روش های طبقه بندی برای اتوبوس های PLC

I. مقدمه

در زمینه اتوماسیون صنعتی، اتوبوس های PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) نقش بسیار مهمی دارند. آنها به عنوان پیوند اتصال PLC ها به دستگاه ها، حسگرها و محرک های مختلف عمل می کنند و انتقال دقیق و کارآمد اطلاعات را تضمین می کنند. با پیشرفت مداوم فناوری اتوماسیون صنعتی، اتوبوس های PLC به تدریج برای پاسخگویی به خواسته های سناریوهای مختلف کاربردی متنوع شده اند. این مقاله یک نمای کلی از روش‌های طبقه‌بندی باس PLC را ارائه می‌کند که با مطالعات موردی عملی و تجزیه و تحلیل داده‌ها تکمیل شده است.

II. بررسی اجمالی طبقه بندی اتوبوس PLC

گذرگاه‌های PLC را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد که در درجه اول شامل نرخ انتقال، رسانه انتقال، پروتکل ارتباطی، روش انتقال و پروتکل لایه کاربردی می‌شود. هر روش طبقه بندی در زیر توضیح داده شده است.

طبقه بندی بر اساس نرخ انتقال

بر اساس سرعت انتقال، اتوبوس‌های PLC را می‌توان به -اتوبوس‌های پرسرعت و اتوبوس‌های کم سرعت- طبقه‌بندی کرد.

(1)-اتوبوس سرعت بالا: معمولاً برای انتقال-داده‌ها و فرمان‌های کنترلی در زمان واقعی استفاده می‌شود،-اتوبوس‌های پرسرعت با نرخ‌های انتقال بالا کار می‌کنند و برای سناریوهایی که نیاز به واکنش سریع دارند مناسب هستند. به عنوان مثال، گذرگاه EtherCAT یک گذرگاه سریع-نماینده با سرعت انتقال داده تا 100 مگابیت بر ثانیه است. عملکرد و همگام سازی در زمان واقعی استثنایی را ارائه می دهد، و به طور گسترده در کنترل رباتیک، خطوط تولید با سرعت بالا-و زمینه های مشابه مورد استفاده قرار می گیرد.

(2) اتوبوس‌های کم‌سرعت-: اتوبوس‌های کم‌سرعت معمولاً برای انتقال داده‌های معمول با نرخ‌های انتقال پایین‌تر استفاده می‌شوند و آنها را برای سناریوهایی که نیاز به تبادل گسترده داده دارند مناسب می‌سازد. به عنوان مثال، باس RS{5}}485 یک گذرگاه معمولی کم سرعت با نرخ انتقال معمولاً کمتر از 10 مگابیت بر ثانیه است. فواصل انتقال طولانی و مقاومت تداخل قوی را ارائه می دهد و کاربرد گسترده ای در تنظیمات مختلف صنعتی پیدا می کند.

طبقه بندی بر اساس رسانه انتقال

بر اساس رسانه انتقال، اتوبوس های PLC را می توان به اتوبوس های سیمی، اتوبوس های بی سیم و اتوبوس های هیبریدی طبقه بندی کرد.

(1) اتوبوس های سیمی: اتوبوس های سیمی دستگاه های PLC را از طریق کابل متصل می کنند. نمونه های رایج عبارتند از RS-485 و EtherCAT. اتوبوس های سیمی انتقال پایدار و قابلیت اطمینان بالا را ارائه می دهند اما شامل کابل کشی پیچیده و هزینه های بالاتر می شوند.

(2) اتوبوس بی سیم: اتوبوس های بی سیم نیاز به اتصالات کابلی را از بین می برند و ارتباط بین PLC ها را از طریق انتقال بی سیم امکان پذیر می کنند. اتوبوس‌های بی‌سیم رایج عبارتند از Profibus{2}}DP و Profinet. اتوبوس‌های بی‌سیم کابل‌کشی انعطاف‌پذیر و هزینه‌های کمتری را ارائه می‌کنند، اما نسبت به عوامل محیطی حساس‌تر هستند و در نتیجه پایداری انتقال نسبتاً ضعیف‌تری دارند.

(3) اتوبوس هیبریدی: اتوبوس های هیبریدی مزایای هر دو روش انتقال سیمی و بی سیم را با هم ترکیب می کنند و اتصالات سیمی و ارتباطات بی سیم را در بر می گیرند. اتوبوس‌های هیبریدی متداول شامل CC{2}}لینک هستند. اتوبوس‌های هیبریدی می‌توانند به‌طور انعطاف‌پذیر روش‌های انتقال سیمی یا بی‌سیم را بر اساس الزامات سناریوی کاربردی واقعی انتخاب کنند و به انتقال داده‌های کارآمد و پایدار دست یابند.

طبقه بندی بر اساس پروتکل ارتباطی

بر اساس پروتکل های ارتباطی مختلف، اتوبوس های PLC را می توان به فیلدباس، اترنت صنعتی و شبکه های صنعتی بی سیم دسته بندی کرد.

(1) Fieldbus: فیلدباس هایی مانند Profibus، Modbus و CAN در درجه اول ارتباط بین دستگاه های میدانی را تسهیل می کنند. آنها با فواصل انتقال کوتاه و نرخ داده متوسط ​​مشخص می شوند، آنها برای تبادل{2} زمان واقعی و کنترل بین تجهیزات میدانی مناسب هستند.

(2) اترنت صنعتی: پروتکل‌های اترنت صنعتی مانند EtherNet/IP، Profinet و EtherCAT مبتنی بر فناوری اترنت هستند که برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا و حجم زیاد-طراحی شده‌اند. اترنت صنعتی مزایایی مانند نرخ انتقال بالا، فواصل انتقال طولانی و سازگاری عالی را ارائه می دهد که باعث می شود به طور گسترده ای برای یکپارچه سازی و اتصال در سیستم های اتوماسیون صنعتی استفاده شود.

(3) شبکه های صنعتی بی سیم: شبکه های صنعتی بی سیم مانند WirelessHART و ISA100 برای محیط های صنعتی که نیاز به ارتباطات بی سیم دارند مناسب هستند. آنها مزایایی مانند کابل کشی انعطاف پذیر، هزینه کم و مقیاس پذیری آسان را ارائه می دهند، اگرچه ثبات و امنیت انتقال نیاز به توجه ویژه دارد.

طبقه بندی بر اساس روش انتقال

بر اساس روش‌های انتقال، اتوبوس‌های PLC را می‌توان به گذرگاه‌های سریال و اتوبوس‌های موازی دسته‌بندی کرد.

(1) گذرگاه سریال: گذرگاه های سریال مانند RS-232 و RS-485 داده ها را از طریق ارتباط سریال منتقل می کنند. آنها ساختار ساده و هزینه کم دارند اما نرخ انتقال نسبتاً پایینی را ارائه می دهند.

(2) گذرگاه موازی: گذرگاه های موازی، مانند GPIB، داده ها را از طریق ارتباط موازی منتقل می کنند. آنها نرخ انتقال و کارایی بالایی را ارائه می دهند اما ساختارهای پیچیده و هزینه های بالاتری دارند.

طبقه بندی بر اساس پروتکل لایه کاربردی

بر اساس پروتکل های لایه کاربردی، گذرگاه های PLC را می توان به پروتکل های لایه کنترل و پروتکل های لایه دستگاه طبقه بندی کرد.

(1) پروتکل های لایه کنترل: پروتکل های لایه کنترل مانند PLCopen و CIP بر ارتباطات و کنترل داده ها بین کنترل کننده های PLC تمرکز دارند. آنها ارتباط کارآمد و قابل اعتماد بین PLCها و بین PLCها و سایر دستگاههای کنترل را تضمین می کنند.

(2) پروتکل‌های لایه دستگاه: پروتکل‌های لایه دستگاه مانند DeviceNet و AS{1}}i اساساً ارتباط بین PLC و دستگاه‌های میدانی را تسهیل می‌کنند. پروتکل‌های{3}}سطح دستگاه تضمین می‌کنند که PLC‌ها می‌توانند به‌طور دقیق و در زمان واقعی داده‌ها و اطلاعات وضعیت را از دستگاه‌های صحرایی به دست آورند و کنترل دقیقی را بر روی این دستگاه‌ها ممکن می‌سازند.

III. موارد کاربردی طبقه بندی اتوبوس PLC

برای نشان دادن سناریوهای کاربردی و مزایای طبقه‌بندی باس PLC به طور دقیق‌تر، چندین مورد عملی در زیر تحلیل می‌شوند.

(1) مورد برنامه اتوبوس سرعت بالا-

در خطوط تولید با سرعت بالا، اتوبوس EtherCAT به دلیل نرخ انتقال فوق‌العاده بالا و قابلیت‌های زمان واقعی-به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک خط تولید مهر زنی در یک کارخانه تولید خودرو را در نظر بگیرید، جایی که کنترل دقیق پرس های مهر زنی متعدد برای اطمینان از دقت ماشینکاری و کارایی تولید ضروری است. با استفاده از گذرگاه EtherCAT، کنترل‌کننده‌های پرس می‌توانند-داده‌های زمان واقعی را از حسگرهای مختلف در خط تولید-مانند موقعیت، سرعت و فشار{6}}به‌دست آورند که امکان کنترل دقیق پرس‌ها را فراهم می‌کند. سرعت انتقال باس EtherCAT تا 100 مگابیت بر ثانیه، عملکرد و دقت زمان واقعی داده‌ها را تضمین می‌کند و به کل خط تولید اجازه می‌دهد کارآمد و پایدار باشد.

(2) مورد برنامه اتوبوس بی سیم

در عملیات معدن، زمین های پیچیده و محیط های خشن نصب و نگهداری خطوط ارتباطی سیمی را بسیار پرهزینه می کند. در نتیجه اتوبوس های بی سیم راه حل ایده آلی را ارائه می دهند. یک سیستم نظارتی برای تجهیزات معدن در یک معدن بزرگ در نظر بگیرید. این سیستم با استفاده از فناوری گذرگاه بی سیم WirelessHART، نظارت{3}}در زمان واقعی و کنترل از راه دور تجهیزات استخراج را امکان پذیر می کند. WirelessHART مزایایی مانند فواصل انتقال طولانی، مقاومت در برابر تداخل قوی و مقیاس پذیری آسان را ارائه می دهد. این سیستم نظارت را قادر می‌سازد تا کل منطقه استخراج را تحت پوشش قرار دهد و وضعیت عملیاتی و داده‌های واقعی-از همه تجهیزات استخراج را ضبط کند. این نه تنها ایمنی معدن و راندمان تولید را افزایش می دهد، بلکه هزینه های نگهداری را نیز کاهش می دهد.

(3) مورد کاربرد اتوبوس هیبریدی

CC-فناوری باس هیبریدی لینک کاربرد گسترده ای در سیستم های انبارداری هوشمند پیدا می کند. این سیستم ها باید به طور همزمان مقادیر زیادی از داده ها و دستورات کنترلی را پردازش کنند، از جمله ورودی کالا، عملیات خروجی و تنظیمات مکان ذخیره سازی. با استفاده از فناوری CC{3}}Link Hybrid Bus، این سیستم‌ها روش‌های ارتباطی سیمی و بی‌سیم را یکپارچه می‌کنند. این رویکرد انتقال داده های پایدار و قابل اعتماد را تضمین می کند و در عین حال انعطاف پذیری و مقیاس پذیری سیستم را افزایش می دهد. CC{6}}Link Hybrid Bus همچنین از پروتکل‌های ارتباطی متعدد و روش‌های دسترسی به دستگاه پشتیبانی می‌کند و امکان سازگاری با تجهیزات و حسگرهای مختلف را فراهم می‌کند.

(4) Fieldbus Application Case

در اتوماسیون صنعتی، فناوری های فیلدباس مانند Profibus و CAN bus به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. یک خط تولید خودکار در کارخانه فرآوری مواد غذایی را در نظر بگیرید که از فناوری فیلدباس Profibus برای دستیابی به نظارت و کنترل{1} زمان واقعی در تمام مراحل تولید استفاده می کند. Profibus فواصل انتقال متوسط ​​و نرخ داده های پایدار را ارائه می دهد که آن را برای ارتباط داده و کنترل بین دستگاه های میدانی ایده آل می کند. از طریق گذرگاه Profibus، کنترل‌کننده خط تولید می‌تواند وضعیت{4}زمان عملیاتی و داده‌های هر دستگاه را در زمان واقعی به دست آورد و از این طریق به کنترل و مدیریت دقیق کل فرآیند تولید دست یابد.

به طور خلاصه، طبقه‌بندی و موارد کاربرد اتوبوس‌های PLC، تنوع و انعطاف‌پذیری فناوری اتوماسیون صنعتی را نشان می‌دهد. فن‌آوری‌های مختلف اتوبوس با سناریوها و الزامات کاربردی متفاوت مطابقت دارند. با انتخاب تکنولوژی اتوبوس مناسب می توان به کنترل و مدیریت دقیق سیستم های اتوماسیون صنعتی دست یافت و کارایی و ایمنی تولید را افزایش داد.