شبکه پروفی باس چیست؟

شبکه پروفی باس چیست؟

پروفی باس در واقع مخفف Process Field Bus است که یکی از انواع شبکه صنعتی و پروتکل ارتباطی است که در سال 1989 توسط وزارت آموزش کشور آلمان مورد تحقیق و برسی قرار گرفت. سپس کمپانی زیمنس این پروتکل ارتباطی را برای تجهیزات اتوماسیون صنعتی خود مورد استفاده قرار داد. شبکه پروفی باس یک مسیر امن و مطمئن برای تبادل اطلاعات و داده‌ها در فرایند سیستم است. وظیفه پیوند و ارتباطات بین سیستم کنترلر با تجهیزات میدانی مانند محرک‌ها، سنسورها و انکودر را دارد. در واقع شبکه Profibus می‌تواند دیتا و داد‌ه‌ها را از کنترلر به تجهیزات دیگر، با استفاده از یک کابل انتقال می‌دهد. در ادامه به صورت کلی به بررسی عملکرد پروفی باس و انواع شبکه Profibus می‌پردازیم. همچنین در مورد مزایا استفاده از شبکه پروفی باس و نحوه عیب یابی Profibus می‌پردازیم.

نحوه کارکرد پروفی باس چگونه است؟

یکی از سوالات رایج این است که شبکه پروفی باس چگونه کار می‌کند؟ در ادامه پاسخ این سوال را بررسی می‌کنیم. پروفی باس یک پروتکل از نوع Master / Slave است. شبکه Profibus دارای یک پروتکل اضافی حلقه توکن است که می‌توان از چندین Master استفاده کرد. هر SLAVE یک تایمر Failsafe دارد که اگر Master در یک بازه زمانی معین با آن ارتباط برقرار نکند، Slave در حالت ایمن قرار می‌گیرد. در واقع پروتکل ارتباطی پروفی باس امنیت زیادی در برابر تبادل اطلاعات و دیتا دارد و Master قبل از تبادل اطلاعات جدید، باید پروسه راه اندازی را دوباره طی کند.

تجهیزاتی که به عنوان Master مورد استفاده قرار می‌گیرد، شامل PLC ،DCS ،PC و TP/OP می‌شود. اگر در Master با یک تایمر نگهبان ترکیب شود می‌توان مطمئن شد که در یک قدار زمانی خاص، همه ارتباطات در هر چرخه باس رخ می‌دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد تفاوت پروفی باس و مد باس این مقاله را مطالعه کنید تا با کارکردهای مختلف شبکه‌ها آشنایی لازم کسب کنید.

انواع شبکه پروفی باس

شبکه پروفی باس دارای سه مدل شبکه مختلف است که شامل شبکه پروفی باس DP، شبکه پروفی باس PA و FMS است. شبکه پروفیباس های حتلف را می‌توان با دستگاه باس کوپلر به هم متصل کرد. با دستگاه باس کوپلر می‌توان در کمترین زمان ممکن بین شبکه و باس‌های مختلف جابه‌جا شد و با کوپلر می‌توان اندازه شبکه را گسترش داد. در ادامه به بررسی هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم و مزایا و معایب آن‌ها را شرح می‌دهیم.

شبکه پروفی باس DP

پروفیباس DP مخفف عبارت Decentralized Peripherals است که برای تبادل دیتا و داده‌های مختلف مانند حسگرها و عملگرها از طریق یک کنترلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروفیباس می‌تواند دیتاها و اطلاعات زیادی را از سنورها و عملگرها در نقاط گوناگون کارخانه جمع آوری کن و در عین حال این سنورها به‌صورت غیر متمرکز در محیط کارخانه نصب هستند. حداقل نرخ تبادل در پروفیباس DP تقریبا 9.6 مگابیت بر ثانیه است و حداکثر نرخ انتقال و تبادل دیتاها در شبکه پروفی باس DP تقریبا 12 مگابیت بر ثانیه است.حداکثر طول کابل پروفیباس DP برابر با 1000 متر است و حداقل طول کابل شبکه Profibus DP برابر با 500 متر است.

شبکه پروفی باس PA

پروفیباس PA یک نمونه پیشرفته از پروتکل ارتباطی پروفیباس DP است که با هدف برقرار کردن ارتباط بین PA و DP طراحی و ساخته شده است. شبکه پروفی باس PA یک رابط و تبادل‌کننده اطلاعات از ابزار دقیق با یک سیستم کنترل کننده است. از Profibus PA برای مناطق پر خطر نیز قابل استفاده است و به همین منظور طراحی شده است. شبکه پروفیباس PA جدیدترین تکتولوژی و فناوری را دارد اما با این وجود سرعت کمتری نسبت به پروفیباس DP دارد. طبق استاندارد IEC 61158-2 می‌تواند اطلاعات و دیتاها را از ظریق قیلد باس به ابزارهای اندازه گیری برساند.

از مزایا شبکه Profibus PA می‌توان به کاهش خطاها، کاهش سیم کشی، مونتاژ سریع و نصب آسان آن اشاره کرد. خطاهای ارتباطی را می‌توان با کنترلر، بررسی و کنترل شوند. با این شبکه می‌توان بیشتر از 100 دستگاه را راه اندازی کرد. شبکه پروفیباس PA به دلیل محدودیت‌های الکتریکی دارد، نرخ تبادل و انتقال دیتا (Baud Rate)، تعداد دستگاه‌های شبکه سازی و طول کابل‌ها کاهش یافته است. سرعت انتقال دیتا و داده در شبکه پروفی باس PA برابر با 31.25Kbit/S (کلیوبیت بر ثانیه) است و این مقدار نسبت به شبکه پروفیباس DP بسیار کمتر است.

شبکه پروفی باس FMS

اولین پروفی باس ساخته شده مربوط به Profibus FMS است که برای ارتباط بین PLC و دیگر کنترل کننده ها طراحی شده است. سرعت انتقال داده در یروفیباس FMS نسبت به دیگر موارد بسیار کم است اما انعطاف پذیری بالایی دارد و می‌تواند برنامه‌های پیجیده را بین آن‌ها بفرستد. پروفیباس FMS برای حجم دیتاها و داده‌های بالا دریافتی و ارسال مورد استفاده قرار می‌گیرد. سرعت تبادل دیتاها و داده‌ها در پروفیباس FMS تقریبا 1.5 مگابیت در ثانیه است.

ساختار شبکه پروفیباس

در شکل زیر ساختار و اجزا شبکه پروفی باس DP را مشاهده می‌کنید.

1. هادی مسی و بدون روکش
2. عایق هادی از جنس پلی وینیل کلراید یا پلی اتیلن (روکش مغز مسی)
3. روکش داخلی پلی وینیل کلراید (روکش سیلیکونی)
4. فویل از جنس آلومنینیم با روکش پلاستیکی (ضد نویز)
5. بافتی از سیم‌های مسی قلع اندود شده با شلید محافظ
6. روکش خارجی PVC به رنگ سرخابی با استادارد DIN T3 19245

تمامی این روکش‌ها و عایق‌های پلاستیکی برای کاهش نویز در کابل پروفی باس است. این شیلد محافط هم از دو طرف به زمین متصل می‌شود تا نویز و اغتشاشات به کمترین مقدار خود برسد.

استانداردهای مرجع شبکه پروفیباس

شبکه Profibus دارای استاندارهای مرجع است که این استانداردها مربوط به نحوه اتصالات هر دستگاه و همچنین توصیف نکات ایمنی تبادل دیت و اطلاعات را تبادل می‌کنند.

• IEC 61158 ارتباطات داده و دیتا دیجیتال برای کنترل و اندازه گیری (لایه‌های ارتباطی)
• IEC61784-1 پروتکل‌های ارتباطی
• IEC61784-2 کابل اترنت بدون درنگ
• IEC61784-3 ارتباطات ایمنی
• IEC61784-4 امنیت شبکه
• IEC61784-5 نصب شبکه

مزایا استفاده از شبکه پروفی باس

هر پروتکل ارتباطی دارای توپولوژی و ساختاری منحصربه‌فرد است. از مزایا شبکه پروفی باس می‌توان به استاندارد و ساختار مشخص آن اشاره کرد که پروفیباس دارای فناوری ارتباطات سریال RS-485 است. ارتباطات سریال بر خلاف ارتباطات موازی یا پارالل، تنها به دو سیم برای اتصال ورودی و خروجی نیاز دارد. مزایا کلی شبکه پروفیباس شامل موارد زیر است:

• انعطاف پذیری و سازگاری بالا
• دارای روش انتقال بسیار مناسب با سریال RS-485
• کاهش اغتشاشات و نویز به خصوص نسبت به کابل TP
• دارای حلقه TOKEN PASS با چندین MASTER / SLAVE
• کاهش سیم کشی و حذف ارتباطات موازی
• عیب یابی سریع و نصب آسان
• Trip های کمتر (تعداد قطع شدن کمتر)

شبکه پروفینت نسبت به شبکه پروفیباس، رشد بیشتری دارد و سرعت انتقال دیتا و اطلاعات پروفینت بسیار بیشتر از شبکه پروفیباس است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد تفاوت شبکه پروفیباس و پروفینت می‌توانید این مقاله را مطالعه کنید.

عیب یابی پروفی باس

شبکه پروفیباس نیز دچار خطاهای مختلف می‌شود که باید نسبت به خطاهای شبکه پروفیباس آگاهی کامل داشته باشید. نرم افزار پیکربندی و برنامه نویسی متناسب برای شبکه پروفیباس ارائه شده است. به کمک این نرم افزار می‌توان مشکلاتی مانند پاسخ‌های مرتبط به فرایند، مشکلات و خرابی PLC یا SCADA و مشکلات مربوط به کابل پروفیباس را عیب یابی کرد. در حالت کلی باید یک مهندسی برای عیب یابی شبکه پروفیباس به اسیلوسکوپ و آنلایزر نیاز دارد. در واقع آنالایزر برای بررسی میزان کیفیت پروتکل ارتباطی استفاده می‌شود و اسیلوسکوپ برای بررسی کیفیت سیگنال ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر اتصال کوتاه در کابل شبکه Profibus رخ دهد، ارتباطات Master با Slave قطع نمی‌شود. اتصال کوتاه در کابل شبکه پروفیباس را می‌توان از طریق اسیلوسکوپ تشخیص داد و نسبت به عیب یابی و تعمیر آن اقدام کرد.

به‌طور مثال Repeater به عنوان یک Slave عمل می‌کند و می‌توان اطلاعات ئ دیتاها را به Master متصل کند. این دیتاهای تشخیصی می‌تواند به Master متصل شود. این داده‌ها می‌تواند خطاهایی مانند اتصال کوتاه شدن کابل مقاومت ترمیناتور، شکست کابل پروفی باس و … را تشخیص داد. کابل برق باید با کابل پروفیباس حداقل فاصله 10 سانتی‌متری داشته باشد و محافظ الکتریکی می‌تواند تاثیر زیادی جهت پیشگیری این تداخلات داشته باشد.

رنگ کابل پروفی باس در کاربری‌های مختلف

رنک کابل پروفیباس به‌صورت استاندارد به رنگ بنفش است. اگر نوع کاربری تغییر کند، رنگ کابل پروفی باس در شرایط خاص نیز تغییر می‌کند. به‌طور مثال کابل بروفیباس در محیط‌های سخت از رنگ سبز استفاده می‌شود و برای کاربری‌های کشتی از رنگ مشکی استفاده می‌شود.

نکات مهم در راه اندازی شبکه Profibus

قبل از راه اندازی پروفی باس باید یک چلیست وجود داشته باشد تا بتوان پارامترهای مهم مربوط به راه اندازی شبکه پروفیباس را رعایت کرد.

• حداکثر 32 دستگاه در هر بخش
• فقط از اتصالات و کابل مخصوص شبکه پروفیباس استفاده شود.
• با توجه به طول کابل، مقدرا سرعت Baud rate  متناسب با طول کابل تنظیم شده است.
• اقدامات لازم برای پیشگیری و محافظت از اتصال کوتاه و خرابی را انجام دهید.
• برای سرعت انتفال بیشتر، فاصله بین 2 دستگاه حداقل یک متر است.
• یک Slave نمی‌تواند دو تا Master داشته باشد.
• اگر کابل های پروفیباس داخل یک مجرا فلزی قرار داده شده‌اند، عملکرد خوبی را در زمان بروز نویز و اعتشاشات نشان می‌دهند.