Hol helyezkedik el a PLC a gyár információs rendszerében, hogyan kötjük össze az eszközöket, és miért nem a sávszélesség dönti el, melyik busz a gyorsabb.

Eddig a vezérlő belső világával foglalkoztunk: hogyan fut a program, hogyan tárolunk adatot, hogyan kötünk be egy érzékelőt. Ez a fejezet kilép a szekrényből, és arra a kérdésre felel, hogyan beszélgetnek egymással az automatizált üzem eszközei.

A fejezet a programkövetelmény által nevesített három buszrendszert — a PROFIBUSt, a PROFINETet és az EtherCATet — tárgyalja, valamint az írásbeli vizsga „PLC hálózat típusai, topológiája” témakörét. Ez elméleti fejezet: a gyakorlati buszmunka a következő, Modbusról szóló fejezetben kezdődik.

19.1 Miért kellett busz?

Képzeld el a 3. fejezet bekötési rajzait — de nem nyolc, hanem nyolcszáz jellel. Régen minden egyes érzékelő és minden egyes beavatkozó saját érpárt kapott a vezérlőszekrényig. Ez a párhuzamos huzalozás.

A párhuzamos huzalozás következményei egy nagyobb gépsoron:

Probléma Miért fáj?
Kábelmennyiség több száz ér, vastag kábelcsatornák, kábeltálcák
Szerelési idő minden ér külön sorkapocs, külön kötés, külön jelölés
Hibakeresés egy szakadás megkeresése több száz ér között
Bővítés új jel = új kábel a szekrényig, gyakran teljes útvonalon
Diagnosztika a kábel „néma”: nem tudja megmondani, hogy szakadt

A buszrendszer (fieldbus) mindezt egyetlen — jellemzően két- vagy négyeres — vezetékre cseréli: az eszközök sorban felfűzve ugyanazon a vezetéken küldik és fogadják az adatot.

📗 Ipari buszrendszer (fieldbus)

Olyan digitális, soros, több résztvevős kommunikációs rendszer, amelyen az automatizálási eszközök — érzékelők, beavatkozók, I/O-modulok és vezérlők — közös átviteli közegen, meghatározott szabályok szerint cserélnek adatot.

A csere azonban nem ingyenes. Amit nyerünk kábelben, azt időben és bonyolultságban fizetjük ki: az adatnak sorba kell állnia, a résztvevőknek meg kell egyezniük abban, ki mikor beszélhet, és a rendszernek meg kell mondania, ha valami elromlott. Ez a három kérdés — időzítés, hozzáférés, diagnosztika — adja az egész fejezet gerincét.

19.2 Az automatizálási piramis öt szintje

Mielőtt egyetlen buszt is megneveznénk, tisztázzuk, hova való. Az ipari informatika hagyományos rendezőelve az automatizálási piramis: minél lejjebb megyünk, annál gyorsabb és annál kisebb adagokban érkezik az adat.6

Az automatizálási piramis öt szintje 4 — vezetési szint ERP, CRM, ellátási lánc 3 — tervezési szint MES – gyártásvégrehajtás 2 — felügyeleti szint SCADA – több vezérlő adatai 1 — vezérlési szint PLC, DCS 0 — mezőszint érzékelők, beavatkozók, szelepek Modbus, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT HMI / WebVisu SCADA OPC UA, MQTT egyre hosszabb reakcióidő, egyre nagyobb adatmennyiség Amit ebből meg kell jegyezni A könyvben tanult buszok mind a 0. és az 1. szint között dolgoznak: a mezőszint jelei jutnak el a vezérlőhöz. Minél feljebb megyünk, annál lassabb a válasz — és annál kevésbé számít a mikroszekundum.
19.1. ábra. Az automatizálási piramis. A könyvben tárgyalt buszok a 0. és az 1. szint közötti forgalmat bonyolítják.
Szint Név Mi van ott?
0 mezőszint (field level) érzékelők, jelátalakítók, szelepek, beavatkozók6
1 vezérlési szint (control level) PLC és DCS – vezérlőhardver és -szoftver6
2 felügyeleti szint (supervisory level) SCADA: több vezérlő adatait központilag gyűjtő rendszer6
3 tervezési szint (planning level) MES: a gyártás követése alapanyagtól késztermékig6
4 vezetési szint (management level) ERP, CRM, ellátásilánc-rendszerek6

A mezőszint hivatalos meghatározása szerint ez „az ipari automatizálás alapozó rétege, ahol az érzékelők és beavatkozók vezérlik és figyelik a folyamatokat, valós idejű adatot továbbítva a magasabb rendszerszintek felé elemzés és optimalizálás céljából”.6

💡 Miért hasznos ez neked a vizsgán?

A „hálózat típusai” kérdésre a legjobb válasz nem protokollnevek felsorolása, hanem ez a piramis: először azt mondod meg, melyik szintről beszélsz, és utána nevezed meg az oda való technológiát. Egy MES-rendszernek nem kell mikroszekundum, egy szervohajtásnak viszont életbevágó.

19.3 Hol van a PLC, a HMI, a SCADA és az MES?

A piramis egyúttal négy gyakran összekevert fogalmat is szétválaszt.

  • A PLC az 1. szinten van: ő olvassa a mezőszintet és ő avatkozik be.6
  • A HMI — a 22. fejezetben tárgyalt kezelőfelület — egy gép vagy egy berendezés kezelőfelülete, közvetlenül a vezérlő mellett.
  • A SCADA a 2. szinten van: „központosított figyelőrendszer, amely több különböző vezérlőtől gyűjt adatot”.6
  • Az MES a 3. szinten követi a gyártást a rendeléstől a késztermékig.6
📗 HMI és SCADA — mi a különbség?

A HMI egy berendezés kezelőfelülete: ott van a gépen, azt a gépet kezeled vele. A SCADA több vezérlő adatait gyűjti össze központilag, és onnan ad áttekintést az üzemről. A különbség tehát nem a képernyő méretében, hanem abban van, hány vezérlőt lát.

Ez a megkülönböztetés nem definíciós szőrszálhasogatás: eldönti, hogy egy feladathoz a vezérlőbe épített webes kezelőfelület elég-e, vagy külön felügyeleti rendszer kell.

19.4 Hálózati topológiák

A topológia azt írja le, milyen alakzatban futnak a kábelek az eszközök között.

Hálózati topológiák Vonal (busz, daisy chain) zárás zárás Csillag (star) switch Fa (tree) switch Gyűrű (ring) a két vég összekötve Leágazás (drop line) A választás szempontja Nem esztétika, hanem hibatűrés és kábelköltség. A vonal a legolcsóbb és a legsérülékenyebb, a gyűrű a legbiztonságosabb és a legdrágább.
19.2. ábra. Az öt gyakori topológia. A jobb alsó keret a választás valódi szempontját foglalja össze.
Topológia Felépítés Előny Hátrány
Vonal (busz, daisy chain) minden eszköz egy közös vonalra fűzve, a végeken lezárás a legkevesebb kábel, egyszerű egy szakadás megbontja az egész vonalat; a lezárás kötelező
Csillag (star) központi elem — switch — köré rendezve egy ág hibája nem érinti a többit a központi elem egyedi hibapont; sok kábel
Fa (tree) csillagok hierarchiája nagy rendszerek áttekinthető tagolása mélyebb hierarchia, több áthaladás
Gyűrű (ring) a vonal két vége összekötve kábelredundancia: egy szakadás nem állítja le drágább, konfigurálást igényel
Leágazás (drop line) rövid ág a törzsvonalról rugalmas elhelyezés a leágazás hossza korlátozott

Melyik buszon melyik használható? Ezt nem szabad kitalálni — a támogatott topológiákat a szabványgazda szervezetek dokumentumai sorolják fel:

  • PROFIBUS: vonal, lezárással a két végén.3
  • PROFINET: „vonal, csillag, gyűrű és fa struktúrák”, réz- és üvegszálas kábellel egyaránt.7
  • EtherCAT: „vonal, csillag, fa, daisy chain”, ráadásul „leágazások lehetségesek; bármilyen kombinációban használhatók”.5
⚠️ Amit ez a könyv nem állít

A mesh (háló) topológiát a fenti gyártói és szervezeti források egyike sem sorolja fel az ipari buszoknál. Ezért a könyv a mesh topológiát általános hálózattechnikai fogalomként említi, de ipari buszrendszernél nem ígéri. Ha egy feladat ezt kéri, keresd meg az adott protokoll saját dokumentációját.

19.5 A gyűrű és a kábelredundancia — hogyan működik valójában?

Ez a fejezet egyik legfontosabb — és legtöbbször félreértett — pontja.

A kézenfekvő, de téves elképzelés: „a gyűrűben a keretek körbe-körbe járnak, ezért mindig van másik út”. Ha ez így lenne, a keretek soha nem érnének véget, és a hálózat percek alatt összeomlana a keringő csomagoktól.

A valóság a PROFINET média-redundancia protokolljában (MRP) így néz ki:7

Az MRM (Media Redundancy Manager) „a gyűrűstruktúrát vonalstruktúrává alakítja, és ezzel megakadályozza a keretek keringését”.

A gyűrű valójában vonalként működik — ezt teszi az MRP Normál üzem MRM lezárt port Az MRM az egyik saját portját lezárja, így a keretek nem keringenek körbe. Kábelszakadás után MRM port bekapcsolva szakadás Az MRM kinyitja a lezárt portot — minden eszköz újra elérhető. MRP az IEC 62439-2 szerint Tipikus újrakonfigurálási idő hiba után: kevesebb mint 200 ms.
19.3. ábra. Normál üzemben a redundanciakezelő megszakítja a gyűrűt; hiba esetén bekapcsolja a tartalék szakaszt.

Vagyis: normál üzemben a gyűrű nem gyűrű. A redundanciakezelő az egyik saját portját logikailag lezárja, és a hálózat vonalként működik. Amikor valahol szakadás lép fel, a kezelő bekapcsolja a lezárt portot, és a forgalom a másik irányban éri el az eszközöket.

Az MRP az IEC 62439-2 szabvány szerint működik, és a forrás „hiba utáni tipikus újrakonfigurálási időként 200 ms-nál kevesebbet” ad meg.7

💡 Így jegyezd meg

A gyűrű tartalék útvonal, nem körforgalom. A redundanciakezelő olyan, mint egy sorompó: normál üzemben lezárja az egyik átjárót, és csak akkor nyitja ki, ha a másik út megszakadt.

19.6 PROFIBUS

A PROFIBUS a klasszikus, RS-485 alapú ipari busz — ugyanaz a fizikai réteg, amelyet a Modbus RTU-nál is látni fogsz a következő fejezetben.

19.6.1 Fizikai réteg

Jellemző Érték Forrás
Átviteli technológia RS-485 3
Csomópont / szegmens legfeljebb 32 3
Csomópont / hálózat legfeljebb 126 (ismétlőkkel) 3
Átviteli sebesség 9,6 kbit/s – 12 Mbit/s 3
Szegmenshossz 12 Mbit/s-nál 100 m 3
Kábel sodrott, árnyékolt kétvezetékes, „A” típus 3
Topológia vonal, a két végén lezárva 3
💡 Amit már tudsz róla

A PROFIBUS ugyanazt az RS-485 fizikai réteget használja, mint a Modbus RTU. Ezért minden, amit a következő fejezetben az RS-485 bekötéséről, a lezáróellenállásról és a közös földpontról tanulsz, erre a buszra is érvényes. A tanuló szempontjából ez nagy ajándék: Modbusszal gyakorolod azt, amit a PROFIBUS-ról elméletben tanulsz.

19.6.2 Buszhozzáférés: master-slave és tokenátadás

A PROFIBUS kettős hozzáférési elvet használ.3 A kommunikációs folyamat magja a master-slave módszer: a master kérdez, a slave válaszol. Ha azonban több master van a buszon, akkor a masterek egymás között tokent — hozzáférési jogot — adnak körbe: „a hozzáférési jogosultság az aktív mastertől a következő masterhez kerül”.3

Az éppen tokent birtokló master a saját slave-jeit master–slave módon kérdezi le, majd továbbadja a tokent.

19.6.3 Eszköztípusok

Típus Szerep
DPM1 — 1. osztályú master ciklikusan cseréli a folyamatadatokat3
DPM2 — 2. osztályú master „olyan master, amellyel az eszközparaméterek aciklikus kommunikációval állíthatók be”3
Slave „passzív kommunikációs csomópont, amely a master felszólításaira reagál”3

Ez a felosztás magyarázza meg, hogyan lehet egy futó rendszert paraméterezni: a ciklikus folyamatadat-forgalom zavartalanul megy tovább, miközben a DPM2 a szabad időrésekben aciklikus üzenetekkel állítgatja az eszközök beállításait.

19.6.4 GSD — az elektronikus adatlap

A GSD (general station description) „a gyártó által biztosított elektronikus adatlap minden egyes PROFIBUS-eszköz kommunikációs tulajdonságairól”.3

Erre a fogalomra a 19.10. alfejezetben még visszatérünk, mert három busz és a CODESYS is ugyanezt a mintát követi.

19.7 PROFINET

A PROFINET ugyanannak a szervezetnek a szabványa, de teljesen más fizikai alapon: szabványos Etherneten.

Jellemző PROFIBUS PROFINET
Fizikai réteg „lila, egy érpáras RS-485 kábelezés” „zöld, ipari kivitelű Ethernet-kábel”4
Sebesség „legfeljebb 12 Mbit/s” „100 Mbit/s, vagy akár 1 Gbit/s és afölött”4
Topológia vonal „vonal, csillag, fa és gyűrű”4
Eszközszám „hálózatonként 126 eszközre korlátozva” „nincs korlát a címtéren”4
Aktív elem ismétlő „szabványos Ethernet-switch”4

19.7.1 Valós idejű osztályok: RT és IRT

Ez az a pont, ahol a PROFINET többet tud, mint egy irodai hálózat.

Osztály Mit jelent? Időadatok
RT (Real-Time) a ciklikus I/O-adat nyugtázás nélküli valós idejű adatként megy a szolgáltató és a fogyasztó között, paraméterezhető időkeretben frissítési idő 250 µs – 512 ms7
IRT (Isochronous Real-Time) hardveresen támogatott sávszélesség-fenntartás és szinkronizáció 1 µs-nál kisebb ingadozás; minimális frissítés 250 µs, hardvertől függően 31,25 µs-ig7

19.7.2 Megfelelőségi osztályok

A PROFINET-eszközök megfelelőségi osztályokba (conformance class) sorolhatók:7

Osztály Amit biztosít
CC-A „a PROFINET alapfunkciói valós idejű (RT) kommunikációval”; támogatja a vezeték nélküli átvitelt is
CC-B „kibővíti a PROFINET-et hálózatdiagnosztikával informatikai mechanizmusok és topológiainformáció segítségével”
CC-C „az alapfunkciók hardveresen támogatott sávszélesség-fenntartással és szinkronizációval”, izokron valós idejű (IRT) kommunikáció
⚠️ Nem a protokoll neve dönt

Ha valaki azt mondja, „nálunk PROFINET van, tehát valós idejű”, még semmit nem tudsz a tényleges időzítésről. Az 1 µs alatti ingadozás a CC-C osztályú hálózatok jellemzője, a sima RT ennél nagyságrendekkel lassabb is lehet (akár 512 ms). A kérdés tehát mindig az: melyik megfelelőségi osztály?

19.8 EtherCAT

Az EtherCAT is Ethernetre épül, de gyökeresen más ötlettel: nem az eszközöknek küld külön-külön csomagokat, hanem egyetlen keretet futtat végig rajtuk.

19.8.1 „Processing on the fly” — a vonat, amely nem áll meg

A folyamatadat „menet közben kerül ki a keretből, illetve be a keretbe”.5

A szervezet saját szemléltetése ehhez a vonathasonlat: „a »vonat« (Ethernet-keret) nem áll meg — még ha egy szűk ablakon át nézzük is, az egész »vonatot« látjuk”.5

EtherCAT: „processing on the fly” — a vonat nem áll meg fej A B C egyetlen Ethernet-keret ABC csomópontcsomópontcsomópont kiveszi az „A” adatot,beírja a sajátját kiveszi a „B” adatot,beírja a sajátját kiveszi a „C” adatot,beírja a sajátját A keret nem áll meg egyetlen csomópontnál sem: az eszközök menet közben olvasnak és írnak. Ezért nem adódik össze a csomópontonkénti feldolgozási idő — innen az EtherCAT sebessége.
19.4. ábra. Az EtherCAT működési elve. Az egyetlen keret áthalad a csomópontokon, amelyek menet közben cserélik ki benne a saját adataikat.

Magyarul: a keret olyan, mint egy áthaladó vonat, amely nem áll meg minden állomáson — az állomások menet közben teszik fel és veszik le a küldeményt. Ezért nem adódik össze a csomópontonkénti feldolgozási idő.

19.8.2 Műszaki adatok

Jellemző Érték
Fizikai réteg 2 × 100 Mbit/s Fast Ethernet, full duplex; 100BASE-TX, két csomópont között legfeljebb 100 m5
Topológiák vonal, csillag, fa, daisy chain + leágazások, bármilyen kombinációban5
Szinkronizálás elosztott órákkal (distributed clocks), 1 µs-nál jóval kisebb pontossággal5
Mért szinkronitás ingadozás ≈ ±20 ns, egyidejűség ≈ 15 ns (300 csomópont, 120 m)5
Csomópontszám szegmensenként legfeljebb 65 5355
Ciklusidő-példák 100 szervotengely (egyenként 8-8 bájt) 100 µs; 256 digitális I/O 11 µs; 12 000 digitális I/O 350 µs5

19.8.3 Az EtherCAT állapotgépe

Az EtherCAT-eszközök nem „be vagy ki” állapotúak: négy fő állapoton haladnak végig, mielőtt teljes értékű adatcserét folytatnának.8

Az EtherCAT állapotgépe INIT PRE-OP SAFE-OP OP 0x1 0x2 0x4 0x8 csak regiszterek postafiók bemenet igen, kimenet nem be- és kimenet időkorlát: 3000 ms időkorlát: 10 000 ms hiba esetén bármely állapotból vissza lehet lépni A SAFE-OP a legtanulságosabb állapot A bemenetek már olvashatók, a kimenetek viszont biztonságos állapotban maradnak. Ha a rendszer „megáll SAFE-OP-ban”, az nem hiba, hanem védelem: a hibakeresés kérdése az, hogy mi hiányzik az OP-ba lépéshez.
19.5. ábra. Az EtherCAT állapotgépe. A SAFE-OP állapotban a bemenetek már élnek, a kimenetek még nem.
Állapot Regiszterérték Mit tesz lehetővé? Alapértelmezett időkorlát
INIT 0x1 „csak az ESC-regiszterek elérése” — sem postafiók, sem folyamatadat –
PRE-OPERATIONAL 0x2 „postafiók-kommunikáció elérhető”; folyamatadat még nincs 3000 ms
SAFE-OPERATIONAL 0x4 „folyamatadat elérhető, a kimenetek még biztonságos állapotban” 10 000 ms
OPERATIONAL 0x8 „be- és kimeneti folyamatadat elérhető” — teljes, kétirányú csere –
BOOT (opcionális) 0x3 firmware-frissítési állapot –
⚠️ A SAFE-OP nem hiba, hanem védelem

Ha egy EtherCAT-hálózat „megáll SAFE-OP-ban”, az azt jelenti, hogy a bemeneteket már olvassa a rendszer, de a kimeneteket szándékosan biztonságos állapotban tartja. Ez pontosan az a gondolkodásmód, amelyet a 24. fejezet biztonságtechnikája tanít: először a biztonságos állapot, utána a működés. A hibakeresés kérdése ilyenkor nem az, „mi romlott el”, hanem az, „mi hiányzik ahhoz, hogy OP-ba léphessen”.

19.9 A négy busz összehasonlítása

Modbus RTU Modbus TCP PROFIBUS DP PROFINET EtherCAT
Fizikai réteg RS-485 Ethernet RS-485 Ethernet Ethernet (100BASE-TX)
Sebesség tipikusan 9,6–115,2 kbit/s hálózati 9,6 kbit/s – 12 Mbit/s 100 Mbit/s – 1 Gbit/s+ 2 × 100 Mbit/s full duplex
Hozzáférés 1 master, max. 247 slave kliens-szerver master-slave + tokenátadás a masterek között Ethernet (switch) 1 master, menet közbeni feldolgozás
Eszközszám 247 – 126 / hálózat, 32 / szegmens korlátlan címtér 65 535 / szegmens
Topológia vonal csillag vonal, lezárással vonal, csillag, fa, gyűrű vonal, csillag, fa, daisy chain, leágazás
Eszközleírás – – GSD GSDML ESI
Legjobb időadat – – – IRT: ingadozás < 1 µs, akár 31,25 µs ciklus ingadozás ≈ ±20 ns, 100 tengely 100 µs alatt
Forrás 2 1 3 4 7 5 8
⚠️ A táblázat egy sora a könyv saját értékelése

A „legjobb időadat” sor a fenti, forrásból igazolt számokat állítja egymás mellé. Az ebből levonható rangsor azonban már értelmezés, nem idézet: a valós teljesítményt a konkrét hálózat, a konfiguráció és a hardver dönti el. A könyv ezért nem mondja ki, hogy „az EtherCAT gyorsabb, mint a PROFINET” — csak a mért adatokat mutatja meg.

19.10 Eszközleíró fájlok — miért nem elég a kábel?

Ha összedugtad a kábelt, a mérnöki szoftver még mindig nem tudja, mit kötöttél be. Ehhez a gyártótól származó, gépi olvasású leírásra van szükség. Mindhárom busznak van ilyenje — és ha figyeltél a 8. fejezetre, egy negyediket is ismersz.

Rendszer Fájl Mit tartalmaz?
PROFIBUS GSD „elektronikus adatlap minden PROFIBUS-eszköz kommunikációs tulajdonságairól”3
PROFINET GSDML „XML-alapú GSD, amely a PROFINET-eszköz tulajdonságait és funkcióit írja le, moduljaival és almoduljaival együtt”; minden gyártónak el kell készítenie, és a tanúsítási teszt része7
EtherCAT ESI az eszközspecifikus konfiguráció: gyártóazonosító, termékkód, az elosztott órák paraméterei — ez teszi lehetővé az automatikus eszközfelismerést8
CODESYS device description ugyanez a szerep: enélkül a fejlesztőkörnyezet nem ismeri fel a vezérlőt (8. fejezet)

A GSDML-nél a forrás ki is mondja, miért éri meg ez az egész:

A GSD-fájlok „lehetővé teszik egy PROFINET-rendszer vagy -alkalmazás megtervezését anélkül, hogy a felhasznált eszközöknek fizikailag jelen kellene lenniük”.7

💡 Ez zárja a kört a 8. fejezettel

Amikor a CC100 eszközleírását telepítetted a CODESYS-be, pontosan ezt csináltad. A gyártó elektronikus adatlapja nélkül a mérnöki szoftver számára a legdrágább vezérlő is csak egy ismeretlen doboz a hálózaton.

19.11 Busz-diagnosztika

A programkövetelmény nem csak a buszok ismeretét, hanem a paraméterezési és diagnosztikai lehetőségek ismeretét is kéri. Nézzük, mit adnak erre a rendszerek.

19.11.1 PROFINET: állapotmodell és LLDP

A PROFINET olyan állapotmodellt tartalmaz, amely „meghatározza a »jó« és a »hibás« állapotot, valamint — opcionálisan — a »karbantartás szükséges« és a »karbantartás sürgős« előrejelző szinteket”.7

Ez négy állapot:

  1. jó,
  2. karbantartás szükséges,
  3. karbantartás sürgős,
  4. hibás.

A két középső az előrejelző szint. Ezek teszik lehetővé a megelőző karbantartást: a rendszer nem akkor szól, amikor már áll a gépsor, hanem előtte.

A topológiafelismerés ennél is látványosabb:

„A PROFINET mezőeszközök az IEEE 802.1AB szerinti LLDP protokollt használják a rendelkezésre álló címzési információk portonkénti cseréjére. Ez lehetővé teszi az adott portszomszéd egyértelmű azonosítását és a hálózat fizikai struktúrájának meghatározását.”7

Ettől tudja a mérnöki szoftver felrajzolni a valóságos hálózati topológiát: nem azt, amit a tervrajz állít, hanem azt, ami valóban ki van húzva.

⚠️ Amit ebből nem következtetünk

Gyakran hallani, hogy az LLDP miatt egy cserélt eszköz „automatikusan megkapja a nevét”. A felhasznált forrás csak a szomszédazonosítást és a topológiameghatározást mondja ki, az automatikus névadást nem. A könyv ezért ennél többet nem állít — a konkrét eszközcsere-eljárást mindig a gyártó dokumentációjából kell kiolvasni.

19.11.2 EtherCAT: hibaszámlálók

Az EtherCAT portonként hibaszámlálókat vezet a 0x0300–0x0313 regiszterekben:8

  • Frame Error Counter — keret-hibaszámláló,
  • Physical Error Counter — fizikai hibaszámláló,
  • Link Lost Counter — kapcsolatvesztés-számláló.

Ezek „lehetővé teszik a hibák felismerését keretütközések nélkül, már a felépítésből adódóan”.8

💡 A közös üzenet

A CODESYS Log lapja, a task-monitorozó ciklusidő- és ingadozásadatai, a PROFINET állapotmodellje és az EtherCAT hibaszámlálói mind ugyanazt csinálják: számolnak és naplóznak. A hibakeresés első lépése minden rendszerben ugyanaz — olvasd ki, amit a rendszer már tud rólad. Erről szól a 25. fejezet.

19.11.3 Paraméterezés

A PROFIBUS-nál a paraméterezés a DPM2 feladata, aciklikus kommunikációval, a ciklikus adatforgalom mellett.3 A Modbusnál — ahogy a következő fejezetben látni fogod — a paraméterezés jellemzően holding regiszterek írásával történik. A minta ugyanaz: a folyamatadat és a beállítás külön csatornán utazik.

19.12 Determinisztikusság — mit jelent, és mi dönti el?

Zárjuk a fejezetet a legfontosabb fogalommal.

📗 Determinisztikus működés

Egy kommunikációs rendszer akkor determinisztikus, ha az adat garantált, előre kiszámítható idő alatt ér célba. Nem az a kérdés, hogy átlagosan milyen gyors, hanem hogy mi a legrosszabb eset.

Egy irodai hálózat átlagosan villámgyors, de a legrosszabb esete kiszámíthatatlan: ha éppen valaki nagy fájlt tölt le, a te csomagod várhat. Egy szervohajtásnak ez elfogadhatatlan.

Most nézd meg újra a 19.9. táblázat számait, és tedd fel a kérdést: melyik busz a leggyorsabb?

A csapda ott van, hogy az EtherCAT és a PROFINET ugyanazon a 100 Mbit/s-os fizikai rétegen dolgozik. A sávszélesség tehát azonos — a különbség nem abból ered.

Amit a számok mutatnak:

  • A PROFINET IRT 1 µs alatti ingadozást ér el, de ehhez CC-C osztályú, hardveresen támogatott hálózat kell.7
  • Az EtherCAT ±20 ns körüli ingadozást mér 300 csomóponton — nem nagyobb sávszélességgel, hanem azzal, hogy a keret nem áll meg a csomópontoknál.5
  • A Modbus RTU ugyanezen a listán azért van hátul, mert a keretezése karakterközi időzítésen alapul, és mert egyszerre egy kérés–válasz pár van úton.
⚠️ A fejezet legfontosabb mondata

A determinisztikusságot nem a sávszélesség, hanem a feldolgozási elv és a hozzáférési módszer dönti el. Egy gigabites hálózat is lehet kiszámíthatatlan, egy 100 Mbit/s-os pedig mikroszekundum pontosságú — attól függően, hogyan van megszervezve a forgalom.

19.13 Egy tanulságos eset: a CC100 és az EtherCAT

Ez a fejezet jó alkalom arra, hogy megmutassunk valamit, ami a mindennapi mérnöki munkában gyakrabban fordul elő, mint gondolnád: két hiteles forrás ellentmond egymásnak.

A könyv írása közben a CC100 (751-9301) kapcsán a következő ellentmondásba futottunk:

Forrás Mit mond?
Kézikönyv, 1.6.0 verzió, érvényes a 04.04.xx(26) firmware-től az „EtherCAT Master” a „támogatott protokollok (licencmentes)” sorban szerepel9
Kézikönyv, 1.1.0 verzió, érvényes a 03.08.07(20) firmware-től az EtherCAT Master nem szerepel a támogatott protokollok között10

Melyik hazudik? Egyik sem. A választ a gyártó saját firmware-jegyzéke adja meg: a 03.09.07 (21) kiadás bejegyzése szó szerint így szól: „[NEW] Codesys EtherCAT Master activated”.11

Vagyis a funkció egy adott firmware-kiadással jelent meg. A régi kézikönyv azért nem említi, mert amikor íródott, a funkció még nem létezett.

⚠️ A tanulság — jegyezd meg életre szólóan

Az adatlap és a kézikönyv mindig egy adott firmware-állapotra érvényes. Ha két forrás ellentmond egymásnak, az első kérdésed ne az legyen, „melyik a megbízhatóbb”, hanem az, hogy melyik időpontot írja le. A gyakorlati teendő ebből következik: mielőtt bármely funkciót számonkérnél az eszközön, olvasd ki a firmware-verzióját a webes kezelőfelületről (8. fejezet).

Egy kiegészítés a licencekről: maga az EtherCAT Master protokoll a kézikönyv szerint licencmentes,9 a rá épülő mozgásvezérlési (tengely-technológiai) funkciókhoz viszont a gyártó munkatársa szerint külön licenc szükséges.12 A könyv ennél konkrétabbat — licencnevet, árat — nem állít.

⚠️ Mit ígér és mit nem ígér ez a könyv?

A CC100 a 03.09.07 (21) vagy újabb firmware-rel képes CODESYS EtherCAT Masterként működni. Azt viszont a könyv nem állítja, hány slave-et bír el, milyen ciklusidővel, és milyen kölcsönhatásban a többi porttal — ezekre a gyártói források nem adnak számot. Ez mérési feladat, nem ígéret.

Összefoglalás

  • A buszrendszer a párhuzamos huzalozást váltja ki: kevesebb kábel, könnyebb bővítés, ráadásul diagnosztika is jár hozzá.
  • Az automatizálási piramis öt szintje (mező, vezérlési, felügyeleti, tervezési, vezetési) adja a hálózattípusok rendezőelvét. A könyvben tárgyalt buszok a 0. és az 1. szint között dolgoznak.
  • A HMI egy gép kezelőfelülete, a SCADA több vezérlő adatait gyűjti.
  • Az öt topológia (vonal, csillag, fa, gyűrű, leágazás) közötti választást a hibatűrés és a kábelköltség aránya dönti el.
  • A gyűrű nem attól működik, hogy a keretek körbe járnak: az MRM megszakítja a gyűrűt, és hiba esetén kapcsolja be a tartalék szakaszt, 200 ms alatt (IEC 62439-2).
  • A PROFIBUS RS-485 alapú, master-slave + tokenátadás, legfeljebb 126 eszköz, 12 Mbit/s.
  • A PROFINET szabványos Ethernetre épül; a valós idejűséget az RT/IRT osztály és a megfelelőségi osztály (CC-A/B/C) dönti el, nem a protokoll neve.
  • Az EtherCAT egyetlen keretet futtat végig a csomópontokon (processing on the fly), és ezzel ér el nanoszekundumos szinkronitást; állapotgépében a SAFE-OP a kimeneteket biztonságos állapotban tartja.
  • Az eszközleíró fájl (GSD, GSDML, ESI, CODESYS device description) nélkül a mérnöki szoftver nem ismeri fel az eszközt — és vele akár fizikai eszköz nélkül is tervezhetünk.
  • A determinisztikusságot a feldolgozási elv és a hozzáférési módszer dönti el, nem a sávszélesség.

Gyakorlatok

🛠️ 19.1. feladat — Számold ki a kábelmegtakarítást

Egy gépsoron 120 digitális bemenet és 60 digitális kimenet van, egyenként két érrel bekötve a szekrényig, átlagosan 25 m távolságra. Számold ki a szükséges érhosszt párhuzamos huzalozás mellett. Utána tételezz fel egy buszmegoldást, ahol öt darab, egyenként 36 csatornás I/O-sziget van a gépen, és őket egyetlen, összesen 60 m hosszú buszkábel köti össze (4 érrel). Hasonlítsd össze a két értéket, és fogalmazd meg egy mondatban, mit nem vettünk figyelembe a számításban.

🛠️ 19.2. feladat — Helyezd el a piramison

Sorold be a következő rendszereket az automatizálási piramis 0–4. szintjére, és indokold egy-egy mondattal: induktív közelítéskapcsoló; WAGO CC100; a CC100-on futó WebVisu-felület; egy szoftver, amely három gyártósor darabszámait gyűjti egy központi képernyőre; a vállalat számlázórendszere.

🛠️ 19.3. feladat — Topológiaválasztás

Egy 400 m hosszú, 14 állomásból álló szállítórendszert kell hálózatba kötni. Az üzem követelménye: egyetlen kábelszakadás ne állítsa le a teljes sort. Melyik topológiát javaslod, és melyik protokollcsalád támogatja azt a forrásaink szerint? Írd le, mi történik a szakadás pillanatában, és becsüld meg, mennyi ideig tart a helyreállás.

🛠️ 19.4. feladat — Az ellentmondás feloldása

Keress a saját eszközparkod dokumentációjában két olyan forrást (adatlap, kézikönyv, webshop-leírás), amely ugyanarról az eszközről eltérő funkciólistát ad. Állapítsd meg mindkettőnél a kiadás dátumát vagy verziószámát, és döntsd el, magyarázza-e ez a különbséget. Ha nem, fogalmazd meg, milyen harmadik forrás zárná le a kérdést.

🛠️ 19.5. feladat — Olvasd ki a firmware-verziót

Nyisd meg a CC100 webes kezelőfelületét (8. fejezet), és keresd meg a firmware verziószámát. Írd fel a XX.XX.XX(YY) alakban. A 19.13. alfejezet alapján döntsd el: elérhető-e ezen a készüléken a CODESYS EtherCAT Master? Ellenőrizd a CODESYS eszközfájában is: milyen buszmestereket lehet a vezérlő alá illeszteni?

Ellenőrző kérdések

  1. Sorold fel a párhuzamos huzalozás négy hátrányát!
  2. Nevezd meg az automatizálási piramis öt szintjét, és mondj egy-egy tipikus rendszert!
  3. Mi a különbség a HMI és a SCADA között?
  4. Melyik topológia igényel lezáróellenállást a végeken, és miért?
  5. Magyarázd el, hogyan előzi meg az MRM a keretek keringését a gyűrűben!
  6. Mit jelent a PROFIBUS-nál a tokenátadás, és mikor van rá szükség?
  7. Mi a DPM1 és a DPM2 közötti különbség?
  8. Milyen frissítésiidő-tartományt ad a forrás a PROFINET RT-re, és mit ér el az IRT?
  9. Magyarázd el a „processing on the fly” elvet a vonathasonlattal!
  10. Mit tesz lehetővé a SAFE-OP állapot, és mit nem?
  11. Mire való a GSDML, és mi az az előny, amelyet a forrás kifejezetten megnevez?
  12. Miért nem a sávszélesség dönti el a determinisztikusságot?

Tudáspróba

Válaszd ki az egyetlen helyes választ!

1. Az automatizálási piramis 0. szintje: a) a mezőszint (érzékelők, beavatkozók); b) az ERP-rendszer; c) a SCADA; d) a PLC.

2. A PROFIBUS legnagyobb átviteli sebessége: a) 115,2 kbit/s b) 12 Mbit/s c) 1,5 Mbit/s d) 100 Mbit/s

3. Hány csomópont lehet egy PROFIBUS-szegmensen? a) 8 b) 32 c) 126 d) 247

4. Melyik állítás igaz a gyűrűtopológiára MRP-vel? a) a keretek folyamatosan körbe járnak; b) a gyűrű nem tűri a kábelszakadást; c) a gyűrű csak optikai kábellel valósítható meg; d) a redundanciakezelő megszakítja a gyűrűt, és vonalként működteti.

5. Az MRP tipikus újrakonfigurálási ideje: a) < 200 ms b) < 20 ms c) < 2 ms d) < 2 s

6. A PROFINET IRT jellemzője: a) 512 ms frissítési idő; b) 1 µs-nál kisebb ingadozás CC-C osztályú hálózaton; c) RS-485 fizikai réteg; d) legfeljebb 126 eszköz.

7. Az EtherCAT „processing on the fly” lényege: a) minden csomópont megállítja és újraküldi a keretet; b) a master minden eszköznek külön keretet küld; c) a csomópontok menet közben olvasnak ki és írnak be adatot az áthaladó keretbe; d) az adat tömörítve utazik.

8. Az EtherCAT SAFE-OPERATIONAL állapotában: a) sem bemenet, sem kimenet nem működik; b) csak firmware-frissítés lehetséges; c) minden kimenet aktív; d) a bemeneti folyamatadat elérhető, a kimenetek biztonságos állapotban maradnak.

9. Melyik eszközleíró fájl tartozik a PROFINET-hez? a) GSDML b) GSD c) ESI d) egyik sem

10. A determinisztikusságot elsősorban ez határozza meg: a) a kábel ára; b) a feldolgozási elv és a buszhozzáférés módja; c) a sávszélesség; d) a csomópontok száma.

A megoldókulcs a B függelékben található.

A fejezet forrásai


  1. MODBUS Application Protocol Specification V1.1b3 (2012-04-26). Modbus Organization. (2026-07-29) ↩

  2. MODBUS over Serial Line – Specification and Implementation Guide V1.02. Modbus Organization. (2026-07-29) ↩

  3. PROFIBUS System Description: Technology and Application. PROFIBUS & PROFINET International (PI). (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩

  4. The Difference between PROFIBUS and PROFINET. PI North America. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩

  5. EtherCAT Technology Introduction – „The Ethernet Fieldbus” (2012. október). EtherCAT Technology Group. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩

  6. Glossary – Field Level. Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH. (2026-07-29) Az automatizálási szintek felosztása. Második, szabványalapú forrás (ISA-95 / IEC 62264) a lektoráláskor pótolandó. ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩

  7. PROFINET System Description – Technology and Application (2018. november). PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. / PI. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩

  8. EtherCAT Device Protocol Poster. EtherCAT Technology Group. (2026-07-29) Az állapotgép, az ESI és a hibaszámlálók forrása. ↩↩↩↩↩

  9. Manual: WAGO I/O System Compact 751-9301 Compact Controller 100, Version 1.6.0, valid from FW Version 04.04.xx(26). WAGO. (2026-07-31) ↩↩

  10. Manual: WAGO I/O System Compact 751-9301 Compact Controller 100, Version 1.1.0, valid from FW Version 03.08.07(20). WAGO. (2026-07-31) Ez a kiadás még nem említi az EtherCAT Mastert. ↩

  11. cc100-firmware-sdk – Changelog. WAGO hivatalos GitHub-szervezete. (2026-07-31) A 03.09.07 (21) kiadás bejegyzése: „[NEW] Codesys EtherCAT Master activated”. ↩

  12. WAGO Automation Community: „EtherCAT Master in CODESYS”. (2026-07-31) WAGO-munkatárs válasza a mozgásvezérlési licencről. ↩

Mennyire volt hasznos ez a fejezet?

Még nincs értékelés.