گروه فنی مهندسی الکتریکالا

پروتکل پروفی باس

همه چیز درباره یک شبکه PROFIBUS و نحوه استفاده از آن با خدمات IIoT:

 

پروفی باس PROFIBUS به معنای گذرگاه حوزه فرایند، استانداردی در فناوری خودکارسازی برای ارتباطات در گذرگاه در سطح کارخانه است. پروفی باس در سال ۱۳۶۸ توسط اداره آموزش و تحقیقات آلمان ابداع شد و توسط شرکت زیمنس به کار گرفته شد. این استاندارد به صورت آزاد به عنوان جزیی از استاندارد IEC 61158 انتشار یافته است .
درکل یک استاندارد ارتباطی در اتوماسیون صنعتی است که برای فرآیندهای اتوماسیون دیجیتال و آنالوگ (Factory Automation) و (Process Automation) مورد استفاده قرار می گیرد.

شبکه PROFIBUS پیاده سازی یک شبکه اینترنت صنعتی برای داشتن یک سیستم یکپارچه و قدرتمند را برای شما ساده می‌کند. 

ایده این مقاله ارائه اطلاعات لازم در مورد شبکه های PROFIBUS است. در  این مقاله  در مورد انواع PROFIBUS، نحوه عملکرد آن‌ها، تفاوت بین PROFIBUS و PROFINET و نحوه استفاده از IIoT  در یک شبکه  PROFIBUS صحبت خواهیم کرد.

پس از خواندن این مقاله تمام اطلاعات ضروری را برای پیاده سازی  شبکه پروفی‌باس و تجهیزات مورد نیاز آن خواهید داشت.

گفتن این نکته حائز اهمیت است که روزانه جامعه کاربران PROFIBUS رو به رشد است. 

بیایید نگاهی دقیق تر به این پروتکل بیاندازیم و یاد بگیریم که چگونه می توان از آن به همراه سرویس های IIoT استفاده کرد تا بهترین عملکرد را از دستگاه ها و شبکه شما دریافت کند.

 

پروفی باس چیست؟

 

PROFIBUS یک شبکه دیجیتالی است که وظیفه برقراری ارتباط بین سنسورهای مربوطه و سیستم کنترل یا کنترلر را برعهده دارد. اولین گام در حین پیکربندی شبکه، اجرای  پروتکل‌های  PROFIBUS در صنایع اتوماسیون کارخانه ، سپس صنایع فرآوری، تولید و غیره می‌باشد.

در همان آغاز، علاقه‌مندان به توسعه این شبکه، (PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification را توسعه دادند. که پروتکل پیچیده ای بود وامروزه دیگر از آن استفاده نمی شود. بعدها بر روی پروتکل (PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals کار کردند و در سال 1998، (PROFIBUS PA (Process Automation راه اندازی شد.

امروزه، هنگامی که ما در مورد پروفی‌باس صحبت می‌کنیم، انواع PROFIBUS DP و PROFIBUS PA وعلاوه بر آن PROFINET که مبتنی بر اترنت پایه گذاری شده است را داریم.

 

انواع PROFIBUS چیست؟

 

حال به بررسی این که چگونه PROFIBUS DP و PA کار می کنند و در کدام برنامه ها از آنها بیشتر استفاده می شود، می‌پردازیم.

 

Profibus DP چیست؟

 

شبکه PROFIBUS DP به عنوان یک راه حل سریع و مبتنی بر یک لایه فیزیکی RS485 و استاندارد اروپایی EN-50170 توسعه داده شده است و  لازم نیست که  لایه فیزیکی ما ازمس باشد. می‌توانید از فیبر نوری یا حتی به‌صورت بی سیم نیز استفاده کنید.

PROFIBUS DP مخفف Decentralized Periphery است. این نام به اتصالات I / O اطلاق می شود که از ارتباطات سریال به‌صورت کاملاً غیرمتمرکز و با سرعت بالا برای اتصال به یک کنترلر مرکزی استفاده می کنند.

همچنین گفتن این نکته ضروری است كه پروتكل PROFIBUS DP  براساس مدل (Open System Interconnection (OSI مطابق استاندارد ISO 7498 ساخته شده است و هر لایه پروتكلی وظایف مشخصی دارد.

شبکه PROFIBUS DP یک شبکه Token با چند master است. که وقتی دو یا چند master در سیستم وجود داشته باشد، Token در لحظه تنها به یکی ازmaster ها اجازه فرمان می‌دهد و در واقع برای هرmaster سهمی از زمان ارتباط در نظر می‌گیرد.

دو نوع master  وجود دارد. مستر نوع 1 برای کنترل فرایند که به کنترل کل سیستم می‌پردازد. Master نوع  2 (که به صورت option  است)اطلاعات غیرقانونی را ابلاغ می کند و برای تشخیص، آلارم و پیکربندی دستگاه استفاده می‌شود.

توجه داشته باشید که تامین پاور تجهیزات ابزاردقیق در شبکه Profibus-DP از طریق یک کابل مجزا صورت میگرفت،در حالی که در شبکه PA تامین پاور و مخابره دیتا از طریق یک کابل واحد زوج سیم (twisted pair) به شکل همزمان صورت می گیرد. با توجه به اینکه از شبکه Profibus-PA در مناطق انفجاری استفاده می شود، باید این نکته رعایت شود که جریان مورد نیاز برای تجهیزات PA از حداکثر میزان مجاز جریان برای کابل شبکه Profibus-PA تجاوز نکند.

سرعت این شبکه با سرعت 9.6 کیلوبیت بر ثانیه، یعنی 12 مگابیت در ثانیه در سیستم 100 تا 1000 متر کار می‌کند. توپولوژی شبکه های PROFIBUS DP خطی هستند و شما باید با توجه به پیکربندی شبکه از  درگاه‌ها، reapeterها و ترمینال‌ها استفاده کنید.

پس شبکه های DP از ایمنی بالایی برخوردار بوده و از آن‌ها در اپلیکیشن‌های ایمن SIL3 استفاده می شود.

 

 

 

Profibus PA چیست؟

 

در ابتدا، پروتکل PROFIBUS PA برای توسعه ارتباطات HART ایجاد شد. این برنامه برای برنامه‌های کاربردی اختصاص داده شده است، جایی که ایجاد ارتباط بین دستگاه های اندازه‌گیری و سیستم کنترل مورد نیاز است.

در PROFIBUS PA از کابل‌های زوج به هم تابیده (کواکسیال) هم برای ارتباطات درون شبکه و هم برای پاور استفاده می‌شود. ساختار شبکه فیزیکی آن مطابق با استاندارد IEC-61158-2 است و سرعت داده در شبکه 31.25 کیلوبیت در ثانیه است.

برخلاف شبکه های PROFIBUS DP که سرعت بالاتری هم دارند. دستگاه های PROFIBUS PA مستقیماً به کنترلر وصل نمی‌شوند و ارتباطات آن  از طریق فیبر نوری یا با لینک به دست می آید. فیبر نوری یا لینک، به عنوان رابط عمل کرده وسایر ارتباطات را درون شبکه برقرار می‌کند. 

نکته قابل توجه در مورد شبکه های PA، قابلیت طراحی ایمن آن است. به این معنی که تجهیزات متصل به آن می‌توانند در مناطق خطرناک فعالیت کنند.

شبکه Profibus PA به منظور ارتباط مستقیم با Profibus DP توسعه داده شده است. مهمترین شبکه Profibus PA به منظور ارتباط مستقیم با Profibus DP توسعه داده شده است. در محیط های انفجاری (intrinsically safe applications) مثل محیطهای Zone 0 و Zone 1 استفاده کرد. تامین پاور موردنیازبرای تجهیزات شبکه  و مخابره اطلاعات بین تجهیزات و سیستم کنترل میزبان ( PLC یا DCS )در شبکه Profibus-PA به صورت دیجیتال انجام می شود.

 

 

به طور معمول، در مقایسه با یک شبکه معمولی ، در یک شبکه ایمن تجهیزات کمتری وجود دارد. اما عوامل مختلفی تعیین کننده یک شبکه بهینه هستند. مثل تجهیزات مورد استفاده، اندازه شبکه، فاصله بین تجهیزات، نوع کابل مصرفی و غیره.

PROFINET چیست؟

 

PROFINET را می توان تکامل پروتکل PROFIBUS دانست. امروزه در صنعت، مردم دوست دارند از پروتکل‌های مبتنی بر اترنت (IEEE 802.3) و مدل OSI استفاده کنند.

PROFINET کله مزایای یک شبکه پیشرفته از پشتیبانی کنترل تا ارتباطات درون شبکه و همینطورایجاد یک شبکه قدرتمند یکنواخت را دارد.

یکی دیگر از مزایای پروفی ‌نت، این است که این نوع پروتکل به راحتی قابل اجرا است زیرا از یک الگوی ساختاری شناخته شده (پروتکل بر مبنای شبکه اترنت موجود در سیستم) که هزینه زیرساخت آن کم اسست، استفاده می کند.

البته نباید تصور شود که PROFINET یک پروفی باس اترنت است. بلکه PROFINET  یک استاندارد باز مبتنی بر اترنت و تکامل یافته پروتکل  PROFIBUS  است. یک قابلیت مهم PROFINET پشتیبانی لایه‌های TCP / IP است که مزایای قابل توجهی را به آن می‌افزاید. همه دستگاه ها به یک شبکه واحد متصل می شوند که کنترل، تشخیص و غیره در آن انجام می‌شودو عموما نیازی به استفاده از گذرگاه نیست.

 

تفاوت بین PROFIBUS و PROFINET چیست؟

 

وقتی در مورد PROFIBUS صحبت می کنیم ، در مورد پروتکل ارتباط دیجیتال سنتی و شناخته شده صحبت می کنیم که در صنایع و برنامه های مختلف پیاده سازی شده است. این پروتکل مبتنی بر ارتباطات سریال است و فواید زیادی را برای صنعت به ارمغان آورده است.

PROFINET پروتکل مبتنی بر اترنت صنعتی است. از ارتباطات سریع‌تر پشتیبانی می کند همچنین از پهنای باند بیشتری برخوردار است. این بدان معناست که پیامی که در شبکه PROFINET رد و بدل می شود می تواند حاوی اطلاعات بیشتری نسبت به یک پیام در PROFIBUS باشد.

چگونه می توان از خدمات IIoT در یک شبکه PROFIBUS استفاده کرد؟

 

خیلی عجیب است  اما بسیاری از کاربران PROFIBUS هنوز به روش سنتی رفتار می کنند و هیچ کس از داده های شبکه برای کنترل بر نحوه اجرا  و جلوگیری از حوادث اتفاقی و یا عملکرد نادرست سیستم استفاده نمی‌کند. 

باید در نظر گرفت که راه حل نظارت بر شرایط سنتی می تواند در برخی از حالات کاملاً پیچیده باشد و این که با این شبکه  ما خدمات IIoT داریم. نظارت بر وضعیت عملکرد دستگاه، یافتن اطلاعات پایگاه داده و مدیریت اسناد آسان نبوده و ما می توانیم مانیتورینگ  آن را با استفاده از شبکه و تجهیز مربوطه انجام دهیم.

  این روزها تقریبا همه چیز را میتوان به شبکه پروفی باس متصل کرد. مثل انواع PLC ها ، HMI/SCADA ، سنسورها، درایوها،سرووها و حتی تجهیزات HART نیزقادربه اتصال به شبکه پروفی باس هستند.دلیل اصلی استقبالاز روش ارتباط Profibus در صنایع مختلف،کاهش قابل توجه حجم وایرینگ برای اتصال انواع تجهیزات فیلد به سیستم کنترل بوده است.

یک PLC و تعدادی سیگنال آنالوگ و دیجیتال از نوع ورودی/خروجی در محیط کارخانه، دو روش برای ارتباط با یکدیگر دارند: موازی و سریال:
روش اول استفاده از روش وایرینگ Parallel است که مفهومش این است که برای هر کدام ازسیگنال‌های ورودی/خروجی به دو رشته سیم احتیاج خواهید داشت.

پروتکل پروفی باس

روش دوم، روش سریال نام دارد و مفهومش این است که تنها دو رشته سیم برای اتصال تمام سیگنالهای ورودی/خروجی به PLC کافی است. برای این هدف، شما تعدادی از I/O ها را روی یک IO-Box پروفی باس جمع آوری کرده و سپس IO-Box ها را از طریق کابل پروفی باس (سیم دو رشته)به PLC متصل می کنید.در روش انتقال پروفی باس ، اطلاعات شامل سیگنالها و پاسخ ها از طریق یک کابل تکی که پالسهای پروتکل ارتباطی را با ولتاژ پایین می‌فرستد، مخابره می شود.
روش ارتباط سریال سال‌ها قبل از معرفی پروفی باس اختراع شده بود اما در حقیقت کاری که پروفی باس یا دیگر پروتکل‌های مشابه انجام می دهند، این است که سرعت ارتباط را بالاتر برده و توانسته اند از دیگر پروتکل‌های مشابه انجام می دهند، این است که سرعت ارتباط را بالاتر برده و توانسته اند از حجم وایرینگ به میزان قابل توجهی بکاهند.

تمامی حقوق این وب سایت برای شرکت الکتریکالا محفوظ است

طراحی سایت طراحی سایت طراحی سایت طراحی سایت