بروتوكولات التحكم الصناعي

بروتوكولات التحكم الصناعي (PROFIBUS-PA و PROFIBUS-DP )

في هذا المقال سنتعرف على أشهر بروتوكولات الاتصال الصناعيّة ،وبعد الانتهاء من قراءتك لهذا المقال، ستكون قادراً على فهم بروتوكول الـ Profibus-PA بشكل احترافي ّ،إضافة إلى ذلك ستتعرّف الفروقات الجوهريّـة بينه وبين الـ Profibus-DP.

عند الحديث عن المصانع من وجهة نظر الأتمتة الصناعيّة، يمكننا تقسيم أيّ مصنع إلى منطقتين رئيستَين:

  • غرفة التحكّم(control room ): تحتوي هذه الغرفة على العديد من أجهزة الحواسيب الصناعيّة.
  • أرضيّة المصنع(factory floor): وهي المنطقة التي تتواجد فيها المشغّلات والحسّاسات.

     صورة مبسّطة للمصنع
    صورة مبسّطة للمصنع

من أشهر أجهزة الحاسوب الصناعيّة وأكثرها شيوعاً واستخداماً في غرفة التحكّم ما يعرف بالمتحكّم المنطقيّ المُبرمَج أو اختصاراً PLC
يعمل الـ PLC على التحكّم في العمليّات الصناعيّة عن طريق قراءة إشارات الحسّاسات ومعالجتها بناء على الشفرة البرمجيّة الموجودة داخل ذاكرة المتحكّم المنطقيّ المبرمج.

تُركَّب هذه الحسّاسات على طول خط الإنتاج في المصنع ،وتعمل على قراءة الحالات الفيزيائيّة للعمليّة الصناعيّة كالضغط أو الحرارة، ويمكن أن توضَع هذه الحسّاسات على مسافات بعيدة من غرفة التحكُّم.

 غرفة التحكّم وجهاز المتحكّم المنطقيّ المبرمَج
غرفة التحكّم وجهاز المتحكّم المنطقيّ المبرمَج

Profibus-DP

السؤال الذي قد يخطر على بالك الآن، كيف يستطيع ال PLC مراقبة هذا الكمّ الهائل من الحسّاسات؟ في الواقع يمكن استخدام الكابلات الكهربائيّة لربط أجهزة الدّخْل (الحسّاسات مثلًا) وأجهزة الخرج (المحرّكات الكهربائيّة) بـ PLC  ، ولكن هذا الحلّ ليس فعالًا في حالة المصانع الكبيرة؛ فغالبًا ما تكون المسافة بين هذه الأجهزة والـ PLC كبيرة جدّاً ، وبذلك ستزداد التكلفة الاقتصاديّة وربما تُفقَد الإشارات المرسَلة عبر هذه الكابلات أيضاً.

الطريقة التقليديّة لربط الحسّاسات بجهاز ال PLC
الطريقة التقليديّة لربط الحسّاسات بجهاز ال PLC

ومن هنا أتت الحاجة إلى استخدام Profibus-DP لربط الـ  PLC بأجهزة الدّخل والخَرْج.

يُتيح لنا الـ Profibus-DP وضْع وحدة  مُدخلات ومُخرجات PLC في أرضيّة المصنع ،وربط تلك الوحدات بالحسّاسات ، ويُستخدَم في الغالب كابل واحد فقط من نوع الـ RS-485  لتوصيل وحدة المدخلات والمخرجات بجهاز ال PLC.

وبهذه الطريقة تزداد كفاءة الربط وتَقلّ التكلفة بشكل كبير نتيجة لاستخدام كابلات قصيرة لربط الحسّاسات بوحدات الدخْل والخرْج ، وأيضاً استخدام كابل واحد فقط لربط وحدة الدخْل والخرْج بجهاز الـ PLC

مخطَّط مبسَّط لربط Profibus-DP بجهاز ال PLC

 

أصل تسمية ال Profibus-DP:

حرفا الـ DP هما اختصار للطرفيّات اللامركزيّة (Decentralized Peripherals)

، فقبل اختراع الـ Profibus-DP كانت وحدات الدخْل والخرْج (I/Os) أو ما تُعرف أيضاً بالطرفيّات تُوضع في غرفة التحكّم ،ولكن مع استخدام  الـ Profibus-DP أصبح لدينا إمكانيّة نقل هذه الوحدات إلى أرضيّة المصنع أي أصبحت لامركزيّة ، وهذا سبب تسمية هذا النوع من الـ Profibus بـ Profibus-DP.

Profibus-PA

بعد أن طوّر مهندسو الأتمتة الصناعيّة الـ Profibus-DP ، خطرت لهم فكرة جديدة وهي التخلّص من الكابلات بشكل كلّيّ وذلك لرفع كفاءة شبكة الربط. ومن هنا ظهرت تقنية ربط جديدة تسمّى Profibus-PA وهي ما تعرف اختصاراً بـأتمتة العمليات(Process Automation). يمكننا عن طريق استخدام Profibus-PA التخلّي عن وحدة الدخل والخرج بالإضافة إلى الكابلات واستبدالهم بـ Segment Coupler)) وناقل الـ( Profibus- PA)، وبدلًا من توصيل الحسّاسات بـوحدة I/Os واحدًا تلو الآخر ، يمكنك فقط  توصيلهم جميعاً بناقل Profibus-PA واحد، وعلى الجانب الآخر من هذا الناقل تعمل أداة الربط (Segment Coupler) على تحويل إشارة Profibus-PA إلى إشارة Profibus-DP؛ لذلك ومن خلال استخدام Profibus-PA  يمكنك الحصول على بنية شبكيّة أقلّ تكلفة وأكثر كفاءة.

 مخطط مبسط لناقل ال Profibus-PA
مخطط مبسط لناقل ال Profibus-PA

السؤال الذي يطرح نفسه الآن، لماذا نحتاج إلى Segment Coupler هنا؟ أو بمعنى آخر هل يمكننا فقط توصيل Profibus-PA مباشرة بـ PLC؟

حسنًا، الإجابة المختصرة هي لا. لماذا ؟ لأنّ PLC لا يحتوي على منفذ Profibus-PA.

لكن الخبر السّار هو أنّ معظم PLCs لديها منفذ Profibus-DP ، لذلك من خلال استخدام الـ Segment Coupler ، يمكنك استخدام Profibus-PA في الأنظمة القديمة أيضاً.

 مخطّط مبسّط لربط Profibus-PA مع Segment Coupler
مخطّط مبسّط لربط Profibus-PA مع Segment Coupler

الخلاصة

في نهاية المقال دعونا نلخّص كيف أنّ هذين البروتوكولين للاتّصالات الصناعيّة قد غيرا سهولة وكفاءة إعداد ضوابط PLC.

مع اختراع Profibus-DP  أصبحت لدينا إمكانيّة وضع وحدة  I/Os  في أرضيّة المصنع ونقلها  بجانب أجهزة الحسّاسات، ومن ثم استخدام ناقل RS-485 بسيط لتوصيل وحدة I/Os بـ PLC وذلك بدلاً عن ربط جهاز المتحكّم المنطقيّ المبرمَج مباشرة بالحسّاسات.

وبعد ذلك ، وبمساعدة Profibus-PA  أصبجت شبكة الرّبط أكثر كفاءة عن طريق إزالة منافذ الإدخال / الإخراج والكابلات ، واستبدالها بناقل Profibus-PA واحد و Segment Couple.


المصدر: هنا
ترجمة: قاهر محمد ، مراجعة: علي العلي، تدقيق لغوي: رضوى أحمد، تصميم: علي العلي، تحرير: علي العلي

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *