SCADA SİSTEMLERİ - personel.klu.edu.trpersonel.klu.edu.tr/dosyalar/kullanicilar/ercancosgun/dosyalar/... · SCADA VERİ İLETİŞİMİ • Bilginin iki nokta arasında iletilmesi

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.



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





• 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.



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.



OSI REFERANS MODELİ




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.




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.



Bağlantı Aygıtları Bilgisayar ağı erişiminde genel olarak dört tip bağlantı aygıtı kullanılır: tekrarlayıcı (repeater) köprü (bridge) yönlendirici (router) geçityolu (gateway)



Tekrarlayıcılar:



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.



Köprü (Bridge )



Köprü (Bridge )

Köprü cihazları temelde bağımsız iki ağın (farklı ağ teknolojilerini kullanabilirler-Ethernet ve Token-Ring gibi) birbirine bağlantısı için kullanılırlar. Aşağıdaki şekilde iki Ethernet ve bir Token-Ring ağının birbirlerine köprüler vasıtası ile yapılan bağlantısı gösterilmektedir.



Yönlendirici (Router)

Yönlendiriciler aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi OSI referans modelinin ağ (network) katmanında çalışırlar.



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.



Geçityollari (Gateway)

Geçityollari köprü ve yönlendiricilerin yeteneklerinin de ötesine geçerler. Aşağıdaki şekilden de görülebileceği gibi OSI referans modelinin üst katmanlarında işlerler.



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



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.




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.




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.



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.



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



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.



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.



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.



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.



RS-232



RS-232



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.



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.



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



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.



RS-485



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



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.




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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.




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)

Halka (Ring)

Yıldız (Star)

Ağaç (Tree)

Karmaşık (Mesh)

Topoloji Kurulum Düzenleme Sorun

çözme Veri aktarımında problem

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

Algılayıcılar, İş Elemanları Donanım

(Saha/Üretim)

PLC PID PC (Kontrol)

SCADA (Gözlemleme, Kont.

Veri Toplama)

MES SPC (İmalat Plan.)

ERP Enterprise

Resource

Plan

İletişim

ASI

DEVICE NET

PROFIBUS

INTOUCH

INTELLUTION

CX-SUPERVISOR

ETHERNET

SAP, BAAN

İletişim

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

Kullanıcı

Laye

r

(3)-(6)

Uygulama (7)

Data Link (2)

Fiziksel (1)

Kullanılmıyor

DP PA FMS

Fieldbus Message Specification (FMS)

IEC 61158-2

PROFIBUS guidelines

IEC Interface* Fieldbus Data Link (FDL)

RS-485 / Fiberoptikk

EN 50 170 DIN E 19245 partl 4

DP-Fonksiyonları

Uygulama Profilleri

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 58-2 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 Kırmızı Profibus istasyonlarındaki ”+” veya ”B” ucuna; YeşilYeşil ise ”-” veya ”A” ucuna bağlanmalıdır.

Pin tanımlaması

Pin no Sinyal Tanimlama

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 D-sub 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 2.İstasyon

Shield

RxD/TxD-P (3)

DGND (5)

VP (6)

RxD/TxD-N (8)

(3) RxD/TxD-P

(5) DGND

(6) VP

(8) RxD/TxD-N

390

Veri hattı B

Veri hattı A

DGND (5)

VP (6)

220

390

RxD/TxD-P (3)

RxD/TxD-N (8)

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

VP

B

A

DGND

Birinci İstasyon

390

220

390

Hat Sonlandırma

Son İstasyon

Hat Sonlandırma VP

B

A

DGND

Veri hattı B

Veri Hattı A

B B A A

2.İstasyon 3.İstasyon

390

220

390

B A B A

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

Güç

Kaynağı

100 100

1 F 1 F

…… Maksimum 32

PA İstasyonu

Hat Sonlandırma

Hat Sonlandırma

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

Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Parity Stop Start Bit dizisi:

1. octet

LSB MSB

2. octet

LSB

OCTET

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

t bit 1 bit 2 bit 4 bit 6 bit 3 bit 5

1 0 1 0 1 1

I0

I0+9mA

I0-9mA

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

2 3 30 31

62 61 33 32

Sonlandırma

Tekrarlayıcı

Sonlandırma

İstasyon 1

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)

Aktif istasyonlar, Efendiler (Masters)

Pasif istasyonlar, Köleler (Slaves)

PLC PLC PC

PROFIBUS

Lojik jeton

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.

Veri Değişimi, master/slave

DP

-Sla

ve

DP

-Mas

ter

DP

-Sla

ve

DP

-Mas

ter

Slave Master

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

2.) FDL Status Request Telegram

3.) Data Telegram

SDx = Start Delimiter x

DA = Destination Address

SA = Source Address

FC = Function Code

FCS = Frame Check Sequence

ED = End Delimiter

LE = Length

LEr = Repeated Length

DSAP = Destination Service Access Point

SSAP = Source Service Access Point

DU = Data Unit

SD4 DA SA

SD1 DA SA FC FCS ED

SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED

Tale Head

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

”Boşta kalma zamanı”(efendiler için): typical 75 Tbit = 50 s ”istasyon gecikme zamanı”(köleler için) : typical 11 Tbit = 7.3 s Toplam 2 byte lık veri : (33+66+143+75+11)Tbit = 0.219 ms

Tbit = iletim zamanı, 1 bit = 0.6667s

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


• 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 = 0.08s


• 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-master-system

Her köle : 2 byte alıyor / 2 byte yolluyor

Hat çevrim süresi [ms]

Number of Slaves

12 MBit/s

1.5 MBit/s

500 kBit/s

Çevrim Süresi, DP Mono-master-system

• 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

PROFIBUS

GSD GSD GSD GSD GSD GSD

PLC

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

YOK

SONLANDIRMA

VAR

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 (time-deterministic) 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

Değişen Bus Yapısına Uyumlu

INTERBUS ile Dağıtık Güç Kontrolü INTERBUS ile Freze Kontrolü

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 Temel Çalışma Prensibi

• 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

Data saykılından önce datanın dağılımı Data saykılından sonra datanın dağılımı

INTERBUS’ta veri iletimi prensibi

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 Segmentleri • Bir Bus segment bus elemanların ve 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 – Verinin kodlanması – Gecikme değişimi, baud rate vb. zaman tanımlamaları

• Veri Bağı Katmanı – Verinin doğruluğu – Verinin transferinin yönetimi

• Uygulama Katmanı – Process veri kanalı

• Algılayıcı/eyleyiciler için INTERBUS’ın kullanımını sağlar • Yüksek seviyeli kontrol sistemleri ile algılayıcı/eyleyici arasında veri transferi

– Parameter veri kanalı • 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.

– 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

• Bu metot çarpışmadan bağımsız TDMA (Time Division Multiple Access) iletim yöntemidir. – 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.


• 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


• 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 half-CAN 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

http://www.as-interface.com/aboutasi/As-ibook.pdf





http://ad.siemens.com/cd/as-interface/html-76/products





TEŞEKKÜRLER

Documents

SCADA SİSTEMLERİ - personel.klu.edu.trpersonel.klu.edu.tr/dosyalar/kullanicilar/ercancosgun/dosyalar/... · SCADA VERİ İLETİŞİMİ • Bilginin iki nokta arasında iletilmesi