همانطور که سطح اتوماسیون صنعتی همچنان در حال افزایش است، اهمیت فناوری اتوبوس صنعتی به طور فزاینده ای آشکار شده است. اتوبوسهای صنعتی بهعنوان یکی از فناوریهای اصلی در بخش صنعتی، نقشی حیاتی در برقراری ارتباط کارآمد و تبادل داده بین دستگاهها ایفا میکنند. اتوبوس صنعتی به مجموعه ای از خطوط سیگنال مشترک که برای انتقال اطلاعات و تسهیل ارتباط بین ماژول ها استفاده می شود، اطلاق می شود. تحت کنترل یک دستگاه اصلی، به عنوان مسیری برای انتقال اطلاعات به یک دستگاه گیرنده خاص عمل می کند.
اتوبوسها را میتوان بر اساس مکانشان به اتوبوسهای خارجی، اتوبوسهای داخلی و اتوبوسهای تراشهدار- طبقهبندی کرد. اتوبوس های خارجی رایج عبارتند از RS-232، RS-485، USB و CAN (شکل 1). اتوبوس های داخلی رایج شامل HT، I²C، و SPI هستند (شکل 2). و گذرگاه های سیستم رایج شامل گذرگاه های داده، گذرگاه های کنترل و گذرگاه های آدرس می باشد.
اتوبوس خارجی
اتوبوس داخلی
اتوبوس های صنعتی معمولی
اتوبوس CAN
CAN (شبکه منطقه کنترل کننده) یک پروتکل ارتباطی سریال است که توسط ISO استاندارد شده است. گذرگاه CAN یک پروتکل ارتباطی سریال داده است که توسط بوش آلمان در اوایل دهه 1980 برای تسهیل تبادل داده در میان سیستمهای کنترل و آزمایش متعدد در خودروهای مدرن توسعه یافت. این یک گذرگاه چند-است که میتواند از کابل جفت پیچ خورده-، کابل کواکسیال یا فیبر نوری به عنوان رسانه ارتباطی استفاده کند. حداکثر سرعت ارتباط می تواند به 1 مگابیت در ثانیه برسد.
اتوبوس EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) یک پروتکل ارتباطی اترنت صنعتی با کارایی بالا-است که به طور خاص برای سیستمهای کنترل صنعتی{1} زمان واقعی طراحی شده است. این استاندارد در سال 2003 توسط Beckhoff Automation آلمان معرفی شد و یک استاندارد بین المللی باز است.
در یک شبکه EtherCAT، داده ها از طریق توپولوژی شبکه حلقه ای یا خطی منتقل می شوند. هر دستگاه برده داده های مورد نیاز خود را می خواند و سپس بلافاصله بسته داده را به برده بعدی ارسال می کند. این فرآیند "پردازش در پرواز" نامیده می شود.
اتوبوس ProfiNet
ProfiNet یک سیستم ارتباطی پیشرفته است که از اتوماسیون توزیع شده پشتیبانی می کند که توسط زیمنس و انجمن کاربران ProfiBus توسعه یافته است. ProfiNet=ProfiBus + Ethernet; این معماری استاد-ProfiBus را با اترنت تطبیق میدهد و یک استاندارد اتوبوس اتوماسیون مبتنی بر فناوری اترنت صنعتی است. این نه تنها از توپولوژی های مختلف پشتیبانی می کند، یکپارچه سازی و گسترش سیستم را تسهیل می کند، بلکه با رابط ها و پروتکل های اترنت موجود نیز سازگار است. نه تنها کنترل واقعی خطوط تولید را فعال میکند، بلکه خدمات داده را از طریق TCP به وب و ابر ارائه میکند.
اتوبوس مدباس
پروتکل ارتباطی Modbus توسط Modicon در سال 1979 اختراع شد و یکی از اولین پروتکل های اتوبوس مورد استفاده در تنظیمات صنعتی بود. چندین نسخه از پروتکل ارتباطی Modbus وجود دارد که Modbus RTU، Modbus ASCII و Modbus TCP بیشترین استفاده را دارند.
ملاحظات
برای برآوردن نیازهای مختلف سناریوهای کاربردی مختلف، عوامل زیر باید روشن شوند:
① الزامات به موقع: اتوبوس صنعتی با{0}}قابلیت انتقال با سرعت بالا بر اساس الزامات به موقع برای انتقال اطلاعات در طول فرآیند تولید انتخاب کنید. برخی از اتوبوسهای صنعتی پرسرعت رایج عبارتند از EtherCAT، Profinet، و EtherNet/IP. این اتوبوس ها دارای تأخیر کم و پهنای باند بالا هستند که آنها را برای سناریوهایی با سرعت ارتباط بالا مناسب می کند.
② حجم داده و{0}}الزامات زمان واقعی: انتخاب یک گذرگاه صنعتی مناسب نیازمند در نظر گرفتن حجم داده و زمان واقعی-است. برخی از گذرگاهها، مانند CAN و DeviceNet، برای سناریوهایی با حجم دادههای کم و نیازمندیهای زمان واقعی کم مناسب هستند، در حالی که Modbus و ProfiBus برای سناریوهایی با حجم دادههای متوسط و نیازمندیهای{4}زمان واقعی بالاتر مناسب هستند.
③ قابلیت اطمینان و تحمل خطا: خطرات بالقوه در محیط های صنعتی مانند تداخل و خرابی تجهیزات را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، گذرگاه ControlNet قابلیتهای قابل تحمل خطا- قوی را ارائه میکند که آن را برای سناریوهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا دارند، مناسب میسازد. علاوه بر این، اتوبوسهای خاصی مانند EtherCAT و ProfiNet دارای قابلیتهای تشخیص خودکار و خود{3}}ترمیمی هستند که ارتباط قابل اعتماد را تضمین میکنند.
④ انعطاف پذیری و قابلیت همکاری: اینکه آیا سیستم نیاز به برقراری ارتباط با چندین دستگاه و تجهیزات از سازندگان مختلف دارد یا خیر، عامل دیگری است که باید در نظر گرفته شود. برخی از اتوبوسهای صنعتی، مانند Modbus و OPC UA، قابلیت همکاری و سازگاری بسیار خوبی با دستگاه ارائه میدهند، و آنها را برای سناریوهایی که نیاز به ارتباط با چندین دستگاه دارند مناسب-میکنند.
مراحل فرآیند
قبل از انتخاب یک اتوبوس صنعتی مناسب، توصیه می شود مراحل زیر را دنبال کنید:
① تجزیه و تحلیل نیازمندی ها: فرآیند تولید، تجهیزات مورد نیاز و سایر نیازهای خاص را به طور کامل در نظر بگیرید تا ویژگی های خاص مورد نیاز اتوبوس صنعتی را روشن کنید.
② تحقیقات بازار: درک دقیقی از ویژگی ها، سناریوهای کاربردی، سهم بازار و هزینه های اتوبوس های صنعتی مختلف به دست آورید. اطلاعات را می توان با خواندن گزارش های مربوطه، حضور در نمایشگاه های صنعتی و مشاوره با متخصصان به دست آورد.
③ ارزیابی فروشنده: تماس با تامین کنندگان مختلف اتوبوس صنعتی به شما کمک می کند عملکرد، پشتیبانی فنی و سایر خدمات ارائه شده توسط هر کدام را بهتر درک کنید.
④ اعتبار سنجی فنی: از طریق اعتبارسنجی و آزمایش عملی، عملکرد و قابلیت اطمینان اتوبوس های صنعتی مختلف را در سیستم (بر اساس معیارهایی مانند چرخه انتقال اتوبوس، سیکل ساعت، فرکانس کاری و پهنای باند گذرگاه) مقایسه کنید تا راه حل بهینه انتخاب شود.
نکات قابل توجه
پس از انتخاب یک اتوبار صنعتی مناسب به نکات زیر توجه کنید:
① سازگاری دستگاه: اطمینان حاصل کنید که دستگاه ها با اتوبوس صنعتی انتخاب شده سازگار هستند و از پروتکل های ارتباطی مربوطه پشتیبانی می کنند.
② توپولوژی: یک توپولوژی اتوبوس مناسب-مانند اتوبوس، ستاره، درخت یا حلقه-بر اساس نیازهای سیستم انتخاب کنید.
③ تعمیر و نگهداری کارآمد: روش های تعمیر و نگهداری و عیب یابی اتوبوس صنعتی را درک کنید و شبکه اتوبوس صنعتی را به طور مناسب برنامه ریزی و مدیریت کنید تا از ارتباطات پایدار و قابل اطمینان اطمینان حاصل کنید.
در نهایت، هنگام انتخاب اتوبوس صنعتی، برنامه ریزی بلندمدت و مقیاس پذیری-را در نظر بگیرید تا از تعویض و ارتقاء مکرر خودداری کنید.