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.
- 19.1 Miért kellett busz?
- 19.2 Az automatizálási piramis öt szintje
- 19.3 Hol van a PLC, a HMI, a SCADA és az MES?
- 19.4 Hálózati topológiák
- 19.5 A gyűrű és a kábelredundancia — hogyan működik valójában?
- 19.6 PROFIBUS
- 19.7 PROFINET
- 19.8 EtherCAT
- 19.9 A négy busz összehasonlítása
- 19.10 Eszközleíró fájlok — miért nem elég a kábel?
- 19.11 Busz-diagnosztika
- 19.12 Determinisztikusság — mit jelent, és mi dönti el?
- 19.13 Egy tanulságos eset: a CC100 és az EtherCAT
- Összefoglalás
- Gyakorlatok
- Ellenőrző kérdések
- Tudáspróba
- A fejezet forrásai
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.
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
| 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
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
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.
| 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
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”.
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
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 |
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 |
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
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
| 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 | – |
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 „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
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:
- jó,
- karbantartás szükséges,
- karbantartás sürgős,
- 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.
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 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.
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 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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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
- Sorold fel a párhuzamos huzalozás négy hátrányát!
- Nevezd meg az automatizálási piramis öt szintjét, és mondj egy-egy tipikus rendszert!
- Mi a különbség a HMI és a SCADA között?
- Melyik topológia igényel lezáróellenállást a végeken, és miért?
- Magyarázd el, hogyan előzi meg az MRM a keretek keringését a gyűrűben!
- Mit jelent a PROFIBUS-nál a tokenátadás, és mikor van rá szükség?
- Mi a DPM1 és a DPM2 közötti különbség?
- Milyen frissítésiidő-tartományt ad a forrás a PROFINET RT-re, és mit ér el az IRT?
- Magyarázd el a „processing on the fly” elvet a vonathasonlattal!
- Mit tesz lehetővé a SAFE-OP állapot, és mit nem?
- Mire való a GSDML, és mi az az előny, amelyet a forrás kifejezetten megnevez?
- 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
-
MODBUS Application Protocol Specification V1.1b3 (2012-04-26). Modbus Organization. (2026-07-29) ↩
-
MODBUS over Serial Line – Specification and Implementation Guide V1.02. Modbus Organization. (2026-07-29) ↩
-
PROFIBUS System Description: Technology and Application. PROFIBUS & PROFINET International (PI). (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩
-
The Difference between PROFIBUS and PROFINET. PI North America. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩
-
EtherCAT Technology Introduction – „The Ethernet Fieldbus” (2012. október). EtherCAT Technology Group. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩
-
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. ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩
-
PROFINET System Description – Technology and Application (2018. november). PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. / PI. (2026-07-29) ↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩↩
-
EtherCAT Device Protocol Poster. EtherCAT Technology Group. (2026-07-29) Az állapotgép, az ESI és a hibaszámlálók forrása. ↩↩↩↩↩
-
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) ↩↩
-
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. ↩
-
cc100-firmware-sdk – Changelog. WAGO hivatalos GitHub-szervezete. (2026-07-31) A
03.09.07 (21)kiadás bejegyzése: „[NEW] Codesys EtherCAT Master activated”. ↩ -
WAGO Automation Community: „EtherCAT Master in CODESYS”. (2026-07-31) WAGO-munkatárs válasza a mozgásvezérlési licencről. ↩