endüstriyel iletişim protokollerine giriş

Transkript

SCADA SİSTEMLERİ
SCADA’ya Giriş
Öğr.Gör. Ercan COŞGUN
2016,Kırklareli
SCADA
VERİ İLETİŞİMİ
Veri iletişimi (data communications) bilginin herhangi bir ortam (hava, kablo vb.)
kullanılarak iki cihaz arasında transfer edilmesidir. Veri iletişiminin etkinliği aşağıdaki 4
temel parametreye dayanır.
• Doğru hedef (Delivery): Verinin sadece doğru hedefe ulaşmasıdır.
• Doğruluk (Accuracy): Verinin kaynağından çıktığı şekliyle iletilmesidir.
• Zaman (Timeliness): Verinin zamanında hedefe ulaşmasıdır. Gerçek zamanlı
iletişimde (audio, video) çok önemlidir.
• Gecikme değişimi (Jitter): Paketlerin hedefe ulaşma süresindeki değişimdir.
SCADA
Veri iletişim sistemi 5 elemandan oluşur:
• Message (mesaj): iletilen bilgidir (ses, görüntü, metin, sayı, resim)
• Sender (gönderici): veriyi ileten cihazdır (pc, g ), workstation, video camera)
• Receiver (alıcı): veriyi alan cihazdır (pc, workstation, televizyon)
• Transmission medium (iletim ortamı): verinin gönderen ve alan cihaz arasında
iletilmesini sağlayan fiziksel yoldur (twisted pair wire, coaxiel cable, fiber optic cable,
radio waves)
• Protocol (protokol): veri iletişimini başlatır, yönetir, sonlandırır
SCADA
SCADA
• Bilginin iki nokta arasında iletilmesi için analog veya sayısal sinyale çevrilmesi gerekir.
• Sayısal-sayısal çevirmede sayısal veri sayısal sinyale dönüştürülür.
• Analog-sayısal çevirmede analog veri sayısal sinyale dönüştürülür.
• Çevirme işleminden elde edilen sinyal paralel veya seri olarak iki nokta arasında iletilir.
SCADA
OSI REFERANS MODELİ (International Organization for Standardization)
Bu model sayesinde değişik bilgisayar firmalarının ürettikleri bilgisayarlar arasındaki
iletişimi bir standarda oturtmak ve farklı standartlar arası uyumsuzluk sebebi ile ortaya
çıkan iletişim sorununu ortadan kaldırmak hedeflenmiştir.
OSI referans modelinde, iki bilgisayar sistemi arasında yapılacak olan iletişim problemini
çözmek için 7 katmanlı bir ağ sistemi önerilmiştir.
Bir başka deyişle bu temel problem 7 adet küçük probleme parçalanmış ve her bir
problem için ayrı ayrı bir çözüm yaratılmaya çalışılmıştır.
Bu 7 katmanın en altında yer alan iki katman yazılım ve donanım, üstteki beş katman ise
genelde yazılım yolu ile çözülmüştür.
OSI modeli, bir bilgisayarda çalışan uygulama programının, iletişim ortamı üzerinden
başka bir bilgisayarda çalışan diğer bir uygulama programı ile olan iletişiminin tüm
adımlarını tanımlar.
En üst katmanda görüntü ya da yazı seklinde yola çıkan bilgi, alt katmanlara indikce
makine diline dönüşür ve sonuç olarak 1 ve 0 lardan ibaret elektrik sinyalleri halini alır.
SCADA
OSI REFERANS MODELİ
SCADA
7-Uygulama Kullanıcıya en yakin olan katmandır. Spreadsheet, kelime işlemci, banka
terminali programları vs. bu katmanın parçalarıdır.
6-Sunum Bu katmanda gelen paketler bilgi haline dönüştürülür. Bilginin karakter set
cevrimi veya değiştirilmesi, şifreleme vs. görevlerini bu katman üstlenir.
5-Oturum İki bilgisayar üzerindeki uygulamaların birbirini fark ettiği katmandır.
4-Taşıma Bu katman gelen bilginin doğruluğunu kontrol eder. Bilginin taşınması
esnasında oluşan hataları yakalar ve bunları düzeltmek için çalışır.
SCADA
3-Ağ Bağlantıyı sağlayan ve ulaşılmak istenen bilgisayara giden yolu bulan katmandır.
Yönlendirme protokolleri bu katmanda çalışır.
2-Veri iletim Bu katman fiziksel katmana ulaşım stratejisini belirler. Fiziksel adresleme,
ağ topolojisi, akis kontrolü vs. bu katmanın görevlerindendir. Köprü cihazları bu
katmanda çalışır.
1-Fiziksel Bu katman ağın elektriksel ve mekanik karakteristiklerini belirler.
Modülasyon teknikleri, çalışma voltajı, frekansı vs. bu katmanın temel
özelliklerindendir. OSI referans modeli bir ağ uygulaması değildir. OSI sadece her
katmanın görevini tüm detayları ile tanımlar. Bu modeli bir gemi ya da ev projesine
benzetebiliriz. Nasıl ayni gemi planını alıp farklı firmalar gemi yapabilirse OSI modeli de
böyledir. Nasıl ayni gemi planından iki farklı firma gemi ürettiğinde en azından
kullanılan çiviler farklı yerlere çakılırsa, OSI modeli de gerçekleştiren firmadan firmaya
farklılık gösterebilir.
SCADA
Bağlantı Aygıtları Bilgisayar ağı erişiminde genel olarak dört tip bağlantı aygıtı kullanılır:
tekrarlayıcı (repeater)
köprü (bridge)
yönlendirici (router)
geçityolu (gateway)
SCADA
Tekrarlayıcılar:
SCADA
Tekrarlayıcılar:
Tekrarlayıcının temel görevi bir fiziksel ortamdaki (kablo, fiber-optik, radyo dalgası vs.)
sinyali alıp kuvvetlendirip bir diğer fiziksel ortama vermektir. Ağların fiziksel büyüklük
sınırlarını daha da genişletmek amacı ile kullanılan bu cihazlar ile kuramsal olarak bir
bilgisayar ağı sonsuza kadar genişletilebilir.
SCADA
Köprü (Bridge )
SCADA
Köprü (Bridge )
Köprü cihazları temelde bağımsız iki ağın (farklı ağ teknolojilerini kullanabilirlerEthernet ve Token-Ring gibi) birbirine bağlantısı için kullanılırlar. Aşağıdaki şekilde iki
Ethernet ve bir Token-Ring ağının birbirlerine köprüler vasıtası ile yapılan bağlantısı
gösterilmektedir.
SCADA
Yönlendirici (Router)
Yönlendiriciler aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi OSI referans modelinin ağ (network)
katmanında çalışırlar.
SCADA
Yönlendirici (Router)
Bir köprü sadece paketlerin kaynağını ve gittiği yerin adresini kontrol ederken bir
yönlendirici çok daha fazlasını yapar. Bir yönlendirici ağın tüm haritasını tutar ve
paketin gittiği yere en iyi yolu belirleyebilmek için tüm yolların durumunu inceler.
Yönlendirici farklı fiziksel yapıda olan ve farklı protokolleri çalıştıran yerel ya da geniş
alan ağlarının birbirleri ile olan bağlantısında basarı ile kullanılabilir.
SCADA
Geçityollari (Gateway)
Geçityollari köprü ve yönlendiricilerin yeteneklerinin de ötesine geçerler. Aşağıdaki
şekilden de görülebileceği gibi OSI referans modelinin üst katmanlarında işlerler.
SCADA
Geçityollari (Gateway)
Geçityollari sadece farklı noktalardaki ağları bağlamakla kalmaz aynı zamanda bir
ağdan taşınan verinin diğer ağlarla uyumlu olmasını da garanti ederler. Bu bir
serverda, minibilgisayarda ya da ana bilgisayarda bulunan protokol çevirim
yazılımıyla yapılır.
SCADA
ENDÜSTRİYEL İLETİŞİM PROTOKOLLERİNE GİRİŞ
Otomasyon sisteminde sensör, valf, röle vb. elemanlar, PLC ve bilgisayarlarla
haberleşmektedir.
Böylece bilgi akışı sağlanarak veri toplama (data acquisition), veri işleme, veri analizi
işlemleri gerçekleştirilmektedir
SCADA
Veri iletişimi
Dijital Sinyal
Elektronikte tüm veri haberleşme standardı temel olarak “1” ve “0” rakamlarından
oluşmaktadır. Bu sistem ile oluşturulabilen anlamlı en küçük veri yığını BIT (İkili Değer)
olarak adlandırılır. BIT sistemi ile herhangi bir anahtarlama elemanının AÇIK (1) veya
KAPALI (2) konumları tanımlanarak örneğin pnömatik bir valfi kumanda eden röle
elemanının durumu belirlenebilir.
SCADA
Veri iletişimi
Dijital Sinyal
PLC tarafından kumanda edilen bir pnömatik valf grubunun açma/kapama bilgileri de
“1” ve “0” rakamlarından oluşan bilgiler olarak transfer edilir. Bir valfin açılıp kapanması
aynı zamanda o valfe gerekli enerjinin gönderilmesi veya voltajın kesilmesi anlamını da
taşır. Eğer valf 24V DC voltaj ile çalışıyorsa “0” konumu “0 V” veya düşük (LOW) sinyal,
“1” konumu “24 V” veya yüksek (HIGH) sinyal olarak değerlendirilir.
SCADA
Veri iletişimi
Dijital Sinyal
Sadece “1” ve “0” rakamlarından oluşan 8 parçalık veri yığını (8 BIT = 1 BYTE) 0-255
aralığında bir değer içerebilmektedir. Bu rakam, 8 parçalık veri paketi ile ifade
edilebilecek bilginin alt ve üst sınırlarını ve verinin çözünürlüğünü belirler.
Örneğin 0..6 bar aralığında basınç regülasyonu yapabilen elektropnömatik oransal
basınç kontrol valfimizin 8 BIT kontrol sistemi olduğunu kabul edelim.
Regülatörümüzün 2.59 bar basınç üretebilmesi için; Pset değeri “255x2,59/6,0 = 110”
olarak sisteme gönderilmelidir. Ancak öncelikle onluk düzendeki bu değer ikili düzene
çevrilmeli ve 8 basamaklı bir sayı olan “0110 1110” rakamı olarak cihaza
gönderilmelidir.
SCADA
Veri iletişimi
Analog Sinyal
Doğrudan elektriksel olmayan basınç, sıcaklık veya pozisyon gibi değişkenleri çeşitli
algılama elemanları ile ölçerken elde edilen veriler genellikle akım veya voltaj
cinsinden analog değerler olarak ölçülür. Analog veri, belirli bir değer aralığında
süreklidir ve teorik olarak sonsuz sayıda değer alabilir.
Dijital veri ise analog verinin aksine aynı ölçme aralığı içinde sadece belli değerleri
alabilir ve kesintili ölçümler verir. Kullandığımız kontrol sisteminin ve ölçüm cihazının
BİT değeri, ölçümü yapılan değerin çözünürlüğünü ve dolayısıyla ölçüm
yapabileceğimiz minimum değer aralığını tayin eder.
SCADA
Veri iletişimi
Veri aktarım ortamları
Elektronik sistemlerde veri kablolar üzerinden aktarılır. Kablolar sinyal iletimi için gerekli
iletişim ortamını sağlar. Haberleşme amacıyla kullanılacak kablo seçilirken aşağıdaki
kriterler esas alınır.
• Aktarılacak verinin miktarı (aktarım hızı)
• Aktarım yöntemi (voltaj seviyesi)
• Aktarım mesafesi (kablo uzunluğu)
• Elektromanyetik gürültü (EMC güvenliği)
• Mekanik tasarım kriterleri
SCADA
Veri aktarımı yöntemleri
Veri aktarımı temel olarak iki alternatif yöntemle gerçekleştirilir. Gönderilecek sinyaller
paralel veya seri olarak taşınır. Bu ayrım yapılırken taşınacak verinin kaç adet kablo ile
yapılacağı ile ilgili herhangi bir sınıflandırma yapılmaz.
SCADA
Paralel haberleşme
Verici ve alıcı taraflarında 8 adet bağlantı noktası bulunmaktadır. Bu tür bir bağlantı ile 8
BIT / 1 BYTE büyüklüğünde bir veri aktarımı yapılabilir.
Sinyal aktarıldıktan belli bir süre sonra kesilerek bir başka sinyal moduna geçilmesi
mümkündür.
Verici bölümü, herhangi bir PLC ünitesinin 8 adet çıkış verebilen çıkış modülüdür.
Bu 8 adet vericinin karşılığında 8 adet alıcı mevcuttur.
Konvansiyonel paralel kablolama olarak adlandırılabilecek olan bu yöntemde PLC
ünitesinin her bir çıkış noktası ayrı bir selenoid valfi kumanda eden röle kontaklarını
kumanda eder.
Bu durum, özellikle çıkış sayısı arttıkça problem teşkil etmeye başlar.
Herhangi bir verici ucunda sinyal olduğunda 24V DC enerji kumanda edilen valfi
çalıştırarak belirli bir işlevi yerine getirecektir.
Tüm bobinlerin ortak bir geri dönüş ( -) hattı mevcuttur. Tüm çıkışlar PLC tarafından her
çevrim sonunda tekrar değerlendirilerek gerektiği taktirde değiştirilecektir.
Valflerin enerjide kalma süresi yapılan programın içeriğine ve gönderilen sinyalin tipine
ve süresine bağlıdır.
SCADA
Seri haberleşme
Seri veri aktarımı durumunda da esasında bilgi paralel veri yongaları (BIT) olarak üretilir.
Ancak bu bilgi tek bir veri hattına indirgenerek iletilecektir.
Bu amaçla iletmek istediğimiz bilgi kodlanarak tek bir hat üzerinden iletilebilecek şekle
getirilmelidir.
Bu işleme paralel-seri data dönüşümü adı verilir.
Bu dönüşüm ve iletim işleminin hızı (BIT/s = BAUD) aynı zamanda veri aktarım hızını
belirler.
Seri haberleşme yönteminde sadece kontrol bilgilerinin yanısıra start/stop bilgileri,
kontrol verileri ve bazı özel uygulamalarda güvenlik bilgileri de aynı hat üzerinden
taşınır.
Böylece birden fazla kablo kullanımının önüne geçilir.
Ancak tek bir veri hattı üzerinden taşınabilecek verinin miktarı ve hızı sınırlı seri
haberleşme kaba bir ifadeyle KODLAMA ve KOD ÇÖZME esasıyla verici ve alıcı
konumundaki cihazların aynı ortak dili konuşarak anlaşmasıdır.
SCADA
RS232 standardı
RS232 genellikle iki nokta arasında asimetrik haberleşme yapıldığı durumlarda
kullanılmaktadır. +3/+15V aralığı yüksek (HIGH) sinyal, -3/-15V aralığı düşük(LOW) sinyal
olarak kabul edilir. Bu standart genellikle kişisel bilgisayarlarda kullanılmaktadır.
SCADA
RS-232
SCADA
RS-232
SCADA
RS-232 EIA (Electronic Industries Association) tarafından geliştirilmiş bir standarttır.
+15V ve -15V arasında iki voltaj seviyesi kullanarak 15 metreye kadar haberleşme için
geliştirilmiştir.
Modem, klavye ya da terminal gibi kısa mesafelerdeki birimlere sayısal veri aktarmak
için kullanılır. Veri genelde 8 bitlik karakterler halinde iletilir (ASCII karakterlerinin 8 bit
tanımlanması nedeniyle).
İletim seri yapılır (bitler ardışıl gönderilir). İletim standartta hem senkron hem
asenkron olacak şekilde farklı farklı tanımlanmıştır.
SCADA
Asenkron (asynchronous) olması halinde gönderici ve alıcının koordine olması
gerekmez. Gönderici belli bir formatta hazırlanan veriyi hatta aktarır.
Alıcı ise devamlı olarak hattı dinlemektedir, verinin gelişini bildiren işareti aldıktan
sonra gelen veriyi toplar ve karakterleri oluşturur.
RS-232’de, eksi voltaj seviyesi “1”, artı voltaj seviyesi “0” anlamındadır. Hattın boş
olduğu eksi voltaj seviyesi ile ifade edilir. Veri gönderileceği voltajın artı değere
çekilmesi (0, başlangıç biti) ile ifade edilir ve ardından karakter serisi gönderilir. Her bit
için voltaj (1 için -3,-25 V ; 0 için +3,+25 V arası) belli bir süre aynı seviyede tutulur.
Gönderici ve alıcı birimler bu süreye göre ayarlanmıştır. Her karakterin sonuna bir bitiş
biti “1” eklenir.
SCADA
RS-485
RS-485 yine bir seri haberleşme standartıdır. Sadece iki kablo ile haberleşme imkanı
sağlar. Bu kablolardan biri Tx ucuna diğeride Rx ucuna bağlanmalıdır.
RS485 arayüzü üzerinden çeşitli protokoller örneğin Modbus profibus gibi ile
haberleştirme yapabiliriz.. Rx ve Tx üzerindeki gerilimler arasındaki farka bakılarak
sinyal durumları hesaplandığından ve gürültü bu iki adet kabloya aynı miktarda
bineceğinden gürültülü sinyal ile normal sinyal arasında taşıdığı bilgi açısından bir fark
olmamaktadır.
Ancak RS-232'de referans gnd (ground yani bildiğimiz sifir voltaj temel referans)
olduğundan gürültü kabloya bindiğinde sinyalin değerini artırıp azalttığında sinyalin
taşıdığı bilgi değişim gösterebilmektedir
SCADA
RS-485
RS232 nin en temel problemi sinyal hattı üzerindeki gürültüden kolay etkilenir
olmasıdır. RS232 protokolü alıcı ve verici arasındaki data ve handshake line voltajlarını
ortak bir toprak hattı kullanarak karşılaştırır.
Toprak hattındaki herhangi bir voltaj artımı felaket sonuçlar doğuracaktır. Bu yüzden
RS232 tetikleme seviyesi +/-3volta ayarlanmıştır. Bu nedenle mesafe arttığında gürültü
hızla artar. RS485 standartında ise sinyal referansı için ortak sıfır kullanılmaz. Bu
sebeple RS485 alıcı ve verici ünite arasındaki voltaj seviye farkı bir problem
oluşturmaz. RS485 sinyalleri değişkendir ve herbir sinyal Sig+ ve Sig-hatları üzerinde
iletilir.
SCADA
RS-485
SCADA
RS-485
RS485 in belli başlı teknik özellikleri
Maksimum sürücü sayısı : 32
Maksimum alıcı sayısı : 32
Çalışma şekli : Half Duplex
Network Yapısı : Çok noktalı bağlantı Maksimum
Çalışma Mesafesi : 1200 metre15
12 m kablo uzunluğunda maksimum hız : 35 Mbps
1200 m kablo uzunluğunda maksimum hız : 100 kbps
Alıcı giriş direnci : 12 kohm
Alıcı giriş duyarlılığı :+/-200 mvolt
Alıcı giriş aralığı : -7…12 volt
Maksimum sürücü çıkış voltajı : -7…12 volt
Minimum sürücü çıkış voltajı ( yük bağlı durumda ) : +/-1.5 volt
SCADA
Haberleşme protokolleri
Verici ve alıcı arasında hızlı, güvenli ve anlaşılabilir veri iletişimi gerçekleştirilebilmesi
için kullanılan yazılım ve donanıma göre bazı unsurların belirlenmesi gerekir.
Haberleşme ile ilgili kuralların belirlenmesi ile haberleşme protokolü belirlenmiş olur.
Herhangi bir protokolde bilgi aktarımı ve kontrolü ile ilgili tüm detaylar belirlenmiş ve
sabitlenmiştir.
Alıcı ve verici cihazların belirli bir protokol üzerinden haberleşecek şekilde üretilmiş
olması gerekmektedir.
SCADA
Protokol, kontrol edilen sistemin tüm elemanlarının haberleştiği ve birbiriyle anlaştığı
ortak konuşma dili olarak değerlendirilebilir.
Fieldbus (Alansal Veriyolu) sahada yani fabrika içi ve dışındaki alanlarda kullanılan tüm
protokollerin genel adıdır.
SCADA
Interbus-S Protokolu:
Interbus-S protokolu, Phoenix Contact tarafından geliştirilen ve özellikle Almanya'da
çok yaygın olan açık mimarili ve DIN normlarına göre standartlaştırılmış bir BUS11
sistemidir.
Sistem kapalı halka topolojisi ile haberleşir.
Veri iletişimi çift yönlü olarak gerçekleştirilir ve asıl haberleşme hattı alt seviye
gruplara ayrılarak ölçeklenebilir.
SCADA
Profibus Protokolu:
Profibus geniş kapsamlı üretim ve proses otomasyonu için tasarlanmış üreticiden
bağımsız açık saha hat protokoludur.
Üretici bağımsız oluşu ve açıklığı uluslararası standartlar olan EN 50170, EN 50254 ve
IEC 61158 üzerine kurulmuştur.
650'ye yakın üyesi bulunan ve birçok araştırma enstitüsü tarafından desteklenen
Profibus, farklı üreticilerin cihazları arasında haberleşme sağlayan ve bunu yaparken
herhangi özel bir arabirime ihtiyacı olmayan bir veri yolu olmakla birlikte, yüksek hızlı
kritik uygulamalar veya kompleks haberleşme işlemleri gibi kullanım alanlarında yaygın
olarak uygulanan bir veri yolu sistemidir.
SCADA
Modbus Protokolu:
Modbus seri iletişim protokolü, master/slave ilişkisine sahip bir protokoldür.
Sadece bir master düğümü (aynı zamanda olmak koşulu ile) ve maksimum 247 olmak
üzere çeşitli sayılarda slave düğümü aynı bus (yol) üzerinde bağlanabilir.
Modbus haberleşmesi her zaman master tarafından başlatılır.
Slave düğümler Master düğüm tarafından bir istek emri almadığı sürece asla veri
iletimi yapmaz.
Slave düğümler kendi aralarında hiçbir şekilde haberleşemezler. Master düğüm aynı
zaman içerisinde sadece tek bir Modbus iletişimi kurabilir.
SCADA
CANBus Protokolu:
Bosch firması tarafından geliştirilen (seri) veri yolu sistemi olan Controller Area
Network protokolu, özellikle otomotiv sektörüne yönelik akıllı ağ, sensör ve aktüatörler
için tasarlanmış ve kısa bir zamanda bu çalışmalarda standart hale gelmiştir.
Multimaster yani bütün CAN noktalarının data iletebildiği ve birkaçının da eş zamanlı
olarak istekte bulunabildiği veri yolu sistemi olan CANBus hiçbir abone ya da kullanıcı
için herhangi bir adreslemeye sahip olmamakla birlikte öncelikli mesajın iletilmesi
şeklinde veri iletir.
Bu veri iletişim protokolu en sık Otomotiv ve Medikal endüstrisinde kullanım alanı
bulmaktadır.
SCADA
DeviceNet Protokolu:
Allen-Bradley tarafından geliştirilen akıllı sensör ve aktüatörler için tasarlanmış
endüstriyel iletişim protokolu olan DeviceNet "Open DeviceNet Vendors Association"
adı verilen üretici bağımsız bir kuruluş tarafından günümüzde gelişimini
sürdürmektedir.
DeviceNet ile limit anahtar, fotoelektrik sensör, barkod okuyucu ve motor starterleri
gibi düşük seviyeli aygıtlara bağlanılabilir ve PC veya PLC gibi daha üst seviyeli aygıtlarla
haberleşme sağlanabilir.
SCADA
AS-i Arayüzü:
AS-i (Aktüatör -Sensör Arayüzü) olarak adlandırılan sistem en alt seviye otomasyon
düzeyinde oldukça basit bir altyapıyla tahrik ve algılama elemanları üzerinde
uygulanmaktadır.
Paralel kablolamaya göre en basit alternatif olan sistem 11 farklı firma tarafından
finanse edilen bir araştırma grubu tarafından geliştirilmiştir.
Henüz tam anlamıyla standartlaşmaya gidilememiş olmakla beraber bu konudaki
çalışmalar devam etmektedir.
SCADA
AS-i Arayüzü:
Yeni geliştirilen ürünlerle AS-i Bus üzerinden analog veri haberleşmesi de yapılmaya
başlanmıştır AS-i son derece basit, ucuz ve aynı derecede güvenli bir sistemdir.
Sistem merkezi kontrolör (master) ve buna bağlı maksimum 31 alt düzey kontrol
sistemi bağlanabilir.
AS-I denetleyicisi doğrudan ana otomasyon sistemine bağlanabildiği gibi bir başka
sistemin alt sistemi olan mantıksal komponent grubu olarak ta bulunabilir.
Özel veri dönüştürücüleri ile Profibus DP sinyalleri AS-i formatına çevrilerek
kullanılabilir.
AS-i sisteminde temel olarak algılayıcılardan gelen sinyaller işlenir ve aktüatörleri
kumanda eden valfler kontrol edilir. Bu amaca hizmet eden standart giriş/çıkış
modülleri vardır.
Topoloji nedir?
• Bir ağdaki bilgisayarların nasıl yerleşeceğini,
nasıl bağlanacağını, veri iletiminin nasıl
olacağını belirleyen genel yapıdır.
• Fiziksel topoloji: Ağın fiziksel olarak nasıl
görüneceğini belirler (Fiziksel katman)
• Mantıksal topoloji: Bir ağdaki veri akışının
nasıl olacağını belirler (Veri iletim katmanı)
Ağ topoloji türleri
• Doğrusal (Bus Topology)
• Halka (Ring Topology)
– Star-wired ring
• Yıldız (Star Topology)
– Star-wired bus
• Ağaç (Tree Topology)
• Karmaşık (Mesh Topology)
Doğrusal (Bus) Topoloji
• Bir kablo yol olarak düşünülürse, bu yol
üzerindeki her bir durak ağda bir düğümü
(node-terminali/cihazı) temsil etmektedir.
• Bu tek kabloya; bölüm (segment), omurga
(backbone), trunk denilebilir.
Doğrusal Topoloji - (Avantaj ve Dezavantajları)
•
Avantajları:
– Ağa bir bilgisayarı bağlamak oldukça kolaydır
– Daha az uzunlukta kablo gerektirir.
•
Dezavantajları
– Omurga kabloda bir bozulma veya kesilme olursa tüm ağ bağlantısı kesilir.
– Kablonun sonunda sonlandırıcı (Terminator) olmalıdır.
– Ağda sorun olduğunda sorunun nerden kaynaklandığını bulmak zaman alıcı
olabilir.
– Tek başına tüm bir binanın ağ çözümü için genellikle kullanılmamaktadır.
– Çarpışma
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detect)
• Ethernet ve IEEE 802.3 standartlarında kullanılan bir
protokol.
• Çarpışmayı bulma (Collision Detect)
– Bir ethernet kartı bilgi göndereceği zaman ağ trafiğini izler.
– Ağ kablosunda veri yoksa verisini kabloya bırakır.
– Eğer kabloda veri varsa diğer veri hedefine gidinceye kadar
beklenir. Ardından veriyi gönderir.
– Eğer bu işlemler başarısız olursa çarpışma meydana gelir.
Çarpışma (Collision)
Halka(Token Ring) Topoloji
• IBM tarafından geliştirilmiştir.
• Mantıksal olarak bir daire şeklinde tüm
düğümlerin birbirine bağlanması.
Halka(Token Ring) Topoloji
• Token (Jeton) (3 byte’lık) bu düğümler arasında
dolaşan bilgidir.
Halka Topoloji
• Halka içersindeki bir bilgisayar bozulursa tüm
ağ bağlantısı kesilir.
• Çarpışma olasılığı düşüktür.
• Şu anda halka topolojilerde UTP, STP kablo
kullanılmaktadır.
• İlk halka topolojiler; 4 Mbps (CAT3 UTP), daha
sonra 16 Mbps(CAT4 ve üstü veya STP Tip 4)
çalışmaktadır.
– Halka topolojiye uygun ethernet kartları; 4
veya 16 Mbps’da çalışır.
Halka Topoloji  Star-Wired Ring
• Star-wired ring’de denilebilir.
– Yerleşim fiziksel olarak yıldız olarak görünür ancak mantıksal
olarak jetonlar dairesel olarak ağda ilerler.
– Yıldız topolojisindeki Hub yerine burada MAU (Multistation
Access Unit) kullanılır.
– Bu MAU’da veriler dairesel olarak gider.
• Hub kendisine gelen bütün sinyalleri tüm düğümlere
iletirken MAU gelen sinyali bir halka şeklinde sadece bir
yönde iletir.
• Böylece ağdaki tüm düğümler jetonu alır.
Klasik Halka topolojisi
Star-Wired Ring topoloji
MAU
İki MAU bağlanması
için MAU’daki RI (Ring
In) ve RO (Ring Out
portları kullanılır.
Yıldız (Star) Topoloji
• Tüm düğümlerin ortak bir merkeze
(örneğin, hub, switch) bağlanmasıdır.
Yıldız (Star) Topoloji
Star-wired bus ~ Yıldız Topoloji
Yıldız Topoloji
(Avantaj ve Dezavantajları)
•
Avantajları:
– Ağı kurmak kolaydır
– Bir bilgisayara bağlı kablo bozulduğunda
ağın çalışması etkilenmez.
– Ağdaki sorunları tespit etmek kolaydır.
•
Dezavantajları
– Hub kullanıldığında ağ trafiği artar.
– Doğrusala göre daha fazla uzunlukta
kablo gerektirir.
– Hub veya Switch bozulduğunda tüm ağ
çalışmaz hale gelir.
– Hub ve Switch gibi cihazlar nedeniyle
doğrusala göre kurulumu daha pahalıdır.
Doğrusal -Halka -Yıldız
Ağaç (Tree) Topoloji
• Genellikle yıldız topolojisindeki ağları birbirine
bağlamak için kullanılır. Böylece ağlar büyütülebilir.
• Bir ağacın dalları farklı topolojilerdeki ağları temsil
eder, ağacın gövdesi ile de bunlar birbirine
bağlanabilir.
Ağaç (Tree) Topoloji
• Hiyerarşik yapıdaki ağlar
için kullanılır.
Ağaç Topoloji - (Avantaj ve Dezavantajları)
• Avantajları:
– Her bir bölüme (segment)
ulaşmak kolaydır
– Bir çok çalışma grubu bir araya
getirilebilir.
• Dezavantajları
– Her bir bölümün uzunluğu
kullanılan kablo ile sınırlıdır.
– Omurga kablosu
bozulduğunda bölümlerdeki
ağ trafiği etkilenir.
– Kurulumu ve düzenlenmesi
daha zordur.
Karmaşık (Mesh) Topoloji
• Gerçek Mesh topolojide tüm düğümler ağ içerisinde
birbirine bağlıdır.
• Daha çok WAN’da kullanılır.
• LAN’da kullanıldığında tüm düğümlerin birbirine
mutlaka bağlı olması gerekmez.
Gerçek Mesh topoloji
Karmaşık (Mesh) Topoloji
• Hybrid mesh topoloji, karmaşık ağlarda (veritabanı sunucularının
uzak mesafeler arası bağlantıları vb.) kullanılır.
Doğrusal
(Bus)
Yıldız
(Star)
Halka
(Ring)
Ağaç
(Tree)
Karmaşık
(Mesh)
Topoloji
Kurulum
Düzenleme
Sorun
Veri aktarımında problem
çözme
Doğrusal
Çok
kolay
Kısmen zor
Zor
Tek bir kablo, kabloda problem
veri aktarımını etkiler
Halka
Kısmen
Kolay
Kısmen zor
Kolay
Halkadaki bozukluk veri
aktarımını etkiler
Yıldız
Kolay,
ancak
zaman
alıcı
Kolay
Kolay
Tek bir kablodaki bozukluk bir
pc’yi etkiler
Ağaç
Zor
Zor
Kolay
Oldukça az
Karmaşık
Zor
Zor
Kolay
Oldukça az
Endüstriyel
Haberleşme
Protokollleri
• Endüstriyel Ethernet:
• Endüstriyel Ethernet yapı olarak normal ethernete
benzemektedir. Ancak endüstriyel Ethernet otomasyon
sahaları için tasarlanmıştır. Endüstriyel haberleşme
protokollerini genel olarak bir piramide benzetirsek,
endüstriyel Ethernet bu piramidin tepesinde yani ana
kontrol katmanında yer alır.
• Bitbus
• Bitbus. Intel ' in 1984' te tanıttığı fıeldbus" in adıdır .Diğer
şirketlerin sanayi ürünlerine temel oluşturur. Bu bus
sistemi temel olarak programlanabilir lojik kontrolörler ve
micro computerler arasındaki enformasyon alış verişi için
kullanılır. Veriler tek paketler halinde gönderilmektedir.
OTOMASYON PRAMİDİ
ERP
Enterprise
Resource
Plan
MES
SAP,
BAAN
SPC
ETHERNET
(İmalat Plan.)
SCADA
INTOUCH
INTELLUTION
CX-SUPERVISOR
(Gözlemleme, Kont.
Veri Toplama)
İletişim
PLC
PID
(Kontrol)
PC
Algılayıcılar, İş Elemanları
Donanım
(Saha/Üretim)
İletişim
DEVICE
NET
PROFIBUS
ASI
Endüstriyel
Haberleşme
Protokollleri
İnterbus
•
• Devir sayıları değişebilen tahrik elemanlarında gerek duyulan ve
kullanılan frekans çeviricilerinin ağ sistemi içinde birbirleriyle
haberleşmesi için geliştirilmişlerdir. Bu işlem esnasında birbirine zıt
yönde bir durum açığa çıkar. Bir taraftan parametrelendirme için büyük
miktarlarda veri transferi sağlanması gerekirken, diğer taraftan ayar
tekniğine ait tanımlanmış belirli periyodik aralıklarla ölçümlerin
yapılabilmesi ve proses olaylarında kısa sürelerde reaksiyon göstermesi
istenmektedir.
• Topolojik açıdan İNTERBUS - S (S speed hız anlamında kullanılmaktadır)
aktif bir ringdir. Transfer iletimi için 6 damarlı blendajlı bir kablo
kullanılmaktadır. Her bir segmente segment uzunluğu 400m olan ve
repeater'h olarak 13km'ye çıkabilen max. 2 katılımcı bağlanabilir.
•
•
Endüstriyel
Haberleşme Protokollleri
Controller Area Net»ork(CAN Bus)
Controller Area Netvvork (CAN), gerçek zamanlı kontrola sahip, yüksek hızlı, yüksek
güvenlik seviyesine sahip, düşük fiyatlı ve yüksek performanslı bir seri iletişim
protokolüdür. CAN. aslında bir otomotiv standardı olarak geliştirilmiş ve elektronik
kontrol üniteleri arasında bir seri arabirim olması amaçlanmıştır. Fakat kısa zaman
içerisinde endüstriyel ortamlarda kullanılan ağlar için çok uygun bir çözüm olmaya
başlamıştır. Birçok endüstriyel uygulamada CAN kullanımının hızlı bir şekilde artması
sonucu. DeviceNet ve Smart Distributed System (SDS) gibi CAN tabanlı özel ağ
protokolleri geliştirilmiştir. CAN. ISO tarafından da yüksek hızlı bir ağ olarak
standartlaştırılmıştır (ISO 11898 ve ISO 11519-1). Bütün bunların sonucu olarak da. CAN
protokolünün, sadece araçlar için en iyi ve en güvenilir protokol olmadığı, endüstriyel
sahalarda da iyi bir çözüm olduğu anlaşılmıştır. Çünkü, temelde otomotiv piyasasına
hitap edecek bir şekilde tasarlandığı için CAN protokolünün hata tespit mekanizması
diğer ağ protokollerine göre daha fazla performansa sahiptir. Ancak. ISO/OSI Referans
Modeli'nde CAN. sadece veri iletim katmanında gösterilmiştir.
– DEVICENET
•
Allen-Bradley tarafından geliştirilen Akıllı sensör ve aktüatorler için tasarlanmış
endüstriyel network yapısı olan DEVICENET "Öpen DeviceNet Vendors Association " adı
verilen üretici bağımsız bir kuruluş tarafından günümüzde gelişimini sürdürmektedir.
DEVICENET ile limit svvitch. fotoelektrik sensör. barkod okuyucu ve motor starterleri gibi
düşük seviyeli aygıtlara bağlanılabilir ve PC veya PLC gibi daha üst seviyeli aygıtlarla
haberleşme sağlanabilir
Endüstriyel
Haberleşme
Protokollleri
– Modbus;
• Modbus protokolü 1978 yılında Modicon firması tarafından alıcı ve
vericikler arasında iletişimi sağlayabilmek için RS 232 protokolü
kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Günümüzde ise Modbus protokolü
Schneider Automation firmasının ürünüdür. Denetçilerin standart Modbus
ağları üzerinden iletişim yapabilmeleri için 2 türlü yol vardır. Bu modlar
ASC II ve RTU modlarıdır.
• ASC II modunda yollanan her 8 bit 2 adet ASC II karakteri olarak yollanır.
• Bu modun en büyük avantajı bir hataya neden olmadan karakterler
arasında 1 sn' lik zaman aralığına olanak sağlamasıdır.
• Rtu modunda ise bilgiler her 8 bitlik byte, 2 tane 4 bitlik onaltık karakter ile
yollanmaktadır.
• Bu modun ASC II moduna göre üstünlüğü aynı iletim hızı için daha fazla
veri iletimi sağlamasıdır çünkü karakter yoğunluğu daha fazladır. Modbus
haberleşme protokolü Modbus Plus ve Map gibi alt protokollere sahiptir.
Ayrıca Modbus haberleşme protokolü TCP/IP protokolünü kullanarak
internete çıkabilmektedir.
Endüstriyel Haberleşme Protokollleri
MPI Ağ Sistemi(Multipoint Interface)
MPI (Multipoint Interface) PROFIBUS DP' ye dayalı bir
Ağ sistemidir. Bu sistem kumanda cihazlarını, aktörleri ve
sensörleri birbirleriyle bağlanması işine yaramaktadır. Bu
ağ sistemini konfigüre etmek veya sistemi işletime almak
için bus sistemleri hakkında derin bilgi sahibi olmaya bu
sistemde gerek yoktur.
AS-i
AS-1 kelime olarak "Actuatuar- Sensor- Interface" kelimelerinin baş
harflerinden meydan gelmektedir . Bu anlamda AS-1 aktuatörler ve
sensörler arasında bir ara birim oluşturmaktadır. Bu çalışma elemanları
ile (manyetik valflar, kontaktörler vs. ) sensörlerin ( optik, endüktif.
kapasitif vs. ) proses seviyesinde (çalışma alanında) birbirleriyle
bağlanarak şebeke oluşturduğu bir sistemdir. AS-1 özellikle sistemde
kullanılan özel yassı kablo ve kuplaj modülü aracılığı ile tesisat, montaj
ve devreye alma işlemlerinde tasarruf sağlamaktadır. Sistem merkezi
kontrolör (master) ve buna bağlı maksimum 31 alt düzey kontrol
sistemi bağlanabilir. AS-İ denetleyicisi doğrudan ana otomasyon
sistemine bağlanabildiği gibi bir başka sistemin alt sistemi olan
mantıksal komponent grubu olarak ta bulunabilir. Özel veri
dönüştürücüleri ile Profibus DP sinyalleri AS-i formatına çevrilerek
kullanılabilir. AS-i sisteminde temel olarak algılayıcılardan gelen
sinyaller işlenir ve aktüatörleri kumanda eden valfler kontrol edilir. Bu
amaca hizmet eden standart giriş/çıkış modülleri vardır.
AS-i
AS-I hattına bağlı bulunan sensör ve çalışma elemanlarının AS-I Master tarafından yapılan bildirimleri anlamaları ve verileri bu
hattın üzerinden aktarabilmeleri gerekir. Bu görevi AS-1 Slave'leri üstlenmektedir. AS-I - Slave'leri sistemin pasif
üyeleridir, yani bu elemanlar sadece Master tarafından kendileri
seçildiğinde ona yanıt verirler. Bu nedenle her bir slave
kendilerine kullanıcılar tarafından verilen bir adrese sahiptir.
Verilebilecek adres sahası 1 ile 31 arasındadır. Slave' lerin
adreslenmesi işlemi özel bir programlama ünitesi aracılığıyla
"hardware olarak“ yapılır. ( Üretici firmadan yeni olarak alman
slave'ler prensip olarak "0" adresine ayarlanmış durumda
olmaktadır.)
AS-i
• ASI SİSTEM ELEMANLARININ HABERLEŞME YOLLARI
• AS-I sistemi değişik yollardan an kontrol organı ile haberleşebiliyor.
Başka bir ifade ile. AS-I sistemi değişik haberleşme yolları üzerinden
ana kontrol sistemine entegre edilebilir. Kontrol organı olarak PLC
kullanılıyorsa PLC ye AS-I için gerekli PLC- Master arabirimi takılarak. PC
kullanılıyorsa bilgisayara gerekli AS-I arabirimi takılarak, alansal veri
yolu kullanılıyorsa bu durumda alansal veri yoluna takılacak bir AS-I
arabirimi üzerinden olabileceği gibi yoluna takılmış valf adsına entegre
edilebilen bir AS-I Master ile de AS-I kontrol hattı gerçekleştirilebilir.
As-i
• ASI MASTER / SLAVE KOMİNİKASYONU
•
Master ile slave arasındaki komünikasyon single - Master
komünikasyonuna göre gerçekleşir. Sinyal diyagramı Şekilde
görülmektedir. Sadece bir adet master bulunur. Master bildirimi
ile slave yanıtı bir çevrimlik süre içinde karşılıklı olarak gerçekleşir.
Slaveler sırası ile sorgulanır. Bu sayede gönderim hakkına dair
(örn. İşaretler) bir kumanda
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
As-i
ASI Teknik Verileri
Değişik firmalar tarafından üretilmiş sensör ve çalışma elemanları ortak bir seri ara birim
üzerinden sisteme bağlanabilir.
Sinyal ve besleme gerilimi max. 100 mA/ slave veya 2 A/kol’ a kadar bir kablo üzerinden
gerçekleşir. Sistemin besleme gerilim büyüklüğü 30 V'dur. Daha fazla akım çekmesi
gereken durumlarda ayrıca bir AS-I besleme ünitesi kullanılabilir.
Sistemde kullanılacak olan modüller herhangi bir alete gerek duyulmaksızın AS-I
kablosuna bağlanabilir veya gerektiğinde çıkartılabilir.
AS-1 hat uzunluğu her bir kol için lOOm'dir. 1000 m'ye kadar olan daha uzun
mesafelerde yükselticiler (repeaterlar) kullanılır.
Her bir AS-I master hattına max. 31 slave bağlanabilir. Yine her bir slave sadece max. 4
sensör ve 4 aktör bağlanabilir.
Akıllı sensörler/aktörler parametrelendirilebilir.
Master çevrimsel olarak (tam kullanımda 5ms.-takt) bağlı bulunan sensör ve aktörlerin
kutupsal olarak kumanda eder.
Veri transferi kullanılan modülasyon yöntemine bağlı olarak çok güvenli bir şekilde
yapılmaktadır. 1 ile 3 arasındaki hatalar tamamen tespit edilmektedir.4-5 adet hata ise %
99.99 oranında belirlenebilmektedir. Hatalı olarak gönderilen bilgiler derhal otomatik
olarak gönderilebilir.
Her bir birimin hatalı fonksiyonu veya devre dışı kalması otomatik olarak bildirilir
Profibus’a Genel Bakış
Profibus Protokolleri
Kablolama
DP ve PA Düğümlerinin Kurulumu
Bus Üzerinde Veri Gösterimi
Verinin Değişimi, Master / Slave ilişkisi
Dönüş Süresi, DP Mono-master-system
Konfigurasyon
GSD : Electronic data sheet
Profibus’a Genel Bakış
– Almanya’da 1980 yılında bulundu
– RS485 ile benzeşir. 9 pinli standart konnektörü veya
12mm konnektörü kullanır.
– Mesaj başına 244 byte aktarır ve 12mb/s band
genişliğine sahiptir.
– Profibus, çoklu efendi ve köle sistemine sahip bir broadcast
veri haberleşme protokolüdür.
– Farklı uygulamalarda kullanılmak üzere 3 farklı versiyonu
vardır.
1. Device Bus
: Profibus DP
2. Process Control Network : Profibus PA
3. Control Network
: Profibus FMS
Profibus DP
• Profibus DP hız ve düşük maliyet için tasarlanmıştır
• Profibus DP versiyonu otomasyon ve kontrol sistemlerinin
birbirleriyle ve aygıt seviyesinde (device level) I/O olarak
haberleşmesinde kullanılır.
• RS485 veya fiber optik fiziksel katman
• Profibus Dp özellikle endüstride I/O sistemlerinde, Motor Kontrol
Panolarında (MCC) ve uygun motor yol vericilerde kullanılır.
• 9.6 Kbps tan 12 Mbps a kadar haberleşme hızı vardır.
• 100 m ile 1200 metre arası haberleşme mesafesi vardır.
Profibus PA
• Profibus PA proses otomasyonu için tasarlanmıştır.
• PA gerçek zamanlı güvenlik uygulamalarında kolaylıkla
kullanılır. Çünkü 2 kablo üzerinden gerekli besleme
sağlanır.
• Tam fonksiyonlu bir fieldbus’tır. Genellikle Proses
seviyesinde kullanılır.
• 31.25 Kbps ile haberleşir ve bölümler arası 1900 m
haberleşme mesafesi vardır. Özellikle güvenlik
uygulamalarında kullanılır.
Profibus FMS
• Bütün seviyeler için uygundur.
• Uygulamalar için güçlü özellikler
sunar.
• RS485 yada fiber optik fiziksel
katmana esnek uygunluk sağlar
• Çoklu efendi iletişimine olanak sağlar
Profibus Topolojisi
• Profibus’ın uçları sonlandırılmış aktif bir veri
mimarisi vardır.
• Profibus ağındaki ekipmanlar veri
kablosuna BUS yada STUB kablolarıyla
bağlanabilir.
Profibus Topolojisi
• Stub kabloları 1.5 Mbps dan daha az veri
iletimi gerektiren alanlarda kullanılır.
• Tekrarlayıcı olmadan 32 adet istasyon
bağlanabilmektedir. Eğer tekrarlayıcı takılırsa
bu sayı 127’ye kadar çıkar.
• Veri yolu yapısı diğer istasyonları etkilemeden
yeni aygıtların kurulumuna ve kaldırılmasına
olanak sağlar.
Profibus Protokol Yapısı
Efendi (Master)
• Veri yolu üzerindeki iletişime karar verir.
• Bir efendi, erişim hakkı elinde olduğu
sürece, harici hiçbir talebe gerek
duymaksızın mesaj yollayabilir.
• Fieldbus’ı kontrol ettikleri için efendi‘ler
aktif istasyonlardır.
Profibus Protokol Yapısı
Köle (Slave)
• Köleler, valfler, sürücüler gibi ikinci
planda kalan aygıtlardır.
• Veri erişim hakları yoktur.
• Köleler sadece durum bilgisi yollarlar.
Yada efendileri istediklerinde mesaj
yollayabilirler.
Veri Erişimi
• Bütün Profibus versiyonları aynı veri erişim
protokolünü kullanırlar.
• Medium Access Control (MAC) veri yolunda
veri iletimine izin verme prosedürünü
oluşturur
• MAC bir seferde sadece bir istasyonun veri
iletebilmesine kesinlik getirir.
PROFIBUS Protokolleri
DP
PA
Layer
FMS
Uygulama Profilleri
Kullanıcı
DP-Fonksiyonları
Uygulama
(7)
Fieldbus Message
Specification (FMS)
(3)-(6)
Kullanılmıyor
Fieldbus Data Link (FDL)
Data Link
(2)
Fiziksel
(1)
RS-485 / Fiberoptikk
EN 50 170
DIN E 19245 partl 4
IEC Interface*
IEC 61158-2
PROFIBUS guidelines
Profibus Protokolleri
• FMS. DP ve PA Protokollerinin prensipkeri yukarıda
gösterilmiştir. FMS ve DP aynı iletim teknolojisini
kullanırlar. Bu iki ptorokolün fiziksel katmanı EN 50 170
standartlarına uygunluk sağlar.
• PA protokolünün bu katmandaki standardı ise IEC 611 582 dir.
• Datalink katmanı eşit olarak üç protokol için de tanımlıdır.
• Kullanıcı seviyesinde, DP ve PA eşit, FMS ise farklıdır.
Kablolama
2 kablo
Koruyucu
kalkan
Kablolama
• Profibus kablosu özel karakteristiklere sahip olmalıdır. Empedans, kablo
kapasitansı, kesit ve sinyal zayıflaması veri iletiminde önem
arzetmektedir. Bu yüzden Profibus kablosu çift bükümlü ve koruyucu
kalkana sahip kablodan üretilmiştir. (Twisted pair cable with shield)
Kablo, endüstiriyel alanda enerji kablolarından ayırt edilmek ve markayı
ön plana çıkarmak için mor renklidir.
• Standart bir Profibus kablosunda bir kırmızı bir de yeşil tel vardır.
Kırmızı Profibus istasyonlarındaki ”+” veya ”B” ucuna; Yeşil ise ”-” veya
”A” ucuna bağlanmalıdır.
Pin tanımlaması
Pin no Sinyal
Tani mlama
3
RxD/TxD-P
Veri hattı B + (kırmızı tel)
5
DGND
Toprak sinyali
6
VP
Sonlandırma enerjisi (P5V)
8
RxD/TxD-N
Veri hattı A -
(yeşil tel)
Pin Tanımlaması
• Bağlantı için standart 9 pine sahip Dsub bağlantı konnektörü kullanılır. 9
uçtan sadece 4 ü kullanılır. 3 nolu uç +
; 8 nolu uç -; 5 nolu uç toprak ve 6
nolu uç ise sonlandırmada
kullanılacak olan güç ucudur.
Sonlandırma, RS485
1.İstasyon
VP (6)
2.İstasyon
390 
Veri hattı B
RxD/TxD-P (3)
RxD/TxD-P (3)
(3) RxD/TxD-P
DGND (5)
(5) DGND
VP (6)
220 
(6) VP
RxD/TxD-N (8)
(8) RxD/TxD-N
Veri hattı A
RxD/TxD-N (8)
Shield
390 
DGND (5)
Sonlandırma, RS485
• Profibus kablosu hattın her sonunda sonlandırılmalıdır.
Eğer sonlandırma olmazsa yansımalar ve çevreden gelen
gürültü sinyalleri hatalara ve hatta iletimin durmasına
sebep olacaktır.
• tellerin üzerinde dirençler bulunan gerilim yüklü bir hatta
bağlanması itibariyle gerçekleştirilir. Sonlandırma
dirençleri çoğunlukla Profibus konnektörlerinin içinde yer
alır ve bir anahtar vasıtasıyla sonlandırma işlemi açılıp
kapatılabilir. Sonlandırma özelliğine sahip olmayan
konnektörler de vardır.
Sonlandırma işlemi kırmızı ve yeşil
DP Düğümlerinin kurulumu
Birinci İstasyon
Son İstasyon
Hat Sonlandırma
Hat Sonlandırma
VP
VP
390 
B
220 
390 
Veri hattı B
B
220 
Veri Hattı A
A
A
390 
390 
DGND
DGND
A B
A B
2.İstasyon
A B A B
3.İstasyon
DP Düğümlerinin kurulumu
• Bir DP ağı şekilde görüldüğü gibi her iki
tarafı sonlandırılmış şekilde kablolanmalıdır.
Profibus kablosu istasyondan istasyona
gider. Burda söz konusu istasyonlar PLC’ler
olabilir. İstasyonların kontak uçlarında A ve
B olmak üzere 2 adet bağlantı ucu
mevcuttur. Profibus konnektörleri bu
noktalara bağlanır.
PA Düğümlerinin Kurulumu
Hat
Sonlandırma
Güç
Hat
Sonlandırma
100
100
1 F
1 F
Kaynağı
……
Maksimum 32
PA İstasyonu
PA Düğümlerinin Kurulumu
• Bir PA ağında güç kaynağı kesinlikle olmak
zorundadır. 10 mA lik bir akım her PA
istasyonunun beslenebilmesi için gereklidir.
Güçten yararlanabilecek maksimum
istasyon sayısı 32 ile sınırlı tutulmuştur. PA
ağı şekilde görüldüğü üzere
sonlandırılmalıdır.
En Küçük Veri Paketi
OCTET
2. octet
1. octet
LSB
Bit dizisi:
Start 1
MSB
2
3
4
5
6
7
8 Parity Stop Start
LSB
En Küçük Veri Paketi OCTET
• Profibus DP her biti tanımlamak için alçak ve yüksek voltajı kullanır.
Eğer hiçbir şey iletilmiyorsa, voltaj yüksektir. 8 bitlik bir veri, 11 bitlik
bir veri paketiyle taşınır. Bu pakete 1 OCTET denir. İlk bit, düşük seviyeli
Start bitidir. Ardından 8 bitlik veri gelir. Son bit yüksek seviyeli Stop
bitidir. Stop bitinden önce ve veri bitinden sonra Parity biti yer alır. Bu
bit 8 bitlik verinin içerisindeki 1’lerin sayısına göre 1 (yüksek) yada 0
(düşük) olur. 11 bitlik paketteki 1’lerin sayısı sürekli tek sayı olması
istenmektedir. Böylece, veriyi alan istasyon, 1’lerin sayısını kontrol
ederek aynı zamanda verinin doğruluğunu da garantilemiş olur.
Veri Gösterimi
IEC – 6 1158-2
1
0
1
1
0
1
bit 1
bit 2
bit 3
bit 4
bit 5
bit 6
I0+9mA
I0
I0-9mA
t
Veri Gösterimi
IEC – 6 1158-2
• Profibus PA, Profibus DP’den daha farklı bir bit tanımlama yöntemi
kullanır.
• Şekilde verinin 10 mA (Io) üzerinden nasıl modüle edildiği gösterilmiştir.
Bu sinyal 1 mA ile 19 mA arasında değişir. Bu kodlama sistemine
Manchester Code denir. Burada her bitin kodlanması için bir geçiş söz
konusudur.
• Şöyle ki:
• Yüksek’ten (19 mA) Düşük’e (1 mA) geçiş lojik 1’i
• Düşük’ten (1 mA) Yüksek’e (19 mA) geçiş lojik 0’ı
• tanımlar.
İstasyonlar, Tekrarlayıcılar ve
Parçalara Ayırma
Sonlandırma
Sonlandırma
Tekrarlayıcı
İstasyon
1
2
3
30
31
61
33
32
Sonlandırma
Sonlandırma
62
İstasyonlar, Tekrarlayıcılar ve Parçalara
Ayırma
• Her Profibus istasyonuna farklı bir adres
verilmiştir. Bu adresler 0 ile 126 arasında
herhangi bir sayı olabilir. Bu demek oluyor ki,
bir Profibus ağına en fazla 127 istasyon
bağlanabilir. Eğer kablolar çok uzunsa, yada
istasyon sayısı 32’yi aştıysa bu noktada
tekrarlayıcılar (repeaters) kullanılır.
Tekrarlayıcılarla birbirinden ayrılmış her bölüm
sonu şekilde görüldüğü üzere
sonlandırılmalıdır.
Jeton (Token ring)
Lojik jeton
Aktif istasyonlar, Efendiler (Masters)
PLC
PC
PLC
PROFIBUS
Pasif istasyonlar, Köleler (Slaves)
Jeton (Token ring)
• Profibus belirleyici bir ağa sahiptir. Bu demek oluyor ki; her istasyonun
belirli zamanlarda veri yoluna erişimi garantilenmiştir.
• Bu bildiğimiz Jeton (Token Ring) sistemiyle gerçekleştirilir. Jeton,
efendiler arasında dolaştırılır. Jetonu alan istasyon, veri yolunu kontrol
eder. Efendi istasyonlar, jetona sahip oldukları sürece bütün köleleriyle
haberleşme içerisinde olabilirler. Efendiler, kölelere veri yollayabilir,
yada kölelerden veri yollamasını isteyebilirler. Bir köle, efendisinin
talebi olmadığı sürece her hangi bir veri yollayamaz.
DP-Slave
DP-Slave
Master  Slave
DP-Master
Slave  Master
DP-Master
Veri Değişimi, master/slave
Veri Değişimi, master/slave
• Şekilde bir efendi ve köle arasındaki veri
değişiminin pirensipleri görülmektedir.
Efendi, talep telgrafını gönderdikten sonra
kölesinden veri telgrafını alır. Efendi,
kölesine veri yolladığı zaman köle,
efendisine durum bilgisini cevap olarak
göndermelidir.
En Yaygın 3 Profibus Telgrafı
1.) Token Passing
SD4 DA SA
SDx
DA
SA
= Start Delimiter x
= Destination Address
= Source Address
FC
= Function Code
FCS
= Frame Check Sequence
ED
= End Delimiter
LE
= Length
LEr
= Repeated Length
2.) FDL Status Request Telegram
SD1 DA SA FC FCS ED
DSAP = Destination Service Access Point
SSAP = Source Service Access Point
DU
3.) Data Telegram
= Data Unit
SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED
Head
Tale
En Yaygın 3 Profibus Telgrafı
• Şekilde görülen her küçük yeşik kutucuk bir OCTET tir.
Sadece DU (Data Unit) verinin büyüklüğüne göre bir veya
birden fazla octet ten oluşabilir.
• Token Passing Telegram (Jeton dolaştırma telgrafı) 3 octet
ten oluşur = 33 bit
• FDL Status Request Telegram ( Durum talep telgrafı) 6
octet ten oluşur = 66 bit
• Data Telegram (Veri Telgrafı) ise 9 head ve 2 tale olmak
üzere 121 bitten oluşur.
1.5 Mbaud’da Veri iletimi
Tbit = iletim zamanı, 1 bit = 0.6667s
OCTET : 11 Tbit = 7.3 s
Jeton Geçiş : 33 Tbit = 22 s
Durum / Talep : 66 Tbit = 44 s
Veri : Head (9 octets) + Tale (2 octets) + Data (n octets)
2 bytes of data : 13 x 11 Tbit = 143 Tbit = 95.3 s
”Boşta kalma zamanı”(efendiler için): typical
”istasyon gecikme zamanı”(köleler için) : typical
75 Tbit = 50 s
11 Tbit = 7.3 s
Toplam 2 byte lık veri : (33+66+143+75+11)Tbit = 0.219 ms
• Örnekte 2 byte’lık veri gönderiminin
efendiden köleye veya köleden efendiye ne
kadar sürede gerçekleştiği gösterilmiştir. İletim
zamanları hesaplanırken Tbit kavramı kullanılır.
•
•
•
•
1 Tbit = 1 bitin iletim zamanını ifade eder.
9.6 kBit/sek  1 Tbit = 0.1 ms
19.2 kBit/sek  1 Tbit = 0.05 ms
12 Mbit/sek  1 Tbit = 0.08s
• Bu zamanlara ek olarak efendilerin boşta
kalma ve kölelerin ise gecikme zamanları
hesap edilmelidir. Böylece bir efendiden
köleye yada aksi yönde bir iletimin ne kadar
sürede gerçekleşeceği ve bir çevrim
süresinin ne kadar olacağı bulunabilir. Bu ise
sistem kontrolü için oldukça önem arz
etmektedir.
Çevrim Süresi, DP Mono-mastersystem
Hat çevrim
süresi [ms]
Her köle : 2 byte alıyor / 2 byte yolluyor
500 kBit/s
1.5 MBit/s
12 MBit/s
Number of Slaves
Çevrim Süresi, DP Mono-mastersystem
• Birçok endüstriyel uygulamada çevrim süresi
çok büyük önem arz eder. Bu sürenin
hesaplanması bir önceki bölümde
bahsedilmişti. Buradaki şekilde ise çevrim
süresinin köle sayısına ve baudrate’e bağlılığı
görülüyor.
• Band genişliği arttıkça çevrim süresi kısalıyor.
• Köle sayısı arttıkça çevrim süresi uzuyor.
Konfigurasyon
PROFIBUS
Konfigurasyon Yazılımı
Elektronik
Veri Belgeleri
(GSD - files)
PLC
PLC
GSD
PROFIBUS
GSD
GSD
GSD
GSD
GSD
Konfigurasyon
• Profibus ağının konfigurasyonu efendiler için bir Konfigurasyon Yazılımı
vasıtasıyla yapılır. Her efendi bir GSD veya GSE dosyasıyla tanımlanır.
GSD almancada ”Geräte Stamme Datei” dan gelmektedir. Bu dosyalar
Profibusîn web sitesi www.profibus.com’ dan indirilebilir.
• GSD dosyaları donanım katoloğuna (hardware catalouge) yada
yazılımın database’ine kurulmalıdırlar. Profibus ağı, katalogda
tanımlanan istasyonlara bağlanılarak kongigure edilir.
• Her istasyona adresi vasıtasıyla başvurulur. Bautrate, çevrim zamanı ve
diğer veri hattı parametreleri konfigurasyon sırasında ayarlanır. Yazılım
veri hattının varsayılan değerlerini verir.
GSD-dosyası(WINblock station)
; WIWB0250.GSD
; Geraetestammdatei fuer PROFIBUS DP WINbloc 8 DI P
; Art.No. 827516
; Weidmueller GmbH + Co, Postfach 2807, 33058Paderborn
; Serviceline 05252 960-555, Fax 05252 960116
; Mailbox GSD, Siemens Typdateien: 05231 141555
; Name:Gast kein Password ;
; Version: 1.6
Stand: 10.6.97 Km
;================================
;
#Profibus_DP
GSD_Revision
=1
Vendor_Name
= "Weidmueller Interface"
Model_Name
= "WINbloc 8DI"
Revision
= "V1.6"
Ident_Number
= 0x250
;
GSD-dos. devam
Protocol_Ident
=0
Station_Type
=0
FMS_supp
=0
Hardware_Release
= "Ver.4"
Software_Release
= "00"
;
9.6_supp
=1
19.2_supp
=1
O.s.v
12M_supp
=1
;
MaxTsdr_9.6
= 60
MaxTsdr_19.2
= 60
O.s.v
MaxTsdr_12M
= 800
;
Redundancy
=0
Repeater_Ctrl_Sig
=2
24V_Pins
=0
;
Implementation_Type = "LSPM2"
Bitmap_Device
= "winblocn"
Bitmap_Diag
= "winblocs"
;
GSD-dosyası devam
; Slavespezifische Werte
;
OrderNumber
= "827516"
Periphery
= "WINbloc"
Freeze_Mode_supp
=1
Sync_Mode_supp
=1
Auto_Baud_supp
=1
Set_Slave_Add_supp
=0
Min_Slave_Intervall
=1
Modular_Station
=0
Modul_Offset
=0
Fail_Safe
=0
Slave_Family
= 3@TdF@WINbloc
;
Max_Diag_Data_Len = 13
User_Prm_Data_Len = 0x05
User_Prm_Data
= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
Module
= "DP-Kompaktgeraet 8 I" 0x00,0x10
EndModule
Ekstra
Profibus Konnektörü
Ekstra
Profibus Konnektörü
SONLANDIRMA
VAR
SONLANDIRMA
YOK
Ekstra
Profibus Kablosu
Ekstra
Profibus Kullanımı
INTERBUS Giriş
• INTERBUS, en popüler sahayolu sistemlerinden biridir ve Interbus-S
olarak ta bilinir.
• ilk başlarda algılayıcı/eyleyici cihazların zaman belirleyicili (timedeterministic) veri iletimi için (process data) kullanılmaktaydı.
• Interbus üreticiden bağımsız açık alan ağı sistemidir (open fieldbus).
• Interbus ağlar 1998 verilerine göre tüm dünyadaki endüstriyel ağların
%37,4’ünü oluşturmaktadır.
INTERBUS’ın Gelişim Süreci
Interbus alan ağının gelişimi aşağıdaki gibidir.
• 1995’te algılayıcıların bağlantısı olarak ta bilinen Interbus Loop
geliştirildi. Algılayıcı/eyleyicilerin doğrudan veri yolu ile
bağlantısına izin vermektedir.
• 1996’da PC, Ethernet, TCP/IP gibi ofis ortamında kullanılan
protokoller ile Interbus’ın haberleşmesini sağlayan G4 (Generation
4) geliştirilmeye başlandı.
• 1997’de bireysel ve ağ tabanlı otomasyon çözümleri için Interbus
teknoloji temelli diğer elemanlar için Interbus inline başladı.
INTERBUS Genel Uygulama Alanları
Interbus Alan Ağının Tipik Uygulama Alanları:
• Genel algılayıcı/eyleyici uygulamaları
• Otomotiv endüstrisi
• Bina otomasyonu
• Makine ve sistem üretimi
• Gıda, içecek endüstrisi
• Süreç (Process) Mühendisliği
INTERBUS Uygulama Örnekleri
INTERBUS ile Freze Kontrolü
INTERBUS ile Dağıtık Güç Kontrolü
Değişen Bus Yapısına Uyumlu
Genel Karakteristikleri
Coğrafi Alan
LAN
Topoloji
Aktif halka (Active Ring)
İletim Ortamı
Koaksiyel (RS-485), Fiber, Kızılötesi
Maksimum Veri İletim
Hızı
500 Kbit/s
Ortam Erişim Kontrol
Metodu
TDMA (master/slave erişim yöntemi)
İletişim Protokolü
Seri İletişim
Veriyolu Uzunluğu
Toplam uzunluk 13 km, iki uzak
veriyolu arası 400m
Cihaz Sayısı
Maks. 512 cihaz, 4096 giriş/çıkış
noktası
INTERBUS Topoloji ve Temel Çalışma Prensibi
• Master/Slave erişim yöntemi ile
çalışır.
• Master, daha yüksek seviye ile
(büro seviyesi vb.) ile bus sistemi
arasındaki bağlantıyı sağlar.
• Fiziksel olarak halka bağlantıya
sahiptir.
• Her bir eleman verinin iletimi ve
geri dönüşü için iki hatta sahiptir.
Bağlantı tek bir kablo üzerinden
gerçekleştirilir.
INTERBUS Topoloji ve Temel Çalışma Prensibi
•
•
•
•
Bir INTERBUS sistem, bir ana
halka ile birden fazla yerel (local)
ve uzak (remote) alt halkalardan
(subring system) oluşabilir.
INTERBUS sistem üzerindeki
Remote Bus elemanlar master
tarafından kurulur ve halka ile
olan bağlantıları Bus Coupler
(Bus Terminal) ile sağlanır.
Maks. 512 cihaz bağlanabilir.
Maksimum 4096 giriş/çıkış
noktası kontrol edilir.
INTERBUS’ta veri
iletimi prensibi Prensibi
INTERBUS Temel
Çalışma
Data saykılından önce datanın dağılımı
•
•
•
•
•
•
•
•
Data saykılından sonra datanın dağılımı
INTERBUS kaymalı kaydedici olarak çalışır.
Her bir eleman veri belleklerine sahiptir.
Out data, Master’dan Slave’e transfer edilen veri
In data, bir data saykılında Slave’den Master’a transfer edilen veri
Master halka (ring) yoluyla loop-back kelimesinin gönderimini başlatır.
Data saykılının sonunda Master loop-back kelimesini alır.
INTERBUS’ta elemanlar açık bir adrese sahip değildir. Bir elemanın halka
üzerindeki fiziksel pozisyonu bilinir ve Master data içerisinde bu pozisyon
bilgisini gönderir.
INTERBUS’ta veri 1 bit ile 64 byte arasında olabilir
INTERBUS
Temel Elemanları
Bir INTERBUS genel olarak
aşağıdaki elemanlardan
meydana gelir:
•
Controller Board (Bus master):
– Veri trafiğini kontrol eder
– Bus yönetimi (Konfigürasyon, hata tespiti vb)
– Bus üzerindeki elemanlar arasında haberleşme
•
Bus Coupler (Bus Terminal)
– INTERBUS’ı bus segmentlere böler
– Her Bus Coupler bir gelen ve en az bir giden remote bus arayüze sahiptir
•
Bus Device (Remote or Local Bus)
– Halka üzerindeki slave’ler ile haberleşir
– Gelen ve giden arayüze sahiptir
– Proses elemanları ile istenen formatta (binary, analog, dijital) bağlantıyı
sağlar
– Bus elemanı olarak, belirli bus terminal modülleri, belirli G/Ç modülleri,
robot, sürücü vb.
•
•
•
INTERBUS
Bus ve
Segmentleri
Bir Bus segment
bus elemanların
bus konnektörlerin seri halidir.
Bus segment, Bus master veya bus coupler ile başlar bir sonraki bus
coupler ile sona erer.
Her bir bus konnektörün fiziksel iletim yöntemine bağlı olarak
INTERBUS’ta 3 farklı bus segmenti vardır:
–
–
–
Remote Bus Segment
•
Maksimum 256 uzak (remote) bus cihaz arasında bağlantı kurulabilir
•
Uzak cihazlar istasyon (station) olarak da adlandırılır
•
Elemanlar arasında maks. mesafe bakır kablo ile 400m, fiber ile 3600m
•
Remote bus segmentin maks. toplam uzunluğu bakır kablo ile 12.8 km, fiber ile > 80 km
Local Bus Segment
•
Giriş/Çıkış bus olarakta bilinir
•
Kısa mesafeler üzerinden iletim için tasarlanmıştır
•
Kısa mesafeden dolayı iletim TTL seviyesinde gerçekleşir.
•
İki local eleman arasındaki maks. Uzaklık 1,5m
•
Local Bus’ın toplam uzunluğu 10m’yi aşmamalıdır
•
Tipik uygulama alanları local kontrol kabinleri veya kontrol kutularıdır
•
Farklı local bus konfigürasyonları mevcuttur
INTERBUS Loop Segment
•
Yeni bir fiziksel iletim yöntemi sunar
•
Veri yükten bağımsız akım sinyalleri olarak iletilir. Bu voltaj sinyallerinden kaynaklanan parazitlerden
bağışıklık sağlar
•
İki eleman arasındaki mesafe maks. 10m, toplam bus segment uzunluğu maks. 100m
•
Maks. 32 eleman bağlanabilir
•
Remote bus’ın herhangi bir noktasına bağlanabilir
INTERBUS Protokol Mimarisi
•
Fiziksel Katman
–
–
•
Veri Bağı Katmanı
–
–
•
Verinin kodlanması
Gecikme değişimi, baud rate vb. zaman tanımlamaları
Verinin doğruluğu
Verinin transferinin yönetimi
Uygulama Katmanı
–
Process veri kanalı
•
•
–
Parameter veri kanalı
•
•
Algılayıcı/eyleyiciler için INTERBUS’ın kullanımını sağlar
Yüksek seviyeli kontrol sistemleri ile algılayıcı/eyleyici arasında veri transferi
Bağlantıya yönelik mesaj değişiminde bireysel G/Ç noktaları ile periyodik veri değişimi
Ağ Yönetimi
–
–
–
Ağ konfigürasyon kurulumu ve ayarları
İstatistiksel veri değerlendirmesi
Hata durumları hakkında bilgi
INTERBUS İle Veri İletimi
•
INTERBUS veri iletimi için Summation Frame Metodu kullanır.
–
–
–
•
Bu metot çarpışmadan bağımsız TDMA (Time Division Multiple
Access) iletim yöntemidir.
–
•
Tüm elemanlardan mesajlar için tek bir çerçeve kullanır
Eş zamanlı veri alımı ve gönderimini yetkilendirir (full duplex)
Gerçek zamanlı kontrol için sabit ve öngörülebilir örnekleme aralıkları sağlar
İletim zamanı (slot time)
Hata yöntemi olarak CRC16 kullanılır
•
INTERBUS İle Veri İletimi
Bit İletimi
–
–
–
–
–
500 Kbit/s veri iletim hızında
NRZ (Non-Return to Zero)
Her bir elemanda 16 MHz kristal ile 500 KHz saat palsi elde edilir
Veri bağı katmanında Summation Frame 8 bit (1 byte) parçalara ayrılarak gönderilir
İki telegram tipi vardır
•
Status Telegram
–
•
Seçme sinyalinin (SL) durumunu göndermek için kullanılır
Data Telegram
–
–
5 bit başlık ve 8 bit veri’den oluşur
İki eleman arasında veri transferi için kullanılır
Fiziksel Katmanda Verinin Kodlanması
INTERBUS’ta Adresleme
•
•
Herbir INTERBUS eleman tek
bir adrese sahiptir
INTERBUS elemanlardan gelen
(IN) ve giden (OUT) veriler ayrı
belleklerde tutulur
DeviceNet Özellikleri
• DeviceNet endüstriyel cihazlarla bir network
bağlantısında düşük seviyeli haberleşme
hatları için tasarlanmıştır. Temel hedefler; hata
bulma seviyesini arttırma, sürekli bağlantı ve
dış haberleşmeyi geliştirmektir. DeviceNet
bütün cihazların bağlantılarına açık bir
network standardıdır.
• Network, 64 bağlantı elemanına(node) kadar
bağlantıyı destekler ve uçtan uca mesafe
network hızına bağlı olarak değişebilir. 125
Kbps'de max. network mesafesi 500 mt.' dir.
En yüksek hızda (500 Kbps) max. network
mesafesi 100 mt' dir.
Yapı
- Çok telli kalaylı bakır iletken,
- Veri için köpüklü PE damar izolasyonu, güç için naylon kaplı PVC,
- Renk kodlaması güç çifti; kırmızı, siyah
veri çifti; mavi, beyaz.
- Bireysel alüminyum folyo ekranlı bükülü çiftler,
- Kalaylı bakır toprak teli,
- Kalaylı bakır örgü ekran,
Kapama min.%65.
- Gri renkli PVC kılıf,
Can-Bus
CAN’ in Gelişim Süreci:
• 90 larda CAN’ in gelişimi sonucunda CiA denen CAN in
Automation kuruldu. Bu bağımsız grup CAN özelliklerini
belirlemekte ve gerçekleştirmektedir. Daha sonra
DeviceNET geliştirldi. DeviceNet endüstriyel cihazlarını
(sensörs,aktuatör) yük eviye cihazlarına(kontrolör)
bağlamaya yarayan düşük seviye networktür. DeviceNet
özellikle düşük maliyet üzerine yoğunlaşmıştır. 95 de
CAN2.0B geliştirilerekten bir CAN sistemine bağlı ünite
sayısı 500milyona çıkarılmıştır. 1996 da CANopen
geliştirilmiştir. Böylece uygulamada kullanılabilirliği daha
da artmıştır.
Can-Bus nedir?
• Açılımı “Controller Area Network Bus” olan
yani “Kontrol Alan Ağı Veri yolu”dur.1980’
lerde Robert Bosch tarafından otomotivde
kablo yumağı yerine bir kablodan yazılım
kontrollü veri transferini sağlamak amacıyla
geliştirilmiştir.
CanBus
• CAN, otomotiv endüstrisindeki en bilinen
haberleşme sistemidir.
• Güvenliğin çok önemli olduğu gerçek zamanlı
uygulamalarda da kullanılır.
CanBus’ın Uygulama Alanları
• Uygulama alanı yüksek hızlı ağlardan düşük maliyetli çoklu
kablolamalı sistemlere kadar geniştir. CAN-BUS, otomobil
elektroniği, akıllı motor kontrolü, robot kontrolü, akıllı
sensörler, asansörler, makine kontrol birimleri, kaymayı
engelleyici sistemler, trafik sinyalizasyon sistemleri, akıllı
binalar ve laboratuar otomasyonu gibi uygulama alanlarında
maksimum 1Mbit/sn lik bir hızda veri iletişimi sağlar.
Standard
• CAN-BUS’ ı ISO/OSI Reference i üzerine
yapılanmıştır
Yapısal Katmanları
Yapısal Katmanları
• Nesne Katmanı (object layer)
• İletim Katmanı (Transfer layer)
• Fiziksel Katman (Physical layer)
şeklinde üç alt bölüme ayırabiliriz.
İşleyişi
Nesne ve iletim katmanları data link layerin tüm servis ve
fonksiyonlarını oluşturur.
Nesne Katmanının görevleri;
• Hangi mesajın transfer edileceğini tespit etmek,
• İletim katmanında hangi mesajın alınacağına karar
vermek,
• Donanımla ilgili uygulamaya ara yüz sağlamaktır.
• İletim katmanının başlıca görevi transfer
protokolüdür. Örneğin: çerçeve (frame)
kontrolü, mesaj önceliği belirleme, hata
kontrolü, hata sinyalleşmesi, hata kapatma.
İletim katmanı yeni bir mesajı yollamadan
önce iletim hattının boş olmasına dikkat eder.
İletim hattından veri alınmasından da
sorumludur. Ayrıca senkron iletişim için veri
transferi sırasında bit zamanlamasının bazı
parametrelerini göz önünde bulundurur.
Haberleşme
• CAN-BUS üzerinden haberleşen tüm sistem
bileşenlerine ünite(node) denir. Örneğin 100
tane birbirinden bağımsız mikrodenetleyicili
devrelerimiz olsun. Bunları CAN—BUS sistemi
ile haberleştirdiğimizi varsayım. Bu sistemde
her bir mikrodenetleyicili sistem bir üniteyi
oluşturur.
CAN-BUS sisteminin Sahip olduğu özellikler
•
•
•
•
Mesaj önceliği
Kayıp zaman güvenliği
Yapılandırma esnekliği
Senkronizasyonlu çoklu kabul: Aynı veri birçok
ünite tarafından alınabilinir
• Sistemdeki veri yoğunluğunu kaldırabilme
• Çok efendili (Multimaster) çalışma
CAN-BUS Sisteminin Sahip Olduğu Özellikler
• Hata tespiti ve hataya ilişkin sinyalleri üretme
• Mesajın yollanmasında hata oluşması halinde
mesajın iletim hattının (BUS) boş olduğu bir
anda mesajın otomatik tekrar yollama
• Ünitelerde oluşan geçici ve kalıcı hataları ayırt
edebilme ve özerk olarak kalıcı hatalı üniteleri
kapatabilme
Çalışma Mantığı
• CAN-BUS sisteminde tüm üniteler iletim hattına eşit öncelikli
veri yollama hakkına sahiptirler. Buna multimaster çalışma
denir. Hatasız veri iletişimi nasıl olur? Herkes bir anda veri
yollamaya çalışırsa çatışmalar olacağı açık. Bunun çözümü
şöyle sağlanmış. Tüm üniteler her daim iletim hattını dinlemek
zorundadır. Yani her ünite iletim hattının boş olduğu anı
yakalamaya çalışır. Hattı boş gören verisini yollar.
Çalışma Mantığı
• CAN, iletişim ortamına erişim yöntemi olarak
bit öncelikli yapı ile CSMA/CD kullanır. Bu
yöntem, mesajların çarpışmamasını garanti
etmekle beraber, iletişim hattının uzunluğunu
sınırlandırır. Dolayısıyla, CAN düğümler 1
Mbit/s veri iletim hızı ile 40 m ve 40 Kbit/s veri
iletim hızı ile 1000 m’lik bir veri yolu üzerinden
bağlanabilirler.
CSMA/CD
•
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) den kısaca
bahsedersek CAN sistemi, güvenli iletişim gücünü bu yapıyı kullanmasından alır. Bir
CAN haberleşmesi örneği ile CSMA/CD nın rolünü açıklayalım. CAN sistemindeki
her ünite iletim ortamını dinlemek zorundadır. Eğer bir ünite iletim ortamına veri
aktarmak isterse önce yolu dinler, yol boş ise verisini yola iletir. Bazen uzak
mesafelerden de kaynaklanan sebeplerden dolayı bir ünite yola veri aktarırken,
uzaktaki diğer ünite mesajın yolda olduğunu anlayamadığından kendi mesajını da
yolu boş zannederek bırakır. Böylece çatışma (collision) oluşur. İki ünitede çatışmayı
sezer ve her iki ünitede veri aktarım isteklerini bir süre bekletir. Daha sonra iletim
ortamı boş olduğunda verilerini tekrar yollamaya çalışırlar.
CAN-BUS Veri Paketleme Yapısı ve Mantığı
• Mesaj ID Alanı (Arbitration Field) (=Yargıcılık
Alanı)
• Kontrol Alanı (Control Field)
• Veri Alanı (Data Field)
• Dönüşsel Artıklık Kontrol Alanı (Cyclic
Redundancy Control Field – CRC Field)
CAN-BUS Veri Paketleme Yapısı ve Mantığı
• Alındı Bilgisi Alanı (Acknowledgement Field ACK Field)
• Hata Çerçevesi (Error Frame)
Mesaj ID Alanı (Arbitration Field) (=Yargıcılık
Alanı)
• CAN sistemlerinde veriler paketler halinde
iletilir. Ancak iki tip paketleme yapılır ve özel
adları da vardır. 11bit tanımlayıcıya sahip
olanlar CAN2.0A diğer adıyla Standart CAN,
29bit tanımlayıcıya sahip olanlara ise CAN2.0B
diğer adıyla Geliştirilmiş (Extended) CAN denir.
Alanı)
• Aralarındaki temel fark ise tanımlanabilinecek mesaj sayısıdır.
Standart CAN de 2^11 = 2048 mesaj tanımlanabilinirken,
Geliştirilmiş CAN de 2^29 = 536.870.912…mesaj
tanımlanabilinir. Bu bilginin tutulduğu alana mesaj id alanı
denir. Mesaj önceliğini belirlemede buradaki sayı dikkate
alınır. Ayrıca, mesaj id alanı RTR biti de içerir. Eğer 1 ise
gönderilecek pakete İstek Çerçevesi (Remote Frame) denir
Alanı)
• Eğer 0 ise Veri Çerçevesi (Data Frame) denir. Bir ünite
neden Data Frame yollar? Bu sorunun yanıtı kendisinde
bulunan veriyi iletmektir. Peki bir ünite neden istek
çerçevesi yollar? Bu sorunun yanıtı da şöyledir. Bazen
üniteler başka ünitelerden gelecek bilgiye ihtiyaç
duyarlar. Karşı tarafa “bana şu bilgiyi yolla” demenin yolu
istek çerçevesi kullanmaktır. İstek çerçevesi yollayan bir
ünitenin Veri Alanı (Data Field) yoktur. Çünkü veri
istemektedir. İstenen veriye ilişkin bilgi Mesaj ID Alanında
vardır.
Kontrol Alanı (Control Field)
• 6bitten oluşur. İlk biti standart veri
paketlemesi mi yoksa geliştirilmiş veri
paketlemesi mi yapıldığını belirtir. Ayrıca Veri
Alanının kaç byte ten oluştuğunu belirten
bitlere de sahiptir.
Veri Alanı (Data Field)
• CAN-BUS ta bir anda en fazla 8byte lık veri
yollanabilir. Yani Veri Alanı uzunluğu en azla
8byte olur. Ama daha da az olabilir.
Gönderilecek veri uzunluğu Kontrol Alanında
belirtilir.
Dönüşsel Artıklık Kontrol Alanı (Cyclic Redundancy
Control Field – CRC Field)
• 15bitlik CRC Sequence ve CRC Delimiter dan oluşur. Görevi pakete ait
CRC Kodunu tutmaktır. Üniteye gelen pakete cevap verilebilmesi için ilk
önce paketin doğruluğu kontrol edilmelidir. Bunun için de ilk önce
alınan paketin CRC değeri hesaplanır. Daha sonra alıcı ünite paket ile
birlikte gelen CRC değeri ile hesaplanan değeri karşılaştırılır. İki değer
birbirine eşit ise alınan paket geçerlidir. Eğer iki değer birbirine eşit
değilse mesajı alamadığını belirtmek için CRC hatasından kaynaklı hata
oluştuğunu belirten Hata Çerçevesi (Error Frame) yollar. Bu bilgiyi alan
gönderici veriyi tekrar yollamaya çalışır. Bu bilgiyi ünitelerden sadece
biri yollasa bile veri tekrar yollanmalıdır.
Alındı Bilgisi Alanı (Acknowledgement Field - ACK
Field)
• . Gönderici Başla biti ile iletim hattında şu an gönderici
benim der. Ardından Mesaj ID Alanı, Kontrol Alanı, Veri
Alanı, CRC Alanı gönderilir. Alındı Bilgisi Alanında ise
iletim ortamı çekinik tutulur. Eğer diğer tüm ünitelerden
biri, mesaj onu ilgilendirse ya da ilgilendirmese dahi,
mesajı alabiliyorsa iletim ortamını baskın yapar ve
böylece gönderici en az bir ünite veriyi alabildiği için bitir
bitini yollayıp iletim ortamını diğerlerinin kullanımı için
bırakır.
Hata Çerçevesi (Error Frame)
• Veri Çerçevesi ya da İstek Çerçevesinin
gönderiminde ya alımında hata oluştuğunda
gönderen ya da alıcılar tarafından ne tip
hatanın olduğunu belirten mesaj çerçevesidir.
Kullanım Türleri
• CAN kullanım şekli bakımından iki şekilde görülür. Biri
Full-CAN diğeri ise Half-CAN tabirleri ile anılır. Bu
ifadelerden kasıt ise şöyledir. Eğer CAN denetleyici ve
mikrodenetleyici birbirinden ayrı iseler buna half-CAN
denir. Ancak mikrodenetleyici kendi içinde CAN
denetleyicisini de barındırıyorsa Full-CAN olur. Full-CAN
de mikroişlemciye daha az yüklenilir. Ama başlangıçta
CAN içermeyen bir sistemden CAN’ e geçmek için halfCAN daha yararlıdır.
EMI:( Elektromagnetik Parazit)
• CAN, elektromagnetik parazitlerden
etkilenmez. Eğer elektromanyetik parazit
iletim ortamını etkilerse CAN_H, CAN_L aynı
şekilde etkileneceğinden sistemler sorunsuzca
çalışır. CAN_H, CAN_L, CAN_BUS da kullanılan
sinyalleşmedir. Lojikten bilinen sıfır ve birler
gibi.
ÖZETLERSEK
• Mesaj içerikli haberleşmenin getirdiği
kablolama kolaylığı ve bunun getirdiği düşük
maliyet, hata tespit rutinlerinin çok güçlü
olmasının getirdiği güvenirlik, yeni ünitelerin
eklenmesi için sistemde değişime gitmemenin
getirdiği kolaylık, saniyede 10000 mesaj iletimi
sağlaması CAN-BUS’ ın önemli avantajlarıdır.
ÖZETLERSEK
Genel Sınıflandırma
• Sensorbus
(IO)
• devicebus
• fieldbus
Fieldbus protokolleri
– Profibus
– WorldFIP
– Foundation Fieldbus
– Interbus-S
– DeviceNet
– CAN
– LonWorks
– SERCOS
• IEC 61158 Fieldbus standardı (IEC/SC/65C)
– Type 1: IEC Fieldbus Technical Specifications
– Type 2: Control Net
– Type 3: Profibus
– Type 4: Pnet
– Type 5: HSE of the Fieldbus Foundation
– Type 6: SwiftNet
– Type 7: WorldFip
– Type 8: Interbus
• ISO 15745 OSI (TC 184 SC5)
– Part 2: ISO 11898 based control systems
• DeviceNet, CANKingdom, CANOpen
– Part 3: IEC 61158-based control systems
• P-Net, Profibus, WorldFIP, ControlNet, Interbus
– Part 4: Ethernet-based control systems
• Ethernet/IP, ADS-net, FL-net
• Sensor/actuator network standardları
– DeviceNet
– SDS(Smart Distributed System)
– LonWorks
– Seriplex
– Profibus-DP
– Modbus/TCP over TCP/IP
– CC-Link
– Ethernet/IP
Karşılaştırma
Kaynaklar
1-Kaplanoglu, E, Kuzucuoğlu, A., “As-İ Experımental Setup For
Mechatronıcs Laboratorıes”, 9th Mechatronics Forum International
Conference Mechatronics2004
2-Tunçalp K.”Endüstriyel iletişim protokolleri”
End.Otomasyon dergisi şubat 2006 syf.102-107
3- İzdaş,H Katırağ,A.”Endüstriyel Haberleşme protokollerinin incelenmesi”
Lisans tezi İstanbul 2003 Danışman:A.Emin Kuzucuoğlu
4-URL1 : http://www.as-interface.com/aboutasi/As-ibook.pdf , accessed
date: 13 January 2004
5-URL2 : http://ad.siemens.com/cd/as-interface/html-76/products ,
accessed date:15 January 2004
TEŞEKKÜRLER

endüstriyel iletişim protokollerine giriş

Transkript

Benzer belgeler

RID14 / RID16 - Endress+Hauser

Endüstriyel LED Aydınlatma

Endüstriyel KAOS (SCADA Hacking) SignalSEC www.signalsec.com

S7 300 HABERLEŞME SİSTEMİ

haberleşme sistemleri

kızılötesı lambaların güç kontrolü

Reliance SCADA Referans Projesi Solar Park