I. مقدمه
با پیشرفت مداوم فناوری اتوماسیون صنعتی، فیلدباس به عنوان یک فناوری ارتباطی حیاتی که به طور گسترده در سیستم های اتوماسیون صنعتی پذیرفته شده است، ظهور کرده است. فیلدباس با اتصال چندین دستگاه از طریق یک باس واحد، تبادل داده و ارتباط بین دستگاهها را تسهیل میکند و در نتیجه قابلیت اطمینان و انعطافپذیری سیستم را افزایش میدهد. این مقاله یک نمای کلی از اصول و اجزای فیلدباس ارائه میکند و هدف آن ارائه درک جامعی از این فناوری به خوانندگان است.
II. اصول فیلدباس
Fieldbus یک پروتکل ارتباطی سریال برای انتقال داده است که از طریق مراحل کلیدی زیر عمل می کند:
اتصال اتوبوس:فیلدباس چندین دستگاه را از طریق یک گذرگاه واحد برای تشکیل یک شبکه به هم پیوند می دهد. در این شبکه، به هر دستگاه یک آدرس منحصر به فرد برای شناسایی دقیق در حین انتقال داده اختصاص داده می شود.
انتقال داده ها:دستگاه فرستنده داده ها را در فریم ها بسته بندی می کند و آنها را از طریق اتوبوس به دستگاه دریافت کننده ارسال می کند. هر فریم داده حاوی آدرس دستگاه، محتوای داده و جمع کنترل است.
تشخیص آدرس:پس از دریافت یک قاب داده، دستگاه دریافت کننده ابتدا آدرس درون آن را شناسایی می کند. اگر آدرس دستگاه دریافت کننده با آدرس مقصد در قاب داده مطابقت داشته باشد، داده ها را می خواند. در غیر این صورت، آن را نادیده می گیرد.
تایید داده ها:برای اطمینان از قابلیت اطمینان انتقال، فیلدباسها معمولاً از مکانیسمهای تأییدی مانند بررسی افزونگی چرخهای (CRC) استفاده میکنند. قبل از ارسال یک قاب داده، دستگاه فرستنده با تأیید داده ها یک جمع کنترل تولید می کند و این جمع کنترلی را به فریم اضافه می کند. با دریافت قاب داده، دستگاه دریافت کننده داده های دریافتی را تأیید می کند. اگر تأیید ناموفق باشد، نشان دهنده یک خطای انتقال است که نیاز به ارسال مجدد دارد.
تشخیص برخورد:برای جلوگیری از درگیری های ناشی از چندین دستگاه که به طور همزمان ارسال می شوند، سیستم های فیلدباس از مکانیسم های تشخیص برخورد استفاده می کنند. هنگامی که دو یا چند دستگاه به طور همزمان داده ها را ارسال می کنند، تغییرات ولتاژ یا جریان در باس رخ می دهد. دستگاههای تشخیص این تغییرات را حس میکنند و به دستگاههای مربوطه اطلاع میدهند تا انتقال را متوقف کنند و در نتیجه از برخورد دادهها جلوگیری کنند.
از طریق این مراحل، سیستم های فیلدباس امکان تبادل داده و ارتباط بین دستگاه ها را فراهم می کند و قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری سیستم را افزایش می دهد.
III. ترکیب سیستم های فیلدباس
سیستم های فیلدباس معمولاً از دو جزء اصلی تشکیل می شوند: سخت افزار و نرم افزار.
قطعات سخت افزاری
(1) کابل ارتباطی (کابل اتوبوس):کابل ارتباطی به عنوان پیوندی عمل می کند که تمام دستگاه های موجود در سیستم فیلدباس را به هم متصل می کند که وظیفه انتقال و ارتباطات را بر عهده دارد. معمولاً از کابل جفت پیچ خورده، کابل کواکسیال، یا مواد فیبر نوری ساخته میشود تا فواصل و سرعتهای انتقال مختلف را در خود جای دهد.
(2) دستگاه های اتوبوس (گره ها، ایستگاه ها):دستگاه های اتوبوس واحدهای اساسی سیستم فیلدباس هستند، از جمله ایستگاه های اصلی و ایستگاه های برده. ایستگاههای اصلی معمولاً دارای عملکردهای کنترل و مدیریت هستند که مسئول ارسال دادهها و دستورات به ایستگاههای برده هستند. ایستگاه های برده داده ها و دستورات را از ایستگاه اصلی دریافت می کنند و عملیات مربوطه را اجرا می کنند. به هر دستگاه اتوبوس یک آدرس منحصربهفرد اختصاص داده میشود تا شناسایی دقیق را در حین انتقال دادهها فعال کند.
(3) ماژول های رابط:ماژولهای رابط اجزای حیاتی در سیستمهای فیلدباس هستند که دستگاههای باس را به خطوط ارتباطی متصل میکنند تا انتقال و ارتباط داده را فعال کنند. آنها معمولاً شامل فرستنده ها، گیرنده ها، ماژول های منبع تغذیه و سایر عناصر برای اطمینان از پایداری و قابلیت اطمینان داده ها در طول انتقال هستند.
اجزای نرم افزار
(1) پروتکل های ارتباطی:پروتکلهای ارتباطی لایه نرمافزاری سیستمهای فیلدباس را تشکیل میدهند که نحوه تبادل دادهها و ارتباط دستگاهها را تعریف میکنند. پروتکل های ارتباطی به طور کلی شامل هفت لایه هستند: لایه فیزیکی، لایه پیوند داده، لایه شبکه، لایه انتقال، لایه جلسه، لایه ارائه و لایه برنامه. هر لایه عملکردها و وظایف خاصی را انجام می دهد.
(2) درایورهای دستگاه:درایورهای دستگاه، برنامه های نرم افزاری در سیستم های فیلدباس هستند که دستگاه های اتوبوس را کنترل و مدیریت می کنند. آنها معمولاً با دستگاههای گذرگاه خاص و پروتکلهای ارتباطی، انجام وظایفی مانند مقداردهی اولیه دستگاه، عملیات خواندن/نوشتن دادهها و مدیریت خطا مرتبط هستند.
(3) نرم افزار مدیریت شبکه:نرم افزار مدیریت شبکه نرم افزاری است که برای مدیریت و نگهداری کل سیستم فیلدباس استفاده می شود. معمولاً شامل عملکردهایی مانند پیکربندی شبکه، تشخیص خطا و نظارت بر عملکرد است که به کاربران کمک می کند تا سیستم فیلدباس را بهتر مدیریت و نگهداری کنند.
IV. خلاصه
فیلدباس به عنوان یک فناوری ارتباطی حیاتی، نقش مهمی در سیستم های اتوماسیون صنعتی ایفا می کند. فیلدباس با اتصال چندین دستگاه از طریق یک گذرگاه برای تبادل داده و ارتباط، قابلیت اطمینان و انعطاف سیستم را افزایش می دهد. سیستم فیلد باس از دو جزء اصلی تشکیل شده است: سخت افزار و نرم افزار. این سخت افزار شامل کابل های ارتباطی، دستگاه های اتوبوس و ماژول های رابط است، در حالی که نرم افزار شامل پروتکل های ارتباطی، درایورهای دستگاه و نرم افزار مدیریت شبکه است. این عناصر با هم، معماری کامل یک سیستم فیلدباس را تشکیل می دهند.