Trochę teorii

LAN - Local Area Network (lokalna sieć komputerowa) jest to sieć, która łączy użytkowników na niewielkim obszarze. Typową cechą sieci LAN jest korzystanie przez wszystkie stacje z jednego medium.

MAN - Metropolitan Area Network (miejska sieć komputerowa) jest siecią występującą na znacznym obszarze miasta. W większości przypadków są to szybkie sieci, wykorzystujące światłowody jako pośredniczące medium transmisyjne.

WAN - Wide Area Network (rozległa sieć komputerowa) jest siecią o dużym zasięgu, przekraczająca granice miast, a nawet państw. Architektura tej sieci składa sięz węzłów oraz łączących je łączy transmisyjnych.

Sieć radiowa - (Radio Network) jest sieciąbezprzewodową, wykorzystującą fale radiowe jako medium transmisyjne.

Model OSI (Open Systems Interconnection)

Zestaw protokołów TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) został opracowany w celu umożliwienia komunikacji między różnymi typami systemów komputerowych, jak również między różnymi sieciami. Agencja DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) oraz Stanford University rozpoczęły prace nad protokołem TCP w 1973 roku. Efektem pierwszego, pięcioletniego okresu badań było opracowanie dwóch wzajemnie uzupełniających się protokołów: protokołu połączeniowego TCP i protokołu bezpołączeniowego IP. Stąd zaproponowano nazwę TCP/IP. Po dalszych badaniach, protokoły te zostały przyjęte jako standardy wojskowe w USA w 1983 roku (MILNET). Stały się one wówczas obowiązującymi w sieci ARPANET, a po zakończeniu jej działalności w 1990 roku, w sieci Internet. Po uruchomieniu technologii sieci lokalnych LAN i rozległych, protokoły TCP/IP włączone zostały do standardu komunikacyjnego w systemach UNIXowych. Protokoły wykorzystywane są do łączenia oddzielnych fizycznie sieci w jedną siećlogiczną(m.in. przy tworzeniu sieci wirtualnych, korporacyjnych). Do najistotniejszych zalet protokołów TCP/IP można zaliczyć:

• otwartość i niezależność od specyfiki sprzętowo-programowej systemów komputerowych,
• możliwość integracji wielu różnych rodzajów sieci komputerowych,
• wspólny schemat adresacji pozwalający na jednoznaczne zaadresowanie każdego użytkownika,
• istnienie standardowych protokołów warstw wyższych.

Protokoły TCP/IP to dzisiaj cały zestaw protokołów przeznaczonych do:

• transferu danych: IP, TCP, UDP (User Datagram Protocol),
• kontroli poprawności połączeń: ICMP (Internet Control Message Protocol),
• zarządzania siecią: SNMP (Simple Network Management Protocol),

Wszystkie protokoły wchodzące w skład zbioru protokołów TCP/IP sązdefiniowane w następujących dokumentach: Intemet Engineering Notes (IEN), Military Standards (MIL STD) oraz Request for Comments (RFC). Architektura protokołów TCP/IP jest trochę odmienna od modelu ISO/OSI. Najczęściej przyjmowany jest czterowarstwowy hierarchiczny model protokołów TCP/IP, nazywany także stosem protokołów.

Protokół UDP (User Datagram Protocol)Protokół UDP jest standardem TCP/IP zdefiniowanym w specyfikacji RFC 768 „User Datagram Protocol (UDP)”, jest używany zamiast protokołu TCP do szybkiego, uproszczonego, mniej niezawodnego przesyłania danych między hostami TCP/IP.Protokół UDP jest usługą wymiany datagramów bez ustanowionego połączenia, która zapewnia najlepszą jakość dostarczania, co oznacza, że protokół UDP nie gwarantuje dostarczenia i sprawdzania sekwencji datagramów. Host źródłowy wymagający niezawodnych połączeń powinien korzystać z protokołu TCP lub programu, który posiada wbudowane własne usługi sprawdzania sekwencji i potwierdzania.Komunikaty UDP są wysyłane w datagramach IP ja na diagramie poniżej:

Standard RS232 został ustanowiony w 1969 roku przez Electronic Industries Association. Definiuje on sposób nawiązania i przeprowadzenia łączności pomiędzy dwoma urządzeniami tzw.DTE (Data Terminal Equipment) za pośrednictwem modemów tzw. DCE (Data Communication Equipment) lub bez nich. RS232 jest obecnie najbardziej popularnym interfejsem do wymiany danych pomiędzy urządzeniami.Pierwotnie interfejs RS-232 został opracowany w celu znormalizowania połączeń pomiędzy urządzeniami znakowymi w systemach komputerowych(drukarki, terminale itp.) Był stosowany w prostszych systemach pomiarowych. O jego powszechnym użyciu zadecydowała jego prostota, fakt że nawet najprostsze mikrokontrolery zwykle są wyposażone w tego typu interfejs. Wiele urządzeń automatyki posiada interfejs szeregowy, a wynika to z faktu niezawodności, niskich kosztów wdrożenia, a przede wszystkich powszechności użycia tego standardu.

RS-232	Styk DB25	Styk DB9	Nazwa polska	Nazwa angielska	Kierunek DTE - DCE
PG	1	-	Masa ochronna	Protective Ground	--
SG	7	5	Masa sygnałowa	Signal Ground	--
TxD	2	3	Dane nadawane	Transmitted Data	-->
RxD	3	2	Dane odbierane	Received Data	<--
RTS	4	7	Żądanie nadawania	Request Data	-->
CTS	5	8	Gotowość do nadawania	Request to Send	<--
DSR	6	6	Gotowość DCE	Clear Set Ready	<--
DTR	20	4	Gotowość DTE	Data Terminal Ready	-->
DCD	8	1	Poziom sygnału	Carrier Detected	<--

Opis linii:
Linie Danych (obowiązuje logika negatywna):
TxD – dane nadawane.
RxD – dane odbieraneLinie sterujące (obowiązuje logika pozytywna):
RTS – żądanie nadawania danych zgłaszane przez terminal DTE
CTS – gotowość do nadawania zgłaszana przez modem DCE (przesyła potwierdzenie odebrania sygnału RTS)
DSR – gotowość modemu DCE do dalszej współpracy z DTE (aktywny przez cały czas trwania połączenia)
DTR – gotowość DTE do dalszej współpracy z DCE (aktywny przez cały czas trwania połączenia)
DCD – sygnał wykrycia przez modem fali nośnej (oznacza, że łączy się on z innym modemem)
Linie masy:
SG – masa sygnałowa
PG – masa ochronna połączona z obudową urządzenia
Istnieje wiele sposobów wykorzystania różnych podzbiorów tych l inii. W najprostszym przypadku wykorzystuje się tylko 3 linie:
TxD – dane nadawane
RxD – dane odbierane
SG – masa sygnałowa

Interfejs MODBUS został opracowany w firmie MODICON i stał się standardem przyjętym przez większość producentow sterowników przemysłowych. O jego popularności zadecydowały:

• prosta reguła dostępu do łącza oparta na zasadzie "master-slave"
• zabezpieczenie przesyłanych komunikatów przed błędami
• potwerdzanie wykonania rozkazsów zdalnych i sygnalizacja błędów
• skuteczne mechanizmy zabezpieczające przed zawieszeniem systemu
• wykorzystanie asynchronicznej transmisji znakowej zgodnej z RS-232C

Kontrolery urządzeń pracujących w systemie MODBUS komunikują się ze sobą przy wykorzystaniu protokołu typu master-slave, w którym tylko jedno urządzenie może inicjalizować transakcje (jednostka nadrzędna-master), a pozostałe (jednostki podrzędne- slave) odpowiadają jedynie na zdalne zapytania jednostki nadrzędnej. Transakcja składa się z polecenia wysyłanego z jednostki master do slave oraz z odpowiedzi przesyłanej w odwrotnym kierunku. Odpowiedź zawiera dane żądane przez master lub potwierdzenie realizacji jego polecenia. Master może adresować indywidualnych odbiorcó (slave) lub też przesyłać wiadomości "rozgłoszeniowe: (broadcast), przeznaczone dla wszystkich urządzeń podrzędnych w systemie. Na polecenia rozgłoszeniowe jednostki slave nie przesyłają odpowiedzi. Protokół MODBUS określa format wiadomości przesyłanych z jednostki master do slave.Zawiera on:

• adres odbiorcy,
• kod funkcji reprezentujący polecenie,
• dane,
• słowo kontrole.

Odpowiedź urządzenia również zawiera informacje zgodne ze zdefiniowanymi w protokole MODBUS. Jeżeli urządzenie slave wykryje błąd przy odbiorze wiadomości, przesyła zgłoszenie o błędzie do mastera.W systemie MODBUS wiadomości są zorganizowane w ramki o określonym początku i końcu. Pozwala to urządzeniu odbierającemu na odrzucenie ramek niekompletnych i sygnalizację związanych z tym błędów. Ze względu na możliwość pracy w jednym z dwóch różnych trybów transmisji (ASCII lub RTU), definiuje się dwie ramki.

 Przesyłane w obydwie strony wiadomości zorganizowane są w postaci ramek o czterech ściśle określonych polach:

ADDRESS

FUNCTION CODE

DATA

CHECKSUM

Dla zapytania MODBUS RTU mamy:ADDRESS [1 bajt] - określa do którego urządzenia wpiętego w sieć (RS-485) adresowane jest zapytanie
FUNCTION CODE [1 bajt] - określa kod funkcji/zapytania
DATA [różnej długości] - przekazuje parametry wejściowe wywoływanej funkcji
CHECKSUM [2 bajty] - suma kontrolnaDla odpowiedzi:ADDRESS [1 bajt] - określa adres urządzenia slave odpowiadającego na zapytanie
FUNCTION CODE [1 bajt] - określa kod funkcji/zapytania z zapytania
DATA [różnej długości] - przekazuje parametry wynikowe funkcji
CHECKSUM [2 bajty] - suma kontrolna

bajty są wysyłane binarnie jako znaki ośmiobitowe każda ramka jest poprzedzona odstępem (cisza na linii)> 3,5T (gdzie T oznacza czas transmisji jednego znaku) odstępy pomiędzy kolejnymi znakami ramki < 1:5T

Poniżej w tabeli znajdują się kody wraz z opisem najczęściej występujących funkcji:

Kod Funkcji	Opis funkcji
0x01	odczyt wyjść bitowych
0x02	odczyt wejść bitowych
0x03	odczyt n rejestrów
0x04	odczyt n rejestrów wejściowych
0x05	zapis 1 bitu
0x06	zapis 1 rejestru
0x07	odczyt statusu
0x08	test diagnostyczny
0x0F	zapis n bitów
0x10	zapis n rejestrów
0x11	identyfikacja urządzenia slave
0x80–0xFF	zarezerwowane na odpowiedzi błędne

Controller Area Network (CAN) jest szeregową siecią (magistralą), która pierwotnie została zaprojektowana dla przemysłu samochodowego, ale stała się popularną magistralą w automatyce przemysłowej jak również w innych zastosowaniach. Magistrala CAN jest zasadniczo stosowana w systemach wbudowanych (embedded) i jak wynika z nazwy jest rozpowszechniona wœród mikrokontrolerów. Jest to dwuprzewodowa, pół-dupleksowa, szybka sieć odpowiednia dla szybkich aplikacji używających krótkich wiadomoœci.CAN może teoretycznie połączyć do 2023 urządzeń (zakładając jeden węzeł z jednym identyfikatorem) w pojedynczej sieci. Jednak z powodu praktycznych ograniczeń sprzętowych (transceivers) może połączyć tylko do 110 urządzeń w pojedynczej sieci. Oferuje szybką komunikację do 1 Mbit/s pozwalając na kontrolę w czasie rzeczywistym. Dodatkowo właœściwośœć ograniczania i wykrywania błędów czyni ją bardziej niezawodną w krytycznych warunkach zakłóceniowych.Pierwotną specyfikacją jest specyfikacja firmy BOSCH. Wersja 2.0 tej specyfikacj dzieli się na dwie częœci:

• standardowy CAN wersja 2.0A (Standard CAN), używa 11 bitów identyfikacji
• rozszerzony CAN wersja 2.0B (Extended CAN), używa 29 bitów identyfikacji

Te dwie częœci definiują odmienne formaty ramek wiadomośœci głównie różniące się długoœcią identyfikatora.Istnieją dwa standardy ISO dla CAN. Różnica występuje w warstwie fizycznej, gdzie ISO 11898 dotyczy szybkich aplikacji do 1 Mbit/s. ISO 11519 ogranicza się do 125 kbit/s.