انواع بسترهای ارتباطی اتوماسیون صنعتی

چکیده

به طورکلی  اجزای یک سیستم اتوماسیون  را در لایه اول (پایین ترین لایه اتوماسیون)، می توان به سه بخش کلی تقسیم کرد. بخش اول سنسورها و یا تجهیزات اندازه گیری مثل سنسورهای دما، فشار، رطوبت و یا تجهیزات اندازه گیری مثل پاورمتر یا پاور آنالایزرها و… هستند. بخش دوم عملگرها هستند مثل پمپ های آب، شیرهای برقی، انواع موتورها، سیستم های روشنایی، سیستم های گرمایش و سرمایش و… . و بخش سوم پردازنده ها و یا کنترل کننده ها مثل انواع PLCها هستند. هر یک از این اجزا برای عملکرد مناسب و هماهنگ با کل سیستم اتوماسیون باید بتوانند با سایر اجزا بصورت یک شبکه پیوسته ارتباط برقرار کنند یا به عبارت دیگر بتوانند با سایر اجزا تبادل داده داشته باشند. در نتیجه می بایست یک بستر مناسب با رعایت تمامی استانداردها و ملاحظات بین آنها برقرار شود. در این مقاله قصد داریم راجع به دو مورد از رایج ترین بسترهای ارتباطی مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی توضیح بدهیم.

عناوین مهم این مقاله

پخش ویدیو

بستر RS-485

RS-485 یک بستر ارتباطی هست که برای ارتباط سریال بین اجزای مختلف سیستم اتوماسیون به کار می رود. این ارتباط میتواند بصورت point to point باشد یعنی تنها ارتباط بین دو دستگاه باشد و یا اینکه بصورت multi point باشد یعنی بیش از 2دستگاه بصورت شبکه باهم ارتباط برقرار کنند.

در بستر RS-485 ارتباط بین تجهیزات عموما بصورت Half-Duplex است یعنی امکان ارسال و دریافت داده بین تجهیزات بصورت دو طرفه برقرار هست ولی در یک زمان فقط یک دستگاه قادر به ارسال داده هست ولی امکان پیاده سازی بصورت Full-duplex هم برای کاربردهای خاص می باشد، و تحت حالت Full-Duplex تجهیزات بصورت همزمان می توانند تبادل داده داشته باشند. حالت Full-Duplex بدلیل هزینه بالا و پیاده سازی نسبتا پیچیده تر به ندرت استفاده می شود.

بستر RS-485  از یک جفت سیم در هم تنیده (twisted pair) بصورت تفاضلی که با نام های A و B شناخته می شوند استفاده میکند و دلیل تفاضلی بودن و همچینین در هم تنیده شدن این دو سیم، حذف نویزهای الکترومغناطیسی هست. همچنین برای کاهش نویزهای مغناطیسی از شیلدهای مناسب هم به دور سیم ها استفاده می کنند.

بستر Ethernet صنعتی

بستر اترنت که خیلی به گوش ما آشنا هست و علاوه بر کاربردهای فراوانی که در صنایع داره، در منازل، اداره ها و سایر مراکز غیر صنعتی هم به وفور دیده می شود. اترنت از یک تکنولوژی برای شبکه کردن نود های مختلف چه به صورت محلی که با نام LAN شناخته میشود و چه بصورت گسترده و وسیع تر که با نام WAN شناخته می شود استفاده می کند. این بستر ارتباطی بدلیل مزیت های بسیار زیادی که داره، به یکی از پرکاربرد ترین بسترهای ارتباطی در صنایع تبدیل شده است. اولین ویژگی این بستر سرعت انتقال داده هست که تا 10Gbps  برای کابل های مسی و تا 100Gbps برای کابل های فیبر نوری می باشد ونسبت به بستر RS-485 سرعت انتقال داده خیلی بیشتری دارد. دومین ویژگی مهم آن این است که محدودیتی برای تعداد تجهیزات و دستگاه های متصل شده به یک شبکه را ندارد. ماکزیمم طول بستراترنت به سرعت انتقال داده و نوع کابل ارتباطی بستگی دارد. از کابل های رایج که برای بستر اترنت استفاده می شوند می توان به  کابل های Cat 5e،Cat 6  ، Cat6a Cat 7 اشاره کرد. در داخل هر یک از این کابل ها 4 جفت سیم در هم تنیده(twisted pair)، با رنگ های استاندارد قرار دارند. این کابل ها در ضخامت مس به کار رفته، شیلدهای داخل کابل، ماکزیمم سرعت انتقال داده و ماکزیمم پهنای باند تفاوت دارند و هر چه شماره کابل بیشتر شود، ویژگی های کابل بهتر می شود. بعنوان مثال برای طول 100 متر، کابل Cat 5e  دارای حداکثر سرعت 1000Mbps می باشد و کابل Cat 7 دارای حداکثر سرعت 10Gbps می باشد. حداکثر طول بستر اترنت که ماکزیمم سرعت و قابلیت اطمینان بالا را تضمین میکند بصورت استاندارد 100 متر میباشد و در صورتی که بخواهیم طول بستر را زیادتر کنیم میبایست از سوئیچ های مناسب استفاده نماییم. از پروتکل های رایجی که برروی بستر اترنت صنعتی پیاده سازی می شوند می توان به پروتکل های Ethernet/IP ، Profinet و Modbus-TCP/IP اشاره کرد.

تفاوت اترنت و اترنت صنعتی

اترنت صنعتی از تمامی استانداردها و زیرساخت های اترنت استفاده می کند ولی  با 2 تفاوت: 1. بستر اترنت صنعتی برای محیط های پرنویز و آلوده صنعتی طراحی شده است. یعنی کابل مورد استفاده باید به لحاظ عایقی و شیلدینگ با محیط های نویزی و آلوده صنعتی سازگار باشند. 2. تبادل داده در اترنت صنعتی حتما بصورت real-time می باشد. بدین معنی که به در خواست ها، در لحظه و بدون تاخیر پاسخ داده شود.

جمع بندی

در این مقاله راجع به دو مورد از رایج ترین بسترهای ارتباطی که در اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند، توضیح دادیم. با توجه به مطالب گفته شده می توان گفت از مزایای بستر RS-485، قیمت مناسب و پیاده سازی نسبتا ساده آن می باشد و از معایب آن می توان به محدودیت تعداد نودهای متصل به شبکه و محدودیت سرعت انتقال داده و طول بستر ارتباطی اشاره کرد. از مزایای بستر اترنت می توان به سرعت انتقال داده و پهنای باند خیلی بالا و نبود محدودیت تعداد نودهای متصل به شبکه اشاره کرد و از معایب آن هم میتوان به هزینه بالا و پیاده سازی نسبتا پیچیده آن اشاره کرد.

مراجع

IEEE 802.3

The RS-485 Design Guide, TEXAS INSTRUMENTS

دیدگاه‌ خود را بنویسید

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

پیمایش به بالا