کابل پروفی باس

کابل پروفی باس

در فناوری اتوماسیون به پروتکلی که باعث ارتباط فیلد باس میدانی می‌ شود کابل پروفی باس می‌ گویند. این پروتکل برای اولین بار در سال ۱۹۸۹ ارتقا پیدا کرد و پس‌ از آن توسط شرکت زیمنس مورد استفاده گسترده قرار گرفت و اکنون برای اتصال دادن سیستم‌ های اتوماسیون با دستگاه‌ های غیر متمرکز کاربرد گسترده‌ ای در صنایع مختلف دارد. با توجه به اهمیت کابل پروفی باس، ما در این مقاله معرفی آن، کاربردها و مزایای آن و نحوه کارکرد آن را بررسی خواهیم کرد، پس تا پایان مقاله همراه ما باشید.

معرفی کابل پروفی باس

این پروتکل کنترلرها و سیستم‌ های اتوماسیون را به دستگاه‌ های غیر متمرکز میدانی مانند محرک‌ ها، سنسورها و رمزگذارها اتصال می‌ دهد و داده‌ ها را از طریق یک کابل واحد مبادله می‌ کند. البته به این نکته توجه کنید که کابل پروفی باس را با کابل پروفی نت که برای اترنت صنعتی به کار برده می‌ شود، اشتباه نگیرید.

پروفی باس بخشی از IEC 61158 است که به‌ صورت اوپن منتشر می‌ شود. پروفی باس با پروفی نت تفاوت‌ های اساسی دارد، مثلاً پروفی باس و مدباس دو پروتکل ارتباطی متفاوت هستند، به‌ طوری‌ که مدباس قادر است بر روی اترنت کار کند، در صورتی‌ که کابل پروفی باس چنین ویژگی را ندارد یا مثلاً پروفی باس مانند یک فیلد باس سریال‌ های کلاسیکی می‌ باشد، اما پروفی نت در واقع یک اترنت صنعتی محسوب می‌ شود.

به بیانی دیگر پروفی نت پهنای باند بزرگ‌ تر و بیش تری دارد و پیام‌ های سریع‌ تر و بزرگ‌ تر را انتقال می‌ دهد. از طرفی پروفی باس و پروفی نت دارای پروفایل‌ های برنامه یکسانی هستند. پروفی باس  دارای یک حلقه توکن اضافی می‌ باشد که استفاده از چند master را ممکن می‌ سازد‌.

انواع شبکه پروفی باس

پروفی باس شبکه‌ های مختلفی دارد که سه نسخه آن در اتوماسیون مورد استفاده قرار می‌ گیرد. ما هر سه آن‌ ها را در زیر برای شما معرفی می‌ کنیم.

• کابل پروفی باس (Process Automation (PA

این نوع از پروفی باس در برنامه‌ های اتوماسیون برای ارتباط دادن ابزار اندازه‌ گیری دقیق، توسط یک سیستم کنترل فرایند مورد استفاده قرار می‌ گیرد و معمولاً در مناطق خطرناک و انفجاری استفاده می‌ شود. کابل یا همان لایه فیزیکی این نوع مطابق با استانداردهای IEC 61158-2 است. PA کابل قدرت را از فیلد باس به ابزارهای میدانی انتقال می‌ دهد و در عین‌ حال میزان جریان الکتریسیته را محدود و کم می‌ کند تا حالت انفجاری پیش نیاید. سرعت انتقال داده توسط پروفی باس PA برابر با 31.25 kbit/s است.

• کابل پروفی باس DP) Decentralized Peripherals)

این نوع از پروفی باس ها وظیفه تبادل داده‌ های سنسورها و محرک‌ ها با دستگاه‌ های میدانی را به وسیله کنترلر برنامه‌ ریزی‌ شده بر عهده دارند که از طریق برنامه‌ های کاربردی در حوزه اتوماسیون تولید می‌ شوند.

• کابل پروفی باس FMS

این نوع از پروفی باس یکی از نسخه‌ های اولیه آن است که  برای ایجاد ارتباط بین PLC ها و کنترل‌ های قابل‌ برنامه‌ ریزی مورد استفاده قرار می‌ گرفت و موجب ارسال اطلاعات پیچیده بین آن‌ ها می‌ شد. در واقع این نوع از پروفی باس راه‌ حلی بود برای ارتباط برقرار کردن بین سطوح مختلف سلول. این FMS انعطاف‌ پذیری بسیار بالایی دارد و طیف گسترده‌ ای از برنامه‌ ها را باز کرده‌ است. علاوه‌ بر آن می‌ توان از این نوع پروفی باس برای ارتباط‌ های پیچیده و گسترده نیز استفاده کرد.

اهمیت کابل پروفی باس در صنایع مختلف

پروفی باس در صنایع مختلف دارای کاربردهای بسیاری است، به‌ طوری‌ که تولید کنندگان این نوع محصول را در لیست تولیدات خود قرار می‌ دهند. برخی از کاربردهای این نوع پروفی باس ها عبارت‌ اند از:

• قابلیت استفاده به صورت پیکربندی

پروفایل ها به‌ صورت پیکربندی هایی هستند که از پیش برای توابع مختلف تعریف شده‌ اند و برای برنامه‌ ها و دستگاه‌ های مختلف قابل‌ استفاده هستند. یک کاربر به‌ علت قابلیت‌ های زیاد پروفایل می‌ تواند از فروشندگان مختلف کالاهای مشابهی را جایگزین یک دیگر کند. معمولاً پروفایل ها برای مبدل‌ های خطی، درایوها، رمزگذاری ها، PLCها، ابزارهای دیجیتالی مختلف و کنترل و نظارت داده‌ ها در دسترس می‌ باشند.

• عیب‌ یابی کابل پروفی باس

برای راه‌ اندازی یک شبکه پروفی باس تنها یک بسته نرم‌ افزاری برنامه‌ ریزی و پیکربندی کفایت می‌ کند.  تصحیح کردن مشکل تشخیصی مانند مکانیزم تشخیص داخلی، نشان‌ دادن مشکلات مربوط به PLC، پاسخ مربوط به فرایند و یک کابل رابط پروفی می‌ باشد. نظارت مستمر و دائم بر روی عملکرد پروفی باس ها را شناسایی کند، پیش‌ از آن که منجر به ضرر و زیان عمده در تولید آن شود.  تشخیص توسط دستگاه‌ های مختلف یک رویداد را ایجاد می‌ کند و در نتیجه بر اساس گزارش آن، یک آلارم تولید می‌ شود که قابل ضبط است.

فاشن بلک های تشخیصی

پروفی باس ها معمولاً مانند فاشن بلک‌ های تشخیصی عمل می‌ کنند و توانایی‌ های زیادی دارند که در زیر به برخی از آن‌ ها اشاره می‌ کنیم.

• توانایی تشخیص دستگاه های slave

کابل پروفی باس Function Blocks معمولاً توانایی تشخیص دستگاه‌ های slave را دارند، یعنی می‌ توان اطلاعات تشخیصی را بر روی یک بلوک داده ذخیره کرد، به‌ طوری که این بلوک داده، توانایی آن را دارد که در رایانه SCADA به نمایش درآید.

• نوع Repeaterهای تشخیصی

نوع Repeater در شبکه به‌ عنوان یک slave عمل می‌ کند، به‌ طوری‌ که اطلاعات تشخیصی را به Master متصل می‌ کند. اختلال در کابل‌ های برقی و رابط‌ های پروفی باس ممکن است به تداخل ناشی از نزدیکی کابل‌ های پروفی باس و کابل‌ های برق اختلال ایجاد کند. بنابراین بین کابل برق و پروفی باس باید فضایی هوایی حداقل ۱۰ سانتی‌ متر وجود داشته باشد، علاوه‌ بر آن که از محافظ الکتریکی برای پیشگیری از تداخل استفاده شود.

پارامترهای مهم برای راه‌ اندازی یک پروفی باس

برای راه‌ اندازی یک شبکه کابل پروفی باس موارد و نکاتی را باید مدنظر داشته باشید که برخی از آن‌ ها را در زیر بررسی می‌ کنیم.

1. یک پروژه فاز دارای دو قطب سیم با نام A = سبز و B = قرمز می‌ باشد که هر دو قطب باید صحیح باشد.
2. در هر بخش باید حداکثر ۳۲ دستگاه یا کم تر از آن وجود داشته باشد.
3. خودداری کردن از خطوط شاخه برای راه‌ اندازی طرح پروفی باس
4. تنها باید از اتصالات و کابل پرو باکس استفاده شود.
5. سرعت کافی ‌Baud rate با توجه به مقدار طول کابل تنظیم می‌ شود.
6. از درست بودن آدرس هر نت اطمینان حاصل کنید.
7. از خرابی و اتصال کوتاه کابل‌ ها محافظت کنید.
8. اگر سرعت انتقال بالاتر است، فاصله بین دو دستگاه باید حداقل یک متر باشد.
9. اگر چندین کابل پروفی باس در یک مجرای فلزی قرار بگیرند در نتیجه عملکرد بسیار خوبی را در هنگام درگیری ANC نشان می‌ دهند.
10. هیچ‌ گاه یک دستگاه slave دو مستر با هم نخواهد داشت.

مزایای استفاده از شبکه کابل پروفی باس

با توجه به توضیحاتی در خصوص پروفی باس دادیم، می‌ توانید به مزایای آن پی ببرید. برخی از مزایای استفاده از این شبکه عبارت‌ اند از:

• کابل پروفی باس دارای نویز پذیری کمی می‌ باشد که علت آن استفاده کردن از واسطه انتقال مانند کابل‌ های TP است.
• این شبکه از پهنای باند بسیار وسیعی برخوردار است که علت آن استفاده از روش های انتقالی مانند RS485 می‌ باشد. این شبکه از روش TOKEN PASS برای مبادله دیتاهای قابل‌ اطمینان و بدون تداخل بهره می گیرد.
• به‌ علت حذف کردن کابل کشی‌ های موازی، هزینه‌ های راه‌ اندازی و نصب آن بسیار کاهش می‌ یابد.
• چون از سیستم‌ های توزیع‌ شده استفاده می‌ شود، قابلیت عیب‌ یابی بسیار سریعی دارد.
• از آن جایی‌ که اپن است و منحصر به سازنده خاصی نمی‌ باشد، برای توسعه دادن سیستم خود انعطاف‌ پذیری بالایی دارد.

نحوه عملکرد کابل پروفی باس

پروتکل پروفی باس مانند مستر باس می‌ باشد که از نوع Master/salve است. با این تفاوت که این نوع پروتکل  اضافی حلقه توکن است که می‌ تواند هم‌ زمان برای چند مستر مورد استفاده قرار بگیرد. هنگام استفاده کردن از پروفی باس دستگاه‌ های مربوط به آن هنگام راه‌ اندازی یک پروسه‌ ای را طی می‌ کنند که موجب می‌ شود همه آن‌ ها به شبکه متصل شوند. هر Slave زمانی را به نام failsafe نگه می‌ دارد و اگر Master در بازه زمانی مشخص و معین با آن صحبت نکند، Slave وارد یک حالت امن می‌ شود، در نتیجه Master برای برقراری ارتباط مجدد و تبادل اطلاعات می‌ بایست پروسه راه‌ اندازی را یک‌ بار دیگر انجام دهد.

پروسه‌ ای که مجدد راه‌ اندازی می‌ شود به ما این اطمینان را می‌ دهد که تمام ارتباطات و تبادل اطلاعات در یک‌ چرخه‌ معینی و در زمان مشخصی اتفاق افتاده است. این کار به کمک تایمر نگهبانی انجام می‌ شود که در کنار Master تعبیه شده‌ است. در نتیجه با راه‌ اندازی مجدد کابل پروفی باس، اسکن آن رخ می‌ دهد و Master توکنی را دریافت می‌ کند که قادر است باس را کنترل کند. پس از این مرحله Master توکن های خودش را با Slave  مبادله و پس‌ از اتمام مبادله، توکن را به Master بعدی منتقل می‌ کند.

به این نکته توجه کنید که در هنگام مبادله اطلاعات یک Slave این توانایی را دارد که قدرت تشخیص خود را به مسیر هشدار دهد، همین هشدار در طول اسکن باس بعدی نیز توسط Master انجام می‌ شود.