I. مقدمه
در اتوماسیون صنعتی، تولید هوشمند، تجهیزات پزشکی و بسیاری از زمینههای دیگر، کنترلکننده فیلدباس به عنوان یک دستگاه کلیدی برای جمعآوری و پردازش دادهها نقشی محوری دارد. نه تنها مستقیماً در کنترل دستگاههای میدانی شرکت میکند، بلکه دادههای{1}}وضعیت عملیاتی در زمان واقعی را از این دستگاهها جمعآوری میکند و دادهها را با استفاده از الگوریتمهای خاص پیش پردازش میکند تا از دقت و قابلیت اطمینان آن اطمینان حاصل کند. این مقاله به تفصیل کارکردها و کاربردهای دستگاه های میدانی را در جمع آوری داده ها، پردازش، و بازخورد به رایانه میزبان بررسی می کند و تجزیه و تحلیل عمیقی از نقش مهم آنها در زمینه اتوماسیون صنعتی انجام می دهد.
II. تعریف و عملکرد دستگاه های میدانی
دستگاه صحرایی معمولاً به دستگاه یا سیستمی اطلاق می شود که مستقیماً عملکرد تجهیزات صحرایی را کنترل می کند و در مورد وضعیت عملیاتی چنین تجهیزاتی بازخورد دریافت می کند. این می تواند دستگاه های سخت افزاری با قابلیت پردازش داده ها، مانند PLC ها (کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی)، میکروکنترلرها یا DSP ها (پردازنده های سیگنال دیجیتال) باشد. عملکردهای اولیه یک دستگاه سطح پایین- عبارتند از:
اکتساب داده: از طریق حسگرها و مدارهای رابط مختلف، دستگاه سطح پایینتر-دادههای وضعیت واقعی{1}}زمان را از تجهیزات میدانی، مانند دما، فشار، سرعت جریان و سرعت میخواند. این داده ها معمولاً به صورت آنالوگ یا دیجیتال وجود دارند و نیاز به دریافت و تبدیل توسط دستگاه سطح پایین- دارند.
پردازش داده: دادههایی که توسط دستگاه سطح پایینتر-بهدست میآیند، اغلب به مراحل پیش{1} پردازش خاصی مانند فیلتر کردن، تقویت، و تبدیل نیاز دارند تا از دقت و قابلیت اطمینان آن اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، کنترل کننده میدان می تواند محاسبات و تحلیل داده ها را بر اساس الگوریتم های از پیش تعیین شده برای استخراج اطلاعات مفید انجام دهد.
اجرای کنترل: بر اساس دستورالعمل های کامپیوتر میزبان یا منطق کنترل از پیش تعیین شده، کنترل کننده میدان می تواند وظایف کنترلی مربوطه، مانند درایوهای موتور و کنترل سوپاپ را اجرا کند. در عین حال، می تواند به طور خودکار پارامترهای کنترل را بر اساس داده های جمع آوری شده برای دستیابی به کنترل تطبیقی تنظیم کند.
بازخورد به کامپیوتر میزبان: کنترل کننده میدان داده های پردازش شده را از طریق پروتکل های ارتباطی و رابط های خاص به کامپیوتر میزبان می فرستد و کامپیوتر میزبان را قادر می سازد کل سیستم را نظارت و مدیریت کند. در همان زمان، کنترلکننده میدان میتواند به طور فعال اطلاعات وضعیت یا زنگ هشدار را به رایانه میزبان ارسال کند، و به رایانه میزبان اجازه میدهد تا به سرعت وضعیت عملیاتی{1}}تجهیزات سایت را درک کند.
III. توابع و کاربردهای کنترل کننده های میدانی در جمع آوری و پردازش داده ها
اجرای توابع اکتساب داده
رایانه سطح پایینتر-از ADC داخلی خود (مبدل-آنالوگ به-دیجیتال) یا مدارهای رابط دیگر برای تبدیل سیگنالهای آنالوگ جمعآوریشده توسط حسگرها به سیگنالهای دیجیتال استفاده میکند. همچنین می تواند این سیگنال ها را بر اساس نوع سنسور و محدوده اندازه گیری تقویت و فیلتر کند تا دقت و قابلیت اطمینان داده ها را افزایش دهد. علاوه بر این، رایانه سطح پایینتر{6} را میتوان با فرکانسهای نمونهگیری و وضوحهای مختلف پیکربندی کرد تا نیازهای سناریوهای مختلف برنامه را برآورده کند.
در زمینه اتوماسیون صنعتی، دستگاه میدانی می تواند داده های وضعیت را از تجهیزات مختلف تولید مانند دما، فشار، سرعت جریان و سرعت جمع آوری کند. این داده ها برای درک شرایط عملیاتی تجهیزات، پیش بینی خرابی تجهیزات و بهینه سازی فرآیندهای تولید بسیار مهم است.
اجرای توابع پردازش داده
پس از جمع آوری داده ها، کنترل کننده میدان باید یک سری عملیات پردازشی را انجام دهد. ابتدا باید داده ها را تأیید و تصحیح کند تا از صحت و قابلیت اطمینان آن اطمینان حاصل شود. دوم، می تواند داده ها را بر اساس الگوریتم های از پیش تعیین شده برای استخراج اطلاعات مفید محاسبه و تجزیه و تحلیل کند. برای مثال، در یک سیستم کنترل دما، رایانه سطح پایینتر{3}}میتواند قدرت گرمایش یا سرمایش را بر اساس دادههای دما جمعآوریشده برای دستیابی به تنظیم خودکار دما محاسبه کند.
علاوه بر این، رایانه سطح{0} پایینتر میتواند به طور خودکار پارامترهای کنترلی را بر اساس دادههای جمعآوریشده برای اجرای کنترل تطبیقی تنظیم کند. به عنوان مثال، در یک سیستم کنترل رباتیک، رایانه سطح پایینتر-میتواند به طور خودکار سرعت و گشتاور موتور را بر اساس پارامترهایی مانند مسیر حرکت و سرعت ربات تنظیم کند تا عملکرد پایدار را تضمین کند.
پیاده سازی بازخورد به کامپیوتر میزبان
دستگاه میدانی داده های پردازش شده را از طریق پروتکل ها و رابط های ارتباطی خاص به رایانه میزبان ارسال می کند. پروتکل های ارتباطی رایج شامل RS232، RS485 و اترنت هستند، در حالی که رابط ها می توانند پورت های سریال، پورت های USB یا پورت های اترنت باشند. از طریق این روشهای ارتباطی، دستگاه میدانی میتواند دادههای زمان واقعی، اطلاعات وضعیت، و پیامهای هشدار را به رایانه میزبان ارسال کند و رایانه میزبان را قادر میسازد تا کل سیستم را نظارت و مدیریت کند.
در همان زمان، رایانه سطح پایینتر-میتواند فعالانه اطلاعات وضعیت یا زنگ هشدار را به رایانه-سطح بالا ارسال کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک حسگر نادرست عمل می کند یا وضعیت عملکرد یک دستگاه از محدودیت های از پیش تعیین شده فراتر می رود، رایانه{3}}سطح پایین می تواند فوراً زنگ هشداری را به رایانه سطح{{4}بالا ارسال کند و به رایانه امکان می دهد اقدامات اصلاحی به موقع انجام دهد.
IV. موارد کاربرد دستگاه های میدانی در اتوماسیون صنعتی
به عنوان مثال خط تولید خودکار یک کارخانه تولید خودرو خاص را در نظر بگیرید. این خط تولید مجهز به تعداد زیادی دستگاه میدانی است که برای جمع آوری و پردازش داده های وضعیت از تجهیزات مختلف تولید در زمان واقعی استفاده می شود. این دستگاههای میدانی از طریق رابطهای اترنت به رایانه میزبان متصل میشوند و دادههای جمعآوریشده را در زمان واقعی برای نظارت و مدیریت انتقال میدهند. در همان زمان، دستگاههای میدانی وظایف کنترلی مربوطه را بر اساس دستورالعملهای رایانه میزبان، مانند درایوهای موتور و کنترل سوپاپ، اجرا میکنند.
در این مورد، دستگاههای میدانی نه تنها جمعآوری و پردازش واقعی دادههای وضعیت تجهیزات تولید را فعال میکنند، بلکه نظارت و مدیریت متمرکز کل خط تولید را از طریق ارتباط با رایانه میزبان تسهیل میکنند. این به طور قابل توجهی سطح اتوماسیون و راندمان تولید خط تولید را افزایش می دهد و در عین حال هزینه های تولید و نرخ شکست را کاهش می دهد.
V. نتیجه گیری
به طور خلاصه، PLC نقش مهمی در اکتساب و پردازش داده ها ایفا می کند. این نه تنها جمعآوری و پردازش واقعی دادههای وضعیت تجهیزات میدانی را امکانپذیر میکند، بلکه نظارت و مدیریت متمرکز کل سیستم را از طریق ارتباط با رایانه میزبان تسهیل میکند. با توسعه و پیشرفت مداوم فناوری اتوماسیون صنعتی، استفاده از PLC ها در زمینه اتوماسیون صنعتی به طور فزاینده ای گسترده خواهد شد و عملکرد و عملکرد آنها همچنان ارتقاء و اصلاح خواهد شد.