الطريقة التقليدية لصنع الأجهزة المتوافقة مع ناقل المجال الصناعي هي من خلال استخدام وحدات الأجهزة.
ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها العديد من العيوب. الآن، يمكن أن يوفر تطوير حزم البرامج التي تعمل على وحدة التحكم الدقيقة للجهاز المضمن حلاً أبسط وأكثر مرونة.
تستخدم المستشعرات الصناعية في المصانع لقياس الكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والضوء ومستوى السوائل المحفوظة في أوعية التخزين.
الإشارات التي تولدها هذه المستشعرات هي إشارات تناظرية ويجب تحويلها إلى شكل رقمي لتتم معالجتها بواسطة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، والتي تشرف على العملية. في الوقت الحاضر.
تُستخدم شبكات Fieldbus بشكل شائع لنقل الإشارات الرقمية من أجهزة الاستشعار إلى PLC
(الشكل 1)، والذي يقوم بعد ذلك بمعالجة هذه المعلومات والاستجابة حسب الاقتضاء عن طريق إرسال إشارات التحكم مرة أخرى عبر الشبكة إلى سلسلة من المشغلات والصمامات والمشغلات كما هو مطلوب.
تقدم هذه المقالة لمحة موجزة عن العديد من شبكات Fieldbus المختلفة المستخدمة اليوم، وتناقش مزايا استخدام شبكة Fieldbus لنقل قراءات أجهزة الاستشعار وإشارات التحكم في البيئة الصناعية.
ثم يصف الطريقة التقليدية المستخدمة لجعل أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم متوافقة مع نوع معين من Fieldbus، مع مراعاة القيود التي يفرضها هذا قبل اقتراح طريقة أبسط وأكثر مرونة وفعالية من حيث التكلفة لتنفيذ Fieldbus في المعدات الصناعية.
لماذا يعد البرنامج مناسبًا بشكل أفضل لنشر جهاز ناقل المجال الصناعي من أجهزة ASIC.
ما هو فيلدبوس؟
Fieldbus هو مصطلح شامل لعائلة من شبكات الكمبيوتر الصناعية المستخدمة للتحكم في العملية الموزعة في الوقت الفعلي.
طورتها اللجنة الكهروتقنية (EC) باسم IEC 61784/61158، استبدلت شبكات Fieldbus محل الموصلات المخصصة المستخدمة لنقل إشارات الإدخال / الإخراج من الأجهزة الموجودة في أرضيات المصنع إلى وحدات التحكم في المصنع باستخدام إشارات الجهد (RS232) أو إشارات التيار (4-20mA).
مع نمو حجم المصانع ونطاقها، أصبح نهج الاتصال التقليدي هذا أكثر صعوبة. كانت الكابلات الكبيرة مطلوبة، مما يجعل من الصعب تتبعها وإصلاحها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الإشارات التناظرية عرضة للتداخل من مستويات عالية من الضوضاء الكهربائية الموجودة في المناطق الصناعية (بسبب تبديل إمدادات الطاقة والمجالات المغناطيسية الشاردة من المحركات).
تم اختراع Fieldbus للسماح لأجهزة IO المتعددة بالاتصال بكابل شبكة واحد باستخدام الإشارات الرقمية، والتي تكون أكثر قوة في وجود ضوضاء كهربائية. نظرًا للحاجة إلى عدد أقل من الأسلاك، فقد جعلت شبكة الحافلات من السهل جدًا توسيع العمليات الصناعية على نطاق واسع.
الطريقة التقليدية لصنع الأجهزة المتوافقة مع ناقل المجال الصناعي هي من خلال استخدام وحدات الأجهزة. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها العديد من العيوب. الآن، يمكن أن يوفر تطوير حزم البرامج التي تعمل على وحدة التحكم الدقيقة للجهاز المضمن حلاً أبسط وأكثر مرونة.
تستخدم المستشعرات الصناعية في المصانع لقياس الكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والضوء ومستوى السوائل المحفوظة في أوعية التخزين.
الإشارات التي تولدها هذه المستشعرات هي إشارات تناظرية ويجب تحويلها إلى شكل رقمي لتتم معالجتها بواسطة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، والتي تشرف على العملية.
في الوقت الحاضر، تُستخدم شبكات Fieldbus بشكل شائع لنقل الإشارات الرقمية من أجهزة الاستشعار إلى PLC (الشكل 1)، والذي يقوم بعد ذلك بمعالجة هذه المعلومات والاستجابة حسب الاقتضاء عن طريق إرسال إشارات التحكم مرة أخرى عبر الشبكة إلى سلسلة من المشغلات والصمامات والمشغلات كما هو مطلوب.
تقدم هذه المقالة لمحة موجزة عن العديد من شبكات Fieldbus المختلفة المستخدمة اليوم، وتناقش مزايا استخدام شبكة Fieldbus لنقل قراءات أجهزة الاستشعار وإشارات التحكم في البيئة الصناعية.
ثم يصف الطريقة التقليدية المستخدمة لجعل أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم متوافقة مع نوع معين من Fieldbus، مع مراعاة القيود التي يفرضها هذا قبل اقتراح طريقة أبسط وأكثر مرونة وفعالية من حيث التكلفة لتنفيذ Fieldbus في المعدات الصناعية.
Fieldbus هو مصطلح شامل لعائلة من شبكات الكمبيوتر الصناعية المستخدمة للتحكم في العملية الموزعة في الوقت الفعلي. طورتها اللجنة الكهروتقنية (EC) باسم IEC 61784/61158.
استبدلت شبكات Fieldbus محل الموصلات المخصصة المستخدمة لنقل إشارات الإدخال / الإخراج من الأجهزة الموجودة في أرضيات المصنع إلى وحدات التحكم في المصنع باستخدام إشارات الجهد (RS232) أو إشارات التيار (4-20mA).
مع نمو حجم المصانع ونطاقها، أصبح نهج الاتصال التقليدي هذا أكثر صعوبة. كانت الكابلات الكبيرة مطلوبة، مما يجعل من الصعب تتبعها وإصلاحها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الإشارات التناظرية عرضة للتداخل من مستويات عالية من الضوضاء الكهربائية الموجودة في المناطق الصناعية (بسبب تبديل إمدادات الطاقة والمجالات المغناطيسية الشاردة من المحركات).
تم اختراع Fieldbus للسماح لأجهزة IO المتعددة بالاتصال بكابل شبكة واحد باستخدام الإشارات الرقمية، والتي تكون أكثر قوة في وجود ضوضاء كهربائية. نظرًا للحاجة إلى عدد أقل من الأسلاك، فقد جعلت شبكة الحافلات من السهل جدًا توسيع العمليات الصناعية على نطاق واسع.
عندما يتعلق الأمر بالمعدات الصناعية، لا يزال موضوع Fieldbus مطروحًا للنقاش. يتم استخدام Ethernet على شبكات المنطقة المحلية (LAN) حيث يمكن إضافة المزيد من الأجهزة بسهولة باستخدام محولات الشبكة.
كانت شبكات Fieldbus المبكرة مملوكة وقد أدى ذلك إلى استخدام العديد من الإصدارات المختلفة في المصانع في جميع أنحاء العالم. لا يوجد معيار صناعي واحد ظهر وقد تسبب هذا في العديد من حالات عدم التوافق بين الإصدارات المختلفة من Fieldbus. تتضمن بعض شبكات Fieldbus الأكثر شيوعًا المستخدمة اليوم: – FlexNet / FieldMan – منصة أتمتة معيارية (MAP)
بروفيبوس
مودبوس
يمكن الفتح
هناك عدة أنواع مختلفة من البروتوكولات، ولكن الاختلاف الرئيسي هو عدد الأجهزة التي يمكن دعمها. يمكن لشبكات Fieldbus في الوقت الفعلي المطورة حديثًا أن تعمل باستخدام واجهة إيثرنت وكابلات، ولكنها غير قابلة للتشغيل البيني. وتشمل هذه: Ethernet، و Serial، و Wireless، و PLC.
إثيركات
بروفينيت
شبكة EtherNet / IP
لماذا يعد البرنامج مناسبًا بشكل أفضل لنشر جهاز ناقل المجال الصناعي من أجهزة ASIC.
لماذا الأجهزة ليست هي الحل الوحيد
تشغيل جهاز أو وحدة تحكم صناعية على شبكة Fieldbus معينة، يجب أن يكون قادرًا على “التحدث بلغة” تلك الشبكة. يتم توفير ذلك عادةً عن طريق اختيار دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC) أو وحدة أجهزة.
على الرغم من أن هذا قد يبدو كحل مناسب ومنخفض المخاطر، إلا أن هناك العديد من العيوب التي يجب مراعاتها. أحد القيود المهمة هو أن الجهاز غير قادر على الاتصال بالإصدار المحدد من Fieldbus الذي تم تنفيذه بواسطة ASIC أو وحدة الأجهزة. هذا يحد من سوق الجهاز للعملاء الذين يستخدمون شبكة Fieldbus معينة في عملياتهم الصناعية.
لكي يعمل الجهاز مع شبكات Fieldbus الأخرى، يجب استخدام ASIC أو وحدة نمطية مختلفة. نظرًا لأن ASICs تستخدم عبوات مختلفة ولها وظائف دبوس مختلفة، فقد يتطلب ذلك إعادة تصميم نظام مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً.
الجانب السلبي الآخر لهذا النهج هو أنه يقيد وظائف الجهاز الصناعي لتلك التي توفرها ASIC / الوحدة النمطية. قد يجعل ذلك من الصعب تصميم منتجات جديدة ذات ميزات محسّنة، حيث قد لا تدعم الشركة المصنّعة التغييرات التي يتم إجراؤها على حزمة البرامج المكونة مسبقًا. نتيجة لذلك، يؤثر هذا على عدد وأنواع الميزات التي يمكن هندستها في منتجات جديدة.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن ASICs والوحدات يتم الحصول عليها فقط من الشركة المصنعة لها، فمن المحتمل التعرض للاضطرابات في سلسلة التوريد وزيادة الأسعار في المستقبل. قد يطلب بعض مصنعي ASIC والوحدات النمطية أيضًا حقوق ملكية لكل جهاز يتم بيعه، مما يؤدي إلى تكاليف لا يمكن تجنبها تستمر طوال عمر المنتج.
الأسباب التي تجعل نهج البرنامج قد يعمل بشكل أفضل
يتمثل أحد البدائل “الناعمة” الناشئة لنهج الأجهزة في تشغيل مجموعة برامج Fieldbus على وحدة التحكم الدقيقة للنظام في جهاز مدمج. يتمتع هذا النهج بالعديد من المزايا – فهو يتيح عرض منتج مخصص بالكامل ويسمح لمصنعي المعدات بالحصول على ملكية كاملة لسلسلة التوريد الخاصة بهم.
علاوة على ذلك، يؤدي إلغاء متطلبات وحدة الأجهزة إلى توفير فوري في التكاليف عن طريق تقليل فاتورة المواد (BOM).
باستخدام هذا النهج، من الممكن إعادة استخدام نفس التصميم عبر منتجات مختلفة. يمكن القيام بذلك عن طريق تعديل الكود داخل حزمة البرامج، مما يسمح للمتحكم الدقيق بالاتصال بـ Fieldbus آخر. هذا يجعل من الممكن طرح منتج جديد في السوق بسرعة أكبر بكثير من طلب إعادة تصميم الأجهزة.
يسهل النهج القائم على البرامج إضافة ميزات مبتكرة ومخصصة إلى أفضل عروض المنتجات عن طريق تغيير الكود في الحزمة. على سبيل المثال، تعتبر مجموعة أجهزة Profinet الخاصة بتطبيقات Profinet من RT-Labs بسيطة جدًا ومضغوطة، مما يجعلها مناسبة تمامًا للاستخدام في الأنظمة المضمنة.
استنتاج
تعد Fieldbus تقنية ناضجة، وتجعلها مزاياها في التحكم في العمليات الصناعية خيارًا شائعًا لبيئات المصانع حول العالم. كان الأسلوب التقليدي لجعل الأجهزة الصناعية متوافقة مع Fieldbus هو استخدام ASIC “الجاهز” أو وحدة نمطية. على الرغم من أن هذا قد يوفر حلاً تقنيًا منخفض المخاطر، إلا أنه من المحتمل أن يصبح محفوفًا بالمخاطر إذا تعذر ضمان سلسلة توريد الأجهزة.
هناك العديد من حزم البرامج المختلفة المتاحة لأنظمة ناقل المجال. إحدى هذه المجموعات، التي توفر قدرًا أكبر من المرونة والابتكار وتوفير التكاليف، هي مجموعة برامج ناقل المجال.
