آموزش PROFIBUS-قسمت دوم

آموزش PROFIBUS-قسمت دوم

1-4 مزایا و معایب شبکه

استفاده از شبکه‌های صنعتی دارای مزایا و معایبی است که شناخت آنها می‌تواند در انتخاب روش انتقال دیتا تاثیرگذار باشد. در این بخش به بررسی این نکات می‌پردازیم.

الف) مزایای شبکه

برخی از مزایای استفاده از شبکه‌های صنعتی عبارتند از:

• کاهش حجم سیم‌کشی، سینی‌گذاری و در نتیجه کاهش هزینه‌
• سهولت امکان توسعه سیستم
• عدم وابستگی به یک سازنده خاص و امکان استفاده از تجهیزات سازندگان مختلف روی یک شبکه
• امکان ارتباط دو طرفه ( مثلا دریافت دیتا از سنسورها و ارسال اطلاعات کالیبراسیون به آنها از طریق شبکه)

شکل‌های 1-6 و 1-7 مقایسه بین روش استفاده از شبکه‌های صنعتی و روش قدیمی 4…20mA را از نظرحجم سیم‌کشی نشان می‌دهد.

شکل 1-6

شکل 1-7

شکل 1-8 هزینه‌های پیاده‌سازی شبکه (PROFIBUS) را با روش قدیمی 4…20mA مقایسه نموده است. همانطور که در این شکل مشخص است، هزینه‌ی مختلف مربوط به تجهیزات، نصب و راه‌اندازی و نیز عملیات مهندسی در صورت استفاده از شبکه کاهش می‌یابد.

شکل 1-8

ب) معایب شبکه

اگرچه نمی‌توان برای روش استفاده از شبکه‌های صنعتی نسبت به روش قدیمی 4…20mA عیب برجسته‌ای را عنوان نمود اما برخی از اشکالات کوچک در این روش وجود دارد که البته با انتخاب صحیح نوع شبکه و نیز روش پیاده‌سازی آن، می‌توان اشکالات را برطرف نموده و یا به‌حداقل رساند.

برخی از معایب استفاده از شبکه‌های صنعتی عبارتند از:

• کند بودن انتقال دیتا نسبت به روش استفاده از سیگنال 4…20mA
• کاهش قابلیت اطمینان سیستم به دلیل وابسته بودن به کابل شبکه ( با استفاده از پیاده‌سازی ریداندانت می‌توان تا حد زیادی این مشکل را برطرف نمود)

2- آشنایی با شبکه Profibus و پرتکل‌های مختلف آن

Profibus مخفف Process Fiedbus یک شبکه با استاندارد جهانی است که اصالتا آلمانی محسوب می‌شود. این شبکه در سال 1990 ارئه شد و دارای نسخه‌های (پرتکل‌های) مختلفی می‌باشد. جدول 2-1 به‌طور اجمالی هر یک از پرتکل‌های شبکه‌ PROFIBUS را بررسی نموده است.

جدول 2-1

لازم به ذکر است که پرتکل FMS در حال استفاده‌ی چندانی نداشته و به‌جای آن از شبکه‌ی اترنت صنعتی (Industrial Ethernet) استفاده می‌شود.

شکل‌های 2-1 و 2-2 استفاده از پروتکل‌های مختلف شبکه‌ PROFIBUS را در یک پروژه نشان می‌دهد. همانطور که در شکل 2-2 مشخص است، برای پروتکل‌های DP و FMS کارت شبکه ارائه شده است ولی برای پروتکل PA، کارت مستقلی ارائه نشده و این شبکه توسط کوپلر به شبکه DP متصل می‌گردد.

شکل 2-1

شکل 2-2

2-1 آشنایی با شبکه‌ Profibus FMS

FMS مخفف Fieldbus Message Specification اولین پروتکل ارائه شده توسط کمیته بین‌المللی Profibus می‌باشد. هدف از ارائه این شبکه ارتباطات بین چند Master مختلف با یکدیگر می‌باشد، لذا کاربرد آن محدود به سطح کنترل و مانیتورینگ است. تکنولوژی انتقال دیتا در این شبکه (کابل، کانکتورها، و …) با شبکه DP یکسان بوده و سرعت آن بین 9.6 kBit/s  الی  12 Mbit/s(در زیمنس Max:1.5Mbps) می‌باشد. امروزه استفاده از این شبکه تقریبا منسوخ شده و شبکه‌های اترنت صنعتی و  پروفی‌نت جایگزین آن شده‌اند. شکل‌های 2-3 و 2-4 استفاده از این شبکه را نشان می‌دهد.

شکل 2-3

شکل 2-4

2-2 آشنایی با شبکه Profibus DP

DP مخفف Distributed Peripherals یا   decentralized Peripheralsپرکاربرد‌ترین پروتکل شبکه PROFIBUS می‌باشد. این پروتکل توانایی برقراری ارتباط بین یک Master با یک یا چند Slave و نیز چند Master با هم را دارا می‌باشد. تکنولوژی انتقال دیتا در این شبکه با شبکه FMS یکسان است، لذا کابل، کانکتور و دیگر ادوات سخت‌افزاری انتقال دیتا در این شبکه با شبکه FMS یکسان می‌باشد. این شبکه در ورژن‌های 0 ، 1 و 2 ارائه شده است.

اهم موارد کاربرد شبکه DP عبارتست از:

1- برقرای ارتباط بین سیستم کنترل و فیلد از طریق ارتباط با Remote I/O

2- برقرای ارتباط بین چند PLC با یکدیگر

3- برقرای ارتباط بین سیستم کنترل و مانیتورینگ

4- برقرای ارتباط با شبکه PA از طریق DP/PA Coupler

5- ارتباط با سایر تجهیزات از قبیل درایو، Soft Starter و …

از بین موارد فوق، مورد اول یعنی ارتباط با Remote I/O مهم‌ترین وظیفه و کاربرد شبکه DP در صنعت می‌باشد. با استفاده از این روش حجم کابل‌کشی کاهش یافته و نیز توسعه سیستم به سهولت امکان‌پذیر است.

شکل‌های 2-5 و 2-6 استفاده از شبکه DP Profibus  را نشان می‌دهد.

شکل 2-5

شکل 2-6

انواع DP Master از نظر نوع عملکرد

• DP Master Class 1: این نوع Master بعنوان رئیس شبکه بوده و اجازه‌ی ارتباط با Slaveها را به‌صورت سیکلی دارا می‌باشد. برخی از خصوصیات DP Master Class1 عبارتست از:
• اختصاص مقادیر پارامتری و پیکربندی DP Slaveها در زمان راه‌اندازی
• تبادل دیتا با Slaveها به‌صورت سیکلی
• انتقال Token بین Masterها
• تحت نظر قراردادن Slaveها
• آماده‌سازی اطلاعات عیب‌یابی

یک PLC یا PC (با استفاده از کارت شبکه مثلا CP 5613 یا CP 5614) می‌تواند بعنوان DP Master Class1 مورد استفاده قرار گیرد که معمولا برای این امر از PLC استفاده می‌شود.

• DP Master Class 2: این نوع Master به‌صورت سیکلی با Slaveها تبادل دیتا نمی‌کند و از آن برای انجام وظایف خاصی مانند عیب‌یابی، استفاده می‌شود. DP Master Class2 می‌تواند به صورت دائم به باس متصل نبوده و فقط در شرایط خاص به باس متصل گردد. یک PC با استفاده از کارت شبکه (مثلا CP 5613 یا CP 5614) می‌تواند بعنوان این نوع Master مورد استفاده قرار گیرد.

شکل 2-7 کاربرد DP Master Class1  و DP Master Class2 را نشان می‌دهد.

شکل 2-7

2-3 آشنایی با شبکه Profibus PA

PA مخفف Process Automation یکی از پروتکل‌های شبکه Profibus است که به‌منظور شبکه ‌نمودن سنسورها، ترانسمیترها و عملگرهای هوشمند (Smart) ارائه شده است. حوزی کاری این شبکه در سطح فیلد بوده و توسط Coupler به شبکه DP متصل می‌گردد.

منظور از ترانسمیترهای هوشمند، آندسته از ترانسمیترهایی است که می‌توانند یک کمیت فیزیکی را اندازه‌گیری نموده و مقدار آنرا به دیتا تبدیل نمایند. همچنین عملگرهای هوشمند می‌توانند مستقیما به شبکه PA متصل شده و دیتای شبکه را دریافت و بر اساس آن، Action مورد نظر را انجام دهند. شکل 2-8 یک نمونه ترانسمیتر دما و نیز کنترل ولو هوشمند قابل اتصال به شبکه PA را نشان می‌دهد.

شکل 2-8

در شکل 2-9 نحوه‌ی پیاده‌سازی شبکه PA نشان داده شده است. همانطور که در شکل مشخص است، در شبکه PA تجهیزات به صورت مستقیم و بدون واسطه به کابل شبکه PA متصل می‌شوند. همچنین شبکه PA از طریق مبدل (DP/PA Coupler یا DP/PA Link) به شبکه DP متصل می‌گردد.

شکل 2-9

 استفاده از سنسورها و عملگرهای هوشمند در شبکه‌ PA دارای مزایایی به شرح زیر می‌باشد:

1- امکان اتصال مستقیم سنسور یا عملگر به شبکه و حذف واسط‌هایی مانند Remote I/O

2- امکان ارتباط دو طرفه (ارسال دیتاهای عیب‌یابی از وسایل فیلد به سیستم مهندسی (ES) و نیز ارسال دیتاهای کالیبراسیون از سیستم مهندسی به وسایل فیلد)

3- امکان استفاده در محیط‌های غیر ایمن (EX)

4- امکان انتقال تغذیه تجهیزات از طریق کابل شبکه

لازم به ذکر است که تکنولوژی انتقال دیتا (و نیز نوع کابل و کانکتور) در شبکه PA با شبکه DP متفاوت بوده و سرعت آن نیز برابر 31.25 Kbps می‌باشد. کدینگ سیگنال شبکه PA بر اساس کدینگ Manchester (MBP) می‌باشد.