آگوست 6

• یک بیت که شروع دیتا را مشخص می‌کند Start Bit و همیشه 0 است.
• یک بیت که انتهای دیتا را مشخص می‌کند Stop Bit و همیشه 1 است.
• یک بیت که تعداد یک‌های بسته دیتا را مشخص می‌کند Parity Bit که زوج بودن تعداد یک‌ها را چک می‌کند. Parity=0 یعنی تعداد یک‌ها زوج و Parity=1 یعنی تعداد یک‌ها زوج نیست.
بدین ترتیب برای یک کاراکتر با کنترل Even Parity امکان آشکار سازی یک خطا وجود دارد اما همانطور که خواهیم دید یک فریم دیتا صرفا متشکل از یک بسته UART نیست بلکه دیتاهای دیگری نیز به آن اضافه
می گردد. شکل زیر ساختار یک بسته اطلاعاتی در پروفیباس را نشان می‌دهد [41]:
شکل ‏220: بسته اطلاعاتی پروفیباس[41]
SD : شروع ارسال دیتا را نشان می‌دهد و مقدار آن ثابت و برابر A2 هگز است.
DA : آدرس مقصد را نشان می‌دهد.
SA : آدرس مبدا را نشان می‌دهد.
FC : بایت کنترلی است.
DATA : بسته دیتایی که باید ارسال شود.
FCS : وقتی بسته دیتا به چند قسمت تقسیم شده باشد FCS مشخص می‌کند که این بسته چندمین قسمت است.
ED : پایان ارسال دیتا را نشان می‌دهد.
فرستنده دیتا را مطابق با الگوی فوق بسته بندی کرده همراه با Token روی باس قرار می‌دهد. ایستگاه بعدی در حلقه Token آنرا برداشته و آدرس DA را با آدرس خودش تطبیق می‌دهد. اگر یکسان بود بقیه پیام را نیز بازگشایی می‌کند و اگر آدرس یکی نبود آنرا به ایستگاه بعدی در حلقه Token می‌فرستد این کار ادامه می‌یابد تا پیام به گیرنده مورد نظر برسد. گیرنده آنرا از روی الگوی فوق بازگشایی کرده و دیتای اصلی را از بقیه اطلاعات جدا می‌سازد[41].
2-6-3-2- نحوه دسترسی به باس:
یکی از مهمترین مسائل در شبکه‌های صنعتی و از جمله پروفیباس نحوه ارتباط بین PLC‌ها با هم و یا با PC هاست. باید هر نود فرصت کافی برای انجام کارهای ارتباطی و انتقال دیتاها در زمانهای معین را داشته باشد. انتقال دیتا بین PLC و PC‌ ها و یا انتقال دیتا از I/O Remote‌ها باید سریع و دقیق باشد و این نیازمند تعیین یک پروتکل است که به صورت حساب شده ای باس را در اختیار ایستگاهها قرار دهد به نحوی که ضمن استفاده بهینه از باس، تداخلی هم بین ارسال اطلاعات به وجود نیاید. در شبکه پروفیباس نحوه در اختیار گرفتن باس، توسط ایستگاهها به روش‌هایبرید است. این روش ترکیبی است از روش Token Pass (ارتباط بین چند Master ( و روش Master-Slave (ارتباط بین یک Master و Slave‌هایش) و مطابق با استاندارد EN 50 170 می‌باشد. با روش‌های ذکر شده ترکیب‌های زیر را می‌توانیم ایجاد کنیم:
• ارتباط بین چند Master (در روش Token Pass )
• ارتباط بین هر Master با Slave‌هایش (روش Master-Slave )
• ترکیب دو روش فوق، یعنی هم ارتباط بین Master‌ها و هم ارتباط بین Master با Slave‌ هایش(روش‌هایبرید)
نحوه در اختیار گرفتن باس به محیط انتقال بستگی ندارد و فرقی نمی کند که محیط انتقال کابل مسی باشد یا فیبر نوری.
انتقال اطلاعات بین نود ها، نیازمند این است که به هر نود یک آدرس یکتا تخصیص دهیم. آدرس‌های یک شبکه پروفیباس می‌توانند بین صفر تا 126 تعیین شوند یعنی حداکثر می‌توانیم 127 ایستگاه در یک شبکه پروفیباس داشته باشیم.
اگر بخواهیم بین یک Master و Slave‌هایش ارتباط برقرار کنیم باید از روش Master-Slave استفاده نماییم. همانطور که گفته شد مدیریت باس در این روش بر عهده Master است که تعیین می‌کند کدام Slave اطلاعات را روی باس بگذارد یا از روی باس بخواند. درواقع با برقراری ارتباط رئیس ومرئوس، تضمین نموده ایم که هیچگاه تداخل اطلاعات روی باس به وجود نمی آید.
اگر بخواهیم بین چند Master ارتباط برقرار کنیم از روش Token Pass استفاده می‌کنیم. در این روش یک حلقه منطقی(و نه فیزیکی) بین نودها برقرار می‌شود. جهت حلقه بر طبق آدرس نودها از آدرس کمتر به آدرس بیشتر است. نودهای تشکیل دهنده این حلقه، ایستگاههای Master هستند و Token از یک Master به Master با آدرس بالاتر منتقل می‌شود. واضح است که زمانی که Token به Master با بالاترین آدرس برسد، آن را به Master با پایین ترین آدرس منتقل می‌کند و به این ترتیب یک حلقه نرم افزاری تشکیل می‌شود[2].
شکل ‏221: نحوه ارسال دیتا در پروفیباس[2]
2-6-3-3- فریم TOKEN
ساختار Token در پروفیباس به صورت شکل زیر و متشکل از 3 قسمت است:
SA
DA
شکل ‏222: ساختار Token در پروفیباس[41]
SD : شروع ارسال را نشان می‌دهد.
وقتی ایستگاه فعلی دیتایی برای ارسال ندارد Token را تحویل ایستگاه بعدی (NS) می‌دهد. ایستگاه بعدی دریافت Token را Acknowledge می‌کند. اگر ایستگاه فعلی پس از دوبار ارسال Token از ایستگاه بعدی تاییدیه دریافت نکرد در اینصورت آدرس ایستگاه بعدی را حذف و Token را به ایستگاه بعدتر می‌فرستد. با اطلاعات فوق چرخش Token در حلقه منطقی به راحتی انجام می‌گیرد. لازم به ذکر است اگر سیستم Monomaster باشد پرچم Token مرتبا به خود همان Master برگردانده می‌شود. مدت زمانی که طول می‌کشد تا Token حلقه را دور زند و در اختیار همه ایستگاهها قرار گیرد Token Rotation Time نامیده می‌شود. ماکزیمم زمانی که Token Rotation Time می‌تواند طول بکشد،TTR42 نامیده می‌شود که این زمان قابل تنظیم است[2].
2-6-4- پروفیباس FMS :
FMS43 لایه های 1و2و7 مدل OSI را مورد استفاده قرار می‌دهد. در لایه کاربرد، سرویس FMS به کار می‌رود. سرویس قدرتمند FMS در رنج وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود و به خصوص زمانی که ارتباطات پیچیده ای در شبکه برقرار باشد، سرویس FMS می‌تواند گزینه مناسبی باشد[2].
شکل ‏223: لایه های مورد استفاده در پروفیباس FMS [2]
محیط انتقال و نحوه در اختیار گرفتن باس در FMS و DP یکسان می‌باشد از اینرو می‌توانند به طور همزمان در یک شبکه قرار گیرند. به طور خلاصه ویژگی های مهم FMS عبارتند از:
1. روش انتقال: کابل مسی(با استاندارد RS485 و با سرعت حداکثر 1500 kbps یا فیبر نوری
2. لایه های مورد استفاده: لایه 1 و 2 و 7
3. روش دسترسی به باس: Token Pass
4. سیگنالینگ: آسنکرون با بسته های 11 بیتی UART (مشابه DP )
با توضیحات مفصلی که در قسمت قبل راجع به مفاهیم فوق داده شده نیازی به تکرار آنها برای FMS وجود ندارد. معمولا سرویس FMS را برای حالتی که که حجم اطلاعات بالاست به کار می‌گیرند و جایگاه آن در هرم اتوماسیون بیشتر در سطح پروسس است. امروزه با توجه به رشد سریع اترنت معمولا در این سطح به جای استفاده از سرویس FMS از اترنت استفاده می‌شود و در نتیجه سرویس FMS کاربرد محدودتری پیدا کرده است [2].
2-6-5- پروفیباس PA :
پروفیباس PA در واقع یک نمونه تکامل یافته پروفیباس DP است و ممولا برای سطح فیلد استفاده می‌شود. در این روش تکنیک انتقال دیتا بر اساس استاندارد IEC 1158-2 می‌باشد و در نتیجه به صورت ذاتی در این روش یک ایمنی بالا به دست می‌آید چون تغذیه عناصر متصل به این شبکه مستقیما از طریق خط ارتباطی تامین می‌گردد.
شکل ‏224: پروفیباس PA/DP [2]
انتقال دیتا بر اساس پروتکل MBP44 موسوم و نام دیگر آن H1 است. در پروتکل MBP بیت 0 زمانی رخ می‌دهد که لبه بالا رونده سیگنال جریانی داشته باشیم و بیت 1 زمانی رخ می‌دهد که لبه پایین رونده سیگنال داشته باشیم مانند شکل زیر:
شکل ‏225: انتقال دیتا در پروتکل H1 [2]
نحوه انتقال سیگنال به این صورت است که سطح صفر و یک به صورت 9 mA± بر روی جریان باس مدوله می‌شوند. در این روش سرعت انتقال دیتا ثابت و برابر 31.25kbps می‌باشد یعنی به طول کابل بستگی ندارد. محیط انتقال می‌تواند یک کابل Twisted Pair از نوع شیلددار (STP) یا بدون شیلد (UTP) باشد [2].
در شبکه پروفیباس PA امکان استفاده از ساختارهای Bus، Star،Tree و یا ترکیبی از آنها وجود دارد. برای افزایش توانایی سیستم امکان ایجاد یک سیستم Redundant نیز وجود دارد.
حداکثر تعداد نود‌ها که امکان اتصال به یک سگمنت PA را دارند به منبع تغذیه باس، جریان مصرفی نودها و طول و جنس کابل استفاده شده بستگی دارد. در بیشترین حالت، 32 ایستگاه می‌تواند به یک سگمنت PA وصل شوند. تعداد ماکزیمم باید با توجه به محدودیت های جریان و توان مصرفی هر نود محاسبه شود.
می‌توان پروفیباس PA را از طریق کوپلر به پروفیباس DP وصل کرد. ممکن است عملا این نیاز وجود داشته باشد تا دیتا از شبکه PA به DP یا برعکس منتقل شود. از آنجا که پروتکل ارتباطی این دو متفاوت است نیاز به واسطه ای به نام کوپلر داریم که در شکل زیر نشان داده شده است. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که پس از اتصال دو شبکه به یکدیگر، آدرس نودها در کل شبکه باید منحصر به فرد باشند به علاوه خود کوپلر دارای آدرس نیست[2].
2-7-
در این فصل ابتدا تاریخچه مختصری از پیشرفت شبکه‌های صنعتی و ظهور تکنولوژی اترنت و پروفیباس مطرح و دلایل گسترش بکارگیری آنها در صنعت به خاطر سودمندی و مزیت‌هایی که ارائه می‌نماید بررسی شدند. با افزایش توجه صنعتگران و محققین به این شبکه‌ها لزوم استانداردسازی این تکنولوژی مطرح شد و شرکت‌های مختلف فعال در زمینه تولید تجهیزات کنترل صنعتی، هریک درصدد برآمدند تا با استانداردسازی این فناوری براساس تکنولوژی خود، سهم بیشتری از بازار رقابت را به خود اختصاص دهند. تشکیل نسخه‌های مختلف اترنت و پروفیباس نتیجه تلاش آنهاست. در این بخش شبکه اترنت و پروفیباس بطور اجمالی معرفی گردید و پس از نیم نگاهی به تاریخچه این دو شبکه صنعتی با تکیه بر مدل OSI به بیان تکنولوژی انتقال و توپولوژی‌های هریک از آنها، فریم بندی و نحوه نبادل اطلاعات و ارتباطات منطقی در دو شبکه پرداخته و نحوه تشکیل دیتا بررسی گردید. حال در فصل بعد به بررسی تبادل دیتا در PLC در این شبکه‌ها خواهیم پرداخت.
تبادل داده بین PLC‌ها با استفاده از شبکه‌های صنعتی
3- تبادل داده بین PLC‌ ها با استفاده از شبکه‌های صنعتی
ارتباط و تبادل دیتا بین PLC‌ ها در یک سیستم اتوماسیون صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و هدف از استانداردهای بین المللی برقراری ارتباط بین همه دستگاههای مختلف اتوماسیون است. فرآیندی را در نظر بگیرید که هر بخش از آن توسط یک PLC به صورت منفرد کنترل می‌شود اما بسیار پیش می‌آید که اطلاعات ثبت شده در یک PLC برای PLC بعدی مورد نیاز باشد. به صورت کاربردی معمولا اطلاعات توسط دیتا بلاک‌هایی که حجم اطلاعات آنها ممکن است به کیلو بایت برسد جابجا می‌شود. بنابراین شبکه ای که بین PLC‌ ها کشیده می‌شود بایستی بتواند این بار را در زمان معقولی به سلامت به مقصد برساند.
در هرم اتوماسیون لایه ای که PLC‌ها در آن قرار می‌گیرند لایه کنترل نام دارد که بالاتر از لایه Field و
پایین تر از HMI قرار می‌گیرد. در این لایه شبکه‌های مختلف و متنوعی می‌توان استفاده کرد از جمله [2] :
1. پروفیباس
2. اترنت
عملکرد و قابلیت اطمینان یک سیستم اتوماسیون صنعتی در حقیقت به شبکه ارتباطی آن بستگی دارد. در یک شبکه ارتباطی اتوماسیون صنعتی، بهبود عملکرد شبکه و قابلیت اطمینان آن و استاندارد بودن ارتباطات با توجه به اندازه سیستم و افزایش حجم اطلاعات تعیین می‌گردد.
انتخاب شبکه بستگی به فاکتورهای زیادی دارد که در فاز طراحی لازم است در نظر گرفته شود. از جمله این فاکتورها می‌توان موارد زیر را نام برد:
1. تعداد PLC‌ ها
2. فاصله بین آنها (طول کابل)
3. حجم اطلاعات
4. اهمیت اطلاعات و نیاز یا عدم نیاز به زمان حقیقی بودن
مورد آخر موضوعی است که باید دقیقا مورد بحث قرار گیرد. سوال را باید اینگونه مطرح کرد که اگر در یکی از دفعات تبادل اطلاعات دیتا از یک PLC با کمی تاخیر نسبت به حالت قبل ارسال شود رفتار این تاخیر چگونه خواهد بود؟ [9]
3-2- طراحی شبکه
طراحی شبکه ارتباطی از لحاظ دقت و ارزیابی متفاوت از سایر طراحی‌ها می‌باشد. طراحان جهت رسیدن به بالاترین کارایی شبکه با قیمت مناسب در تلاش هستند و جهت رسیدن به این هدف بایستی تجهیزات ارتباطی و ملاحظات طراحی برای یک سیستم اتوماسیون بررسی شود.
تعیین استراتژی کلی مهمترین قدم در طراحی شبکه ارتباطی است. سیستم اتوماسیونی که از شبکه ارتباطی استفاده خواهد کرد بایستی بررسی شده و اهداف شبکه ارتباطی آن احراز شود.
موارد اصلی که در طراحی یک شبکه باید لحاظ شوند عبارتند از: هزینه، کارایی، قابلیت اعتماد و در دسترس بودن، سرویس یا عملکرد شبکه، تحمل پذیری محیط و ..
فرآیند طراحی یک شبکه ارتباطی پیچیده بوده و بایستی روشهای تحلیل سیستم استاندارد را دنبال کند. روش طراحی معمولی شامل چرخه زندگی سیستم و فازهای مربوط به آن می‌شود. چرخه زندگی یک سیستم ممکن است مانند شکل 4-1 ترسیم شود هرچند فازهای چرخه زندگی به صورت رشته ای پشت سرهم است ولی طراح ممکن است یک برگشت به یکی یا بیشتر از فازها داشته باشد [42].
شکل ‏31: چرخه زندگی یک سیستم
3-2-1- امکان سنجی
امکان سنجی جهت تعریف موضوعات آشکار موجود در سیستم است و مشخص می‌کند آیا یک شبکه ارتباطی برای سیستم اتوماسیون صنعتی قابل استفاده می‌باشد یا خیر.
البته شامل مشخص شدن نوع شبکه ای که اجرا می‌شود نمی باشد هرچند طراح نیاز دارد همه مسائل و احتیاجات لازم جهت ایجاد سیستم اتوماسیون را بداند.
فاز امکان سنجی به مراحل زیر تقسیم می‌شود:
1. تعریف مسئله
2. تحلیل مسئله
3. مشخص کردن راه حل ها
تعریف مسئله اولین مرحله در امکان سنجی جهت تمایز مسائل و راه حل‌ها است. دومین مرحله تحلیل مسئله است، مسائل باید تحلیل شوند که چگونه ممکن است منجر به تعیین یک شبکه جدید یا به روز کردن یک شبکه موجود شوند و آیا امکان پذیر است یا خیر. سومین مرحله امتحان راه حل‌های ممکن جهت تعریف مسئله است و همچنین مشخص شدن بهترین راه حل و اینکه آیا به طور واقعی مبتنی بر اطلاعات جمع آوری شده می‌باشد یا خیر [43].
3-2-2- تجزیه و تحلیل
در این فاز نیازهای شبکه ابتدا از روی اطلاعات جمع آوری شده در فاز امکان سنجی توسط مدیر پروژه قطعی و تایید شده و سپس توسط طراح بکار گرفته می‌شود.
نیازهای تنظیم شده بایستی برنامه‌های کامپیوتری و سیستم‌های اطلاعاتی را به در خواستهای دستگاههای اتوماسیون، نرم افزار و سخت افزار ارتباطی، محل‌های ورود و خروج داده و تولید داده مرتبط سازند و چگونگی پردازش اطلاعات را تعیین کنند. تجزیه و تحلیل اطلاعات خام که در فاز امکان سنجی صورت
می گیرد به مشخص شدن حجم اطلاعاتی که باید در شبکه منتقل شود کمک می‌کند. به علاوه موارد زیر نیز بایستی در فاز تجزیه و تحلیل در نظر گرفته شود:
1. قابلیت سخت افزار و نرم افزار پشتیبان باید ارزیابی شود.
2. امنیت شبکه ارتباطی برسی شود.
3. قابلیت اعتماد و دسترسی شبکه ارتباطی بررسی شود.
4. سازگاری محیط و سیستم‌های موجود با OSI و نوع‌های دیگر سیستم عامل شبکه نیز بررسی شود.
5. هزینه کابل، دستگاههای رابط( پل ها، روترها، دروازه ها) مودم ها، نصب و طراحی شبکه، توسعه و نگهداری نرم افزار کاربردی نیز مشخص شده باشد [44].
3-2-3- طراحی
فاز طراحی یکی از فازهای بزرگ چرخه زندگی سیستم است. در این فاز یکسری از مشخصه‌های داخلی و خارجی ارائه می‌شود. مشخصه‌های داخلی شامل تعیین اجزا کل شبکه و عملکرد آنها و مدلهای ساخت شبکه است. مشخصه‌های خارجی شامل زوایای دید کاربر وقتی که از شبکه استفاده می‌کند می‌باشد.
جهت برآوردن نیازهای شبکه باید آنها را به نیازهای ضروری و نیازهای مطلوب درجه بندی نمود. فاز طراحی طبق مراحل زیر دنبال می‌شود:
1. تعریف هدف نهایی جهت معماری شبکه و نیازهای ضروری.
2. تعیین سرویسهای کاربری مورد نیاز، توابع و رابطهای برنامه کاربردی.
3. تعیین سرویسهای کاربری مورد نیاز، توابع و رابطهای برنامه کاربردی.
4. تعیین عوامل موثر بر کارایی شبکه مانند: ظرفیت انتقال شبکه، روشهای دسترسی وسیله ارتباطی، نوع وسیله ارتباطی و مکانیزم ترمیم خطا.
5. طراحی معماری کل سیستم شبکه
6. طراحی سیستم مدیریت شبکه [44]
3-2-4- اجرا
در طی فاز اجرا، اجزای شبکه خریداری و نصب می‌شوند. این فاز را می‌توان به موارد زیر تقسیم نمود:
1. مالکیت نرم افزار و سخت افزار
2. نصب
3. تست
4. مستندسازی
در صورت اجرای یک شبکه جدید باید سیستم عامل مورد نیاز شبکه، نرم افزای کاربردی و مدیریتی و پروتکل‌های ارتباطی تهیه شوند.
تست کردن به روش مجتمع اجرا می‌شود یعنی سخت افزار و نرم افزار باید از لحاظ کاربردی تست شوند همچنین سعی در انجام پردازش‌هایی داریم که ترافیک شبکه را کاهش می‌دهند. با تست کردن یکپارچه که در فاز طراحی باید انجام شود از عملکرد صحیح همه قسمت‌های سیستم اطمینان حاصل می‌شود و باید روش کاملی باشد تا نتایج حاصله عملیات کل شبکه را در شرایط واقعی منعکس کند.
هرمرحله ای از فاز طراحی شبکه باید مستند شده و در فاز اجرا تکمیل شود. مستند باید شامل هر وضعیت شبکه از زمان آغاز تا اجرای نهایی باشد [44].
3-2-5- نگهداری و به روز رسانی
آخرین فاز از چرخه زندگی سیستم شبکه، نگهداری و بروز رسانی اجزای شبکه است. در طی دوره نگهداری و بروز رسانی، سیستم جهت نگهداری سطوح اجرایی و اصلاح مشکلات فعال و هماهنگ است [44].
3-3- تکنیک‌های دسترسی به شبکه1
تکنیک دسترسی یعنی روشی که توسط آن یک ایستگاه می‌تواند باس شبکه را در اختیار بگیرد و دیتا بگیرد یا بفرستد و به سه نوع زیر تقسیم می‌شود:
1. CSMA2
2. Token Pass
3. Master/Slave
تکنیک دسترسی یک پیکر بندی منطقی (Logic) است ونباید آن را با توپولوژی فیزیکی اشتباه



Copyright 2018. All rights reserved.

Posted آگوست 6, 2018 by 92 in category "مقالات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *