پروتکل های اتوبوس زیمنس به عنوان یک شرکت پیشرو در زمینه اتوماسیون صنعتی، نقش بسیار مهمی در سیستم های اتوماسیون دارد. پروتکلهای گذرگاه زیمنس انواع مختلفی را در بر میگیرد که هر کدام از سناریوهای کاربردی و الزامات ارتباطی متفاوتی پشتیبانی میکنند.
I. مروری بر پروتکل های اتوبوس زیمنس
پروتکل های گذرگاه زیمنس مشخصات و استانداردهایی هستند که برای فعال کردن ارتباط داده بین دستگاه ها استفاده می شوند. این پروتکل ها از ارتباطات سریالی ساده تا ارتباطات اترنت صنعتی پیچیده را شامل می شوند و برای سیستم های اتوماسیون مختلف و شبکه های کنترل مناسب هستند. انتخاب پروتکل گذرگاه زیمنس به عواملی مانند سناریوی برنامه خاص، نرخ انتقال داده، فاصله ارتباطی، سازگاری دستگاه و هزینه بستگی دارد.
II. پروتکل های اصلی اتوبوس زیمنس
1. پروتکل PROFIBUS
PROFIBUS (Process Field Bus) یک پروتکل فیلدباس است که توسط زیمنس توسعه یافته و به طور گسترده در بخش اتوماسیون صنعتی استفاده می شود. پروتکل PROFIBUS شامل انواع مختلفی است که مهمترین آنها PROFIBUS{1}}DP (دستگاههای جانبی غیرمتمرکز) و PROFIBUS-PA (اتوماسیون فرآیند) هستند.
- PROFIBUS-DP: اساساً برای ارتباطات داده با سرعت بالا در سطح دستگاه، مانند ارتباط بین PLCها و I/O توزیع شده، درایوها و حسگرها استفاده میشود. این حالت ارتباطی اصلی-رایانه را پشتیبانی میکند، جایی که یک ایستگاه اصلی (مانند یک PLC) با چندین ایستگاه فرعی ارتباط برقرار میکند (مانند ماژولهای ورودی/خروجی توزیعشده). PROFIBUS{9}}DP سرعت های ارتباطی بالایی را ارائه می دهد و از تبادل چرخه ای داده و دستگاه های قابل پارامترسازی پشتیبانی می کند.
- PROFIBUS{0}}PA: به طور خاص برای اتوماسیون فرآیند طراحی شده است و برای ارتباط بین ابزارها و حسگرها و سیستم های کنترل در محیط های بالقوه انفجاری (مانند کارخانه های شیمیایی) استفاده می شود. از فناوری انتقال ذاتا ایمن برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان انتقال داده استفاده می کند.
2. پروتکل PROFINET
PROFINET یک پروتکل ارتباطی{0} نسل بعدی است که توسط زیمنس بر اساس فناوری اترنت صنعتی توسعه یافته است. از تبادل دادههای واقعی-و ارتباطات TCP/IP پشتیبانی میکند و یک راهحل شبکه جامع برای بخش اتوماسیون صنعتی ارائه میدهد. پروتکل PROFINET نه تنها با فناوریهای فیلدباس سنتی (مانند PROFIBUS) سازگار است، بلکه از ویژگیهای پیشرفتهای مانند اتوماسیون توزیعشده، کنترل حرکت، عملکرد امن{4}}و امنیت شبکه نیز پشتیبانی میکند.
ویژگی های اصلی پروتکل PROFINET عبارتند از:
- قابلیت-زمان واقعی: از ارتباطات IRT (Isochronous Real-Time) پشتیبانی میکند و از انتقال و پردازش دادهها در زمان واقعی اطمینان میدهد.
- انعطاف پذیری: از توپولوژی های مختلف شبکه (مانند ستاره، خطی و درختی) پشتیبانی می کند و به کاربران این امکان را می دهد که شبکه ها را بر اساس نیازهای خاص خود طراحی کنند.
- یکپارچه سازی: قابلیت ادغام با طیف وسیعی از دستگاه ها و سیستم ها مانند PLC ها، حسگرها، محرک ها و روبات ها را دارد.
- امنیت: مکانیسمهای امنیتی مختلفی مانند احراز هویت، رمزگذاری دادهها و کنترل دسترسی را برای تضمین امنیت ارتباطات شبکه فراهم میکند.
3. پروتکل MPI
MPI (رابط چند نقطه ای) یک پروتکل ارتباطی سریال اختصاصی است که توسط زیمنس توسعه یافته است، که عمدتاً برای ارتباطات داده و برنامه نویسی/اشکال زدایی بین PLC های زیمنس استفاده می شود. پروتکل MPI دارای سرعت ارتباط متوسط و اتصال ساده است که آن را برای سیستمهای اتوماسیون در مقیاس کوچک و محیطهای آزمایشگاهی مناسب میسازد. با این حال، به دلیل ماهیت اختصاصی و محدودیت در سرعت ارتباط، پروتکل MPI کاربرد نسبتاً محدودی در سیستمهای اتوماسیون صنعتی در مقیاس بزرگ- دارد.
4. AS{1}}پروتکل رابط
AS{0}}اینترفیس (واسط سنسور محرک) پروتکلی مبتنی بر فناوری گذرگاه سریال است که عمدتاً برای سناریوهای-انتقال داده با سرعت پایین و سناریوهای کنترل هزینه کم- استفاده میشود. این اتصال بین سنسورها و محرک ها و سیستم کنترل را ساده می کند و هزینه های سیم کشی و نصب را کاهش می دهد. پروتکل AS{5}}اینترفیس از انواع مختلفی از حسگرها و محرکها، مانند حسگرهای باینری، حسگرهای آنالوگ، و محرکها پشتیبانی میکند و مکانیسمهای ارتباطی ساده و عملکردهای تشخیص خطا را فراهم میکند.
5. پروتکل PPI
PPI (Point{0}}to-Point Interface) یک پروتکل ارتباطی است که توسط زیمنس به طور خاص برای PLC های سری S7-۲۰۰ توسعه یافته است. این بر روی پایه سخت افزاری یک شبکه RS-485 ساخته شده است و از ارتباطات داده و اشکال زدایی برنامه نویسی بین PLC ها پشتیبانی می کند. پروتکل PPI از یک مدل ارتباطی master-slave استفاده می کند، که تبادل داده را از طریق دستورالعمل های ساده خواندن شبکه (NetR) و Network Write (NetW) پیاده سازی می کند. اگرچه پروتکل PPI به طور گسترده در سری PLC های S7-200 استفاده شده است، اما به دلیل محدودیت در سرعت ارتباط و عملکرد، به تدریج با پروتکل های دیگر در سیستم های اتوماسیون پیشرفته تر جایگزین شده است.
III. سایر پروتکل های مرتبط
علاوه بر پروتکلهای اصلی ذکر شده در بالا، زیمنس پروتکلها و استانداردهای رابط مرتبط با ارتباطات اتوبوس مانند Modbus و OPC UA را نیز ارائه میکند. این پروتکل ها کاربرد زیادی دارند و نقش بسزایی در زمینه اتوماسیون صنعتی دارند.
- Modbus: یک پروتکل ارتباطی باز که به طور گسترده در زمینه اتوماسیون صنعتی استفاده می شود. از رسانه های ارتباطی مختلف و روش های انتقال (مانند ارتباط سریال و اترنت) پشتیبانی می کند و یک مدل داده غنی و عملکردهای ارتباطی را ارائه می دهد. پروتکل Modbus به دلیل باز بودن و سازگاری مورد علاقه بسیاری از سازندگان تجهیزات و یکپارچه سازان سیستم است.
- OPC UA: یک پروتکل معماری یکپارچه مبتنی بر فناوری OPC (OLE برای کنترل فرآیند). این از تبادل اطلاعات و قابلیت همکاری بین{1}}پلتفرم و متقابل{2}}فروشنده پشتیبانی می کند و یک پلت فرم ارتباط داده باز، ایمن و قابل اعتماد برای سیستم های اتوماسیون صنعتی ارائه می دهد. پروتکل OPC UA دارای چشم انداز کاربردی گسترده ای در سیستم های اتوماسیون صنعتی در مقیاس بزرگ-و زمینه تولید هوشمند است.