شبکه های صنعتی به منظور اشتراک گذاشتن اطلاعات، امکانات بین کنترلرها و تجهیزات استفاده می شود. شبکه های صنعتی برای ایجاد یک مسیر به منظور تبادل دیتا مورد استفاده قرار می گیرند و پروتکل های آن در یک شبکه روش کد دادن دیتا، شیوه ارسال و دریافت و سایر موارد را تعیین می کنند.
تا قبل از اینکه شبکه های صنعتی وارد شوند، کار انتقال اطلاعات با سیم کشی مستقیم از سنسور به کنترلر انجام می شد اما الان سیگنال های الکتریکی سنسور به دیتا تبدیل شده و سپس با کمک شبکه های صنعتی به کنترلر منتقل می گردند. بد نیست بدانید که معروف ترین شبکه های صنعتی، مدباس، پروفی باس و فیلدباس هستند که در این مقاله قصد داریم به بررسی تفاوت بین آنها بپردازیم.
پیشنهاد می کنیم برای اطلاع از قیمت انواع تجهیزات اتوماسیون صنعتی به سایت آزند اتوماسیون مراجعه کنید.
پروفی باس چیست؟
برای اینکه به درک کاملی از تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلد باس برسید لازم است در ابتدا بدانید که تعریف هر یک از آنها چیست و چه ویژگی هایی دارند، سپس با مقایسه این موارد پی به تفاوت آنها خواهیم برد. برای شروع به معرفی پروفی باس یا Process field bus می پردازیم.
پروفی باس (Profibus) پروتکل ارتباطی فیلدباس میدانی در تکنولوژی اتوماسیونی است و در اصل استاندارد ارتباطی است که مسیری پایدار و مطمئن برای انتقال داده ها در اتوماسیون صنعتی ایجاد می کنند. روش ارتباطی پروفی باس روشی بسیار مطمئن، سازگار پذیر، پایدار و ارزان قیمتی است که تقریبا در اتوماسیون صنعتی برای هر کاری استفاده می شود. با توجه به اینکه ساختار کاملا مشخص و استانداردی دارد، همه شرکت ها هم وارد حوزه ساخت آن می شوند و هم هنگام طراحی تجهیزات به تناسب آنها با این پروتکل دقت می کنند.
پروفی باس از نظر دسته بندی به سه دسته مجزا با قابلیت و کارایی متفاوت تقسیم بندی می شود:
- پروفی باس DP
- پروفی باس PA
- پروفی باس FMS
انواع پروفی باس که نام بردیم به ترتیب از بالا به پایین بیشترین کاربرد را دارند. در پروفی باس حالت Half Duplex داریم یعنی در لحظه چندین وسیله همزمان به پروفی باس متصل هستند ولی فقط یک ایستگاه امکان این را دارد که فرستنده باشد. شیوه انتقال سیگنال در پروفی باس به شکل فیزیکی و براساس اختلاف ولتاژ بین دو سیم است.
در شبکه پروفی باس کلیه اطلاعاتی که از سنسورهای غیر متمرکز در نقاط مختلف جمع آوری شده با کمک یک کابل دو رشته ای به اتاق کنترل می رود. انتقال اطلاعات، دیجیتالی است و در محیط های صنعتی و کارخانه ای که نویز از طریق کابل DP بسیار بالاست استفاده می شود. مهمترین عیب شبکه پروفی باس این است که انتقال اطلاعات بر بستر شبکه است و اگر نقصی در آن رخ دهد اطلاعات جمع آوری شده از بین خواهند رفت.
- شبکه پروفی باس PA یکی دیگر از کابل های بسیار پرکاربرد شبکه PA است. پروفی باس PA را باید نمونه پیشرفته مدل DP در نظر گرفت چون کلیه تجهیزاتی که به شبکه وصل هستند، مستقیما با خط ارتباطی Data تغذیه می شوند و امنیت بیشتری دارند.
در خصوص شبکه پروفی باس PA باید بدانید که لبه بالا رونده سیگنال جریانشان معرف بیت صفر است و لبه پایین رونده معرف بیت یک است. انتقال الکتریکی دیتاها نیز این گونه است که سطح یک جریان را بیشتر از 9Ma و سطح صفر را روی جریان اصلی باس مدوله می کنند.
- در شبکه پروفی باس FMS انتقال سیگنال ها مثل مدل DP است و می توانید همزمان با هم FMS و DP را در یک شبکه بگذارید. قبلا اینطور بود که از شبکه پروفی باس FMS در جایی استفاده می شود که حجم اطلاعات بالاست و به پردازش اطلاعات نیاز نداشته باشید. امروزه که شبکه های صنعتی گسترش زیادی پیدا کرده، کاربرد شبکه صنعتی با FMS محدودتر و کمتر شده است.
قسمت های سازنده کابل پروفی باس در شبکه
هر کابل پروفی باس از بخش های زیر تشکیل شده است:
- مغز مسی
- روکش مسی اطراف مغز کابل
- روکش سیلیکونی
- فویل ضد نویز
- شیلد محافظ
- روکش PVC
تمامی مواردی که نام برده شدند بخاطر نبود یا حذف نویز در این گونه کابل است. کابل های شبکه پروفی باس کلا دو رشته سیم دارد که برای انتقال اطلاعات استفاده می شود و بد نیست بدانید که داروی مدنظر باید زیر قیمت تعرفه رو مشخص کنم. بد نیست بدانید که انتقال و بررسی اطلاعات با کمک سیگنال های گفته شده در ولتاژ زیر 5 ولت انجام می شود.
مزایای شبکه پروفی باس
همانطور که گفته بودیم مزایای شبکه پروفی باس بسیار زیاد است و همین باعث کاربرد گسترده آن شده و در ادامه قصد داریم به چند نمونه خیلی مهم اشاره کنیم تا در انتخاب و بررسی تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلد باس به مشکل برخورد نکنیم.
- بخاطر واسطه های انتقال مثل کابل TP نویزپذیری کمی دارند
- با کمک روش های انتقال مثل RS485 پهنای باند وسیعی دارند
- با روش دسترسی TOKEN PASS تبادل دیتا پیوسته و بدون تداخل است
- با کابل کشی موازی هزینه های نصب و راه اندازی کاهش پیدا می کنند
- با سیستم های توزیع شده عیب یابی به سرعت انجام می شود
- توسعه سیستم به راحتی انجام می شود که بخاطر Open بودن سورس است
معایب شبکه پروفی باس
- سرعت در شبکه پروفی باس در حد مگابایت بر ثانیه است
- تقریبا هزینه خرید بالایی دارد
- افزایش دهنده طول پروفی باس قیمت زیادی دارد
فیلدباس چیست؟
بعد از معرفی پروفی باس به معرفی فیلدباس می پردازیم تا به شکل تخصصی تری بتوانیم تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلدباس را بررسی کنیم. فیلدباس یا Fieldbus که ایده آن با شبکه های محلی مشابه است اما کاملا متفاوت عمل می کند، پروتکل و شبکه ارتباطی دیگری در شبکه های صنعتی محسوب می شود.
تکنولوژی فیلدباس مثل شبکه های کامپیوتری محلی با کابل فیلدباس انجام می شود چون چندین سیستم از یک بستر ارتباطی کمک می گیرند. با این حال این کار باعث شده وقتی دو یا چندین داده به شکل همزمان وارد این بستر ارتباطی می شوند با یکدیگر برخورد کرده و نتوانند مقصد خود را پیدا کنند. در ادامه با بررسی مزایا و معایب فیلدباس بیشتر به تفاوت آن با پروفی باس پی خواهید برد.
ضمنا بد نیست بدانید که کابل های فیلدباس به انواع A، B، C و D تقسیم بندی می شوند. نوع A همان کابل های شیلددار تک زوج، نوع B کابل های شیلددار چند زوج، نوع C کابل های بدون شیلد چند زوج و نوع D هم کابل های شیلددار چند رشته ای هستند.
مزایای فیلدباس
- سرعت سیستم های فیلدباس در زمینه برنامه ریزی و نصب بالاست چون فقط از یک کابل ارتباطی استفاده شده و به نوبه خود هزینه سیم کشی هم کمتر می شود.
- به دلیل کوتاه شدن مسیرهای سیگنال، قابلیت اطمینان سیستم افزایش می یابد.
- محافظت در برابر مقدارهای آنالوگ در سیستم و کابل فیلدباس بیشتر است.
- فناوری اتصال یکپارچه و پروتکل استاندارد برای آن تعریف شده در نتیجه می توان برای تجهیزات تولیدکنندگان مختلف استفاده نمود.
- تغییرات و توسعه پذیری در سیستم شبکه ارتباطی فیلدباس سرعت بالایی دارد بنابراین با نیازهای جدید فورا سازگاری پیدا کرده و استفاده از آنها در آینده با مشکل روبرو نخواهد بود.
- فضای مورد نیاز برای نصب کم است
معایب فیلدباس
- برای کار با سیستم و شبکه فیلدباس به نیروی متخصص نیاز است
- هزینه اجرایی شبکه فیلدباس بالاست
تا اینجا با بررسی تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلدباس می توانیم به مقایسه دو شبکه ارتباطی پروفی باس و فیلدباس بپردازیم و پس از آن به معرفی مختصر و مفید مدباس خواهیم پرداخت.
در سیستم فیلدباس پیچیدگی کار زیاد است ولی چون فقط یک کابل ارتباطی وجود دارد، سرعت برنامه ریزی و نصب بالاتر رفته است. اما در سیستم پروفی باس برای اینکه هزینه های نصب و راه اندازی کاهش پیدا کند، باید کابل کشی موازی را حذف کرد.
در سیستم پروفی باس نویز خیلی کمی وجود دارد و پهنای باند بالاست پس تبادل اطلاعات مطمئن و بدون خطا انجام می شود. اما در سیستم و شبکه فیلدباس، کابل ها به گونه ای طراحی و ساخته شده اند که در برابر تداخلات مقدارهای آنالوگ محافظت بالایی وجود دارد.
از طرفی کار با سیستم فیدباس نیازمند نیروی متخصص و صرف هزینه های بالاست اما در پروفی باس اینگونه نیست. ضمنا از نظر نوع ارتباط پروفی باس برای ارتباط بین تجهیزات کنترل و مدیریت در سطح باز از سطح صفر تا 2 مناسب است که همان ارتباط بین کنترلرها، پی ال سی مثل پی ال سی دلتا و دستگاه های مدیریت محلی است. اما فیلدباس بیشتر برای ارتباط در سطح میدانی است و با دستگاه های میدانی مثل سنسورها، آکتواتورها و تجهیزات میدانی استفاده می شود.
کابل هایی که در شبکه پروفی باس استفاده می شوند چند رشته ای هستند که برای سیستم های کنترلی مرکزی فشرده بسیار مناسب است اما در فیلدباس از کابل های چند رشته ای اختصاصی با توجه به نیاز تجهیزات استفاده می شود.
مدباس چیست؟
در انتهای این مطلب برای بررسی تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلدباس به معرفی مختصر و مفید مدباس می پردازیم. شبکه مدباس پروتکل ارتباطی منبع باز یا اوپن سورسی است که ابتدا این پروتکل در پی ال سی ها استفاده شد و پس از آن به عنوان یک استاندارد ارتباطی پذیرفتند. بنابراین از این پروتکل ارتباطی به عنوان یک استاندارد باز برای محصولات مختلف استفاده کردند. سازندگان وسایل کوچک هم از این پروتکل با ارتباط RS232 و RS485 روی وسایل خود استفاده کردند تا بتوانند از آنها در پروژه های بزرگ بکار بگیرند.
شبکه ارتباطی مدباس کاربرد زیادی در محیط های صنعتی دارد که دلایل آن عبارتند از:
- توسعه و گسترش آن مخصوص کاربردهای صنعتی بوده است
- به شکل رایگان و Open Source عرضه شده است
- توسعه دادن آن ساده است
- امکان انتقال بدون محدودیت بیت و بایت ها برای تولید کنندگان دستگاه ها وجود دارد
به این نکته باید دقت کرد؛ با اینکه از لحاظ تئوری تا 250 دستگاه را می توان با مدباس بینشان ارتباط برقرار کرد ولی در عمل بیشتر از 20 دستگاه امکان پذیر نیست. ضمن شیوه عملکرد شبکه مدباس به صورت Master/Slave است یعنی یک دستگاه Master و مابقی Slave هستند و Master هر دستگاه Slave را با آدرس خود همان دستگاه فراخوانی کرده و Slave هم پاسخ می دهد.
پروتکل های مدباس هم انواع مختلفی دارند نظیر RTU، ASCII، TCP و Plus که هر یک ویژگی های خاص خودشان را دارند.
با وجود کاربردها و مزایایی که برای شبکه ارتباطی مدباس گفتیم محدودیت هایی هم وجود دارد که نقطه تمایز و تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلدباس محسوب می گردد. در ادامه به این محدودیت ها و معایب پرداخته ایم:
- ماکزیمم سرعت این شبکه حدود 0.1 مگابایت بر ثانیه است که در مقایسه با شبکه های ارتباطی امروزی که 100 مگابایت یا چند گیگابایت بر ثانیه سرعت دارند بسیار پایین است.
- با کمک RS232 فقط دو وسیله و با RS485 نهایتا 20 تا 30 وسیله می توانند با یکدیگر ارتباط بگیرند پس برای ارتباط دادن دستگاه های زیاد مناسب نیست یا ارتباطات پیچیده درختی لازم است
- ارتباطات در مدباس به شکل Master/Slave است یعنی روی یک باس فقط یک وسیله Master اجازه صحبت با Slave ها را دارد.
تفاوت مدباس و پروفی باس
مدباس پروتکلی بسیار ساده با کاربری راحت و سازگار با مودم است اما تنوع پروتکلی کمی دارد که برای کاربردهای چند منظوره مشکل ساز است. پروفی باس پروتکلی بسیار پیچیده است که برای اتوماسیون سازی کل کارخانجات و بخش های شرکت ها طراحی شده است بنابراین برای کاربردهای چند منظوره بسیار مناسب است.
اگر می خواهید یک کنترلر را به یک دستگاه هوشمند در یک کانفیگ نقطه به نقطه یا point-to-point وصل کنید یا قط یک مکان ریموت وجود دارد مدباس گزینه بهتری است. اما اگر چندین نقطه برای اتصال دارید که قطعات و دستگاه های متفاوتی دارند یا محیط و شرایط کاری خطرناک و حساس است، پروفی باس گزینه بهتری است.
سخن آخر
در این مقاله به بررسی تفاوت مدباس و پروفی باس و فیلدباس پرداختیم و تفاوت و کاربردهای هر یک را بررسی کردیم. در انتها باید بگوییم که هر کدام با توجه به ویژگی هایی که دارند کاربرد خاصی پیدا کرده اند و نمی توان بین آنها گزینه خوب و بد را مشخص کرد. مدباس، پروفی باس و فیلدباس را باید با توجه به نیاز صنایع و زمینه کاری و نوع قطعات مثل ماژول توسعه دلتا انتخاب کرد که تلاش کردیم با ذکر مزایا و معایب هر کدام و مقایسه تفصیلی و جامع در این تصمیم گیری به شما کمک کنیم.
