امروزه با پیشرفت تکنولوژی و علوم برق و مکانیک، جهت افزایش دقت و کنترل کارآمدتر و همچنین کاهش خطا انسانی در صنایع متفاوت، از سیستم‌های رباتیک و کنترل صنعتی استفاده می‌شود. سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، از فرآیندهای پیچیده و مختلفی تشکیل شده است. در نتیجه کنترل و هماهنگی بین ساختارهای یه پروژه بسیار دشوار می‌باشد. کنترل و هماهنگی بین اجزاء یک سیستم با عملکرد مستر و اسلیو (Master-Slave) انجام می‌شود.

مفهوم Master ، Slave در صنعت

به زبان ساده، در همه سیستم‌های صنعتی یک تجهیز مستر تحت عنوان فرمان‌دهنده، وظیفه صدور دستورات و یا آغاز یک فرآیند خاص را برعهده دارد. این فرامین به یک یا چند دستگاه اسلیو که به عنوان فرمانپذیر شناخته می‌شوند، ارسال می‌شود. اسلیوها تنها وظیفه انجام دستورات مستر و پاسخ به درخواست‌های آن را برعهده دارند.

نقش مستر و اسلیو در سیستم‌های صنعتی

در سیستم‌های صنعتی پیچیده نیاز به یک دستگاه مستر که دانش کامل از ساختار شبکه صنعتی و دستگاه‌های متصل به آن را داشته باشد. این امر به معنای دانستن وجود دستگاه‌های موجود در شبکه همراه با وظایف و آدرس آن‌ها می‌باشد. از مهم‌تریم وظایف تجهیز مستر صنعتی، مدیریت ترافیک شبکه سیستم می‌باشد. مدیریت شبکه با تنظیم زمان و جلوگیری از تداخل داده‌های دستگاه‌های اسلیو انجام می‌شود. در این صورت نتیجه می‌گیریم که ساختار یک مستر از نظر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بسیار پیچیده‌تر از ساختار دستگاه اسلیو می‌باشد.

ویژگی‌های سیستم مستر اسلیو

در سیستم‌های صنعتی هر روزه معماری‌های نوین و هوشمندانه‌تری معرفی می‌شوند اما مدل ارتباطی مستر-اسلیو یکی از ساختارهای پایه‌ای و پرکاربرد در صنعت به حساب می‌آید. در ادامه به مزایا و معایب این ساختار صنعتی می‌پردازیم.

مزیت‌های عملکرد مستر- اسلیو

  • بهبود سازماندهی: دستگاه مستر به عنوان یک نقطه مرکزی، کنترل و مدیریت کل سیستم را برعهده دارد و باعث سازماندهی بهتر اجزاء سیستم می‌شود.
  • افزایش اطمینان: مهم‌ترین ویژگی طراحی سیستم صنعتی در این روش، این می‌باشد که در صورت خرابی یک اسلیو، کل سیستم از کار نمی‌افتد.
  • کاهش پیچیدگی: با استفاده از مستر، می‌توان پیچیدگی ارتباطات بین دستگاه‌ها را کاهش داد و ارتباطات را ساده‌تر کرد.
  • قابلیت مقیاس‌پذیری و توسعه: با استفاده از مفهوم مستر و اسلیو، می‌توان به راحتی سیستم را توسعه داد و دستگاه‌های جدیدی را به آن اضافه نمود.
  • سادگی طراحی و راه‌اندازی: به دلیل ساختار سلسله‌مراتبی و نبود منطق پیچیده در تجهیزات اسلیو، درک و پیاده‌سازی این نوع سیستم آسان‌تر می‌باشد.
  • هزینه کمتر: تجهیزات اسلیو نیاز به ساختار سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پیچیده ندارند. با توجه به این نکته، می‌توان دستگاه‌های ارزان‌تری طراحی نمود. در سیستم‌هایی با تعداد گره (node) زیاد، استفاده از این مزیت سیستم‌های مستر و اسلیو بسیار مهم است.

محدودیت‌های سیستم مستر-اسلیو

  • نقطه ضعف مرکزی: به دلیل وابستگی کامل سیستم به تجهیز مستر، در صورت خرابی و یا ایراد در کارکرد آن، کل سیستم از کار می‌افتد، چراکه اسلیوها قادر به عملکرد مستقل نمی‌باشند.
  • توسعه محدود: در صورت پیچیده‌تر شدن پروژه و افزایش اسلیوها، بار کاری مستر بیشتر شده و زمان پاسخ‌دهی آن افزایش می‌یابد. همچنین در صورت استفاده از چند تجهیز مستر، ساختار سیستم پیچیده می‌شود.
  • عدم انعطاف‌پذیری اسلیوها: تجهیزات اسلیو، تنها در صورت دریافت فرمان، عملکرد دارند. این ساختار عملکردی کاملا غیر فعال و غیر هوشمند به حساب می‌آید و در شرایط خاص مانند هشدار و یا قطع ارتباط، نمی‌توانند واکنش مناسب داشته باشند.

مقایسه با سیستم‌های همتا به همتا peer to peer (P2P)

در ساختار عملکردی P2P دستگاه‌ها و یا گره‌ها به طور مستقیم و بدون نیاز به یک دستگاه مرکزی و یا سرور مرکزی، با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در واقع هر تجهیز به طور همزمان هم به عنوان فرمان‌دهنده و هم به عنوان فرمان‌گیرنده عمل می‌کند. این عملکرد باعث دریافت و اشتراک‌گذاری سریع‌تر و بهینه‌تر داده‌های هر دستگاه در ساختار سیستم صنعتی می‌شود. این نوع ساختار صنعتی، در سیستم‌های پیچیده‌ای مانند صرافی ارز های دیجیتال، محاسبات ابری، شبکه‌های اجتماعی و IoT کاربرد دارد.

کاربردهای عملکرد اسلیو و مستر

ساختار عملکردی مستر اسلیو در صنایع مختلفی که نیاز به کنترل مرکزی، هماهنگی دقیق و مدیریت ساده دارند، کاربرد فراوانی دارد. این سیستم به دلیل سادگی، پایداری، راه‌اندازی آسان و امنیت داده بالا، از پرکاربردترین ساختارهای اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های الکترونیکی می‌باشد. در ادامه به کاربردهای این سیستم صنعتی می‌پردازیم.

کنترل تجهیزات با استفاده از PLC

در اکثر سامانه‌های صنعتی، کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) به‌عنوان مستر عمل کرده و دستگاه‌های مختلف نظیر سنسورها، عملگرها، درایوهای موتور و HMIها را به‌صورت اسلیو کنترل می‌کند.  PLCبا ارسال فرمان و دریافت داده از اسلیوها، وظیفه نظارت و کنترل فرآیندهای مختلف را بر عهده دارد. اصلی‌ترین وظیفه PLC در یک سیستم صنعتی، کنترل سیستم می‌باشد، درنتیجه شرکت در دوره آموزش PLC باعث افزایش دانش و تجربه کافی جهت برنامه‌نویسی و پیاده‌سازی این نوع سیستم صنعتی می‌شود.

خطوط تولید و فرآیندهای پیوسته

در خطوط تولید اتوماتیک، ساختار مستر و اسلیو به هماهنگی دقیق بین اجزای مختلف خط کمک می‌کند. کنترل مرکزی نقش مستر را ایفا کرده و عملکرد ماشین‌آلات مختلف مانند دستگاه‌های پرکن، برش، بسته‌بندی و نوار نقاله‌ها را به‌صورت سلسله‌مراتبی کنترل می‌نماید.

ارتباطات صنعتی مبتنی بر پروتکل  Modbus

پروتکل Modbus یکی از متداول‌ترین پروتکل‌های ارتباطی در صنعت است که ساختار آن به‌صورت مستر-اسلیو تعریف شده است. در این سیستم، مستر (معمولاً یک PLC یا سیستمSCADA ) به‌صورت دوره‌ای از اسلیوها داده دریافت کرده یا دستورات کنترلی ارسال می‌نماید. این پروتکل به‌دلیل سادگی و گستردگی پشتیبانی در تجهیزات مختلف، کاربرد فراوانی دارد.

کنترل موتور و درایوهای صنعتی

در کاربردهای مرتبط با درایوهای موتور مانند سروو درایوها، معمولاً یک کنترل‌کننده مرکزی یا PLC  به‌عنوان مستر، وضعیت عملکردی موتورهای مختلف را کنترل می‌کند. با شرکت در دوره سروو، نحوه تنظیم مستر و اسلیو جهت کنترل پارامترهایی مانند سرعت، موقعیت و جهت چرخش را می‌آموزید.

سیستم‌های مانیتورینگ و SCADA

در سامانه‌های نظارت و کنترل صنعتی (SCADA)، کنترل مرکزی یا HMI نقش مستر را دارد که از طریق شبکه صنعتی داده‌ها را از سنسورها، PLCها و تجهیزات دیگر جمع‌آوری کرده و فرمان‌های کنترلی ارسال می‌نماید. این ساختار امکان نظارت بدون درنگ و کنترل دقیق فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌کند.

کنترل اینورترهای صنعتی

عملکرد مستر و اسلیو در درایوها این امکان را فراهم می‌کند که چندین درایو به طور همزمان باهم کار کرده، و توسط مستر کنترل شوند. با این ساختار صنعتی، شاهد عملکردی بهتر و هماهنگ‌تر در پروژه خواهیم بود. در صورت آموزش درایو و نحوه پیاده‌سازی این عملکرد در پروژه می‌توانید تاثیر بسیاری در کاهش هزینه‌های تجهیزاتی و شبکه برق اصلی داشته باشید.

اتوماسیون پست‌های برق و انرژی

در صنایع انرژی، به‌ویژه در اتوماسیون پست‌های برق، از ساختار مستر و اسلیو برای دریافت اطلاعات از تجهیزات کلیدی مانند کلیدهای قدرت، ترانسفورماتورها و واحدهای اندازه‌گیری استفاده می‌شود. مستر در این حالت ممکن است یک RTU یا PLC پیشرفته باشد که وظیفه دریافت و ارسال اطلاعات را در شبکه انرژی بر عهده دارد.

نتیجه‌گیری

استفاده از ساختار مستر و اسلیو در اتوماسیون صنعتی موجب افزایش کارایی، کاهش پیچیدگی در تجهیزات زیرمجموعه و تسهیل در مدیریت فرآیندهای صنعتی می‌شود. با این حال، در طراحی این‌گونه سیستم‌ها باید به محدودیت‌های ذاتی این ساختار از جمله وابستگی کامل به مستر و تأخیر در پاسخ‌دهی توجه ویژه‌ای داشت.

راه‌های ارتباطی نیک صنعت

  • شماره تماس: 87700210-021 (30 خط)
  • واحد فروش: 09197872783
  • واحد آموزش: 09197872786
  • واحد تعمیرات:  09197872789
  • واحد پروژه:  09197872784
  • ایمیل: info@nicsanat.com
  • آدرس شرکت: تهران، خیابان بهشتی، خیابان میرعماد، کوچه پیمانی(یازدهم)، پلاک 17