56
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 MESTER Órajel generátor MISO MOSI SCK SZOLGA MISO: Master Input Slave Output MOSI: Master Output Slave Input SS SCK: Slave Clock SS: Slave Select 57
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) 58
USB előnyei Használatának előnyei Könnyen használható Egyetlen csatoló felület számos eszköz számára Automatikus konfiguráció Működés közben is csatlakoztatható Nem (mindig) igényel külön tápforrást Olcsó 59
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 60
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 61
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) 62
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 63
Köszönöm a figyelmet! TALÁLKOZUNK JÖVŐHÉTEN! 64