4.1.2 Adatkapcsolati réteg jellemzői
Ipari hálózatokban a számítógépek multipont kapcsolatban vannak egymással. Az egyes számítógépek a folyamat állapotnak megfelelően megpróbálnak kommunikálni a társaikkal a csatornán (fizikai rétegen) keresztül. Mivel a csatornát több gép is megpróbálhatja használni egyszerre, szükség van algoritmusokra, amik a kommunikációt szabályozzák. Az adatkapcsolati réteg legfontosabb feladata a megfelelő protokollokkal ezen algoritmusok megvalósítása. A protokolloknak kell kiválasztani a kommunikáció résztvevőit, illetve segíteniük kell az eszközöket abban, hogy meg tudják állapítani a sín hozzáférhetőségi (szabad, foglalt) állapotát.
Az ipari számítógép-hálózatok mester-szolga (master-slave) jellegű hálózatok. Azok az eszközök, amelyek mesterként vannak definiálva, jogosultak átvenni a sín vezérlését. A szolga típusú eszközök a kommunikáció passzív résztvevői, a sín lefoglalását nem kezdeményezhetik, csak a feléjük irányuló kérésekre reagálhatnak. A sín hozzáférési jogokból is kitűnik, a szolga jogosultsággal rendelkező eszközök a folyamatirányítás terepi szintjén helyezkednek el. A mester eszközök a gyártómodulok, cellák szintjén, és a felügyelői szinteken elhelyezkedő eszközök.
Az adatkapcsolati réteg a feladatait többféle módon is megoldhatja. A gyakorlatban a folyamatirányító rendszer résztvevőinek, elsősorban a mesterek száma alapján, többféle rendszer terjedt el.
Abban az esetben, ha a hálózaton egy mester, és több szolga található, a sínfoglaltság kérdésével a protokolloknak nem kell foglalkozniuk. Mivel a sínt csak a mester használhatja, a számítógépek üzenetváltása lekorlátozódik az egyszerű lekérdezésre. A mester gép egy néhány bájtból álló címmel sorban lekérdezi az eszközöket. Erre a kérésre a terepi eszközök az információ összetettségétől függő hosszúságú adattal válaszolnak. (Egy munkaeszköz elindítását elég egy bittel jelezni, egy hőmérsékletérzékelő viszont már bájt méretű adattal is válaszolhat, ha a hőmérséklet értékét, változási sebességét is lekérdezi tőle a mester gép.)
Többmesteres rendszerekben nagyon fontos a kiszámíthatóság. Nem engedhető meg, hogy egy gép a folyamatirányítás kárára lefoglalja a sínt, hiszen a teljes folyamat ellátásának sikerét elsősorban az egyes részfolyamatok időben történő elvégzése jelenti. A kiszámíthatóság problémájának nagyon elegáns módja a vezérjeles sín, gyűrű (Token Bus, Token Ring) rendszere. A számítógépek között egyetlen vezérjel halad körbe, ennek megszerzése a feltétele annak, hogy egy gép használhassa a csatornát. Miután egy mester megszerezte a vezérjelet, átáll adási üzemmódba. A többi gép ilyenkor vételi állapotba kerül, a küldött adatokat amennyiben neki szól, leszedi a csatornáról. A mesterek csak meghatározott ideig birtokolhatják a sínt, utána vissza kell helyezniük a vezérjelet a gyűrűbe. Ez a rendszer jól illeszkedik az ipar követelményeihez, a folyamatirányítás résztvevőinek kiszámítható idejű csatorna-hozzáférést biztosít.
Másik megoldást jelent a vivőjel érzékeléses többszörös hozzáférés a csatornához, ütközésérzékeléssel (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect, CSMA/CD). Ilyen rendszerekben több számítógép is megkísérelheti használni a csatornát. Amennyiben ez egy időben következik be, ”ütközés” történik. A számítógépek egy algoritmus által meghatározott ideig várakoznak, majd újabb próbát tehetnek az adásra. Az ipari elterjedésük elsősorban a sín-konverterek használatával növekszik. A folyamatirányítás terepi szintjén nem szokás alkalmazni - habár éppen az előbb említett konverterekkel már lehetséges az érzékelők, és egyéb alacsonyabb szintű eszközök bekötése is az ilyen típusú rendszerekbe, lásd 19. ábra -, elsősorban a magasabb szintű kapcsolatoknál használják.
Egyre elterjedtebb megoldásnak számít megbízhatósága és egyszerűsége miatt a vivőjel érzékeléses, szintén többszörös hozzáférést megengedő rendszer (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA), ütközés elkerüléses megoldással. Ez a CSMA/CD rendszerhez képest időveszteség nélkül képes kiválasztani a legnagyobb prioritással rendelkező mestert. A kiválasztás nem logikailag protokoll segítségével, hanem fizikailag valósul meg. A sínrendszer kialakítása olyan, hogy a magasabb prioritással rendelkező jel ”rövidre zárja” az alacsonyabb prioritású eszközöket (ÉS, VAGY áramköri megoldás). Ezt érzékelve a többi számítógép abba hagyja az adást.
Léteznek rendszerek, melyek elsősorban a terepi eszközök összeköttetését oldják meg. Gyakori eset, hogy az intelligens érzékelőket és működtető szerveket csak minimális kommunikációs képességgel ruházzák fel. Ilyenkor fölösleges komolyabb kommunikációs lehetőségekkel rendelkező rendszert használni. Az ilyenkor alkalmazott hálózatokban (Time Division Multiple Access, TDMA) az eszközök a kapott adatokat nem annak előre definiált szerkezetéből azonosítják, hanem az impulzusidők alapján.