آشنایی با تکنولوژی فیلدباس در کنترل ابزار دقیق

در این مقاله قصد داریم شما را با تکنولوژی فیلدباس در کنترل ابزار دقیق آشنا کنیم. فیلدباس (fieldbus) نامی است که روی خانواده ای از شبکه ‌های رایانه ای صنعتی گذاشته شده است. تکنولوژی فیلدباس برای کنترل توزیع شده بلادرنگ مورد استفاده قرار می گیرد. تکنولوژی فیلد باس یا FCS (Field bus Control System) جدیدترین تکنولوژی سیستم کنترل اتوماسیون در دنیا می باشد، که بعد از DCS (Data Control System) به جهان عرصه شد.

حتما بخوانید :

اتوماسیون صنعتی چیست؟

انواع سیم کشی صنعتی کارخانه

راه اندازی شبکه های صنعتی کارخانجات

این نام از دو بخش “فیلد” و “باس” تشکیل شده است. به نقل از ویکی پدیا:

“فیلد در دنیای صنعت به یک محدوده جغرافیایی یا مفهومی اطلاق می شود که شامل سطوح مختلف فرایندی است. واژه باس که در علوم داده کابرد دارد. به مجموعه ای از خطوط کلی اطلاق می شود که به صورت الکتریکی یا نوری واحد های مختلف کارخانه را به منظور انتقال اطلاعات بین آنها به هم مربوط می کند”.

فهرست:

تعریف تکنولوژی فیلد باس
تفاوت تکنولوژی فیلد باس با دیگر تکنولولژی ها
مزایای استفاده از تکنولوژی فیلد باس
معایب فیلد باس
انواع فیلد باس
شبکه ناحیه کنترلر (CAN)
فیلد باس فرآیند (PROFIBUS)
پروتکل تجهیزات کارخانجات (WorldFIP)
انواع کابل های فیلدباس
مشخصات فنی کابل فیلدباس
مزایای کابل های فیلد باس
تفاوت تولیدی کابل های فیلد باس و ابزاردقیق
مود باس (Modbus)

تعریف تکنولوژی فیلد باس

به زبان ساده تر می توان گفت فیلدباس یک راه برای متصل کردن دستگاه‌ ها در خطوط تولید کارخانه می ‌باشد. فیلدباس یک سیستم دو طرفه می باشد. و یک شبکه محلی برای کنترل فرآیندهای اتوماسیون صنعتی هستند. فیلدباس ها بصورت تمام دیجیتال و سریال می باشند. فیلد باس ها در جهت ارتباط سنسور ها، کنترلر ها مانند CNC ها و PLC ها و محرک ها، موتور های الکتریکی، کلید های قطع و وصل، شیر ها و کنتاکتور ها مورد استقاده قرار می گیرد. در واقع می توان گفت فیلدباس، تجهیزات سطح فیلد که شامل تجهیزات سنسور، کنترلر ها و PLC و محرک می باشد را به یکدیگر متصل می کند.

مطالب مرتبط :

ماشین CNC چیست؟

کنتاکتور چیست؟ کاربرد آن

پی ال سی (PLC) چیست؟

تفاوت تکنولوژی فیلد باس با دیگر تکنولولژی ها

تفاوت این پروتکل ارتباطی با دیگر انواع پروتکل های ارتباطی این است که هدف پروتکل های دیگر فقط انتقال اطلاعات است اما در هدف از پروتکل فیلد باس تنها ارتباط نیست. بلکه فرآیند کنترل مدنظر است. و کاربرد فرآیندی منظور شده و هدف آن صرفا ارتباط دیجیتال نیست. فیلد باس روی یک ساختار شبکه کار می‌ کند.

حتما بخوانید: مبدل ارتباطی چیست؟ کاربرد آن

فیلد باس امکان استفاده از توپولوژی ‌های مختلف شبکه (مثلا ستاره، حلقه، شاخه) را می‌ دهد. در گذشته دستگاه های یک اتوماسیون صنعتی با استفاد از RS-232 بهم متصل می شدند. با آن روش تنها دو وسیله می توانستند با هم ارتباط بداشته باشند. اما فیلد باس مانند اتصالات شبکه محلی عمل می کند، که تنها با داشتن یک نقطه اتصال در سطح کنترلر اجازه ارتباط چندین نقطه آنالوگ و دیجیتال به صورت همزمان را می دهد. این کار هم تعداد کابل ها و هم طول کابل مورد نیاز را کاهش می دهد.

مزایای استفاده از تکنولوژی فیلد باس

پروتکل فیلدباس به مقدار سیم کشی بسیار کمتری از تجهیزات 4-20 میلی آمپر نیاز دارد. دلیل این تفاوت مقدار سیم کشی این است که تعداد زیادی از دستگاه ها تنها یک کابل یکسان را با هم به اشتراک میگذارند. (برخلاف دستگاه های 4-20 میلی آمپری که هر دستگاه مجموعه کابل های مختص به خود را دارد). کاهش مقدار سیم کشی و کابل ها موجب کاهش هزینه در فیلد باس نیز میشود. از دیگر مزیت های آن این است که در یک شبکه فیلدباس به ازای هر دستگاه چندین پارامتر مختلف می تواند منتقل شود این در حالی است که در یک اتصال 4-20 میلی آمپر تنها یک پارامتر می تواند منتقل شود.

مطلب مرتبط: تجهیزات شبکه چیست؟

مزایای فیلد باس در یک نگاه:

کنترل صحت اطلاعات (به علت سیگنال های دیجیتال)
کاهش هزینه سیم کشی
کاهش فضای نصبی
محافظت از عواملی همچون نویز و آسیب دیدگی
دارا بودن سیستمی توزیع کننده در نتیجه تست و عیب یابی سریعتر و آسان تر
اعمال تغییرات و تنظیمات سیستم سریع تر نسبت به سیستم آنالوگ

معایب فیلد باس:

یکی از بزرگ ترین معایب فیلد باس گران بودن ابزار دقیق آن می باشد.( که انتظار می رود در آینده نزدیک قیمت این ادوات کاهش یابد).
نصب و نگهداری فیلدباس به تخصص نسبتاً بالایی نیاز دارد و آموزش دیدن آن نیز گران است.
از دیگر معایب فیلد باس می توان به محدود بودن تعداد ابزار ها در یک شبکه فیلد باس اشاره کرد.
بعضی فیلد باس ها فقط در کنار سیستم های کنترل بزرگ نظیر DCS ها قابل استفاده می باشند و به سیستم های کنترل ساده تر مانند PLC ها متصل نمی شوند.

حتما بخوانید : مدارهای مهم و پرکاربرد در برق صنعتی

انواع فیلد باس:

از انواع مختلف فیلد باس ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

بیت باس
مودباس
پروفی باس
اینترباس
کن باس

همزمان با تعریف و عرضه فیلدباس، در کشور های مختلف، استاندارد های گوناگونی برای استفاده از آن تعریف شد که نهایتا برای یکپارچه سازی آن ها و ارائه استاندارد های واحد برای استفاده جهانی از فیلد باس سه نوع کلی فیلدباس در دهه ۱۹۹۰ تعریف گردید که شامل:

شبکه ناحیه کنترلر (CAN)
فیلد باس فرآیند (PROFIBUS)
پروتکل تجهیزات کارخانجات (WorldFIP)

در ادامه هر یک را مختصرا مورد بررسی قرار خواهیم داد.

شبکه ناحیه کنترلر (CAN)

can پروتکل یک شبکه باس است که بر اساس اصل تقدم کار می کند و برای ارسال اطلاعات از یک حامل با دسترسی چندگانه و بدون تداخل (CSMA/CA) استفاده می کند. در این پروتکل هر ایستگاه تا زمانی که در حالت استراحت ( بیکار) قرار دارد می تواند به باس متصل شود. بر خلاف اترنت در CAN، اگر تداخلی رخ دهد. پیغام ها از بین نمی رود بلکه تقدم با آن است که زودتر ارسال شده پس با موفقیت به مقصد میرسد.

فیلد باس فرآیند (PROFIBUS)

پروتکل فیلد باس فرآیند PROFIBUS بر اساس گذر یک نشانه یا token کار می کند که از طریق آن به هر یک از master ها (ایستگاه های فرمان دهنده) اجازه دسترسی به باس داده می شود. همچنین با استفاده از منطق فرمان دهنده- فرمانبر امکان برقراری ارتباط بین ایستگاه های فرمان دهنده با ایستگاه های فرمانبر را ایجاد می کند. این پروتکل اکثرا در سطح تجهیزات موجود در فیلد و ارتباط آن ها با کنترلر ها به کار برده میشود.

پروتکل تجهیزات کارخانجات (WorldFIP)

شبکه WorldFIP ارتباط بین دو نوع مختلف ایستگاه را برقرار می کند: ایستگاه های تولیدی یا مصرفی با ایستگاه باس نظارتی.

در هر لحظه از زمان یکی از ایستگاه ها نقش ایستگاه حاکم یا نظارتی را بر عهده می گیرد. این پروتکل می تواند دو نوع سرویس انتقال را پشتیبانی کند: تبادل پیغام ها و تبادل متغیرهای شناخته شده. تبادل پیغام ها برای پشتیبانی از سرویس های پیغام کارخانجات (که نقش نظارتی و مدیریتی دارند) استفاده می شود.

انواع کابل های فیلدباس

همانطوری که گفته شد فیلدباس یک شبکه ارتباطی کنترلی بین تجهیزات سطح فیلد می باشد.
طبقه بندی کابل های فیلد باس بصورت زیر می باشد:

نوع A: کابل های شیلد دار تک زوج
نوع B:کابل های شیلد دار چند زوج
نوع C: کابل های بدون شیلد چند زوج
نوع D: کابل های شیلد دار چند رشته

می توانید با مراجعه به سایت فروشگاهی ما و نیز دریافت مشاوره رایگان در جهت خرید هر یک از این موارد، اقدام کنید.

مشخصات فنی کابل فیلدباس:

جنس هادی کابل فیلد باس: مس آنیل شده بدون اندود و یا قلع اندود می باشد.
تعداد رشته و یا زوج ها کابل فیلد باس از یک زوج یا بیشتر را شامل می شود.
نوع هادی کابل فیلد باس ها: تک لا ( کلاس ۱) ، نیمه افشان ( کلاس ۲) ، افشان ( کلاس ۵) گرد
عایق کابل فیلد باس از جنس پلی اتیلن کراسلینک شده (XLPE )، پلی اتیلن (PE) و یا فوم پلی اتیلن تولید شده (FPE )
زوج اسکرین کابل فیلد باس شامل نوار آلومینیوم/ پلی استر + یک یا چند رشته سیم درین مسی قلع اندود شده (که قسمت آلومینیومی نوار با سیم درین در تماس می باشد) و بر روی هر زوج در صورت نیاز بکار می رود.
اسکرین کلی کابل فیلد باس بصورت نوار آلومینیوم/ پلی استر + یک یا چند رشته سیم درین مسی قلع اندود شده که قسمت آلومینیومی نوار با سیم درین در تماس می باشد و در صورت نیاز بر روی رشته ها یا زوج های تابیده شده به کار می رود.
جنس روکش نهایی کابل فیلد باس از PVC یا PE می باشد.

مزایای کابل های فیلد باس:

مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش (Ultra violet (UV) resistant colored outer sheath)
ضد آتش (Fire resistant)
کم دود (Low smoke and fume (LSF))
هالوژن فری و تاخیر انداز شعله (Halogen free and flame retardant (HFFR))
ضد روغن و هیدروکربن ها (Oil & hydrocarbon resistant)
مقاوم در برابر جانوران موذی (Vermin proof)

تفاوت تولیدی کابل های فیلد باس و ابزاردقیق

کابل های فیلد باس ناتعادلی خازنی (Capacitive unbalance) پایین تری نسبت به کابل های ابزار دقیق دارند. چرا که در صورت وجود نامتعادلی خازنی، هادی ها رفتاری غیر مشابه در برابر نویز ها خواهند داشت، پس این مقدار باید در پا یین ترین سطح ممکن اعلام شده با الزامات IEC 61158 باشد.
انواع کابل های فیلد باس با توجه به نوع آن با امپدانس مشخصی طراحی می شوند. این امر موجب می شود انعکاس های سیگنال و ماکزیمم کردن طول شبکه کاهش یابد.
باید در حین تولید کابل های فیلد باس مشخصات الکتریکی با کمک تجهیزات کنترلی آنلاین مدام چک شود.

مود باس (Modbus)

یکی دیگر از انواع فیلد باس ها می باشد. مودباس یک پروتکل ارتباطاتی سریال می ‌باشد که در سال 1979 توسط شرکت مودیکن برای استفاده در PLC ها منتشر شد. این پروتکل ساختاری ساده اما قوی دارد و امروزه به یکی از پروتکل های استاندارد در صنعت تبدیل شده است. مود باس در حال حاضر یکی از رایج‌ ترین پروتکل‌ ها در اتصال و کنترل دستگاه‌ های الکترونیک صنعتی است. دلایل این رایج بودن این است که:

در جهت کاربردهای صنعتی توسعه و گسترش یافته ‌است.
به صورت رایگان منتشر شده‌ است
نگهداری و گسترش پذیری ساده ای دارد.

Modbus می تواند جهت برقراری ارتباط بین تعداد بالای (حدود 240) دستگاه‌ های متصل به یک شبکه استفاده ‌شود. به عنوان مثال این پروتکل جهت اتصال وضعیت رطوبت و دما به یک کامپیوتر قابل استفاده است.

گروه صنعتی سپیانی فعال در زمینه اتوماسیون صنعتی، اتوماسیون صنعتی زیمنس، اتوماسیون صنعتی plc، راه اندازی خطوط تولید، تعمیر و نگهداری و… آماده ارائه مشاوره رایگان در تمامی زمینه های ذکر شده میباشد. کافی است فرم درخواست مشاوره را کامل نمایید تا در اسرع وقت با شما تماس بگیریم.