امیدواریم از خواندن این پست لذت ببرید

اگر به دنبال یادگیری حرفه‌ای هستید توصیه می‌کنیم نگاهی به لینک زیر داشته باشید

آموزش‌های تخصصی

پروفی باس (Profibus) و پروفی نت (Profinet) چیست

پروفی باس و پروفی نت چیست

پروفی‌باس و پروفی‌نت در حال حاضر دو رهبر بی‌بدیل در شبکه‌های اتوماسیون و صنعتی می‌باشند امروز می‌خواهیم باهم نگاهی فنی به مسیر تکامل آنها و درنهایت تفاوت آنها داشته باشیم.

آنچه که در این نوشتار خواهید خواند

  • تعریف پروفی باس
  • تاریخچه پروفی باس
  • اجزاء و عملکرد پروفی باس
  • انواع پروفی باس
  • توپولوژی پروفی باس
  • کاربرد پروفی باس
  • چک‌لیست و استاندارد در پروفی باس
  • کابل‌کشی پروفی باس
  • عیب‌یابی پروفی باس
  • مزایا و معایب پروفی باس
  • تعریف پروفی نت
  • انواع پروفی نت
  • پوشش کابل پروفی نت
  • تفاوت پروفی باس و پروفی نت

در ابتدای کار به ماهیت فنی پروفی‌باس خواهیم پرداخت که چطور میان کنترل‌کننده‌ها نظیر PLC و سایر ادوات میدانی مثل سنسورها ارتباط برقرار می‌کند. در ادامه به سال ۱۹۸۰ (۱۳۵۹ ه.ش) و همکاری دولت آلمان با شرکت‌های پژوهشی خواهیم پرداخت تا ببینیم پروفی‌باس چگونه شکل گرفت. سپس نگاهی به اجزاء و تعریف پروتکل Master/Slave می‌کنیم تا سازوکار آن را بهتر درک نماییم.

در بخش انواع پروفی‌باس به سه مدل اصلی؛ FMS، DP و PA خواهیم پرداخت تا بدانیم چرا با اینکه PA جدیدتر است ولی از سرعت بسیار کمتری برخوردار است. هر پروتکل ارتباطی توپولوژی مختص به خود را دارد، پروفی‌باس نیز از این قضیه مستثنا نیست به همین جهت به انواع توپولوژی آن می‌پردازیم تا یک دید کلی (Big Picture) به این شبکه داشته باشید. مشخصاً کاربرد پروفی‌باس واضح است با این حال به صورت خلاصه به کاربرد آن، نحوه کابل‌کشی، عیب‌یابی، مزایا و معایب و درنهایت چک‌لیست پیاده‌سازی آن می‌پردازیم.

در بخش بعدی به سراغ نسل جدیدتر یعنی پروفی‌نت با سرعتی خارق‌العاده خواهیم رفت، در این مدل دقیق خواهیم شد و انواع آن را بررسی می‌کنیم سپس به ساختار آن نزدیک شده و در بخش پایانی به شکلی مفصل به تفاوت‌های پروفی‌نت و پروفی‌باس خواهیم پرداخت.

قبل از ورود به بررسی اجازه دهید کار را با دیدن یک کلیپ کوتاه در مورد معرفی پروفی‌باس شروع نماییم، بدین ترتیب شما را به دیدن این کلیپ کوتاه که توسط تیم PowerEn به فارسی ترجمه و زیرنویس شده است دعوت می‌نماییم.

فیلم (به‌زودی)

تعریف پروفی باس

اگر بخواهیم به زبانی ساده پروفی باس را تعریف کنیم درواقع مسیری امن و پایدار برای انتقال داده‌ها در یک سیستم اتوماسیون می‌باشد.

پروفی باس یا Process Field Bus یک پروتکل ارتباطی در اتوماسیون است.

پس اگر این پروتکل برای اتوماسیون ساخته شده باید بتواند ارتباطی مؤثر میان تمام کنترلرها، PLCها، HMIها و ادواتی مانند؛ سنسورها، درایوها، محرک‌ها، ترانسدیوسر، ترانسمیتر، اینکودرها و … ایجاد نماید. باتوجه‌به ماهیت اتوماسیونی این پروتکل قاعدتاً انتظار استفاده در فرآیندهای دیجیتال و آنالوگ به‌صورت هم‌زمان را داریم که این‌گونه نیز هست.

در ادامه بخوانید  آموزش PLC زیمنس

پروفیباس روشی پایدار، ارزان‌قیمت، همه‌کاره و تطبیق‌پذیر را در اختیار اتوماسیون صنعتی قرار می‌دهد.

یکی از مزیت‌های خوب پروفی‌باس داشتن یک ساختار و استاندارد مشخص است که سبب شده همه شرکت‌ها بتوانند هم در حوزه ساخت آن وارد شده و هم تجهیزات خود را مناسب این نوع پروتکل خاص طراحی کنند، پروفیباس از تکنولوژی ارتباط سریال RS-485 استفاده می‌کند.

پروفیباس با دارابودن ۴۳.۸ میلیون دستگاه در سراسر جهان، پرکاربردترین سیستم میدانی شرکتی در صنایع تولیدی و فرآوری است.

اما چرا به آن ارتباط سریال گفته می‌شود؟

نشان تجاری پروفی‌باس
نشان تجاری پروفی‌باس

به‌صورت کلی دو روش برای ارتباط در محیط کارخانه وجود دارد؛ موازی یا سریال.

در روش موازی (Parallel) برای هر سیگنال ورودی/خروجی به دو رشته سیم نیاز است که مسلماً باتوجه‌به حجم سیگنال‌های ورودی و خروجی موردنیاز در این روش، تقریباً روشی ناکارآمد به‌حساب می‌آید در مقابل روش سریال قرار می‌گیرد که در آن تنها دو رشته سیم برای اتصال تمام سیگنال‌های ورودی/خروجی به ادوات کنترلی کافی است.

دقت داشته باشید که روش “ارتباط سریال” سال‌ها قبل از معرفی پروفی باس اختراع شده است اما پروفی باس توانست تحت بستر این روش سرعت ارتباط را بالاتر ببرد و از طرف دیگر، حجم سیم‌کشی را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.

چرا پروفی‌باس به این سرعت توانست رشد کند؟

بسیاری از تولیدکنندگان محصولاتی مانند PLC، درایوها و ابزار دقیق، پروفی باس را در محصولاتشان ارائه می‌دهند. مزیت پروفی‌باس این است که برای هر برنامه می‌توان از یک راه‌حل مشابه و ازپیش‌طراحی‌شده که موجود است استفاده کرد. از طرفی دیگر پروفی باس می‌تواند با ۱۲ مگابیت بر ثانیه عمل کند که سریع‌ترین باس میدانی در دنیای اتوماسیون در حال حاضر است.[1]

تاریخچه پروفی باس

کابل و کانکتور پروفی‌باس
کابل و کانکتور پروفی‌باس

در اواخر دهه ۱۹۸۰ (۱۳۵۹ ه.ش)، دولت آلمان (وزارت فدرال آموزش و پژوهش) همکاری خود را با شرکت‌ها و مؤسسات آلمانی (در مجموع ۲۱ شرکت) برای ایجاد یک پروتکل اختصاصی آغاز کرد. در سال ۱۹۸۷ (۱۳۶۶ ه.ش)، این همکاری راه‌حل جدیدی را برای استفاده از فیلدباس تهیه و ارائه نمودند. آنها یک بیت سری از نوع فیلدباس را طراحی کردند که می‌توانست نیازهای ابتدایی دستگاه‌های حوزه میدان (field) را فراهم نماید و اینجا بود که برای اولین‌بار این پروتکل ارتباطی معرفی شد.

در نهایت در سال ۱۹۸۹ (۱۳۶۸ ه.ش) گروه ۱۰ نفره Nutzerorganization e.V. (PNO) پروژه پروفیباس را به اتمام رسانید. این گروه هم‌اکنون بیش از ۱۴۰۰ عضو داشته و توانسته بیش از ۵۰ میلیون دستگاه میدانی را با این پروتکل سازگار نمایند.[2]

در پایان شاهد پروفی باس بر اساس الزامات استاندارد RS485 و استاندارد اروپایی EN50170 در دنیای اتوماسیون هستیم.

اجزاء و عملکرد پروفی باس

یک کابل استاندارد پروفی باس از موارد زیر تشکیل شده است:

  • مغز مسی
  • روکش مغز مسی
  • روکش سیلیکونی
  • فویل ضد نویز
  • شیلد محافظ
  • روکش پی‌وی‌سی PVC

تمام ملاحظات بالا به دلیل عدم تاثیر نویز در این کابل است. شبکه پروفی باس از یک کابل با دو رشته سیم به‌منظور تبادل اطلاعات مابین فرستنده و گیرنده استفاده می‌کند. ازآنجاکه اطلاعات، تحت سیگنال‌هایی با ولتاژ زیر ۵ ولت انتقال داده می‌شود، قرارگیری هرگونه نویز روی این سیگنال می‌تواند سبب بروز خطا گردد؛ لذا از شیلدی محافظ روی دو سیم استفاده می‌گردد و این شیلد نیز از دو سو به زمین متصل می‌شود.

شیلد و اجزاء کابل پروفی‌باس
شیلد و اجزاء کابل پروفی‌باس

پروتکل پروفی باس به‌صورت Master/Slave کار می‌کند. یعنی همواره یک وسیله به‌عنوان Master (فرمانده) و بقیه وسیله‌ها به‌عنوان Slave (فرمان‌بر) لحاظ می‌شوند. بدین صورت که هرگاه Master (کنترلر) به یک دستگاه Slave (سنسورها، عملگرها و …) با آدرس مخصوص خودش فرمانی ارسال می‌کند آن دستگاه جواب را به Master برمی‌گرداند. این پروتکل داده‌ها را از سطح فیلد دریافت و ضمن پردازش، آنها را به سطح نظارت ارسال می‌کند تا دستورالعمل کنترلی مناسب بر اساس داده‌های دریافتی، آلارم‌ها و رویدادها اتخاذ گردد.

تجهیزاتی که به‌عنوان Master استفاده می‌شوند می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

در پروفی باس ما شاهد یک پروتکل اضافی به نام توکن نیز هستیم که امکان استفاده از چند Master را امکان‌پذیر می‌سازد. همچنین برخلاف مدباس، همه دستگاه‌ها در زمان راه‌اندازی، پروسه‌ای را طی می‌کنند که در طی آن آنها به شبکه می‌پیوندند. هر Slave یک تایمر failsafe را حفظ می‌کند. اگر Master در یک بازه زمانی مشخص با آن صحبت نکند، Slave به حالت امن می‌رود. Master باید قبل از وقوع تبادل اطلاعات دیگر، دوباره پروسه راه‌اندازی را طی کند. این سازوکار در ترکیب با یک تایمر نگهبان در Master، اطمینان حاصل می‌کند که تمام ارتباطات در هر چرخه باس در یک مقدار زمانی خاص اتفاق می‌افتد.

اسکن عمومی باس همان‌طور که در شکل زیر نشان‌داده‌شده است رخ خواهد داد. Master A توکن را دریافت می‌کند که به آن امکان کنترل باس را می‌دهد. سپس داده‌ها را با هر یک از Slaveهای خود تبادل می‌کند و پس از اتمام کامل، Token را به Master بعدی (در صورت وجود) انتقال می‌دهد.

ارتباط Master و Slave در پروفی‌باس
ارتباط Master و Slave در پروفی‌باس

ویژگی بعدی در پروفی باس امکان نیاز به تشخیص دقیق از هر Slave است که آن نیز در پروتکل جای‌داده شده تا در طی تبادل داده‌های عادی، یک Slave بتواند به Master هشدار دهد که دارای قابلیت تشخیص است، در این شرایط Master در اسکن بعدی مجدداً باس را خواهد خواند.

پروتکل پروفی باس

در پروتکل پایه پروفی باس طبق رفرنس ISO/OSI ما از تمام لایه‌ها استفاده نمی‌کنیم و طبق شکل زیر صرفاً از لایه‌های ۱، ۲ و ۷ استفاده می‌شود.[3]

مدل ISO-OSI
مدل ISO-OSI

انواع پروفی باس

پروتکل Profibus در سه بخش FMS، PA و DP توسط چند شرکت آلمانی از جمله زیمنس معرفی و پشتیبانی می‌شوند و مجموعه‌ای از نیازمندی‌ها را به طور جامع پوشش می‌دهند. در ادامه به بررسی این سه نوع خواهیم پرداخت.

Profibus FMS

Profibus FMS نوع اولیه پروفی باس می‌باشد و معمولاً برای زمانی که حجم دیتاهای ارسالی و دریافتی بالا است استفاده می‌شود. پروفی باس نوع FMS راه‌حلی همه‌منظوره (داده‌های تناوبی یا غیرتناوبی) برای امور انتقال اطلاعات در سطح سلولی (Cell Level) است. سرویس‌های قدرتمند FMS بازه وسیعی از کاربردها را شامل شده و انعطاف‌پذیری بسیار خوبی دارند. پروفی باس FMS بر اساس استاندارد EN50170 استوار است و برای ارتباط با اجزاء پیچیده‌تر محوطه طراحی شده و امکان به‌کارگیری در شبکه‌های سلولی کوچک‌تر (حدود ۱۰ الی ۱۵ ایستگاه) و سرعت تبادل داده تا حدود ۱.۵ مگابیت در ثانیه را دارد.

Profibus FMS جز نخستین نسل‌های پروفی‌باس بوده و امروزه کمتر از آن استفاده می‌شود.

این نسخه از لایه‌های ۱، ۲ و ۷ استفاده می‌کند.

Profibus DP

DP مخفف کلمه Decentralized Peripherals به معنای دستگاه غیرمتمرکز است. این نسخه جدیدتر از ورژن FMS بوده و برای ارتباط بین سطح کنترل یک سیستم اتوماسیون صنعتی (PLC) و محیط غیرمتمرکز در این زمینه است درواقع این نوع از پروفی باس می‌تواند حجم انبوهی از اطلاعات را از سنسورها و عملگرهایی که در نقاط مختلف کارخانه به‌صورت غیرمتمرکز نصب شده‌اند، جمع‌آوری کرده و همه آن‌ها را توسط یک کابل دو رشته‌ای به اتاق کنترل انتقال دهد. برای به‌کارگیری این روش باید در اتاق کنترل یک ماژول Profibus DP IO را بر روی PLC نصب نمود (بدون نیاز به هرگونه برنامه اضافی جهت آدرس‌دهی) و همچنین یک remote نیز در فیلد I/O باید نصب شود. این شبکه قادر خواهد بود remote I/O نصب شده در فیلد را به ماژول Profibus DP IO روی PLC اتصال دهد.[4]

Profibus DP پرکاربردترین نوع پروفیباس می‌باشد.

حداکثر نرخ انتقال اطلاعات در شبکه پروفی باس DP برابر با ۱۲ مگابیت بر ثانیه می‌باشد. حداکثر طول کابل در بالاترین سرعت انتقال دیتا نیز می‌تواند ۱۰۰۰ متر می‌باشد. اگر از نرخ انتقال دیتای پایین‌تر استفاده نماییم طول کابل می‌تواند به عدد ۱۲۰۰ متر نیز برسد.

ازآنجایی‌که انتقال دیتا در این تکنولوژی به روش “دیجیتال” انجام می‌شود، نویز موجود در محیط‌های صنعتی کمترین تاثیر را روی دیتا خواهد داشت. به همین جهت مخابره دیتا بین سیستم کنترل و تجهیزات فیلد بسیار پایدار خواهد بود. برق تجهیزات ابزار دقیق در شبکه نوع Profibus DP توسط یک کابل مجزا تامین می‌شود. در این روش کنترل‌کننده‌هایی برای محدودسازی جریان و ولتاژ در حالت کار عادی، اختلال و اتصالی پیش‌بینی شده است. همچنین از همان کابل واحد زوج سیم (Twisted Pair) سیگنال می‌توان برای تغذیه الکتریسیته نیز استفاده کرد.

DP از لایه‌های ۱، ۲ و همچنین از User Interface استفاده می‌کند. توجه داشته باشید که استفاده‌نکردن از لایه هفتم سبب انتقال سریع دیتا در آن به نسبت سایر روش‌های پروفی باس گردیده است.[5]

مزایای شبکه Profibus DP

همان‌طور که قبلاً ذکر کردیم، شبکه صنعتی Profibus DP وقتی در فرآیند جمع‌آوری سیگنال‌های غیرمتمرکز استفاده شود، می‌تواند در حد چشم‌گیری از میزان کابل‌کشی بین تجهیزات فیلد و سیستم کنترل بکاهد. از دیگر ویژگی‌های مثبت آن می‌توان به؛ زمان پاسخ‌دهی بسیار کوتاه، ایمنی در برابر نویز و کاهش بسیار زیاد هزینه به جهت ارتباط سریال (به‌جای موازی) دانست.

معایب شبکه Profibus DP

باتوجه‌به اینکه که انتقال دیتا در این روش از طریق یک کابل واحد انجام می‌گیرد، وجود خرابی، نقص فنی یا خرابکاری به هر روشی منجر به ازدست‌دادن تمام اطلاعات جمع‌آوری شده از تجهیزات فیلد خواهد شد.

لایه‌های شبکه پروفی‌باس DP
لایه‌های شبکه پروفی‌باس DP

Profibus PA

Profibus PA با هدف ایجاد ارتباط مستقیم با Profibus DP توسعه داده شده است به همین دلیل پروتکل اصلی PA و DP تقریباً یکسان است و می‌توانیم به‌راحتی بین این دو شبکه ارتباط برقرار نماییم. مهم‌ترین ویژگی در شبکه Profibus PA امکان برقراری ارتباط با تجهیزات نصب شده در محیط‌های انفجاری (Intrinsically Safe Applications) مانند محیط‌های Zone 0 و Zone 1 می‌باشد. تامین برق موردنیاز برای تجهیزات فیلد و هم چنین مخابره اطلاعات بین تجهیزات و سیستم کنترل میزبان (اسکادا یا DCS) در این نوع شبکه کاملاً به‌صورت دیجیتال انجام می‌شود. به دلیل محدودیت‌های الکتریکی پروفی باس PA، نرخ تبادل (Baud Rate)، طول مجاز کابل‌ها و تعداد دستگاه‌های قابل شبکه‌سازی به شدت کاهش یافته است.[6]

Profibus PA درواقع نمونه ارتقا یافته DP و سازوکاری برای محیط‌های خطرناک می‌باشد، به دلیل محدودیت‌های ایمنی در PA، سرعت آن بسیار کمتر از DP می‌باشد.

حداکثر سرعت (نرخ انتقال) دیتا در شبکه Profibus PA به میزان ۳۱.۲۵ کیلوبیت بر ثانیه می‌باشد که بسیار پایین‌تر از شبکه Profibus DP است. همچنین حداکثر طول کابل در این شبکه ۱۹۰۰ متر می‌باشد. جریان ۰.۵ آمپر حداکثر جریانی است که می‌توان به هر سگمنت در شبکه Profibus PA تزریق کرد. جالب اینکه شبکه PA از نظر خصوصیات فیزیکی شباهت‌های زیادی به شبکه Foundation FiedlBus دارد.

رنگ پوشش کابل PA آبی کم‌رنگ است که با سایر استانداردهای پروفی باس متمایز می‌باشد.

تفاوت انواع مختلف پروفی‌باس بر اساس لایه‌های آنها
تفاوت انواع مختلف پروفی‌باس بر اساس لایه‌های آنها

ارتباط بین شبکه Profibus PA و Profibus DP

در صنعت زیاد پیش می‌آید که ناچار به ترکیب دو شبکه PA و DP با یکدیگر باشیم. می‌دانیم که اطلاعات شبکه PA از تجهیزات مستقر در محیط‌های خطرناک و انفجاری (Hazardous Environments) می‌آید و اطلاعات شبکه DP از اتصال تجهیزات متصل در محیط‌های امن و نرمال حاصل می‌شود. جهت اتصال این دو شبکه به یکدیگر نیازمند استفاده از یک لینک DP/PA خواهیم بود که در صنعت از این لینک ارتباطی با عنوان DP/PA Coupler نیز نام برده می‌شود.

نکته مهم اینکه وقتی که از یک کوپلر در شبکه DP استفاده می‌کنیم، نرخ انتقال دیتا به میزان ۳۱.۲۵ کیلوبیت بر ثانیه کاهش می‌یابد. اما در حالت عکس برای نرخ دیتای شبکه PA درون شبکه DP محدودیتی وجود نخواهد داشت (در واقع وجود PA سبب ایجاد محدودیت سرعتی برای DP می‌گردد).

ارتباط میان پروفی‌باس و نت
ارتباط میان پروفی‌باس و نت

توپولوژی پروفی باس

حالا که به‌صورت کلی با اجزای شبکه پروفی باس آشنا شدیم بد نیست نگاهی هم به توپولوژی‌های این شبکه داشته باشیم.

توپولوژی‌های شبکه الکتریکی

در شبکه‌های الکتریکی RS485 توپولوژی می‌تواند Bus یا Tree باشد. در حالت عادی این توپولوژی به‌صورت باس است.

تصویر زیر نمایی از توپولوژی شبکه الکتریکی را نشان می‌دهد.

توپولوژی شبکه الکتریکی
توپولوژی شبکه الکتریکی

در این روش ابتدا و انتهای باس که در شکل بالا فقط یک سگمنت است باید توسط ترمینیتور (Terminator) بسته شود. پس در این دو نقطه ترمینیتور را ON و برای سایر اجزای میانی OFF می‌کنیم. اگر برای یکی از اجزای میانی ترمینیتور ON شود باس کوتاه‌تر می‌شود یعنی اجزایی که بعد از آن قرار گرفته‌اند از باس خارج می‌شوند.

PG توسط Tap Line به باس متصل شده است یعنی کانکتور کابل آن به پشت کانکتور S7-300 متصل شده است. در این حالت نیازی به بستن ترمینیتور در سمت PG نیست.

در استفاده از Tap Line چه به‌صورت فوق و چه توسط Bus Terminal ایجاد شود باید به محدودیت‌های مندرج در جدول زیر توجه کرد:

ماکزیمم طول Tap Line در هر سگمنتسرعت انتقال داده
96m۹.۶ -۹۳.۷۵ کیلوبایت در ثانیه
75m۱۸۷.۵ کیلوبایت در ثانیه
30m۵۰۰ کیلوبایت در ثانیه

توپولوژی باس با ریپیتر

توپولوژی باس با ریپیتر
توپولوژی باس با ریپیتر

اگر تعداد Nodeها بیش از ۳۲ باشد به‌ناچار برای توپولوژی باس باید از ریپیتر مانند شکل مقابل استفاده کرد. توجه شود که ترمینیتور علاوه بر ابتدای سگمنت‌ها در نقاط اتصال به ریپیتر نیز باید ON شود.

توسعه سگمنت در ریپیتر
توسعه سگمنت در ریپیتر

اگر طول کابل به حداکثر طول مجاز برسد باید از ریپیتر استفاده کنیم. در این حالت سگمنت جدیدی تشکیل نمی‌شود بلکه همان سگمنت توسط ریپیتر ادامه می‌یابد این مورد در شکل کناری به تصویر کشیده شده است. توجه شود که ترمینیتور برای سگمنت ۲ باید OFF باشد.

توسعه سگمنت‌های بیشتر در ریپیتر
توسعه سگمنت‌های بیشتر در ریپیتر

شکل روبه‌رو نیز دو سگمنت را نشان می‌دهد که هرکدام به‌صورت باس بوده و توسط ریپیتر ادامه پیدا کرده‌اند.

توپولوژی درختی با ریپیتر

ایجاد توپولوژی درختی (Tree) با استفاده از ریپیتر نیز امکان‌پذیر است. شکل زیر ۳ سگمنت را نشان می‌دهد که از طریق دو ریپیتر ساختار درختی پیدا کرده‌اند. توجه شود در نقاطی که با علامت 1 نشان‌داده‌شده ترمینیتور ON می‌باشد.

توپولوژی درختی با ریپیتر
توپولوژی درختی با ریپیتر

در این توپولوژی باید به موارد زیر دقت کنید:

  • هر سگمنت باس حداکثر ۳۲ نود می‌تواند داشته باشد.
  • کل باس ۱۲۷ نود می‌تواند داشته باشد.
  • ماکزیمم ۹ عدد ریپیتر به‌صورت سری می‌توان استفاده کرد.
  • ریپیترها در محاسبه تعداد نودها نیز باید منظور شوند.
  • برای سرعت انتقال 1.5Mbps فاصله بین هر دو Node متوالی نباید از حدی کمتر باشد.

توپولوژی‌های شبکه نوری

قبل از اینکه به این بخش بپردازیم باید دو تجهیز را معرفی کنیم:

OLM و OBT ساخت شرکت زیمنس
OLM و OBT ساخت شرکت زیمنس

OBT: OBT مخفف Optical Bus Terminal بوده و وسیله‌ای است که توسط آن می‌توان یک Node شبکه الکتریکی RS485 را به شبکه نوری متصل نمود. OBT علاوه بر این اتصال نقش یک ریپیتر را نیز بازی می‌کند.

OLM: OLM مخفف Optical Link Module بوده و وسیله‌ای است که توسط آن می‌توان شبکه الکتریکی RS485 را به شبکه نوری متصل نمود و برخلاف OBT هر سه نوع فیبر؛ پلاستیکی، پلیمری و شیشه‌ای را می‌توان به آن متصل نمود.

با استفاده از المان‌های شبکه فیبر نوری می‌توان توپولوژی‌های مختلفی ایجاد کرد. با OBT می‌توان فقط توپولوژی باس و با OLM می‌توان توپولوژی‌های باس، ستاره و رینگ را به وجود آورد. نکاتی که باید به آنها توجه داشت این است که:

  • با OBT نمی‌توان فیبر شیشه‌ای استفاده کرد حداکثر فاصله بین دو نقطه با فیبر پلاستیکی ۵۰ متر و با فیبر PCF ۳۰۰ متر است.
  • با OLM همه انواع کابل‌های نوری را می‌توان استفاده کرد. فاصله بین دو نقطه با کابل شیشه‌ای ۱۵ کیلومتر و با کابل پلاستیکی ۸۰ متر است.

توپولوژی باس با OBT

شکل زیر نمونه‌ای از توپولوژی باس که توسط OBT ایجاد شده را نشان می‌دهد. کابل نوع 1 الکتریکی و کابل نوع 2 نوری می‌باشند. توجه شود که در دو طرف کابل الکتریکی ترمینیتور ON می‌باشد.

توپولوژی باس با OBT
توپولوژی باس با OBT

توپولوژی باس با OLM

شکل زیر توپولوژی باس که توسط OLM ایجاد شده را نشان می‌دهد. در این روش می‌توان بین دو OLM از فیبر شیشه‌ای استفاده کرد بنابراین مسافت بین دو Node بسیار بیشتر از نوع OBT می‌باشد.

توپولوژی باس با OBT
توپولوژی باس با OBT

توپولوژی باس با OLM و OBT

اگر فاصله برخی ایستگاه‌ها بیشتر از حد مجاز استفاده OBT باشد می‌توان بین آن نقاط فقط از OLM استفاده کرد. توجه شود که جایگزینی همه OBTها با OLM ممکن است مقرون‌به‌صرفه نباشد و طراح ترجیح دهد آنها را به‌صورت ترکیبی استفاده کند.

توپولوژی حلقوی با استفاده از OLM

این توپولوژی نیز فقط با OLM امکان‌پذیر است و نمی‌توان از OBT استفاده کرد. با اتصال OLMها روی شبکه نوری مانند شکل زیر توپولوژی Ring ایجاد می‌شود. این ساختار قابلیت اطمینانش نسبت به سایرین بیشتر است زیرا با بروز مشکل روی هر قسمت از فیبر یا هرکدام از OLMها، توپولوژی به حالت باس درمی‌آید و شبکه به کار خود ادامه می‌دهد.

توپولوژی حلقوی با استفاده از OLM
توپولوژی حلقوی با استفاده از OLM

اگر فاصله بین دو OLM ابتدا و انتها در شکل فوق خیلی زیاد باشد ممکن است مشکل ایجاد شود زیرا هر نوع OLM تا فاصله خاصی را ساپورت می‌کند. (برخی تا ۴۰۰ متر و برخی تا ۳ کیلومتر و برخی دیگر تا ۱۵ کیلومتر) لذا می‌توان ساختار را با شکل زیر ساده‌سازی کرد تا مشکل فوق برطرف شود.

ساده سازی توپولوژی حلقوی با استفاده از OLM
ساده سازی توپولوژی حلقوی با استفاده از OLM

توپولوژی‌های شبکه بی‌سیم

قبل از اینکه به این بخش بپردازیم باید ILM را معرفی کنیم:

ILM ساخت شرکت زیمنس
ILM ساخت شرکت زیمنس

ILM: شبکه بدون سیم که برای پروفی‌باس استفاده می‌شود مبتنی بر روش انتقال نور مادون‌قرمز است. مسافت انتقال سیگنال در این روش کم و حداکثر ۱۵ متر است و برای دستگاه‌های متحرک یا چرخان با فاصله نزدیک مناسب است. وسیله‌ای که برای این انتقال استفاده می‌شود ILM نام دارد که مخفف Infrared Link Module می‌باشد. ILMها به‌صورت جفتی بکار می‌روند و برای تبادل دیتا باید یکدیگر را ببیند. یعنی مانعی بین آنها وجود نداشته باشد.

با استفاده از ILM می‌توان شبکه پروفی باس بدون سیم ایجاد کرد که البته ماکزیمم فاصله ۱۵ متر و ماکزیمم سرعت 1.5 Mbps خواهد بود. صرفاً دو نوع ساختار با نام‌های؛ Point to Point و Point to Multipoint برای ILM وجود دارد.

Point to Point

در این روش Subnet مربوط به Slaveها با Subnet دیگر از طریق دو ILM به هم لینک می‌شوند.

مدل Point to Point در توپولوژی بی سیم
مدل Point to Point در توپولوژی بی سیم

می‌توان Subnet دوم را نیز از طریق ILM دیگر به‌صورت Cascade به Subnet سوم وصل کرد:

مدل Point to Point به صورت Cascade
مدل Point to Point به صورت Cascade

Point to Multipoint

در این روش Subnet مربوط به Slaveها با Subnet دیگر از طریق دو ILM به هم لینک می‌شوند.

توجه شود که چه در این روش و چه در روش قبل، ترمینیتور هرکدام از Subnetها باید در ابتدا و انتها فعال باشند.[7]

کاربرد پروفی باس

باتوجه‌به توضیحات داده شده مشخص است که پروفی باس عمدتاً برای شبکه‌های صنعتی بخصوص اتوماسیون مورداستفاده قرار می‌گیرد و اگر بخواهیم دقیق‌تر بیان کنیم برای انتقال داده‌های آنالوگ و دیجیتال از این پروتکل استفاده می‌کنیم.

PROFIBUS بدون نیاز به هیچ‌گونه تنظیم خاصی، امکان برقراری ارتباط بین دستگاه‌های مختلف را فراهم می‌کند. از PROFIBUS می‌توان هم برای برنامه‌های کاربردی با سرعت بالا و مهم و هم برای کارهای پیچیده ارتباطی استفاده کرد.[8]

چک‌لیست و استاندارد در پروفی باس

برای استفاده از پروفی باس می‌توانیم از یک چک‌لیست استفاده نماییم که در آن تمام نکات مهم برای بهره‌گیری درست از یک پروفی باس آورده شده باشد، برای راحتی کار شما عزیزان در ادامه ۱۲ مرحله به‌صورت چک‌لیست آورده شده است:

  1. قطب سیم پروفی باس (A = سبز، B = قرمز) باید صحیح باشد.
  2. حداکثر ۳۲ دستگاه یا کمتر در هر بخش.
  3. از خطوط شاخه خودداری کنید.
  4. فقط از کابل و اتصالات پروفی باس استفاده کنید.
  5. باتوجه‌به طول کابل، سرعت کافی Baud rate تنظیم شده است.
  6. اطمینان حاصل کنید که آدرس هر Node به‌درستی تعریف شده است.
  7. کابل را از اتصال کوتاه و خرابی محافظت کنید.
  8. در صورت سرعت انتقال بالاتر، حداقل فاصله بین دو دستگاه حداقل یک متر است.
  9. کابل‌های چند پروفی باس که در یک مجرای فلزی قرار داده شده‌اند، عملکرد خوبی را در هنگام درگیری EMC نشان می‌دهند.
  10. یک دستگاه Slave نمی‌تواند دو Master داشته باشد.

پروفیباس از دو استاندارد مرجع استفاده می‌کند که عبارت‌اند از؛ IEC 61158 و IEC 61784.

این استانداردها جزئیات مربوط به نحوه برقراری هر دستگاه و توصیف ایمنی تبادل اطلاعات را بیان می‌کنند در ادامه زیرشاخه‌های این استانداردها بیان شده است:

  • IEC61158 (ارتباطات داده دیجیتال برای اندازه‌گیری و کنترل – لایه‌های ارتباطی)
  • IEC61784-1 (پروفایل‌های ارتباطی)
  • IEC61784-2 اترنت بی‌درنگ (RTE, Realtime Ethernet)
  • IEC61784-3 (ارتباط ایمنی)
  • IEC61784-4 (امنیت)
  • IEC61784-5 (نصب)

کابل‌کشی پروفی باس

فرآیند و نکات کابل‌کشی اصولاً به محیط و تجهیز مربوطه بسیار وابسته است، در ادامه به بررسی برخی حالات پرکاربرد خواهیم پرداخت.

اجرای کابل در سینی‌ها و داکت‌های فلزی

در بسیاری از کاربرد‌های اتوماسیون صنعتی امکان کابل‌کشی به‌صورت متقاطع وجود ندارد و چاره‌ای جز این نیست که کابل پروفی‌باس به‌موازات سایر کابل‌هایی که دارای Category متفاوتی هستند کشیده شود. در چنین شرایطی استفاده از سینی فلزی توصیه می‌گردد. در این حالت موازی بودن دو سینی کابل و نزدیک بودن آن‌ها به یکدیگر مشکلی را ایجاد نخواهد کرد.

استفاده از جداکننده در سینی‌های فلزی مشترک

اگر محدودیت ایجاب کند که فقط امکان نصب یک سینی وجود داشته باشد و کابل شبکه با کابل دیگری از Category متفاوت در یک سینی قرار گیرد در این شرایط توصیه می‌شود در وسط سینی یک Separator فلزی بین کابل پروفی‌باس و کابل‌های دیگر قرار گیرد.

زمین کردن بدنه سینی فلزی همانند بدنه تجهیزات لازم است که باید با اتصال مناسب (هادی مسی با اهم پایین و سطح مقطع استاندارد) و طول کوتاه به زمین متصل گردد.

اتصال سینی‌ها به یکدیگر

هرجا که سینی گذاری در فواصل زیاد صورت می‌گیرد نباید سینی‌ها از یکدیگر جدا شوند. در این شرایط اتصال فلزی هم‌جنس خود سینی توصیه می‌گردد. به‌علاوه لازم است دو طرف با هادی مسی مناسب به هم متصل شده و سینی نیز زمین شود.

کابل‌کشی در زمین

کابل پروفی‌باس اگر در زمین کشیده می‌شود لازم است از نوع مناسب باشد که دارای ساختار مقاوم‌تری نسبت به نوع معمولی است.

بدین منظور کابل در عمق ۶۰ سانتی‌متری نسبت به زمین در ترانشه (خندق) قرار داده و برای جلو‌گیری از ضربه‌های مکانیکی احتمالی، کابل را از یک لوله پلاستیکی عبور دهید. درنهایت بهتر است یک نوار پلاستیکی در فاصله ۲۰ سانتی‌متری نسبت به سطح (۴۰ سانتی‌متر بالاتر از کابل) به‌عنوان هشدار قرار دهید.

سیم هادی هم پتانسیل ساز زمین را در ارتفاع ۲۰ سانتی‌متر بالاتر از کابل پروفی‌باس قرار دهید تا شوک‌های ناشی از صاعقه و … توسط آن تخلیه شود.

فاصله‌گذاری بین کابل‌ها

اگر کاندوئیت فلزی (سیستم لوله‌کشی برق است که از سیم‌‌ها و کابل‌ها در برابر تاثیرات محیطی، رطوبت، بخار و سایر خطرات محتمل، محافظت می‌کند.) وجود ندارد توصیه می‌شود بین کابل پروفی‌باس و کابل‌های قدرت تا 1000V به‌اندازه ۳۰ سانتی‌متر فاصله قرار دهید. برای ولتاژ‌های بالاتر قاعدتاً این فاصله باید بیشتر باشد.

عیب‌یابی پروفی باس

یک بسته نرم‌افزاری پیکربندی و برنامه‌نویسی برای راه‌اندازی شبکه پروفی باس لازم است که شامل؛ تصحیح مشکل تشخیصی شامل پاسخ‌های مربوط به فرآیند، مکانیسم‌های تشخیصی داخلی برای نشان‌دادن مشکلات مربوط به SCADA یا PLC، و یک کابل رابط پروفی باس است. نظارت مستمر در عملکرد پروفی باس می‌تواند برخی از مشکلات مهم را قبل از اینکه منجر به ضرر عمده در تولید شود شناسایی کند. تشخیص از دستگاه‌های مختلف باعث ایجاد یک رویداد می‌شود و گزارش آن یک Alarm قابل ضبط را تولید می‌کند. به‌طورکلی یک مهندس برق برای تصحیح خطاها در شبکه به دو ابزار احتیاج دارد که عبارت‌اند از؛ Function Blockهای تشخیصی و Repeaterهای تشخیصی.

Function Block‌های تشخیصی

Function Block قادر به تشخیص دستگاه‌های Slave است. اطلاعات تشخیصی را می‌توان در یک بلوک داده ذخیره کرد. این بلوک داده سپس می‌تواند در رایانه SCADA نمایش داده شود.

Repeater‌های تشخیصی

Repeater به‌عنوان Slave در شبکه عمل می‌کند و می‌تواند اطلاعات تشخیصی را به Master انتقال دهد. این داده‌های تشخیصی شامل انواع مختلفی از خطاها نظیر شکست کابل پروفی باس، اتصال کوتاه با بدنه سیم، مقاومت ترمیناتور، تشخیص گره‌ها و غیره می‌باشد. مکان و نوع گسل موجود در کابل را می‌توان به‌صورت متنی و گرافیکی نمایش داد.

بررسی کیفیت کابل

یک آنالایزر فیلدباس برای تعیین کیفیت پروتکل و یک اسیلوسکوپ برای تأیید کیفیت سیگنال ارتباطی نیاز است، به‌عنوان‌مثال؛ اتصال کوتاه، قطع سیم، خطای خاتمه و … می‌توانند در این فرآیند اندازه‌گیری و تشخیص داده شوند.

اتصال کوتاه در کابل پروفی باس ارتباط Master را از Slaveها جدا می‌کند. البته اتصال کوتاه باعث ازبین‌رفتن ابزار دقیق موجود در آن node نمی‌شود. اتصال کوتاه و فاصله تا نقطه مشکل را می‌توان با یک اسیلوسکوپ به‌راحتی تشخیص داد.

اختلال در کابل برق

رابط پروفی باس می‌تواند با تداخل ناشی از کابل برق که در نزدیکی کابل‌های پروفی باس قرار گرفته است، مختل شود. حداقل ۱۰ سانتی‌متر فضای هوایی بین پروفی باس و کابل برق باید حفظ شود. همچنین محافظ الکتریکی مناسب برای جلوگیری از تداخل ضروری است.

مزایا و معایب پروفی باس

در ادامه به برخی از مزایا و معایب استفاده از پروفیباس خواهیم پرداخت.

مزایا

  • کاهش سیم‌کشی و در نتیجه سهولت مهندسی و نصب.
  • مونتاژ سریع‌تر و کاهش خطاها.
  • بیش از ۱۰۰ دستگاه می‌توانند در روز راه‌اندازی شوند.
  • یک نفر می‌تواند راه‌اندازی را کامل کند. دیگر نیازی به شخص دوم در این زمینه برای یافتن و “فعال‌کردن” ابزاری برای بررسی حلقه نیست.
  • خطاهای ارتباطی می‌توانند از اتاق کنترل بررسی شوند.
  • هیچ کالیبراسیون ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر لازم نیست زیرا دستگاه دیجیتال طیف وسیعی از مقادیر فرآیند را اندازه‌گیری می‌کند.
  • پیکربندی تنظیمات نسبت به سایر پروتکل‌ها به شدت ساده‌تر است.
  • اطلاعات تشخیصی برای تعمیر و نگهداری فقط در صورت برنامه‌ریزی یا مواقع خاص انجام می‌شود.
  • نیازی به یافتن ابزار مخصوص در کارخانه نیست.
  • خودآزمایی و عملکردهای اصلاحی در دستگاه‌های زمینه.
  • به دلیل بهره‌بردن از واسطه‌های انتقال مانند کابل TP دارای نویزپذیری کمی هستند.
  • به دلیل استفاده از روش‌های انتقال مناسب مانند RS485 از پهنای باند وسیع برخوردار می‌باشند.
  • به‌خاطر استفاده از روش دسترسی TOKEN PASS تبادل دیتای مطمئن و بدون تداخلی را ایجاد می‌کنند.
  • به‌خاطر Open بودن و عدم انحصار به سازنده خاص، در راستای توسعه سیستم انعطاف‌پذیری زیادی دارد.

معایب

  • ماکزیمم سرعت پروفی باس در حدوحدود Mbps می‌باشد.
  • کابل پروفی باس تقریباً گران‌قیمت است.
  • توسعه‌دهنده طول پروفی باس (Profibus distance extender) گران‌قیمت است.
  • به دلیل کار در مد Master/Slave در صورت ایجاد خطا در Master کل فرآیند انتقال پیام با اختلال روبه خواهد شد.

تاکنون در مورد پروفی باس صحبت کردیم اجازه دهید نگاهی هم به پروفی نت داشته باشیم و درنهایت تفاوت این دو پروتکل را بیان نماییم.

تعریف پروفی نت

PROFINET مبتنی بر Ethernet استاندارد است، همان اترنتی که ممکن است در خانه یا محل کار خود مشاهده کرده باشید. درست مانند PROFIBUS، در یک شبکه PROFINET، شما؛ PLC، PAC، DCS، سنسورها، محرک‌ها، ربات‌ها، تگ‌های RFID و سایر IO‌ها را دارید.

زیمنس پروتکل پروفی نت را به‌عنوان جایگزین پروتکل پروفی باس معرفی نمود و پورت ارتباطی این پروتکل جدید روی محصولات جدید زیمنس همچون PLC‌های سری S7-1200/1500 تعبیه گردید.

نشان تجاری پروفی‌نت
نشان تجاری پروفی‌نت

مشابه پروفی‌باس، پروفی نت همچنین به کاربران امکان می‌دهد تا با استفاده از مکانیزم‌های توزیع‌شده IO در هزینه‌های سیم‌کشی و نصب صرفه‌جویی کنند. کاربران پروفی‌نت در هنگام طراحی شبکه انعطاف‌پذیری بیشتری دارند.

برای پروفی‌نت انواع گزینه‌های توپولوژی مختلف نیز مانند؛ خط، ستاره، درخت و حلقه وجود دارد. همچنین، ازآنجاکه شبکه‌های PROFINET مبتنی بر اترنت هستند، سوئیچ‌های تخصصی موردنیاز نیستند.

یکی از مزیت‌های خوب پروفی نت امکان استفاده و ایجاد انعطاف‌پذیری در سیستم با استفاده از سوئیچ‌های استاندارد می‌باشد. با استفاده از سوئیچ‌های ۱۰۰ مگابیت در ثانیه دوبلکس به‌راحتی می‌توانید به این هدف دست یابید.

PROFINET به‌عنوان بخشی از مشخصات خود از WLAN و بلوتوث پشتیبانی می‌کند؛ بنابراین اتصال بی‌سیم را بدون محدودیت، حتی با پیام‌های ایمنی (PROFIsafe) امکان‌پذیر می‌کند.

انواع پروفی نت

کابل‌های مسی TP عمومی‌ترین واسط‌های انتقال مورداستفاده برای پیاده‌سازی شبکه پروفی نت در کاربرد‌های صنعتی می‌باشند که به طور کلی در سه تیپ A، B و C طراحی و ساخته می‌شوند.

نمونه‌هایی از کانکتورهای پروفی‌نت
نمونه‌هایی از کانکتورهای پروفی‌نت

پروفی نت تیپ A

رایج‌ترین کابل مورداستفاده در این گروه، کابل پروفی نت تیپ A می‌باشد. کابل از چهار رشته سیم با سطح مقطع گرد تشکیل شده که به‌صورت دو زوج به هم تابیده شده، به‌صورت متقارن داخل ساختار کابل جای گرفته‌اند و علاوه بر دولایه محافظ (لایه پلاستیکی و فویل آلومینیومی)، یک‌لایه شیلد مسی دور مجموعه رشته سیم‌ها را فراگرفته است. از این نوع کابل‌ها که دارای روکش از جنس PVC و به رنگ سبز می‌باشند عموماً در کاربردهای صنعتی برای نصب ثابت (به‌عنوان‌مثال داخل سینی کابل) استفاده می‌گردد. ضمناً کابل‌های تیپ A با چهار زوج سیم به هم تابیده شده نیز موجود بوده و عمدتاً در شبکه اترنت صنعتی جهت انتقال داده‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.

پروفی نت تیپ B

از کابل‌های تیپ B عموماً در کاربردهایی که نیازمند انعطاف‌پذیری بالا و تجهیزات دارای ارتعاش هستند استفاده می‌شود.

پروفی نت تیپ C

از کابل‌های تیپ C، عموماً در دستگاه‌های سیار یا بخش‌های متحرک ماشین‌آلات و تجهیزات استفاده می‌گردد.

کابل‌های پروفی نت تیپ C که جهت نصب روی دستگاه‌های سیار یا بخش‌های متحرک ماشین‌آلات و تجهیزات سفارشی‌سازی شده استفاده می‌شود به کابل‌های پروفی نت «Trailing» مشهور هستند. در ساختار این نوع از کابل‌ها، بجای سیم‌های مسی، مجموعه‌ای از رشته‌های نازک مسی به هم تابیده شده است تا انعطاف‌پذیری و خمش کابل افزایش یابد. عایق این نوع از کابل‌ها معمولاً عاری از هالوژن و مقاوم در مقابل روغن و گریس انتخاب می‌شود. کابل‌های «Festoon» نیز نوع دیگری از کابل‌های تیپ C هستند که از ساختار مشابهی با کابل‌های Trailing برخوردار بوده و در کاربردهایی همچون جرثقیل‌ها و ماشین‌آلات متحرک روی ریل مورداستفاده قرار می‌گیرند.

پوشش کابل پروفی نت

ساختار و پوشش کابل پروفی‌نت
ساختار و پوشش کابل پروفی‌نت

PVC، عمومی‌ترین عایق مورداستفاده برای پوشش خارجی کابل‌های پروفی نت می‌باشد. این ماده در محدوده دمایی ۳۰- تا ۷۰+ درجه سانتی‌گراد و در مقابل آب، نمک، الکل، روغن و اسید ضعیف مقاوم است. پلی‌اتیلن (PE)، عایق پرکاربرد دیگری است که در محیط‌های سخت صنعتی از مقاومت بالاتری نسبت به PVC برخوردار بوده و به طور خاص برای محیط‌های با رطوبت زیاد مورداستفاده قرار می‌گیرد. کابل‌های با عایق PE، مشکی رنگ بوده و در صورت عدم استفاده از مواد ضد اشتعال در ساختار کابل، علی‌رغم مقاومت در مقابل اشعه UV، قابل اشتعال می‌باشند.

در صورت نصب داخل زمین، از یک‌لایه عایق PE اضافی روی کابل‌ها با پوشش PVC استفاده می‌گردد. این نوع از کابل‌های پروفی نت که دارای دولایه روکش خارجی می‌باشند، به‌عنوان کابل‌های پروفی نت زمین شناخته می‌شوند.

تفاوت پروفی باس و پروفی نت

پروفیباس یک فیلدباس سریال کلاسیک است؛ پروفینت یک اترنت صنعتی است. به طور خلاصه، پروفی نت با پهنای باند بیشتر و پیام‌های بزرگ‌تر و سریع‌تر است. در نظر داشته باشید که هر دو این پروتکل‌ها توسط یک سازمان ساخته شده‌اند.

شبکه پروفی نت زیمنس دارای سرعت بالای اترنت و قابلیت اطمینان پروفیباس به‌صورت یکجا نیز می‌باشد، از لحاظ بستر شبکه و توپولوژی اجرای شبکه پروفی‌باس و پروفی‌نت تفاوت دارند.

شبکه‌های پروفی‌باس معمولاً با کابل‌کشی RS-485 تک جفت بنفش مشخص می‌شوند و آن کابل‌ها از اتصالات استاندارد DB9 (پورت سریال ۹ پین) یا M12 استفاده می‌کنند. از طرف دیگر، شبکه‌های پروفی‌نت معمولاً از کابل‌های اترنت درجه‌بندی‌شده سبز استفاده می‌کنند. برای شبکه‌های پروفی‌نت، متداول‌ترین نوع اتصال RJ45 است (سوکت کابل شبکه روی کامپیوتر و لپ‌تاپ)، اما اتصالات M12 نیز برای کاربردهای فیبر نوری استفاده می‌شود.

کابل‌های پروفی‌باس به رنگ بنفش و کابل‌های پروفی‌نت به رنگ سبز می‌باشند.

بستر پروفی باس و پروفی نت
بستر پروفی باس و پروفی نت

تفاوت فنی

شبکه‌های PROFIBUS (مبتنی بر RS-485) می‌توانند تا سرعت ۱۲ مگابیت در ثانیه انتقال اطلاعات کنند.

شبکه‌های پروفی‌نت به‌سرعت ۱۰۰ مگابیت در ثانیه یا حتی ۱ گیگابیت در ثانیه و بالاتر دست می‌یابند و هیچ محدودیتی در فضای آدرس وجود ندارد ولی سازندگان تجهیزات بر اساس مشخصات سخت‌افزاری محدودیت‌هایی برای تعداد آدرس‌ها اعمال می‌کنند.

در واقعیت اکثر تجهیزات پروفی‌باس حداکثر با نرخ ۱.۵ مگابیت در ثانیه انتقال اطلاعات می‌دهند و حداکثر می‌توان ۱۲۶ دستگاه را آدرس‌دهی کرد.

حرکت از RS-485 به اترنت حرکت به سمت فناوری مدرن‌تر است. ازآنجاکه PROFINET بر بستر اترنت است، با پیشرفت اترنت تجاری، پروفی‌نت نیز از مزایای آن استفاده می‌کند. به‌عنوان‌مثال؛ هنگامی‌که PROFINET شروع به کارکرد، استاندارد اترنت ۱۰۰ مگابیت در ثانیه بود و در حال حاضر، PROFINET می‌تواند به‌راحتی در گیگابیت اترنت (Gigabit Ethernet) و بالاتر اجرا شود. انتقال به پایگاه اترنت پهنای باند بالاتر، اندازه پیام بزرگ‌تر و فضای نامحدود آدرس را فراهم می‌کند.

تفاوت مکانیزم مبادله داده‌ها

تفاوت مهم دیگر بین PROFIBUS و PROFINET مکانیسم تبادل داده است. پروفی‌باس از تعامل Master و Slave استفاده می‌کند، درحالی‌که PROFINET از یک مدل ارائه‌دهنده مصرف‌کننده (Consumer Provider Model) استفاده می‌کند.

در تعامل Master و Slave، مستر کنترل یک‌طرفه‌ای بر کلیه دستگاه‌های Slave دارد. کنترل‌کننده همیشه مستر خواهد بود و دستگاه‌های IO همیشه Slave خواهند بود این در حالی است که مدل ارائه‌دهنده مصرف‌کننده انعطاف‌پذیرتر است.

در شبکه‌های PROFINET، کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌های IO می‌توانند نقش مصرف‌کننده و ارائه‌دهنده (Master و Slave) را برعهده بگیرند و از ماهیت دوبلکس کامل اترنت استفاده کنند. کنترل‌کننده، داده‌های خروجی را به‌عنوان ارائه‌دهنده به دستگاه‌های IO پیکربندی‌شده ارائه می‌دهد و مصرف‌کننده داده‌های ورودی از دستگاه‌های IO است. به زبان ساده‌تر دستگاه IO ارائه‌دهنده داده ورودی و مصرف‌کننده داده خروجی است.

استفاده از HD67604-A1 برای ارتباط میان پروفی‌نت و پروفی‌باس
استفاده از HD67604-A1 برای ارتباط میان پروفی‌نت و پروفی‌باس

پروفی باس و پروفی نت در صنعت

پروفی‌باس و پروفی‌نت هر دو جزو رهبران اثبات‌شده و پیشتازان شبکه در صنعت هستند. هر دو برای انجام نیازهای اتوماسیون پیچیده در برنامه‌های کنترل PID، گسسته، فرآیند، ترکیبی و کنترل حرکت مناسب هستند. منطقی است که پروفی‌باس به‌واسطه قدمت آن، شیوع بیشتری دارد. پروفی‌نت فناوری جدیدتری است و هنگام معرفی آن، ده‌ها میلیون دستگاه PROFIBUS نصب‌شده بود. بین این دو، از دیدگاه فنی و حفظ سرمایه، PROFINET برنده آشکار است.

امروزه استفاده از PROFINET به طور چشمگیری درحال‌رشد است ولی PROFIBUS همچنان یک رهبر صنعت خواهد بود و از نظر تاریخی به‌عنوان پیشروترین شبکه Fieldbus شناخته می‌شود.

کدام‌یک را انتخاب نماییم

در پروژه‌ای که از قبل PROFIBUS وجود دارد، می‌توانید به افزودن گره‌های PROFIBUS ادامه دهید. اگرچه در صورت نیاز به اترنت، اضافه‌کردن یک پروژه کوچک PROFINET منطقی به نظر می‌آید. توصیه می‌شود برای یک پروژه جدید با PROFINET شروع کنید، پروفی‌نت قطعاً شبکه آینده است![9]

در پایان تفاوت‌های پروفی باس و پروفی نت را در جدول زیر برای شما عزیزان آورده‌ایم:

مولفهپروفی‌باسپروفی‌نت
سازمانPIPI
پروفایل کاربردیکسانیکسان
مفهوم – ConceptEngineering, GSDsEngineering, GSDs
لایه فیزیکیRS-485اترنت
سرعت12Mbit/s1Gbit/s or 100Mbit/s
Telegram244bytes1440bytes
فضای آدرس۱۲۶نامحدود
تکنولوژیmaster/slaveprovider/consumer
قابلیت اتصالPA + سایربسیاری از فیلد‌باس‌ها
قابلیت بی‌سیمبله (نیازمند پیکربندی)IEEE 802.11, 15.1
حرکت – جنبش۳۲ محوربیش از ۱۵۰ محور
ارتباط ماشین به ماشینخیربله
ادغام عمودیخیربله

سخن پایانی

پروفی‌باس همچنان در اغلب موارد که نیاز به انتقال داده‌های حجیم نیست گزینه شماره یک مهندسین طراح هست با این حال آینده برای پروفی‌نت هست و اندک‌اندک آن را در شبکه‌های اتوماسیون حتی در داخل ایران شاهد هستیم، به یاد داشته باشید که همواره تکنولوژی جدیدتر کار را برای ما طراحان ساده‌تر از قبل می‌کنند پس اگر قرار بر انتخاب شد ابتدا با کارفرمای خود در مورد هزینه‌ها توافق کنید و اگر مسئله‌ای نبود بدون هیچ تردیدی از پروفی‌نت استفاده نمایید.

منابع

  1. Max Felser, “PROFIBUS Manual: A Collection of Information Explaining PROFIBUS Networks”, 1st edition, epubl, Dec 2011

  2. Visaya, “Everything you need to know about the PROFIBUS network communication protocol“, visaya, 05 Oct 2018

  3. Carl Henning, “A BEGINNER’S GUIDE TO PROFINET“, US Profinet, Feb 2015

  4. Ronald W. Mitchell, “PROFIBUS: A Pocket Guide:Catching the Process Fieldbus: An Introduction to Profibus for Process Automation”, ISA, Oct 2003

  5. PROFIBUS Nutzerorganisation e. V. (PNO), “PROFIBUS System Description Technology and Application“, PROFIBUS & PROFINET International (PI)

  6. Christian Diedrich, Thomas Bangemann, “Profibus PA: Instrumentation Technology for the Process Industry null”, Deutscher Industrieverlag GmbH, Apr 2007

  7. محمدرضا ماهر، علی کریم الدینی، “پیکربندی و برنامه‌نویسی شبکه Profibus با نرم‌افزار Step7″، پیشگامان‌ علم‌ و ‌صنعت ‌آریا، ۱۳۸۵

  8. SYSTEM DESCRIPTION: PROFIBUS Technology and Application“, US Profinet, Aug 2018

  9. Carl Henning, “The Difference between PROFIBUS and PROFINET“, US.Profinet, Jun 2020

خوشحال خواهیم شد اگر شما نکته و یا تجربه‌ای در مورد پروفی‌باس یا پروفی‌نت داشته‌اید با ما در بخش نظرات در میان بگذارید.

راستی! برای دريافت مطالب جديد در کانال تلگرام PowerEn و یا پیج اینستاگرم PowreEn عضو شويد.

تلگراماینستاگرام
نظر شما دراین‌باره چیست؟

لطفا در این بخش تنها نظر خود را در رابطه با موضوع فوق ارسال بفرمایید. به منظور افزایش کیفیت محتوا، نظرات ارسالی خارج از موضوع این مقاله، تایید نمی‌شوند.

لطفا سوالات خود را در بخش پاورلند ارسال بفرمایید. در آنجا تمامی مهندسین برق پاسخگوی شما خواهند بود.

مهندس سیاه تیری
گرایش مورد علاقه‌ام ماشین‌های الکتریکی، بخصوص نوع دایرکت درایوها هست - عاشق کار با نرم‌افزارهای تخصصی هستم - هدفم انتقال تمام دانش تخصصی هست که در طی سال‌ها فعالیت به‌صورت پروژه محور (برای شرکت‌ها و افراد) کسب کردم و واقعاً خوشحال می شم بتونم کمکتون کنم. تموم موفقیت‌های داشته و نداشتم رو مدیون کسی هستم که بدون هیچ چشم داشتی کنارم موند. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد برق - قدرت (ماشین‌های الکتریکی و الکترونیک قدرت) - دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
همراه ما باشید در کانال تلگرام مهندسی برق کانال تلگرام PowerEn
پیشنهاد ویژه PLC
امیدواریم از خواندن این پست لذت برده باشید اگر می‌خواهید در کمتر از ۱ ماه متخصص PLC شوید توصیه می‌کنیم این دوره خاص را از دست ندهید آموزش PLC
بستن

امیدواریم از خواندن این پست لذت برده باشید

x

اگر می‌خواهید در کمتر از ۱ ماه متخصص PLC شوید توصیه می‌کنیم این دوره خاص را از دست ندهید

آموزش PLC

اطلاع رسانی با ایمیل
اطلاع از
guest
0 دیدگاه
Inline Feedbacks
View all comments