Komunikace v automatických systémech

Transkript

1 Kmunikace v autmatických systémech Učební text VOŠ a SPŠ Kutná Hra Základní pjmy Základní pjmy průmyslvý kmunikační systém Fieldbus F Subr technických i prgramvých prstředků pr přens dat v distribuvaném řídicím systému kmunikační prtkl F pravidla pr účastníky kmunikace, způsb řízení kmunikačníh systému přensvý kanál (sběrnice) F fyzické prpjení něklika zařízení pdle standardu ISO/OSI infrmace F bit - základní jedntka F slv (byte) -uspřádaná smice bitů F abeceda -dhdnutá mnžina znaků (ASCII -ISO-7) přensvá rychlst F pčet bitů přenesených za 1s tplgie sběrnice F vzájemný vztah a rzlžení jedntlivých uzlů sběrnice 1

2 Rzhraní rzhraní (interface) F subr technických prstředků mezi vnějším prstředím a vnitřními bvdy kmunikačníh systému Sdělvací kanál (sběrnice) Obvdy rzhraní Obvdy rzhraní Zařízení A zdrj (např. PC) Zařízení B příjemce (např. PLC) Kmunikační mdel IS0/0SI (Internatinal Standard Organizatin / Open Systém Intercnectin) subr zásad pr kmunikaci v tevřených systémech přensu dat je rzdělen na sedm dílčích, lépe řešitelných prblémů -vrstev daná vrstva F pskytuje služby vrstvě vyšší (service) F využívá služeb vrstvy nižší (call) účastník A účastník B Virtuální 7. Aplikační 7. Aplikační kmunikace přens dat ve fyzické vrstvě 6. Prezentační 6. Prezentační virtuální spje v každé vrstvě 5. Relační 4. Transprtní 3. Síťvá 2. Linkvá 1. Fyzická Médium 5. Relační 4. Transprtní 3. Síťvá 2. Linkvá 1. Fyzická 2

3 Vrstvy mdelu ISO/OSI fyzická vrstva F zajišťuje fyzický přens dat linkvá (spjvací) vrstva F určuje způsb předávání zpráv p sběrnici. síťvá vrstva F splupráce více sítí, vyhledání nejvhdnější přensvé cesty transprtní vrstva F transprt dat, rzlžení rzsáhlých zpráv d paketů a napak relační vrstva F vytváření, synchrnizaci a uknčvání spjení mezi účastníky prezentační vrstva F převdy kódů a frmátů dat, případně i jejich kmpresi a šifrvání aplikační vrstva F je blastí aplikačních prgramů, které se v síti využívají Data se p síti přenáší pmcí tzv. rámců. Jedná se datvé segmenty, ke kterým si jedntlivé vrstvy přidávají vlastní infrmace. Čím vyšší vrstvy mezi sebu kmunikují, tím větší je celkvé mnžstvípřenášených dat při zachvání stejné infrmační hdnty. Vrstvy mdelu ISO/OSI v autmatických systémech Pr kmunikaci v autmatizačních systémech jsu nedůležitějšími vrstvami F fyzická F linkvá F Aplikační fyzická vrstva F zajišťuje skutečný fyzický přens jedntlivých bitů zprávy. F definuje fyzické parametry sítě: u přensvé medium (krucený dvudrát, kaxiální kabel, ptické vlákn apd.) u lgické úrvně signálů u kódvání bitů u Tplgii sítě u přensvé rychlsti u připjvací knektry, atd. 3

4 Vrstvy mdelu ISO/OSI v autmatických systémech linkvá vrstva F Určuje způsb předávání zpráv p sběrnici. Definuje u adresaci účastníků kmunikace u způsb přístupu na sběrnici u zajišťuje kntrlu přensu, detekci chyb atd aplikační vrstva F je blastí aplikačních prgramů, které se v síti využívají je vrstvu aplikačních rzhraní a pskytuje služby dalším prgramům, které prstřednictvím sítě kmunikují. Fyzická vrstva -přensvé médium Metalické vdiče kaxiální kabel F rušení elektrmagnetickým plem ptlačen stíněním u dbrá dlnst prti elektrmagnetickému rušení u vyšší cena u btížnější prpjvání u nízká charakteristická impedance ( 50, 74 Ohm) tvří zátěž pr budiče RS-485 F přensvá rychlst d 10 Mb/s krucená dvulinka (Twisted Pair) F rušení je ptlačen vzájemnu eliminací indukvanéh napětí ve vdiči F prvedení: u stíněný dvudrát (STP Shielded Twisted Pair) u nestíněný (UTP Unshielded Twisted Pair) F přensvá rychlst d 100 Mb/s 4

5 Optické kabely Fyzická vrstva -přensvé médium F vedení mdulvanéh světla p ptickém vlákně F výhdy: u dlnst prti rušení u velmi malá standardní chybvst přensu u galvanické ddělení vysílací a přijímací stanice (dpadají prblémy s rzdílnými zemními úrvněmi u přensvá rychlst řádvě desítky až stvky Mbit/s F nevýhdy: u vyšší cena E samtná vlákna jsu cenvě srvnatelná s metalickým vedením vyská je cena prvků rzhraní a knektrů u btížná realizace pasivníh prpjení (T článek), velký útlum, max. 5 uzlů bvykle se pužívá puze dvubdvé spjení v tplgii hvězda neb kruh F Knstrukční uspřádání přensu: u vysílač (LED, neb laservá dida) u přijímač (PIN dida neb lavinvá ftdida) u pr busměrný přens musí být pužita 2 vlákna F Maximální přensvá vzdálenst u vlákna s umělhmtným jádrem d 50m u vlákna se skleněným jádrem 3 až 15 km Fyzická vrstva -přensvé médium Radivý přens F náhrada metalickéh kabelu neb ptickéh vlákna bezdrátvým spjem další prvky rzhraní zůstávají stejné F pužití např. pr: u spjení mezi dvěma i více uzly sítě, kde není mžné instalvat kabely u spjení mbilních, případně rtujících systémů F mezení: u nenulvá chybvst u nevhdné pr aplikace s pžadvanu deterministicku dezvu d 10ms F pužívaná frekvenční pásma: u 2,4 GHz pásm ISM (Industrial Stientific Medical) E standardy IEEE: BlueTth, WLAN (WI FI), ZigBee u 900 MHz -menší přensvá kapacita, větší dsah, lepší průnik stěnami u 5,8 GHz větší kapacita, šumvá dlnst, menší antény -budcnst Infračervené záření F IR impulsy λ = 880 až950 µm F viditelnávzdálenst F pulsně mezervá mdulace 5

6 Radivá kmunikace mdulů ADAM Kmunikace v síti WLAN Synchrnní přens dat při sérivém přensu se data přenášejí bit p bitu synchrnní přens F kamžiky přechdu mezi jedntlivými bity zprávy jsu d sebe stejně vzdáleny F přenáší se synchrn. signál (synchrnizace mezi vysílací a přijímacími stanicemi F nepužívá se čast slžitější kabeláž 6

7 Synchrnní přens dat synchrnizační signál může být sučástí datvéh signálu pužívají se kódy s více přechdy mezi lg. 0 a lg. 1 NRZ bez kódvání, jen pr asynchr. přens NRZ lgická úrveň se přenáší v 1. plvině intervalu v druhé plvině se vrací na střední hdntu Manchester lgické úrvně jsu dány změnami v plvině bitvéh intervalu: náběžná hrana: lg. 1 spádvá hrana: lg. 0 na začátku intervalu se mění jen pr přípravu na dpvídající hranu Rzdílvý Manchester infrmaci nese přítmnst, či nepřítmnst hrany na začátku intervalu: hrana je: lg. 0 hrana není: lg. 1 hrana uprstřed intervalu je vždy služí puze pr synchrnizaci Asynchrnní přens dat hdiny přijímače a vysílače jsu nezávislé jsu synchrnizvány při vysílání každéh datvéh slva F synchrnizace pmcí START a STOP bitů příklad vysílání dat p RS 232: F klid na lince lg. 1 F přechd d lg. 0 začátek vysílání (START bit) F p dvysílání dat a paritníh bitu STOP bit(y) (lg.1) 7

8 Rzhraní Rzhraní realizuje přens dat mezi vnitřní sběrnicí ŘS a vnějšímprstředím Paralelní rzhraní F přens dat p znacích (bytech) F pužívaná rzhraní u Centrnics Sérivé rzhraní u IEE měřicí technika F sérivý tk dat jedntlivých bitů F na straně vysílače převést znaky na pslupnst bitů F na straně přijímače bity slžit d znaků F galvanické ddělení - eliminace rušení, chrana vnitřních bvdu při pruše periferie Prudvá smyčka Princip P lince se přenášejí 2 stavy - prud vede H, nevede L Příklad zapjení prudvé smyčky nejstarší sérivé rzhraní puze dvubdvé spjení malá přensvá rychlst dlnst prti rušení neexistuje nrma pr parametry prudvé smyčky prudvé úrvně (nejčastěji) F L: 0 až 3mA F H: 14 až 20mA max. dsah jedntky km Max. přensvá rychlst kbit/s 8

9 Rzhraní RS-232C Hlavní rysy: F kmunikace typu bd bd (peer t peer) F Přens dat na malé vzdálensti F Malá dlnst prti rušení F Nízká přensvá rychlst první varianta definvána v rce 1962 rganizací EIA (Electrnic Industries Assciatin) třetí verze z rku 1969 RS-232 C dpvídá dnešnímu standardu sučasná varianta RS-232 F se d RS-232 C liší minimálně Elektrické parametry rzhraní RS-232C Struktura vazebníh bvdu: Napěťvé úrvně vysílače: F false: 5 15V F true: -5-15V Napěťvé úrvně přijímače: F false: 3 15V F true: -3-15V Šumvá imunita minimálně 2V Napěťvé úrvně jsu definvány prti splečné zemi Vstupní dpr přijímače je 3 7 kohm-dlnst prti zkratům na vedení citlivst vůči rzdílným zemním úrvním vysílače a přijímače 9

10 Délka vedení rzhraní RS-232C maximální délka vedení půvdně stanvena na 15m Sučasná nrma nedefinuje délku, ale max. kapacitu kabelu na 2500 pf Maximální délka vedení: l max = 2500/C c (C c celkvá měrná kapacita) C c = Cv + Cm + Cs Cv vstupní kapacita přijímače Cm kapacita mezi sig. vdičem a zemí Cs.. rzptylvá kapacita Ve skutečnsti přens dat běma směry -další vdič zvětšení kapacity, snížení max. dsahu Přensvá rychlst rzhraní RS-232C Dba přechdu signálu zakázaným pásmem (-3V až +3V) nesmí přesáhnut 4% z dby vyhrazené pr přens 1 bitu teretická přensvá rychlst je až 200 kbit/s dpručení RS-232 F určuje max. přensvu rychlst na bit/s na kratší vzdálensti je mžné kmunikvat rychleji Kmunikační rychlsti jsu stanveny řadu: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 57600, bit/s 10

11 Frmát přensu dat rzhraní RS-232C asynchrnní přens dat hdiny vysílače a přijímače jsu nezávislé a jsu synchrnizvány vždy na začátku datvéh slva START bitem v klidvém stavu je na lince lg. 1 vysílání začíná START bitem (lg. 0), data, paritní bit, STOP bit(y) k vysílání a příjmu zpráv služí bvdy UART ( např. TL16C550C) Zapjení knektru Minimální skupina RxD RxD TxD TxD GND Převdník USB / RS 232C 11

12 Rzhraní RS-423 Rzhraní RS-423 F symetrický přijímač F úprava napěťvých úrvní vysílače F nízká vnitřní impedance vysílače F zvýšení přensvé rychlsti a dsahu (1200m) F je mžné připjit více zařízení na sběrnici F méně pužívané rzhraní Rzhraní RS-422 Rzhraní RS-422 F symetrický vysílač i přijímač F zatížení vedení mezi vysílačem a přijímačem charakteristicku impedancí F elektrické parametry pdbné rzhraní RS-423 Napěťvé úrvně jsu definvány rzdílem napětí na vdičích 12

13 Kmunikační rychlst a dsah maximální délka kabelu F závisí na zvlené přensvé rychlsti Prpjení více uzlů na RS-422 multidrp uspřádání F k jednmu vysílači připjen až 10 přijímačů F vstupní dpr uzlů alespň 4 kohm F jednsměrné uspřádání, pr busměrný přens je nutný další párvdičů 13

14 Rzhraní RS-485 Rzhraní RS-485 F rzhraní vznikl úpravu RS-422 F bustranné zaknčení vedení charakteristicku impedancí (100 až 120 Ohm) F změna mezních napětí na vstupu přijímače F maximálně 32 účastníků kmunikace F přensvá rychlst až 12 Mb/s F nejpužívanější průmyslvé rzhraní Prpjení více uzlů na rzhraní RS-485 Rzhraní RS-485 umžňuje vytvřit busměrnu sběrnici na jednm vedení F vysílače je mžné pvlvacím vstupem dpjit d sběrnice F na sběrnici mhu být zařízení typu: u vysílač u přijímač u vysílač/přijímač F prpjvací kabel mezi sběrnicí a uzlem musí být krátký (desítky cm!!) 14

15 Tplgie sítě Vzájemný vztah a rzlžení jedntlivých uzlů sítě charakteristické rysy F reakce sítě na výpadek stanice neb segmentu vedení F prpustnst sítě F náklady Sběrnicvá tplgie (BUS) F jedntlivé uzly jsu připjeny na splečné vedení F zpráva vyslaná z jednh uzlu se šíří běma směry ke všem uzlům v síti F sběrnice s pasivním připjením F vhdné pr melická vedení F nevhdné pr ptické kabely Výhdy malé náklady spjů přímé vysílání d zdrje k cíli výpadek stanice nemá vliv na chd sítě snadn lze rzšířit Nevýhdy při pruše sběrnice výpadek celé sítě Tplgie sítě Kruhvá tplgie (Ring) F zpráva se šíří d jednh uzlu ke druhému v kruhu, příjemcem je uzel, jež adresa je bsažena ve zprávě F varianty: u kruh s pasivním připjením chvá se bdbně jak sběrnice dpadá zaknčení charakteristicku impedancí pužívá se mál (např P-net) u kruh s aktivním připjením daný uzel zprávu přijme, zesílí a pšle dál Pasivní Aktivní Výhdy malý pčet spjů rychlý přens Nevýhdy při výpadku spje neb pruše uzlu djde k výpadku celé sítě je třeba zajistit dknalu diagnstiku, která je připravena přemstit nefunkční uzel 15

16 Hvězdicvá tplgie (Star) Tplgie sítě F základem je centrální uzel (hub), k němuž jsu samstatnými kabely připjeny statní stanice u pasivní hub rzdělení signálu pmcí dprvéh děliče u aktivní hub centrální pčítač (server) aktivní rzbčvač F všechny zprávy prjdu centrálním uzlem u zajistí úpravu signálu a časvání Výhdy lehce rzšiřitelná struktura dlnst prti závadám prucha na lince způsbí výpadek jen jedné stanice Nevýhdy výpadek serveru způsbí pruchu celé sítě Tplgie strm (Tree) Tplgie sítě F vzniká prpjením něklika pdsítí s hvězdicvu tplgií F stanice a pdsítě jsu spjeny pmcí zařízení SWITCH a HUB, které plní funkci rzbčvačů signálu F pužívaná tplgie především v pčítačvých sítích Výhdy relativně nízká cena dlnst prti závadám snadná rzšiřitelnst Nevýhdy mhu vznikat frnty na vedení 16

17 Tplgie plygn (Mesh) F každý uzel je prpjen se všemi dalšími F nejdlnější vůči pruchám F nejlepší prpustnst sítě F nejnákladnější F pužití např, v radivých sítích Tplgie sítě Hybridní tplgie F sítě mhu být budvány hybridním způsbem -jedntlivé části jsu realizvány různými tplgiemi F příklad: víceúrvňvá sběrnice Spjvací (linkvá vrstva) Určuje způsb předávání zpráv p sběrnici. Definuje především: F adresaci účastníků kmunikace F způsb přístupu na sběrnici F zajišťuje kntrlu přensu, detekci chyb Dělí se na dvě pdvrstvy F řízení přístupu k přensvému prstředku (MAC -Medium Access Cntrl) u MAC stjí blíže k fyzické vrstvě a zabezpečuje: řízení přístupu účastníka k přensvému prstředku dplňvání zabezpečvacích, adresvacích a dalších pmcných infrmací frmátvání vysílaných rámců detekci, případně pravu chyb F řízení lgickéh spje (LLC -Lgical Link Cntrl) u LLC pskytuje nadřazeným vrstvám služby přensu dat a navazváníspjení, které jsu již na knkrétním přensvém prstředku nezávislé Přístupvé metdy F řeší přidělvání kmunikačníh kanálu více účastníkům F rzdělení pdle určitsti přístupu: u metdy náhdnéh přístupu (stchastické) u metdy s definvaným přístupem (deterministické) F rzdělení pdle synchrnizace: u synchrnní u asynchrnní 17

18 Přístupvé metdy v lkálních sítích Přístupvé metdy F řeší přidělvání kmunikačníh kanálu více účastníkům F rzdělení pdle určitsti přístupu: u metdy náhdnéh přístupu (stchastické) u metdy s definvaným přístupem (deterministické) F rzdělení pdle synchrnizace: u synchrnní u asynchrnní Časvý multiplex Stchastické přístupvé metdy F pstupné pravidelné přidělvání kmunikačníh kanálu jedntlivým účastníkům F metda nárčná na čas -přiděluje se přístup i zařízení, které nechce v daném kamžiku kmunikvat Náhdný přístup F CSMA (Carrier Sence Multipliing Acces) with Cllissin Detectin) u účastník testuje stav linky a, je-li vlná, začne vysílat data u když je linka bsazena, začne vysílat pzději E (persistent CSMA) pkus vysílání kamžitě p uvlnění E (nn-persistent CSMA) pkus vysílání s náhdným zpžděním F CSMA/CD (CarrierSence Multipliing Acces with Cllissin Detectin) u pkud stanice zjistí klizi, přeruší vysílání a vyšle statním stanicím krátký signál klizi (jamming signal) u p náhdné dbě se pkusí vysílat znvu F CSMA/CR (Cllisin Reslutin) u lepší řešení stanice neztrácí data, která dvysílala F CSMA/CD+AMP (Cllisin Detectin and Arbitratin n MessagePririty) 18

19 Deterministické přístupvé metdy Centrální přístup (Master - Slave) F na síti existuje jedn zařízení typu MASTER, které udílí práva přístupu statním zařízením, které jsu typu SLAVE F cyklicky slvuje zařízení SLAVE (cyclic plling) a vyzývá je k vysílání dat F SLAVE stanice u vyšle data, která má k dispzici u ptvrdí příjem zprávy F MASTER p uplynutí stanvenéh intervalu slví další SLAVE stanici Prducent Distributr Cnsument (PDP) F kmunikace řízena jednu centrální stanicí (Distributr) F Distributr psílá výzvu stanici (Prducent) k vysílání dat F Prducent vyšle data a stanice, které je ptřebují (Cnsument) je mhu číst Deterministické přístupvé metdy TkenBus (multimaster přístup) F přístup ke sběrnici má puze jedn zařízení MASTER, které vlastní pvěření (Tken) F tken si zařízení MASTER předávají pdle určitých pravidel (v lgickém kruhu) F pdpruje bvykle sběrnicvu tplgii F metda zaručuje deterministický přístup ke sběrnici Tken Ring F bdbná metda jak Tken Bus, ale tken se předává pdle zapjení jedntek (ve fyzickém kruhu) F účastník, kterému pvěření není určen h pšle dále F pdpruje kruhvu tplgii 19

20 Zabezpečení přensu nulvu chybvst nelze zaručit nikdy snížení chybvsti je mžné zajistit již ve fyzické vrstvě F symetrické rzhraní F stínění vdičů F galvanické ddělení F ptická vlákna detekci chyb, případně pravu pškzených dat zajišťuje linkvá vrstva nejčastější metdy detekce chyb: F paritní kód F iterační kód s pdélnu a příčnu paritu F cyklické kódy (CRC kód) F kntrlní sučet Zabezpečení přensu paritním kódem nejjedndušší prstředek detekce chyb vysílaný znak je dplněn paritním bitem na: F lichý pčet jedniček (lichá parita) F sudý pčet jedniček (sudá parita) dkáže detekvat chybu puze v jednm bitu F Hammingva vzdálenst = 2 (při změně alespň ve dvu bitech nerzpzná chybu příklad sudé parity: celkvý pčet jedniček data paritní bit 20

21 Iterační kód s pdélnu a příčnu paritu ke každému vysílanému znaku je připjen paritní bit (příčná parita) znaky zprávy jsu rzděleny d blků, které jsu zaknčeny kntrlním znakem kntrlní znak bsahuje paritní bity stejnlehlých bitů znaků blku kód dkáže rzlišit chybu až ve 3 bitech Hammingva vzdálenst = 4 příklad kódu se sudu paritu: pdélná parita kód dkáže dhalit chybu v jednm bitu pdélná parita Cyklické kódy detekce chyb chyby přenášených znaků se bvykle nevyskytují samceně, nýbrž ve shlucích pr detekci shluků chyb jsu účinné cyklické kódy CRC (Cyclic Redundancy Check) z vysílané zprávy vytvříme cyklický kód výpčtem CRC plynmu CRC kód (bvykle 16 bitů) přidáme jak zabezpečvací znaky ke zprávě p přijetí zprávy je CRC ddělen d znaků zprávy a zkntrlván 21

22 Průmyslvé sběrnice tevřené průmyslvé kmunikační systémy rzdělení d skupin Nejpužívanější průmyslvé sběrnice F Prfibus F FIP F P-net F FF (Fundatin Fieldbus) F CAN F DeviceNet F Mdbus Sensrbus (SA Bus) F inteligentní snímače, akční členy F Interbus -S F HART F LnWrks Devicebus (Device net) F M -Bus F řízení v reálném čase F AS -Interface Fieldbus F EIB F přens větších blků dat (např. SCADA SW) Vlba typu průmyslvé sběrnice hlavním kritériem je pužití sběrnice Sběrnice pr přímé řízení dynamických prcesů v reálném čase F vlastnsti u musí umžnit pravidelný přístup ke všem funkčním jedntkám systému u chyba musí být detekvána a v případě, že nastane, data se ignrují u nesprávný dběr nelze pakvat u délka datvéh segmentu musí být krátká a knstantní F nevýhdy u kmplikvaný přens delších datvých subrů u nutnst segmentvání (např. při prgramvání inteligentníh senzru) u nízký stupeň využití přensvé cesty Sběrnice pr kmunikaci snadřazenými systémy F vlastnsti u není pžadván pravidelný (časvě ekvidistantní) přístup ke všem jedntkám u je pžadván c nejefektivnější využití přensvé cesty u pakvání přensu pškzenéh datvéh segmentu u prměnná délka datvých segmentů (v případě ptřeby) u rychlá detekce žádsti přerušení d kterékliv funkční jedntky 22

23 Prfibusvarianty půvdní varianta Prfibusu prfibus-fms (Fieldbus Message Specificatin) určen zejména pr nárčné aplikace kmunikace ŘS s pdřízenými subsystémy Prfibus-DP (Decentra/e Periferie) určena pr přímé řízení prcesu Prfibus-PA (Prcess Autmatin) kmunikace ŘS s pdřízenými subsystémy určena pr úrveň senzr-akční člen napájení čidel a akčních členů PrfibusFMS Prfibus -FMS (Fieldbus Message Specificatin) F určen zejména pr nárčné aplikace F maximální délka sběrnice je 1,2 km (4,8 km při pužití pakvačů) F přensvá rychlst je maximálně 500 kb/s suvisí s délku vedení F na sběrnici lze připjit maximálně 32 stanic F pmcí pakvačů lze pčet stanic rzšířit F max. pčet stanic v systému je dán adresvacími schpnstmi: u adresa je 7 bitvá, vrchní 2 bity nejsu využívány u adresy stanic jsu 0 až 125 (adresy 126 a 127 jsu rezervvány) F zabezpečení přensu iterační paritní kód (platí pr FMS i DP) F jak přensvé médium je pužit krucený dvudrátse stíněním neb ptické vlákn F galvanické ddělení (je dpručen) 23

24 Prfibus datvé segmenty F čtyři typy datvých segmentů (telegramů) u řídicí rámec, datvý rámec pevný a datvý rámec prměnný, předání tkenu předání tkenu SD1 -SD3 LE/ LER DA SA FC FCS ED start delimiter rzlišuje typ telegramu Length -pčet bytů přenášených dat včetně DA, SA, FC, FCS destin. adres surce adres kód funkce (Functin Cde): udává, zda se jedná výzvu, dpvěď neb ptvrzení, typ přensvé služby, zda dšl k chybě atd. Frame check sequence zabezpečvací sekvence pdélná parita end delimiter (16H) F Přístupvá metda sítě může být u tkenbus u master-slave u hybridní Prfibus-DP Prfibus -DP (Decentra/e Periferie) F vlastnsti fyzické, a částečně i spjvací vrstvy shdné s Prfibus FMS F využívá stíněné sběrnice RS-485 s galvanickým ddělením jedntlivých stanic F předpkládá větší maximální přensvu rychlst (až 12 Mbit/s) F definvaná dbu přístupu řídicí stanice k jedntlivým pdřízenýmstanicím F určen pr řízení v reálném čase 24

25 Prfibus -PA (Prcess Autmatin) PrfibusPA F určena pr úrveň senzr-akční člen F realizvaná v suladu s nrmu IEC u pžadavky na jiskrvu bezpečnst u napájení čidel a akčních členů F přensvé médium stíněný krucený dvudrát F vedení zaknčen RC článkem u při přechdvém jevu se chvá jak charakteristická impedance u v ustáleném stavu nezatěžuje sběrnici F kódvání: F přensvá rychlst 31,25 kbit/s F zabezpečení přensu: 16 bitvý CRC kód Struktura sítě Prfibus Mn Multi master - system F puze něklik jeden zařízení master master na síti je připjen sbírá data k a síti bsluhuje zařízení typu slave F I/O krátká datvé dba blasti kmunikačníh zařízení slave cyklu jsu dstupné všem master F přístup ke sběrnici -Tken Bus 25

26 Interbus základní vlastnsti sběrnice pr přens dat a zpráv na úrvni senzr- akční člen tplgie kruhvá s mžnstí větvení každézařízení přímásignál, kterýzesílí a pšle dalšímu zařízení v síti vyšší přensvérychlsti na delší vzdálensti (až13 km) data dpředu i nazpět jsu psílánaprstřednictvím dvuvdičvéh kabelu struktura je zalžena na principu kmunikace Master/Slave hlavní linka sběrnice vychází z Master jedntky a prpjuje všechny Slave jedntky může být frmvána na pdsítě hlubku až16 úrvní přens prbíháp dvuvdičvém vedení dle specifikace standardu RS-485 rychlstí až 500kb/s neb p ptickém kabelu napájení snímačů a akčních členů (19 až 30V, prud až 1.8A) Hlavní fyzické parametry INTERBUS tplgie kruhvá s mžnstí větvení typ kmunikace Master/Slave přensvá rychlst 500 kb/s připjení až4096 Slave jedntek maximálnídélka sítě: 13 km maximální délka mezi susedními jedntkami: 400m (pr měděné vdiče) neb až3600m (pr ptická vlákna) Struktura sběrnice Vzdálená sběrnice (Remte Bus) - fyzicky přenáší data prstřednictvím měděných kabelů ptických vláken, IrDA Master - řídí přens dat, prvádí diagnstiku a analýzu chyb Krátká smyčka (Lp) - připjení libvlných senzrů a aktuátrů dvudrátvým nestíněným kabelem na krátké vzdálensti max. 200m (max. 20m mezi susedními zařízeními) 26

27 Adresvání a přens dat Fyzické adresvání adresvání je zalžen na fyzickém umístění v síti (první slave zařízeníza masterem má imaginární adresu jedna, druhédva atd.) dpadají prblémy s nastavváním adresy celépřipjení nvéh zařízení d sítě je na principu Plug&Play Přens dat pracuje pdle tzv. summatin frame methd pužívá puze jeden prtklvý kmunikační rámec pr přenášení zpráv d všech zařízení vyská efektivnst přensu dat a umžňuje zárveň vysílání i příjem dat = full duplex Summatin Frame Methd Rámce jsu slžené ze F ze záhlaví, které tvřílp-back slv pr kntrlu správně zaknčenéa prpjenésítě F datvých segmentů d jedntlivých jedntek F kódvánírámce a zaknčení rámce každé zařízenív síti má určen segment, který vlivňuje daty, které chce vyslat každé zařízenívysílá a přijímá právě pr sebe ptřebná data, bez hledu na bsah dat dalších zařízení celý rámec prcházípstupně všemi jedntkami Data jsu chráněna 16-ti bitvým cyklickým kódem CRC16 27

28 Sběrnice AS Interface (ASI) určena pr úrveň senzr, akční člen tplgie sběrnice, strm, kruh nekrucená dvulinka splečná pr data i napájení 24V, připjení krempváním délka kabelu 100m, s pužitím pakvačů až 500m pčet SLAVE zařízení max. 31 úlha MASTER zařízení cyklické dtazvání všech SLAVE, cyklický přens dat z/d vládací jedntky (PC, PLC) další funkce MASTER zařízení F inicializace sítě F adresvání SLAVŮ F identifikace SLAVŮ F přens dat F diagnstika SLAVŮ F chybvá hlášení ASI -zapjení prvků náhrada svazku vdičů dvjvdičvým ASI kabelem na ASI kabelu jsu připjeny senzry a aktry pmcí SLAVE mdulů (intení neb externí) Sučásti ASI sítě: ASI MASTER prpjuje s řídicím systémem, spravuje celu síť ASI SLAVE služí k připjení senzrů a aktrů k ASI síti ASI kabel plchý kabel se spec. prfilem s průřezem vdičů 1,5mm 2 ASI napájecí zdrj napájí všechny prvky ASI sítě (prvky mhu mít i vlastní zdrj) ASI kmpnenty pakvače, servisní a mnitrvací přístrje 28

29 Kmunikace mezi MASTEREM a SLAVY řízení kmunikace bstarává cyklicky MASTER každý SLAVE bsahuje 4 binární vstupy neb výstupy Kmunikační rámec ASI zprávu tvří: výzva MASTERA, pauza MASTERA, dpvěď SLAVA a pauza SLAVA výzva MASTERA bsahuje 5 bit adresu SLAVA a pětibitvu infrmaci dpvěď SLAVA bsahuje čtyři datvé bity ST start bit (0) SB řídicí pvel (příkaz neb výměna dat) A0 až A4 adresa SLAVA I0 až I4 předávaná infrmace (data, pvel) PB bit sudé parity EB zaknčvací bit (1) ST start bit (0) I0 až I3 předávaná infrmace SLAVA PB bit sudé parity EB zaknčvací bit (1) 29

30 Hardwarvá kncepce ASI mdulů připjení mdulu SLAVE d sítě Příklad pužití ASI mdulů Autmatická pípa 30

31 Sběrnice CAN základní vlastnsti Vlastnsti vyvinuta firmu Bsch pr autmbilvý průmysl nasazení CAN v dalších aplikacích důvdy: F nízká cena, snadné nasazení, splehlivst, vyská přensvá rychlst, snadná rzšiřitelnst, dstupnst ptřebné sučástkvé základny F pdpra mnha výrbců mikrelektrnických sučástek (mikrkntrlery) nad 1. a 2. vrstvu byl vytvřen něklik standardů 7. vrstvy F CAN 2.0A F CAN 2.0B F DeviceNet F CANpen řízení v reálném čase s přensvu rychlstí d 1Mb/s (při max. délce 40m) max. 30 účastníků kmunikace vyský stupeň zabezpečení dat prtkl typu multimaster, náhdný přístup Fyzická vrstva sběrnice CAN základní pžadavek na přensvé médium realizace lgickéh sučinu CAN definuje dvě úrvně signálů na sběrnici F dminant F recessive pravidla pr stav na sběrnici F vysílají li všechna zařízení recessive bit, je sběrnice ve stavu recessive F vysílá li alespň jedn zařízení dminant bit, je sběrnice ve stavu dminant Příklad realizace fyzické vrstvy prtklu CAN reccesive lg. 1 dminant lg. 0 31

32 Fyzická vrstva CAN - pkračvání realizace fyzickéh média dle nrmy ISO nrma definuje F elektrické vlastnsti vysílacíh budiče a přijímače F principy časvání, synchrnizace a kódvání jedntlivých bitů Sběrnici tvří dva vdiče (značvané CAN_H a CAN_L) dminant či recessive úrveň na sběrnici je definvána rzdílvým napětím těcht dvu vdičů pr úrveň recessive V diff = 0V a pr úrveň dminant V diff =2V Základní typy zpráv Spjvací vrstva -zprávy datvá zpráva F frmát standardní F frmát rzšířený žádst data chybvá zpráva zpráva přetížení 32

33 Frmát datvé zprávy zpráva může přenášet až 8 datvých bytů standardní datvá zpráva (CAN 2a) se liší d rzšířené (CAN 2b) pčtem bitů identifikátru zprávy SOF začátek zprávy (dminant) Řízení přístupu na sběrnici určení pririty zprávy Identifikátr zprávy -11 bitů, udává význam přenášené zprávy RTR bit udává, zda se jedná data neb žádst Řídicí infrmace délka dat (0 8) R0, R1 rezervvané bity Datvá blast max 8 bytů CRC kód 15 bitů + 1bit ERC ddělvač ptvrzení, knec zprávy (7 bitů recessive), mezera 3 bity recessive Zapjení prudvé smyčky 33

34 Zapjení rzhraní RS-485 Kódvání signálu 34