一
Alapfogalmak
Az ipari busz egy kommunikációs rendszer, amely összeköti a vezérlőket, szenzorokat, aktuátorokat és más ipari eszközöket. A terepi buszok (fieldbus) az automatizálási piramisban az alsó szinteken működnek, közvetlen kapcsolatot biztosítva a fizikai eszközökkel.
Az automatizálási piramis szintjei
| Szint | Megnevezés | Jellemző rendszerek |
|---|---|---|
| 5 | Vállalati szint (ERP) | SAP, Oracle, MES |
| 4 | Üzemi szint (MES) | SCADA, adatgyűjtés |
| 3 | Folyamatirányítás | DCS, PLC hálózatok |
| 2 | Vezérlési szint | PLC, CNC, Robot |
| 1 | Terepi szint | Profibus, Modbus, CAN |
Buszrendszer működése
Kommunikációs alapfogalmak
SZINKRONIZÁCIÓ
Órajel (Clock)
Rendszeres időjeleket ad, amelyek szinkronizálják az adó és vevő működését. Szinkron átvitelnél közös órajel vezérli mikor küldik és olvassák az adatbiteket.
SZINKRONIZÁCIÓ
Szinkron átvitel
Közös órajel alapján mindkét fél pontosan tudja, mikor érkezik az adat. Gyors és hatékony, nincs szükség start/stop bitre. Pl. SPI, I²C, Profibus.
SZINKRONIZÁCIÓ
Aszinkron átvitel
Nincs közös órajel. Az adatcsomagok elején start bit, végén stop bit jelzi a határokat. Egyszerűbb bekötés, de több overhead. Pl. UART, RS-232.
ADATÁTVITEL
Soros átvitel
Az adatbiteket egymás után, egyetlen vonalon küldi el. Kevesebb vezéték, nagyobb távolságra is használható. Ipari buszokban jellemző – pl. Modbus RTU, CAN.
ADATÁTVITEL
Párhuzamos átvitel
Több bit egyszerre, több vonalon utazik. Gyorsabb, de sok kábelt igényel és rövid távolságra korlátozódik. Ipari buszokban ritkán alkalmazott.
HIBAKEZELÉS
Paritásbit
Az adatbájthoz hozzáadott egyetlen bit, amely azt jelzi, páros vagy páratlan-e az egyesbitek száma. Egyszerű, egyetlen bithiba detektálható, de nem javítható.
KÖZEGHOZZÁFÉRÉS
Sínfoglalás (Bus Arbitration)
Az a mechanizmus, amely eldönti melyik eszköz használhatja a közös buszvezetéket. Lehet prioritásos (CAN), token-alapú (Profibus FMS) vagy Master-Slave vezérlésű.
KÖZEGHOZZÁFÉRÉS
Ütközés (Collision)
Ha két eszköz egyszerre próbál adatot küldeni, az adatok összekeverednek. Detektálása: CSMA/CD (Ethernet). Elkerülése: Master-Slave architektúra vagy token-passing.
◆
二
Fontosabb ipari buszok
Profibus
Max. 12 Mbit/s
Siemens által fejlesztett terepi busz. PA (Process Automation) és DP (Decentralized Periphery) változatai vannak. Ipari automatizálásban széles körben elterjedt.
RS-485 · Token-passing
Kattints a részletekért →
Modbus
Max. 115 kbit/s
Egyszerű, nyílt protokoll. RTU (soros) és TCP/IP változatban is elérhető. Master-slave architektúra, széles eszköztámogatással rendelkezik.
RS-232 / RS-485 · Master-Slave
Kattints a részletekért →
CAN Bus
Max. 1 Mbit/s
Gépjárműiparban és ipari automatizálásban egyaránt használt differenciális busz. Valós idejű kommunikációra optimalizált, nagy zajimmunitással rendelkezik.
ISO 11898 · CSMA/CD
Kattints a részletekért →
Profinet
Max. 100 Mbit/s
Profibus utódja, Ethernet alapon. Siemens S7 PLC-kkel natívan kommunikál. RT és IRT (Isochronous Real-Time) üzemmódokat támogat.
Ethernet · IRT / RT
Kattints a részletekért →
SCADA
Valós idejű felügyelet
Felügyeleti irányítási rendszer. Gyűjti és megjeleníti az ipari folyamatok adatait, riasztásokat kezel, és lehetővé teszi a távoli beavatkozást PLC-ken keresztül.
Felügyeleti rendszer · HMI · OPC
Kattints a részletekért →
UART
Max. 115.2 kbit/s
Aszinkron soros kommunikáció, start/stop bitekkel. Két vezeték (TX, RX), nincs órajel. Mikrovezérlők, GPS, Bluetooth modulok alapértelmezett kommunikációja.
Aszinkron · Full-duplex
Kattints a részletekért →
SPI
Max. 50+ Mbit/s
Szinkron soros busz négy vonallal: MOSI, MISO, SCK, CS. Master vezérli az órajelet. Gyors adatátvitel, kijelzők, SD kártyák, ADC/DAC csipek csatlakoztatásához.
Szinkron · Full-duplex · Master-Slave
Kattints a részletekért →
I²C
Max. 3.4 Mbit/s
Csak két vezeték: SDA (adat) és SCL (órajel). Több eszköz csatlakoztatható egyetlen buszra 7 bites cím alapján. Szenzorok, EEPROM-ok, RTC modulok jellemző protokollja.
Szinkron · Half-duplex · Multi-Master
Kattints a részletekért →
◆
三
Buszrendszerek összehasonlítása
| Protokoll | Max. sebesség | Topológia | Max. eszközök | Felhasználás |
|---|---|---|---|---|
| Profibus DP | 12 Mbit/s | Busz / Gyűrű | 126 | Gyárautomatizálás |
| Modbus RTU | 115 kbit/s | Busz | 247 | Általános ipari |
| CAN Bus | 1 Mbit/s | Busz | 110 | Járműipar, gépek |
| Profinet | 100 Mbit/s | Csillag / Fa | Korlátlan | Siemens S7 rendszerek |
| SCADA | — | Kliens-szerver | Korlátlan | Felügyeleti irányítás |
| UART | 115.2 kbit/s | Pont-pont | 2 | Mikrovezérlők, GPS, BT |
| SPI | 50+ Mbit/s | Pont-pont | Korlátlan (CS/eszköz) | Kijelzők, SD, ADC/DAC |
| I²C | 3.4 Mbit/s | Busz | 128 (7 bit) | Szenzorok, EEPROM, RTC |
◆