کابل پروفی باس

واژه شبکه بطور کلی به مجموعه‌ای از ارتباطات، مابین حداقل دو تجهیز که با یکدیگر تبادل داده می‌نمایند اطلاق می شود. ارتباط بین دو تجهیز میتواند بصورت با سیم یا بی سیم و از طریق یک رسانه مانند کابل، فیبر نوری، GPRS، امواج رادیویی یا ماهواره‌ ای و… برقرار گردد. امروزه استفاده از شبکه های صنعتی در سیستم های اتوماسیون نیز به دلیل مزایایی همچون کاهش چشمگیر حجم کابل کشی، عیب یابی آسان ورودی و خروجیها به هنگام بروز قطعی یا اتصالی، کاهش هزینه ها، افزایش سرعت راه اندازی تجهیزات و …. امری متداول است. برای تبیین صریحتر علت این امر، فرض کنید در نظر است سیستم کنترل و مانیتورینگی برای خط تولید یک محصول بطول حدود ۲۰۰ متر پیاده سازی گردد. حجم بالایی از تجهیزات همچون انواع سنسورهای نوری، القایی، میکروسوئیچها، باکسهای استارت – استپ و… به عنوان ورودیهای سیستم کنترل و مجموعه ای از تجهیزات همچون شیرهای برقی، موتورها، چراغهای هشدار دهنده و… به عنوان خروجی های این سیستم کنترلی در طول خط تولید پراکنده شده اند. روش سنتی برای پیاده سازی این سیستم کنترلی، انجام حجم بالایی کابل کشی مابین تابلوی کنترل اصلی که فرضاً در ابتدای خط تولید قرار گرفته است تا تجهیزات ذکر شده فوق است. حال آنکه اگر از شبکه های صنعتی استفاده گردد میتوان با قرار دادن چندین باکس ورودی- خروجی در طول خط که از طریق یک کابل شبکه با کنترلر تابلوی اصلی ارتباط داده شده اند، کلیه تجهیزات مرتبط را با حجم کابل کشی بسیار پایین تری به سیستم کنترلی متصل نمود. این مثال به روشنی مزایای استفاده از شبکه های صنعتی را نشان میدهد. هر شبکه صنعتی جهت پیاده سازی نیازمند یک بستر فیزیکی( کابل، کانکتور و…) و مجموعه ای از قوانین و مقررات بنام پروتکل جهت تبادل اطلاعات مابین تجهیزات می باشد. انواع مختلفی از شبکه های صنعتی توسط سازندگان مختلف در جهان ابداع و مورد استفاده قرار گرفته اند که یکی از معروف ترین شبکه های صنعتی، شبکه پروفی باس می باشد. لغت پروفی باس(Profibus) از سر واژه های عبارت Process Field Bus ساخته شده است. پروفی باس بر مبنای تکنولوژی ارتباط سریال RS-485 توسعه یافته است و امروزه تجهیزات بسیاری را می توان به شبکه پروفی باس متصل کرد.

در شبکه پروفی باس از یک کابل با دو رشته سیم به منظور تبادل اطلاعات مابین فرستنده و گیرنده استفاده می شود. از آنجا که اطلاعات تحت سیگنالهایی با ولتاژ زیر ۵ ولت انتقال داده می شود قرارگیری هرگونه نویز روی این سیگنال میتواند سبب بروز خطا گردد. لذا از شیلدی محافظ روی دو سیم استفاده می گردد و این شیلد از دو سو به زمین متصل می شود.

در شبکه پروفی باس بسته به سرعت انتقال دیتا، فاصله تجهیزات از یکدیگر، ساختار شبکه، تجهیزات مورد استفاده و… حداکثر تا ۱۲۶ نود می توان تعریف نمود. سه آرایش متداول در شبکه پروفی باس، آرایش باس، آرایش ستاره و آرایش درختی می باشد که مورد اول بیشترین کاربرد را دارد. در این سه آرایش می بایست انتهای شبکه توسط یک مقاومت بنام terminator به زمین متصل گردد تا از برگشت ولتاژ و ایجاد اعواجاج روی شبکه خودداری شود. این مقاومت بصورت پیش فرض روی تمامی کانکتورهای شبکه موجود است و بسته به نیاز وارد مدار می گردد.

شرکت های سازنده تجهیزات PLC در سراسر دنیا از پروتکلهای مختلفی جهت ایجاد شبکه های صنعتی استفاده می نمایند. پروتکل پروفی باس به عنوان پروتکل پایه شرکت زیمنس برای تجهیزات سطح فیلد در هرم اتوماسیون این شرکت معرفی گردید و این پروتکل از طریق PLC های سری S7-300/400، بطور گسترده در بسیاری از کارخانجات و صنایع مختلف جهان مورد استفاده قرار گرفته است. به علت برخی از خطاها و مشکلات رایج در شبکه پروفی باس که در ادامه بدان پرداخته می شود، شرکت زیمنس پروتکل پروفی نت را به عنوان جایگزین پروتکل پروفی باس معرفی نمود و پورت ارتباطی این پروتکل جدید روی محصولات جدید زیمنس همچون PLC های سری S7-1200/1500 تعبیه گردید.

شبکه پروفی باس خود به دو صورت Profibus DP و Profibus PA قابل پیاده سازی می باشد که نوع اول رایج تر است. واژه DP از عبارت Decentralized Peripherals (دستگاه های غیر متمرکز) اخذ شده است. حداکثر نرخ انتقال اطلاعات در شبکه پروفی باس DP برابر با ۱۲Mbps ( مگابیت بر ثانیه) می باشد. حداکثر طول کابل در بالاترین سرعت انتقال دیتا ۱۰۰ متر میباشد در حالی که استفاده از نرخ انتقال دیتای پایین تر می تواند منجر به افزایش طول کابل تا ۱۲۰۰ متر گردد. واژه PA از عبارت Process Automation (اتوماسیون فرآیند) ساخته شده است.  فرمت دیتا در شبکه Profibus PA همانند شبکه پرفی باس DP می باشد که این ویژگی سبب شده است تا فرآیند یکپارچه سازی بین دو شبکه بسیار آسانتر شود. مهمترین ویژگی شبکه Profibus-PA این است که می توان از آن جهت برقرای ارتباط با تجهیزات نصب شده در محیط های انفجاری (intrinsically safe applications) مثل محیطهای Zone-0 و Zone-1 استفاده کرد. تامین پاور مورد نیاز برای تجهیزات فیلد و مخابره اطلاعات بین تجهیزات و سیستم کنترل میزبان (PLC یا DCS) در شبکه Profibus-PA به صورت دیجیتال انجام مشود. 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 میگرد. با توجه به اینکه از شبکه Profibus-PA در مناطق انفجاری استفاده میشود، باید این نکته رعایت شود که جریان مورد نیاز برای تجهیزات PA از حداکثر میزان مجاز جریان برای کابل شبکه Profibus-PA تجاوز نکند. حداکثر سرعت (نرخ انتقال) دیتا در شبکه Profibus-PA به میزان ۳۱٫۲۵Kbps (کیلوبیت بر ثانیه) میباشد که بسیار پایین تر از شبکه Profibus-DP است. همچنین حداکثر طول کابل در این شبکه ۱۹۰۰ متر می باشد. جریان ۰٫۵ آمپر حداکثر جریانی است که می توان به هر سگمنت در شبکه Profibus-PA تزریق کرد. جالب اینکه شبکه PA از نظر خصوصیات فیزیکی شباهت های زیادی به شبکه Foundation FiedlBus دارد.