پروتکل مدباس چیست

 

در مقاله قبل در موضوع پروتکل مدباس چیست موضوعات استانداردهای RS232/RS422 /RS485 ، جایگاه پروتکل مدباس در هرم اتوماسیون صنعتی و آشنایی با انواع پروتکل مدباس توضیح داده شد. در ادامه به قست پایانی از فصل اول این مقاله می رسیم.

 

موضوع مدباس را با یک جمله کامل در مورد نیاز به مدباس شروع می کنیم

In the real world of the device to device process automation communication, a dialogue or conversation between devices occurs systematically, in many cases, over different types of communication networks and in different languages.

 

 

 

آشنایی با مدباس TCP/IP: مدباس tcp/ip اعمال مدباس tcp/ip از کجا بفهمیم پروتکل مدباس چیست

---

این نسخه ازمدباس که با نام مدباس  TCP معروف است تحت اترنت کار می کند.مدباس  TCP در سال ۱۹۹۰ توسط Modicon به عنوان یک پروتکل باز و استاندارد ارائه گردید و جایگاه خود را در سطح مانیتورینگ و کنترل اتوماسیون صنعتی باز کرد.

توسط این نسخه PLC و کامپیوتر ها و برخی از وسایل ورودی و خروجی ها می توانند توسط شبکه TCP/IP با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

در نگاه کلی مدباس  TCP/IP همان پروتکل RTU می باشد که با اینترفیس TCP/IP روی شبکه اینترنت کار می کند و در آن TCP  برای اطمینان از آدرس دهی و مسیریابی صحیح به کار میرود. در این روش به جای آدرس دهی معمولی از  آدرس IP برای وسایل استفاده می شود.

  شکل زیر نمونه ای از این شبکه را نشان می‌دهد که سطوح مختلف اتوماسیون را پوشش داده است. PLCهای سمت چپ ساخت شرکت Modicon و PLC های نشان داده شده در سمت راست ساخت شرکت آلن بردلی است.

 

( پروتکل مدباس چیست )

 

 

 

 آشنایی با مدباس  PLUS:  پروتکل مدباس چیست 

---

مدباس  PLUS که به اختصار +MB   نیز خوانده می‌شود یک پروتکل ارتباط سریال توسط شرکت Modicon به عنوان یک پروتکل خاص و انحصاری طراحی شده و امروزه نیز توسط اشنایدر  پشتیبانی می شود.

در واقع این پروتکل از  مدباس به منظور فائق آمدن بر محدودیت هایی که در نسخه مدباس  RTU/ASCII داشت و همچنین مشکلات ساختاری که موجبات در شبکه‌های وسیعی پیدا می‌کرد عرضه شد.

این پروتکل می‌تواند علاوه بر سرعت بالا نسبت به RTU  ارتباط بین چند PLC  که همگی به عنوان Master  محسوب می شوند را برقرار کند و برای این منظور مدیریت Token Pass  را روی باس اعمال می کند .

این مدیریت با Master-Slave  که در RTU   استفاده می‌شود متفاوت است. شکل زیر CPU   یک PLC  ساخت Modicon  مدل Premium  را نشان می دهد. دو پورت بالا، مدباس استاندارد و پورت پایین، Modbus Plus  است. ( پروتکل مدباس چیست )

 

 

شکل زیر اجزای مختلفی از شرکت Modicon   را نشان می‌دهد که با Modbus Plus   شبکه شده اند.

 

 

 

 

دامنه فعالیت این نسخه از مدباس  تا سیستم اسکادا تا شبکه های حوزه گسترش یافته است.

 

 

آشنایی با کاربردهای پروتکل مدباس  در صنعت: پروتکل مدباس چیست

---

 چنانچه در قسمت های قبل نیز اشاره شد مدباس در سطوح مختلف فیلد کنترل و مانیتورینگ قابل استفاده میباشد برخی کاربردهای مدباس عبارتند از:

1.  اتصال PC  به سیستم های DCS  وPLC
2.  اتصال سیستم های DCS  و PLC  به پرینتر
3.  اتصال سیستم های DCS  وPLC  به سایر سیستم های PLC  و DCS
4.  اتصال به سیستم های اسکادا
5.  شبکه کردن وسایل فیلد و وسایل قدرت

 

 

 اتصال PC  به سیستم های DCS  و PLC

 در این حالت کامپیوتر از طریق مدباس به تبادل دیتا با سیستم‌های DCS  و PLC  می پردازد.هدف از این ارتباط می‌تواند موارد زیر باشد

•   ارتباط جهت نمایش اطلاعات در سیستم مانیتورینگ به عنوان نمونه می توان به ارتباط PLC HIMA  با نرم افزار مانیتورینگ WINZCON  برای نمایش Object   گرافیکی در PC  اشاره کرد.
•  ارتباط برای انجام عملیات مهندسی مانند برنامه ریزی و عیب یابی کنترلر

 

 

 

 

 

 اتصال سیستم های PLC  و DCS  به پرینتر

 در این حالت با اتصال پرینتر و تنظیمات لازم در کنترلر می توان از مدباس برای ارسال آلارم ها و خطاها به پرینتر استفاده کرد از این روش در سیستم های قدیمی استفاده میشد و امروزه کمتر به کار میرود

 

اتصال سیستم های PLC  و DCS  به سایر سیستم های PLC  وDCS

این حالت برای تبادل دیتا بین سیستم‌هایPLC  و DCS  سازندگان مختلف استفاده می شود.  نوع مدباس استفاده شده RTU  بوده هر چند  از TCP/IP  نیز می توان استفاده کرد ولی RTU  به علت سادگی و اطمینان والا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

بستر فیزیکی استفاده شده RS485/RS422 انواع دسترسی به اطلاعات Master/Slave  می باشد. نکته قابل توجه این است که وقتی مدباس برای ارتباط بین دو یا چند کنترلر به کار میرود یک کنترلر بایستی Master  یا Slave  تنظیم شوند.

ولی برخی از کنترلر های DCS فقط می تواند به عنوان Master روی باس قرار گیرند که از این دسته می‌توان به سیستم Yokogawa اشاره نمود . شکل زیر ارتباط بین سیستم Yokogawa DCS و کنترلر HIMA  را از طریق مدباس   نشان می دهد که در آن یوکوگاوا نقش Master  را دارد.( پروتکل مدباس چیست )

 

 

 

 

 

 

 اتصال به سیستم های اسکادا:  سیستم اسکادا 

 پیاده سازی استاندارد مدباس   و انتقال داده می تواند توسط مودم نیز صورت بگیرد که از این خاصیت جهت پروژه های اسکادا استفاده می شود. اسکادا سیستم کنترل نظارتی و جمع آوری اطلاعات می باشد و در عمل به یک سیستم کنترل گسترده اشاره دارد.

از سیستم های اسکادا برای نظارت و یا کنترل پروژه های شیمیایی،  سیستم های آبرسانی ،  خطوط توزیع گاز و نفت،  کنترل  نیروگاه های برق و انتقال و توزیع و بسیاری از پروژه های توزیع شده دیگر استفاده میشود. ( پروتکل مدباس چیست )

سیستم اسکادا از بخشهای ورودی خروجی کنترلرها سیستم مانیتوری شبکه ها ارتباطات پایگاه‌های داده و نرم افزار تشکیل شده است. در فرایند هایی که سیستم اسکادا در آنها استفاده شده است عمدتاً کار کنترل  فرایند توسط PLC  یا واحدهای کنترل راه دور RTU که (Remote Terminal Unit) انجام می گیرد و اسکادا به دستورات و تنظیمات راهبردی کنترل در سطوح سرپرستی یا ایستگاه مدیریتی سایت محدود میگردد در واقع در این سیستم اپراتور قادر خواهد بود از طریق سیستم اسکادا و پروتکل مدباس تغییرات لازم را در نقاط کار سیستم اعمال کند.

همچنین توسط این سیستم هرگونه شرایطی برای وضعیت های بحرانی مثلاً افت فشار  دما فلو و غیره اتفاق می‌افتد قابل نمایش است. ( پروتکل مدباس چیست )

 

 

 

 

 

شکل زیر کاربرد دیگری از اسکادا را نمایش می دهد در این طرح لوپ کنترل های PID  در فیلد قرار می‌گیرند و با ترنسمیتر ها و اکتیویتور ها مستقیماً ارتباط دارند ولی از سمت دیگر به عنوان یک Node  روی شبکه مدباس   با سیستم مرکزی ارتباط می یابند تا به آن گزارش بفرستند یا از آن Set Pointدریافت کنند. ( پروتکل مدباس چیست )

 

 

 

 

 شکل زیر کاربرد مدباس  را در سیستم اسکادا پست های برق نمایش می دهد.

 

 

 

 

شبکه کردن وسایل فیلد و وسایل قدرت:

 امروزه بسیاری از وسایل فیلد مانند ترنسمیتر ها و وزنه های کنترلی و همچنین بسیاری از وسایل قدرت مانند درایورها و رله های حفاظتی به  پورت مدباس  RTU مجهز شده اند و می توان آنها را به شبکه متصل کرد و با یک کابل دو رشته ارتباط آنها را با سیستم کنترل اصلی برقرار نمود. 

 شکل زیر اتصال  ولوهای کنترلی را به شبکه مدباس  نشان می دهد.

 

 

 

 

شکل زیر نمونه ای از کاربرد مدباس در شبکه سازی قدرت را نشان می دهد.

 

 

 

 مزایا و معایب مدباس 

---

مدباس همچنین کلیه شبکه های خانواده فیلد  باس  دارای معایب و مزایای میباشد. می باشد از آنجا که محور اصلی بحث این مقاله پروتکل RTU/ASCII اسب در اینجا به اهم مزایا و معایب این پروتکل اشاره می‌شود.

 

 

 مزایای مدباس  RTU/ASCII

 

پشتیبانی توسط اکثر سازندگان:

این پروتکل توسط اغلب سازندگان تجهیزات اتوماسیون و ابزار دقیق حمایت می‌شود به طوری که اکثر سازندگان سیستم های کنترل کارت‌های مخصوص برای شبکه های مدباس  طراحی کرده اند. به این طریق ارتباط بین محصولات آنها به سهولت برقرار می شود.

 

 امکان اتصال تعداد زیادی از تجهیزات: 

درمدباس  RTU  اتصال ماکزیمم تا ۲۴۷ دستگاه روی یک کانال ارتباطی میسر است. از این ویژگی اغلب برای اتصال تجهیزات مختلف ابزار دهید و قدرت استفاده می شود. به عنوان نمونه به ارسال دیتا توسط چندین رله برای انتقال دیتا به کنترلر اصلی می توان اشاره کرد که در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

 

 

 سادگی اتصالات:

ساختار اتصالات مدباس  ساده و قابل فهم است.  در مدباس   امکان پیکربندی در توپولوژی های مختلف وجود دارد هرچند توپولوژی رایج و قابل استفاده مدباس   به صورت Daisy Chain   زنجیروار است که نوعی توپولوژی باز محسوب می شود ولی با توپولوژی های معروف دیگر شبکه نظیر انشعابی ستاره حلقوی نیز می‌توان پیاده‌سازی شود . ( پروتکل مدباس چیست )

 در شکل نمونه ای از تو  توپولوژی Ring  و Star  استفاده شده در رله های REF542 plus ساخت ABB  را مشاهده می‌کنید.

 

 

 

 

 

 

 امکان افزونگی:

می توان با استفاده از دو شبکه افزونه(Redundant) اینترفیس های مجزای وصل هستند که قابلیت اطمینان سیستم را افزایش داد.

 

 

 انعطاف پذیری ارتباطات:

لایه های شبکه در مورد  مدباس انعطاف پذیر هستند. در لایه فیزیکی کاربر می‌تواند بستر فیزیکی دلخواه مانند RS232 یا RS422  یا RS485  را انتخاب کند. در این آیه های دیگر کاربر می تواند ساخت فریم دیتا، فاصله زمانی بین فریم ها، نوع پریتی و …  را به سلیقه خود تعیین نماید. این ویژگی در سایر پروتکل های شبکه وجود ندارد.

 

 

 سربار کمتر در شبکه:

پروتکل مدباس به دلیل اینکه قادر است بیت های خام را با فریم خود منتقل کند نسبت به بسیاری از شبکه های دیگر که در آن الزاماً فریم دیتا بیت های دیگری را علاوه بر بیت های خام دیتا در بر می گیرد، سربار کمتری دارد.

 

 

 معایب مدباس 

---

مدباس به دلیل استفاده از لینک های سریال RS232/RS485 دارای محدودیت هایی است که به برخی از آنها اشاره می گردد:

1. کند بودن خطوط سریال که بین 9600  تا 115000 بیت در ثانیه کار می کند یعنی در ماکزیموم حالت 0.115 Mbps که این سرعت در مقایسه با شبکه های هم سطح مدباس که سرعت آنها در حد چند مگابیت در ثانیه میباشد اندک است.
2.  اگر از RS232 استفاده شود فقط دو وسیله قابل اتصال هستند
3. ارتباط Master/Slave  در  مدباس  سیستم تک مستری است یعنی برخلاف شبکه‌هایی مانند پروفی باس که می‌توانند روی باس چند Master  قرار داد در مدباس   فقط مجاز به استفاده از یک Master  باس هست. ( پروتکل مدباس چیست )