Mielőtt megtanulod a CAN-buszt, a Modbust vagy a Profibust, tisztázni kell néhány fogalmat, ami mindegyiknél előkerül majd. Ez a fejezet megmutatja, miért nem jó a régi, pont-pont soros vonal egy gyári hálózathoz, hogyan küldi el egymás után a biteket egy busz, és milyen két alapvetően különböző módon „gondolkodik” egy ipari hálózat arról, hogy kinek szól az üzenet.
1.1 Soros és párhuzamos adatátvitel
Amikor két eszköz digitális adatot cserél egymással, két alapvető módja van annak, hogyan utaznak a bitek a vezetéken.
A bitek egymás UTÁN, időben egymást követve haladnak egyetlen vezetéken (vagy egyetlen vezetékpáron).
A bitek EGYSZERRE, egymás mellett haladnak, minden bitnek külön vezetéke van (pl. egy 8 bites adatbusz 8 vezetéket igényel csak az adathoz).
Elsőre úgy tűnhet, a párhuzamos átvitel a gyorsabb, hiszen egyszerre több bitet küld. Rövid távolságon (egy nyomtatott áramköri lapon belül, néhány centiméteren) ez igaz is. De minél hosszabb a vezeték, annál nagyobb baj, hogy a párhuzamos vezetékek soha nem tökéletesen egyformák: a jel egyiken gyorsabban, a másikon lassabban terjed (ezt hívják skew-nak, időeltolódásnak), és egy adott pillanatban a vevő oldalon nem biztos, hogy minden bit egyszerre, helyesen érkezik meg. Ráadásul minél több vezeték fut egymás mellett egy gyári csarnokban tele motorokkal és frekvenciaváltókkal, annál nagyobb az esélye, hogy valamelyik felszed egy zavart.
Ezért az ipari buszrendszerek — kevés kivétellel — soros átvitelt használnak: kevesebb vezeték, egyszerűbb szerelés, és a hosszú távolságra tervezett soros szabványok (lásd 1.4.) kifejezetten a zavarvédelemre lettek kitalálva.
Amikor egy géptervben vagy egy dokumentációban „soros interfészt” vagy „buszcsatlakozást” látsz, tudod, hogy egyetlen (vagy egy pár) vezetéken, időben egymás után küldött bitekről van szó — nem arról, hogy „kevesebb adatot” tud átvinni. A soros átvitel ma gyorsabb is lehet a párhuzamosnál, mert nem kell a vezetékek közti időeltolódással bajlódni.
1.2 A buszrendszer fogalma
Olyan közös, megosztott átviteli út (jellemzően egy vezetékpár), amelyre TÖBB eszköz csatlakozik, és amelyen az eszközök egymással üzeneteket váltanak.
A „busz” szó onnan ered, hogy — akárcsak egy autóbuszra — több „utas” (eszköz) száll fel ugyanarra a „járatra” (vezetékre). Ez alapvetően különbözik attól, mintha minden eszközt külön vezetékkel kötnél össze mindenki mással: egy 10 eszközös rendszerben ez elméletileg 45 külön vezetékpárt igényelne, míg egy buszos rendszerben mindenki ugyanazon a két vezetéken osztozik.
Olyan buszrendszer, amelyet kifejezetten gyári, ipari környezetben — érzékelők (szenzorok), beavatkozók (aktuátorok), vezérlők (PLC-k, mikrokontrollerek) és felügyeleti rendszerek összekötésére terveztek, a szokásosnál nagyobb elektromos zavarvédelmi, időzítési és megbízhatósági követelményekkel.
Szinkron és aszinkron adatátvitel
A busz eszközeinek valahogy tudniuk kell, mikor kezdődik és mikor ér véget egy-egy adategység (bit, bájt, keret). Erre két alapmódszer van.
A küldő és a vevő nem oszt meg közös órajelet. Minden átvitt egységet (jellemzően egy karaktert) egy startbit vezet be és egy stopbit zár le — ezekből tudja a vevő, mikor kezdődik és ér véget az adat. Ez a hagyományos soros port (UART) működési elve.
A küldő és a vevő közös időzítésre (közös órajelre, vagy az adatjelből visszaállított órajelre) hangolva dolgozik, és nagyobb adatkereteket (frame) küld start-/stopbit nélkül, folyamatosan. Hatékonyabb, mert nincs minden karakter után „felesleges” start-/stopbit, cserébe pontosabb időzítést igényel.
Az aszinkron keret felépítése — az UART példája
A hagyományos soros port mögött álló áramkört UART-nak (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter — univerzális aszinkron adó-vevő) hívják. Az UART egyetlen karaktert (jellemzően egy bájtot) egy fix szerkezetű kereten belül küld el:
1 startbit (mindig 0, ez jelzi a vevőnek, hogy karakter kezdődik) + 8 adatbit (a tényleges bájt, a legkisebb helyértékű bittel kezdve) + opcionális paritásbit (hibaellenőrzésre) + 1 vagy 2 stopbit (mindig 1, ez zárja a keretet és ad időt a vevőnek a felkészülésre a következő karakterre). Egy tipikus, paritásbit nélküli beállítás így összesen 10 bitet küld el egyetlen adatbájtért.
A vevő a startbit lefutó élénél „ébred fel”, onnantól a megbeszélt bitidőket számolja, és mindegyik közepén mintát vesz a vonalról — így olvassa be a 8 adatbitet. A keret végén ellenőrzi, hogy a stopbit helyén valóban 1-et lát-e. Ha nem, „keretezési hibát” (framing error) jelez: ez a klasszikus tünete annak, hogy a két oldalon nem ugyanaz az átviteli sebesség van beállítva.
Példa: állíts össze magad egy UART-keretet
A keret felépítése mindig ugyanaz a hat lépés, bármelyik bájtot küldöd. Végigvisszük az „A” betűn, amelynek ASCII-kódja decimálisan 65, hexadecimálisan 0x41:
UART-keret összeállítása egy adatbájtból — példa: "A" = 0x41 1. Írd fel a bájtot binárisan, a legnagyobb helyértéktől: 0x41 → 0100 0001 2. Fordíts a bitek sorrendjén, mert az UART a legkisebb helyértékű (LSB) bittel kezd: 0100 0001 → 1 0 0 0 0 0 1 0 3. Tedd elé a startbitet (értéke mindig 0): 0 | 1 0 0 0 0 0 1 0 4. Paritásbit — csak ha be van kapcsolva: számold meg az 1-eseket az adatbájtban. Itt kettő van, tehát páros (even) paritásnál a paritásbit 0, páratlan (odd) paritásnál 1. 5. Zárd le a stopbittel (értéke mindig 1): 0 | 1 0 0 0 0 0 1 0 | 1 6. Számold meg, mit küldtél el: 1 start + 8 adat + 1 stop = 10 bit egyetlen hasznos adatbájtért.
A keret időtartama ebből már egyszerű számolás: a bitidő az átviteli sebesség reciproka. Ha a klasszikus RS-232 felső határán, 20 kbit/s sebességen küldesz (lásd 1.4.), egy bit 1 / 20 000 s = 50 µs hosszú, a teljes, 10 bites keret tehát 10 · 50 µs = 500 µs. Ezen a sebességen másodpercenként 2000 karakter fér át — és a nyers sebességednek csak a 80%-a (8 hasznos bit a 10-ből) visz tényleges adatot. Ez a 20% a start- és stopbit ára — cserébe nem kell közös órajelvezetéket húzni a két eszköz közé.
Az egy másodperc alatt átvitt jelváltások (jelállapotok) száma — egyszerű bináris (két jelállapotú) átvitelnél ez megegyezik a bit/másodperc (bit/s) értékkel. A küldő és a vevő oldalán ELŐRE be kell állítani UGYANAZT az átviteli sebességet, különben a vevő rossz időpontokban „olvassa le” a biteket, és értelmezhetetlen adatot kap.
Hogy egy konkrét ipari busz melyik elv szerint dolgozik, protokollonként eltér — és ez nem „régi kontra korszerű” kérdés. Van, amelyik ma is UART-jellegű, start- és stopbittel keretezett karaktereket küld, és van, amelyik folyamatos, keretalapú átvitellel dolgozik. A besorolás a fizikai réteg és a bitkódolás részletein múlik, ezért mindegyik protokollnál a saját fejezetében nézzük meg (2–6. fejezet). Amit itt érdemes megjegyezni: a start- és stopbit kényelmet ad (nincs közös órajel), de sávszélességet fogyaszt, a szinkron, keretalapú átvitel pedig fordítva — hatékonyabb, de pontosabb időzítést követel.
Sorolj be az alábbi átviteli módokba: (a) egy régi nyomtató párhuzamos (Centronics) portja; (b) egy számítógép soros (RS-232) portja egy modemmel; (c) egy Ethernet-kábelen futó adatfolyam. Indokold meg mind a három esetben, miért soros vagy párhuzamos.
1.3 Ipari buszrendszerekkel szemben támasztott követelmények
Egy irodai hálózati kábelnek nem kell elviselnie egy motor indításakor fellépő elektromos zajimpulzust, nem kell garantálnia, hogy egy vészleállító jel 1 milliszekundumon belül megérkezik, és nem kell működnie 70 °C-os gépházban. Egy ipari busznak igen. A legfontosabb elvárások:
- Zavartűrés (noise immunity): a gyári környezetben lévő motorok, frekvenciaváltók, kapcsolóüzemű tápegységek erős elektromágneses zajt keltenek — a buszos átvitelnek ezt ki kell bírnia hibamentesen.
- Determinisztikus időzítés: sok ipari alkalmazásnál (pl. biztonsági leállítás) nem elég, hogy az üzenet „valamikor” megérkezik — garantálni kell, hogy egy adott időn BELÜL megérkezik.
- Megbízhatóság és hibafelismerés: a busznak észlelnie kell, ha egy üzenet sérülten érkezett, és jeleznie kell (esetenként automatikusan újraküldenie) a hibás átvitelt.
- Ipari környezettűrés: hőmérséklet-tartomány, rezgésállóság, robbanásveszélyes térben való alkalmazhatóság (ahol ez szükséges).
- Multi-drop képesség: sok eszközt kell tudni ugyanarra a vezetékpárra csatlakoztatni, hosszú távolságon.
Egy sima irodai Ethernet-kapcsoló és -kábel NEM felel meg automatikusan az ipari követelményeknek, még ha technikailag „belefér” is a jel. Az ipari alkalmazáshoz szánt eszközöket (ipari Ethernet-switch, árnyékolt, ipari kivitelű kábel) külön minősítik erre a célra — ez az egyik ok, amiért az ipari hálózati eszközök drágábbak, mint az irodai megfelelőik.
Hálózati adatmodellek: forrás/cél és előállító/felhasználó
Az ipari buszrendszerek két alapvetően különböző logika szerint döntik el, „kinek szól” egy üzenet a hálózaton.
Az üzenetet a küldő egy KONKRÉT címzettnek küldi el — ha több eszköznek is szüksége van ugyanarra az adatra, azt külön-külön, mindegyiknek újra el kell küldeni. Ez a hagyományos modell, például a Modbus és a klasszikus Profibus-DP is így működik.
Az üzenetet a küldő („előállító”, producer) egy AZONOSÍTÓVAL látja el, nem egy címzettel — a hálózaton bármelyik eszköz, amelyik „feliratkozott” erre az azonosítóra („felhasználó”, consumer), fogadhatja és felhasználhatja ugyanazt az üzenetet, egyetlen kiküldésből. Ez a modell jellemző a CAN-alapú rendszerekre (lásd a 2. fejezetet).
A különbség gyakorlati jelentősége: ha egy mérési adatra (pl. egy hőmérséklet-értékre) egyszerre három eszköznek is szüksége van, a forrás/cél modellben az adatot háromszor kell elküldeni (egyszer mindegyiknek), az előállító/felhasználó modellben elég egyszer kiküldeni — ez kevesebb hálózati forgalmat és kisebb késleltetést jelent nagyobb rendszereknél.
Ha egy protokoll leírásában „slave-cím” vagy „eszközcím” szerepel minden üzenetnél, forrás/cél modellről van szó. Ha „üzenet-azonosítóról” (message ID) és nem eszközcímről beszél a dokumentáció, valószínűleg előállító/felhasználó modell.
1.4 RS-232 és RS-485 átviteli szabványok
Az ipari buszrendszerek fizikai rétege (a tényleges elektromos jelszintek és vezetékezés) nagyon gyakran a soros kommunikáció két klasszikus szabványára — az RS-232-re és az RS-485-re — épül, vagy azok elveiből indul ki. Ezért ez a két szabvány minden buszrendszer tanulásának alapja.
RS-232
Aszimmetrikus (single-ended), egy közös földponthoz viszonyított jelszintű soros átviteli szabvány, pont-pont (egy küldő – egy vevő) kapcsolatra tervezve.
Az RS-232 a személyi számítógépek klasszikus „soros portja” (COM port) mögött álló szabvány, amelyet eredetileg 1960-ban adtak ki (a jelenleg is érvényes, utolsó nagy revízió a TIA-232-F, 1997-ből). Legfontosabb jellemzői:
- Pont-pont kapcsolat: csak két eszköz köthető össze egy RS-232 vonalon, busz jellegű (több eszközös) hálózat nem építhető rá.
- Aszimmetrikus jelszint: a jel a föld (GND) potenciáljához képest értelmezett — emiatt bármilyen zaj, ami a föld és a jelvezeték között lép fel, közvetlenül torzítja a jelet.
- Rövid táv, alacsony sebesség: az eredeti specifikáció kb. 15 méteres kábelhosszra és legfeljebb 20 kbit/s sebességre lett tervezve — a gyakorlatban jó minőségű kábellel és rövidebb távon ennél többet is el lehet érni, de ipari, hosszú távú alkalmazásra nem alkalmas.
A szabvány a jelvezetéken 3 és 15 V közötti feszültséget ír elő (mindkét polaritáson). A logika itt „fordított” a megszokotthoz képest: a logikai 1 („mark”) NEGATÍV feszültség, a logikai 0 („space”) POZITÍV feszültség. A minimum ±3 V-os „holtsáv” (a -3 és +3 V közötti tartomány nincs definiálva) adja a zajtűrés egy részét — de ez lényegesen kisebb tartalék, mint amit egy differenciális szabvány (lásd az RS-485-öt lent) nyújt.
Az eredeti RS-232 szabvány DB-25 csatlakozót ír elő, a gyakorlatban azonban a legtöbb PC-s megvalósítás az egyszerűbb, 9 tűs (DB-9) csatlakozót használja — ez csak a leggyakrabban használt jeleket vezeti ki: TxD (adatküldés), RxD (adatfogadás), RTS (Request To Send — küldési kérés) / CTS (Clear To Send — küldésre engedélyezve), DTR/DSR (terminál, illetve a készülék üzemkész jelzése), DCD (vivőjel-érzékelés), RI (hívásjelzés) és GND (közös föld).
Az RS-232-t nem azért nem használjuk ipari buszként, mert elavult, hanem mert soha nem is arra tervezték: pont-pont, rövid távú, viszonylag zajmentes (irodai) környezetre való. Sok ipari eszköz (pl. konfigurációs port egy PLC-n) ma is RS-232-t használ — de csak programozásra/beállításra, nem a termelési hálózat gerincére.
RS-485
Szimmetrikus (differenciális) jelátvitelű soros szabvány, amely csavart érpáron (twisted pair) TÖBB eszköz (multi-drop) összekapcsolását teszi lehetővé, nagy zavartűréssel és viszonylag nagy távolságon.
Az RS-485 hivatalos jelzete ANSI/TIA/EIA-485-A-1998; a jelzet végén álló szám a kiadás éve. (A pontos jóváhagyási és megerősítési dátumot csak másodlagos forrásból találtuk meg, ezért itt nem közöljük: a szabvány jelzete és tartalma a szakmailag lényeges, nem a dátum.)
Fontos pontosan tudni, meddig terjed ez a szabvány a tanult protokollok között, mert ezt gyakran elnagyolják:
- RS-485-ös fizikai rétegre épül: a soros vonalon futó Modbus (lásd 4. fejezet) és a Profibus-DP réz vezetékes változata (lásd 6.3.).
- Ugyanaz az ELV, de saját szabvány: a CAN-busz szintén differenciális jelet visz csavart érpáron, a fizikai rétegét viszont önálló szabvány (ISO 11898-2) írja le, nem az RS-485 (lásd 2. fejezet).
- Egészen más fizikai réteg: a Foundation Fieldbus H1 (lásd 3. fejezet) és a HART (lásd 5. fejezet) — utóbbi a 4–20 mA-es áramhurokra ültetett modulált jelet használ.
A két vezetéken (jellemzően „A” és „B” jelöléssel) EGYMÁSHOZ KÉPEST ELLENTÉTES polaritású jelet visznek; a vevő a KÉT VEZETÉK KÖZTI FESZÜLTSÉGKÜLÖNBSÉGET érzékeli, nem az egyes vezetékek föld-viszonyított feszültségét.
Ez a trükk teszi az RS-485-öt sokkal zavartűrőbbé, mint az RS-232-t: ha egy külső zajforrás (pl. egy motor indítási tranziense) mindkét vezetékre RÁÜL, azaz mindkettőn azonos mértékben megemeli vagy csökkenti a feszültséget (ezt hívják közös módú, common-mode zajnak), az a KÜLÖNBSÉGKÉPZÉSKOR kiesik — a vevő a zajtól „függetlenül” ugyanazt a különbséget látja.
A csavart érpár (twisted pair) azért erősíti tovább ezt a hatást, mert a sodrás miatt egy külső zajforrás (pl. egy közelben futó erősáramú kábel mágneses tere) a két vezetékre gyakorlatilag ugyanolyan mértékben hat — minél sűrűbb a sodrás, annál jobban kiegyenlítődik a zaj a két vezeték között, és annál jobban kiesik a különbségképzéskor.
Hány eszköz köthető egy RS-485 vonalra? — a „unit load” fogalma
A szabvány egy elméleti, egységesített terhelési mértékegységet határoz meg — ezt hívják unit loadnak. A szabvány szerint egy adóáramkörnek (drivernek) képesnek KELL lennie legalább 1,5 V differenciális jelet hajtani 32 unit load és a két 120 Ω-os lezáró ellenállás EGYÜTTES terhelése mellett is.
Ez a „32 unit load” a klasszikus RS-485-ös ökölszabály eredete („legfeljebb 32 eszköz fér egy vonalra”) — FONTOS ÁRNYALÁS: ez csak akkor pontosan 32 DARAB eszköz, ha minden eszköz „szabványos” (1 unit load-os) bemenő ellenállású. A ma kapható, korszerű, ún. nagy impedanciájú (¼ vagy ⅛ unit load-os) adóvevőkkel ELMÉLETBEN akár 128-256 eszköz is elhelyezhető egyetlen vonalon — a döntő tényező mindig a konkrét eszközök adatlapjában megadott unit load érték, nem egy fix „32-es” szám.
Az a feszültségtartomány, amelyben az RS-485 vevőknek helyesen kell működniük, még akkor is, ha a hálózat két pontja között — például egy hosszú kábel két végén eltérő földpotenciál miatt — feszültségeltolódás van. Az RS-485 szabvány ezt −7 V és +12 V közötti tartományban írja elő.
A 120 Ω érték nem véletlenszerű kerekítés: ez felel meg a csavart érpáras kábelek jellemző differenciális karakterisztikus impedanciájának, amely a vezeték szigetelésétől, vastagságától és a sodrás sűrűségétől függően jellemzően 100–150 Ω közé esik. A lezárásnak EHHEZ AZ IMPEDANCIÁHOZ kell illeszkednie, hogy a jel ne verődjön vissza a vezeték végéről — 120 Ω az iparban elfogadott, jellemző kompromisszumos érték.
Az RS-485 fő jellemzői összefoglalva:
| Jellemző | RS-232 | RS-485 |
|---|---|---|
| Jelátvitel | aszimmetrikus (föld-viszonyított) | szimmetrikus (differenciális) |
| Eszközök száma egy vonalon | 2 (pont-pont) | több (multi-drop) |
| Zavartűrés | alacsony | magas |
| Jellemző alkalmazás | konfigurációs/programozó port, PC soros port | ipari buszrendszerek fizikai rétege |
Az RS-485-nél minél nagyobb az átviteli sebesség, annál rövidebb a maximálisan elérhető, megbízható kábelhossz — és fordítva. Egy konkrét rendszer tervezésénél mindig a gyártó/eszköz specifikációjából kell kiindulni, mert a pontos szám kábeltípustól, terheléstől és zajkörnyezettől is függ.
Az RS-485 vonal kiépítése és ellenőrzése
A fenti adatok akkor érnek valamit, ha egy kész vonalon is tudod őket használni. Két kérdésre a szabvány adataiból közvetlenül meg tudod adni a választ: hova kerüljön a lezárás, és hány eszköz fér fel a vonalra.
A lezárás a vonal KÉT VÉGÉRE kerül. Ez nem szokásjog, hanem következik magából a szabványból: az adóáramkör terhelési előírása (lásd a unit load definícióját fent) KÉT darab 120 Ω-os lezáró ellenállással együtt írja elő az 1,5 V-os hajtást. Egy szabványos RS-485 vonalnak tehát két vége van, és mindkettőn ül egy lezárás. A vonal közepén lévő eszközhöz NEM tartozik lezárás: ha oda is beteszel egyet, tovább terheled az adót, és csökken a vevőkhöz eljutó differenciális feszültség.
Hány eszköz fér fel? A szabvány nem darabszámot ad meg, hanem terhelési keretet: 32 unit loadot. Ebből a konkrét darabszám egyszerű osztás, ha az adatlapról ismered az eszköz unit load értékét:
Eszközszám számítása az adatlapi unit load (UL) értékből 1. Keresd ki az adatlapból az adó-vevő terhelését, UL-ben megadva. Tipikus értékek: 1 UL (klasszikus), 1/4 UL és 1/8 UL (korszerű, nagy impedanciájú adó-vevők). 2. Oszd el a szabványos 32 UL-es terhelési keretet ezzel az értékkel: 1 UL → 32 / 1 = 32 eszköz 1/4 UL → 32 / 0,25 = 128 eszköz 1/8 UL → 32 / 0,125 = 256 eszköz 3. A kapott szám a TERHELÉS felső korlátja. A ténylegesen kiépíthető eszközszámot ezen felül a kábelhossz, az átviteli sebesség és a protokoll címzési tartománya is korlátozza — mindig a legkisebb korlát a mérvadó. 4. Vegyes vonalnál (többféle eszköz) add össze az egyes eszközök UL értékeit, és az ÖSSZEGET hasonlítsd a 32 UL-es kerethez.
Hogy a vonal két ere közül melyik az „A” és melyik a „B”, kell-e nyugalmi szintet beállító (bias) ellenállás, és két- vagy négyvezetékes módban kell-e kötni az adott eszközt: ezekre a kérdésekre ez a jegyzet szándékosan NEM ad kész receptet. A felhasznált forrásaink a jelszintekre és a terhelésre adnak megbízható adatot, az érjelölés és a bekötési mód viszont gyártó- és eszközfüggő — a gyakorlatban éppen ez okozza a legtöbb üzembe helyezési hibát (a felcserélt A/B miatt a vonal „néma”). A helyes sorrend mindig: eszközadatlap → bekötési rajz → mérés, és csak ezután feszültség alá helyezés.
Egy kiépített, kétvezetékes RS-485 vonalat kapsz átvételre. Az 1. és 2. lépést FESZÜLTSÉGMENTESÍTETT állapotban végzed.
- Mérd meg ellenállásmérővel a két ér között a vonal ellenállását. Ha mindkét végén ott a 120 Ω-os lezárás, a kettő párhuzamosan van kötve, tehát 120 Ω / 2 = 60 Ω körüli értéket kell mérned. Mire következtetsz, ha 120 Ω-ot mérsz? És ha csak 40 Ω-ot?
- Gyűjtsd ki az adatlapokból a vonalra kötött eszközök unit load értékeit, és add össze őket a fenti lépéssor szerint. Belefér az összeg a 32 UL-es keretbe?
- Feszültség alá helyezés után mérd meg a vonal két legtávolabbi pontjának földpotenciál-különbségét. A szabvány −7 V és +12 V közötti közös módú tartományt ír elő: a mért érték ezen belül van? Mi a teendő, ha nincs?
Összefoglalás
- A soros átvitel (bitek egymás után) az ipari buszrendszerek alapja, mert hosszú távon megbízhatóbb, mint a párhuzamos (bitek egyszerre, több vezetéken).
- A busz olyan megosztott átviteli út, amelyre több eszköz csatlakozik.
- Az aszinkron átvitel start-/stopbittel keretezi az adatot; a szinkron átvitel közös időzítéssel, hatékonyabban, nagyobb kereteket küld.
- Az ipari buszrendszerekkel szemben támasztott fő követelmény a zavartűrés, a determinisztikus időzítés, a hibafelismerés, az ipari környezettűrés és a multi-drop képesség.
- A forrás/cél modellben (pl. Modbus) az üzenetet külön kell elküldeni minden címzettnek; az előállító/felhasználó modellben (pl. CAN) egy kiküldésből bárki fogadhatja, aki feliratkozott az adott azonosítóra.
- Az RS-232 aszimmetrikus, pont-pont, rövid távú és zajérzékeny szabvány.
- Az RS-485 (ANSI/TIA/EIA-485-A-1998) szimmetrikus (differenciális), multi-drop képes, nagy zavartűrésű szabvány — a soros Modbus és a Profibus-DP fizikai rétegének alapja; a CAN ugyanezt az ELVET saját szabvánnyal (ISO 11898-2) valósítja meg, a Foundation Fieldbus H1 és a HART viszont más fizikai rétegre épül.
- A differenciális jelátvitel és a csavart érpár együtt semlegesíti a közös módú (common-mode) zajt; a lezárás a vonal KÉT VÉGÉRE kerül, a felfűzhető eszközök számát pedig a 32 unit loados terhelési keret és az adatlapi UL-érték hányadosa adja meg.
Ellenőrző kérdések
- Miért terjedt el az ipari buszrendszereknél a párhuzamos átvitel helyett a soros átvitel?
- Mi a különbség az aszinkron és a szinkron adatátvitel között?
- Sorolj fel legalább három követelményt, amit egy ipari buszrendszernek teljesítenie kell egy irodai hálózathoz képest.
- Mi a különbség a forrás/cél és az előállító/felhasználó hálózati adatmodell között? Melyiket melyik buszrendszernél találod meg?
- Miért nem alkalmas az RS-232 ipari buszként?
- Mit jelent a differenciális (szimmetrikus) jelátvitel, és miért csökkenti a zajérzékenységet?
- Miért segít a csavart érpár a zavarvédelemben?
- Mi az összefüggés az RS-485 átviteli sebessége és a maximális kábelhossz között?
Tudáspróba
1. Az ipari buszrendszerek túlnyomó többsége miért soros, és nem párhuzamos átvitelt
használ?
a) Mert kevesebb vezetéket igényel, és nagy távolságon nem lép fel az időeltolódás (skew) problémája
b) Mert a soros átvitelre több nemzetközi szabvány készült, így jóval könnyebb hozzá illeszkedő eszközt találni
c) Mert a soros átvitel elvi okokból mindig gyorsabb a párhuzamosnál, a kábelhossztól függetlenül
d) Mert a párhuzamos átvitelhez lényegesen drágább illesztő alkatrészek és csatlakozók kellenek
2. Melyik állítás igaz az aszinkron adatátvitelre?
a) Közös órajelvezetéket igényel a küldő és a vevő között
b) Start- és stopbittel keretezi az átvitt egységet
c) Kizárólag ipari buszrendszerekben fordul elő
d) Mindig gyorsabb átvitelt ad, mint a szinkron mód
3. Egy gyártósoron öt eszköznek van szüksége ugyanarra a szenzorértékre. Melyik hálózati modell hatékonyabb ebben az esetben, és miért?
4. Igaz vagy hamis: az RS-232 szabvány multi-drop (több eszközös) hálózat kialakítására alkalmas.
5. Mi az RS-485 hivatalos szabványjelzete, és mi az a két tulajdonsága, ami alkalmassá teszi ipari buszrendszer fizikai rétegének?
6. Fejtsd ki: hogyan semlegesíti a differenciális jelátvitel a közös módú (common-mode) zajt?
7. Egy technikus egy adatlapon olvasott 1200 méteres értékre hivatkozva azt állítja: „az RS-485 mindig 1200 méteres távolságot tud, bármilyen sebességen.” Miért helytelen ez az állítás?
8. Nevezz meg egy tipikus alkalmazást, ahol az RS-232-t ma is használják ipari környezetben, és indokold meg, miért éppen ott elfogadható a korlátozott hatótávolsága és zajtűrése.