فیلد باس چیست ؟

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در یك سیتم متمركز ، همه حسگرها و تحریك كننده ها مستقیما ً به سیستم مونیتور مركزی متصل می شوند. در یك سیستم بزرگ كه تعداد ورودی و خروجی ها به هزاران می رسد واین تعداد بسیار فراتر ظرفیت سخت افزار كامپیوتر است ، هر دوره اخذ اطلاعات از ورودی ها بیشتر از زمان محدود تعریف شده توسط سیستم طول خواهد كشید. سایر اشكالات سیستم متمركز عبارتند از : عدم انعطاف پذیری ، عدم استفاده از تكنیك های به روز[1] و تكنولوژی های جدید وهزینه نصب زیاد ومشكلات مربوط به توسعه سیستم . به همین دلائل سعی می شود كه وظایف در سیستم توزیع شوند . در سیستم توزیع شده تصمیم گیریها به صورت محلی صورت می گیرد و چندین نقطه كنترلی كه وجود دارد كه به طور مستقل از هم عمل می كنند اما به یكدیگر ارتباط دارند . در یك سیستم توزیع شده ، دستگاههای لایه پائینی هوشمند هستند و كاربر مطابق نیاز خودش قادر به برنامه ریزی این ابزار می باشد. این دستگاههای هوشمند باید قادر باشند از طریق شبكه با سایرین ارتباط برقرار كنند وبه ابزار ذخیره سازی اطلاعات دسترسی مستقیم داشته باشند.در سال 1980، شركت Honeywell برای نخستین بار ، امكان سوار كردن سیگنالهای دیجیتال روی حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر را برای برخی از Fild device های تولیدی خود فراهم كرد. این سرآغاز ایده ساختن فیلد باس شد. هرFild deviceبرای ارتباطش از قواعد خاص خودش پیروی می كند كه به سازنده اش بستگی دارد. اداره چنین دستگاههایی روز به روز مشكل تر و پیچیده تر می شود. به منظور حل این مسأله ، از شبكه های كامپیوتری الهام گرفته شده است. در این روش یك یا چند خط سریال، همه Fild device را به هم وصل می كند. یك فیلد باس از دو جزء اصلی تشكیل می شود : Fild device ها كه گره خوانده می شوند وبستری كه شبكه داده ای را تشكیل می دهد. به كمك فیلد باس می توان دستگاههای صنعتی سطح پایین نظیر حسگرها ، تحریك كننده ها، ابزار I/O و كنترل كننده ها مثل PLC و كامپیو ترها را به روشی ساده و یكسان به هم متصل نمود . با استفاده از ابزار اندازه گیری سنتی 4 تا 20 میلی آمپر، فقط ارسال مقادیر یك متغیر از طریق جفت سیم میسربود. به كمك تكنولوژی فیلدباس ، تبادل اطلاعات در فرم دیجیتالی و دو طرفه صورت می گیرد. بنابراین علاوه بر مقادیر متغیرها، می توان اطلاعات دیگری دیگری راجع به وضعیت Fild device بدست آورد وعمل پیكربندی ابزار را نیز از طریق شبكه انجام داد . بدین ترتیب علاوه بر كنترل دستگاهها ، می توان آنها را اداره كرد. مثلا ً مطلع شد كه یك ترانسمیتر حرارتی آخرین بار چه موقع كالیبره شده است.به كمك این اطلاعات وبا استفاده از قدرت پردازشی Fild device ، می توان عملیات كنترلی پیچیده تری را به صورت محلی انجام داد.فیلد باس علاوه بر امكان انتقال سیگنا لها بین ابزار دقیق و اتاق كنترل، امكان انتقال تغذیه مورد نیاز تجهیزات را تنها توسط یك جفت سیم میسر می سازد. این موضوع سبب كاهش هزینه های كابل كشی ، پانل های نگه دارنده كابل ، اتصالات ، كابینتهای مارشالینگ و مخارج نیروی انسانی در رابطه با نصب ، پیاده سازی و نگهداری می شود. همچنین نیاز به تعویض پانلها و قطعات دیگر به دلیل فرسودگی و خوردگی ، كاهش می یابد. سیستم انعطاف پذیر می شود و به راحتی می توان از تكنولوژیهای جدید استفاده كرد. هر گره را می توان به منظور سرویس و تعمیر از شبكه خارج كرد، بدون اینكه لطمه ای به عملكرد سایرین وارد شود. با استفاده از ابزار واسط مبدل سیگنالهای فشا(3 to 15 ps ) و جریان ( 4تا 20 میلی آمپر ) به سیگنالهای فیلد باس ، امكان مدرنیزه كردن با تكنولوژی فیلد باس وحفظ قطعات سنتی میسر است. به كمك این ابزار واسط صرفه جویی های قابل ملاحظه ای در مدرنیزه كردن مجموعه حاصل می شود.گفتیم كه برای ساخت فیلد باس از شبكه های كامپیوتری محلی ایده گرفته شده است. اما تفاوتهایی هم بین این دو وجود دارد، از جمله اینكه نرخ انتقال اطلاعات چندان زیاد نیست لیكن داده ها باید در فواصل زمانی قابل پیش بینی ارسال شوند.هم چنین به منظور دستیابی به كارایی بالاتر تمام لایه های هفت گانه پروتكل OSI[2]پیاده سازی نمی شوند بلكه تنها سه لایه از این پشته، یعنی لایه فیزیكی ، لایه data link ولایه كاربرد پیاده سازی می شوند.همانند شبكه های كامپیوتری ، چون چندین گره از یك بستر ارتباطی استفاده می كنند، تصادم ایجاد می شود ودر نتیجه زمان پاسخ افزایش می یابد. پروتكل های مختلفی برای اداره دسترسی به بستر ارتباطی و تصادم تعریف شده كه از میان آنها روشهای[3] CSMA/CD وToken passing برای كاربردهای صنعتی مناسبترند. علاوه بر تعریف استاندارد بین المللی برای فیلد باس [4]، سازندگان متعددی محصولاتی تهیه كرده اند كه معمولا با یكدیگر ساز گار نیستند از جمله :BACNet, FIP/WEIP, BitBUS, P-NET, ProfiBUS, LonWorks, CANbusSeriplex, MODBUS, Mester Fieldbus, Interbus, ISP, HART, DeviceNetدر سال 1993 استاندارد بین المللی Foundation Fieldbus نتیجه تلاش مشترك ISP و WFIP تعریف شد هدف از تعریف استاندارد برای فیلد باس به شرح زیر است :1- ابزار آلات تئلید شده توسط سازنده های مختلف مانند حالت ند، در عین حال از امكانات شبكه دیجیتال دو طرفه استفاده می شود.2- این شبكه ها باید قابل اتصال به سیستمهای اتوماسیون تولید وپردازش داده تجاری نظیر MAP و TOP باشند.Field device های امروزی را می توان به سه گروه تقسیم كرد:1- ورودی – خروجی های آنالوگ و دیجیتال2- دستگاه های تركیبی آنالوگ و دیجیتال3- ابزار كاملا دیجیتالدستگاه های نوع اول از طریق حلقه های جریان آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر به سیستم ورودی – خروجی متصل می شوند این اتصالات كاملا نقطه به نقطه هستند و هر دستگاه جدا گانه، به كنترل كننده های میزبان وصل می شود. گروه دوم قابل استفاده در سیستم های ارتباطی آنالوگ و دیجیتال هستند. به عنوان مثال در این سیستم ها داده ها یدیجیتالی روی سیگنالهای 4 تا 20 میلی آمپر آنالوگ سوار می شوند. سیگنال دیجیتال طوری ساخته می شود كه میانگین مقدار آن صفر باشد و خواندن مقادیر جریان آنالوگ را تحت تأثیر قرار ندهد. دستگاههای گروه سوم از طریق پورتهای RS232,RS485 به هم وصل می شوند ونیاز به درایورهای نرم افزاری دارند. فیلد باس، پروتكل ارتباطی تمام دیجیتال با بازدهی بالاست كه جایگزین هر سه سیستم بالا می شود. سیستم های مبتنی بر فیلد باس تنها از محصولات فیلد باس استفاده نمی كنند بلكه تجهیزات قدیمی ورودی – خروجی انالوگ قابل اتصال به فیلد باس می باشند. در ادامه به بررسی استانداردFF وپروتكل سه لایه آن واستانداردهای متداول خاص سازندگان می پردازیم.2-3-1- آشنایی با برخی از فیلد باسها 2-3-1-1- تكنولوژی ‍‍‍‍ (ff) [10],[11] Foundation Field busخاصیت مهم و سودمند FF ، قابلیت همكاری [5]آن است. به این معنا كه دشتگاههای مختلف از سازندگان متفاوت قادرند از طریق آن، در یك سیستم كار كنند. سازنده ای كه می خواهد چنین دستگاهی را تولید كند باید با استاندارد های FF توافق كند و گواهی لازم را دریافت نماید. این مسأله كاربر را قادر می سازد كه به سازنده خاصی محدود نباشد و خود باعث رقابت در ساخت دستگاهها وپایین آمدن قیمتها می شود.پشته پروتكل FF شامل سه بخش است:1- لایه فیزیكی2- لایه ارتباطات 3- لایه كاربردبه منظور مدل كردن این اجزاء ، از مدل OSI استفاده شده است. لایه فیزیكی همان لایه یك OSI است. و[6]FMS ( لایه تعریف پیغامهای فیلد باس ) متناظر با لایه هفتم OSI می باشد. زیر لایه FAS[7] ارتباط بین FMS وDLL[8] را فراهم می كند ( شكل 1-4 ). هر لایه header مربوط به خودش را به داده های كاربر اضافه می كند تا پیغام به لایه فیزیكی برسد. طول header بر حسب بایت در شكل 1-4 مشخص شده است.لایه فیزیكی مطابق استانداردهای ISA و IEC ساخته شده است. لایه فیزیكی پیغام را از پشته پروتكلی در یافت كرده آنرا به سیگنالهای قابل ارسال روی بستر ارتباطی فیلد باس تبدیل می كند. عملیات تبدیل شامل اضافه و حذف كردن مقدمه، محدود كننده ابتدایی و محدود كننده انتهایی می باشد. سیگنالها به روش Manchester- Biphase-L كد می شوند . بنابراین اطلاعات زمانی لازم برای همگام سازی [9]در خود داده ها پنهان می باشد. شكل های 5و6 نمایشگر نحوه كد كردن اطلاعات و الگوهای خاص شروع و خاتمه پیغام هستند. گیرنده از سیگنال Preamble برای همگام سازی ساعت خودش با اطلاعات ارسالی استفاده می كند.