يتزايد استخدام أنظمة التحكم الصناعية لحافلات البيانات الميدانية للتحكم في المزيد من أجهزة الاستشعار والمشغلات. وباعتبارها مشغلاً رئيسياً في عمليات التحكم بالسوائل، تُستخدم المشغلات الكهربائية على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. وتشمل أنظمة الحافلات الأكثر استخداماً للمشغلات الكهربائية: Modbus وCAN وProfibus وDeviceNet وFoundation Fieldbus وHART وEthernet.

أنظمة ناقل البيانات المشتركة للمشغلات الكهربائية:

  • مودبوس

  • كان

  • بروفيبوس

  • ديفايس نت

  • حافلة المجال الأساسية (FF)

  • هارت

  • إيثرنت

مودبوس

بالمقارنة مع تقنيات ناقل البيانات الميدانية الأخرى، فإن Modbus بسيط ولكنه متعدد الوظائف. فهو يوفر جميع الخدمات المطلوبة لأتمتة المصانع، مثل تبادل المعلومات الثنائية البسيطة، والقيم التناظرية، ومعلمات الأجهزة، أو بيانات التشخيص.

في مجال أتمتة المصانع والأجهزة مثل بروفيبوس، تُستخدم عادةً طبقة فيزيائية بسيطة ومتينة، وهي RS-485. وبناءً على هذه الطبقة الفيزيائية، يدعم مودبوس صيغًا مختلفة للرسائل النصية، مثل مودبوس RTU أو مودبوس ASCII. ويتيح استخدام إصدار مودبوس TCP/IP القائم على الإيثرنت التكامل الرأسي مع أنظمة الأتمتة الرئيسية.

سمات:

  • بروتوكول بسيط

  • مناسب لبيئات الأتمتة الصناعية البسيطة
    www.modbus.org

شبكة منطقة التحكم (CAN)

CAN هو بروتوكول اتصال تسلسلي تم توحيده بواسطة ISO وتم اقتراحه لأول مرة بواسطة Bosch في عام 1986. ويستخدم على نطاق واسع في إلكترونيات السيارات والأتمتة الصناعية والبحرية والأجهزة الطبية والمعدات الصناعية.

تعتمد شبكة CAN على بروتوكولين قياسيين: ISO11898 للاتصالات عالية السرعة (125 كيلوبت في الثانية - 1 ميجابت في الثانية) وISO11519-2 للاتصالات منخفضة السرعة (أقل من 125 كيلوبت في الثانية). تتميز CAN بموثوقية عالية وتدعم التحكم متعدد الأجهزة الرئيسية، وسرعات نقل عالية، وإضافة عقد مرنة.

سمات:

  • التحكم متعدد الأجهزة الرئيسية

  • سرعة نقل البيانات السريعة

  • إضافة عقد مرنة

بروفيبوس

PROFIBUS هو معيار دولي مفتوح المصدر لناقل البيانات الميداني، ولا يعتمد على نوع الجهاز. تتراوح سرعة نقل البيانات فيه من 9.6 كيلوبود إلى 12 ميجابود. يُستخدم PROFIBUS على نطاق واسع في أتمتة التصنيع، وأتمتة الصناعات التحويلية، وأتمتة المباني.

يتكون بروتوكول PROFIBUS من ثلاثة أجزاء متوافقة:

  • PROFIBUS-DP (الطرفية اللامركزية) للاتصال بين أنظمة التحكم على مستوى الجهاز ووحدات الإدخال/الإخراج الموزعة.

  • PROFIBUS-PA (أتمتة العمليات) لتوصيل أجهزة الاستشعار والمشغلات على نفس الناقل، مع معايير السلامة الجوهرية.

  • PROFIBUS-FMS (مواصفات رسائل ناقل المجال) للمراقبة على مستوى ورشة العمل مع شبكات متعددة الأجهزة الرئيسية في الوقت الحقيقي.

سمات:

  • بنية مفتوحة

  • مصداقية

  • المرونة

  • الأداء في الوقت الفعلي

ديفايس نت

DeviceNet عبارة عن ناقل اتصالات منخفض التكلفة يربط الأجهزة الصناعية مثل مفاتيح الحد، وأجهزة الاستشعار، والصمامات، ومحركات التشغيل، وغيرها، مما يلغي تكاليف التوصيلات السلكية الباهظة. كما أنه يحسن الاتصال بين الأجهزة ويوفر وظائف تشخيصية مهمة على مستوى الجهاز يصعب تحقيقها باستخدام واجهات الإدخال/الإخراج التقليدية.

تعتمد شبكة DeviceNet على بروتوكول CAN، مما يوفر نقل البيانات في الوقت الفعلي. وهي تدعم الاتصال من نقطة إلى نقطة، أو بين عدة أجهزة رئيسية، أو بين جهاز رئيسي وجهاز تابع، ويمكنها ربط ما يصل إلى 64 عقدة. وتبلغ سرعات نقل البيانات فيها 125 كيلوبت/ثانية، و250 كيلوبت/ثانية، و500 كيلوبت/ثانية.

سمات:

  • الاتصالات منخفضة التكلفة

  • حل شبكي بسيط

  • معيار مفتوح للأجهزة والبرامج

  • القدرات التشخيصية

حافلة المجال الأساسية (FF)

تم تصميم Foundation Fieldbus خصيصًا لأتمتة العمليات، مع بروتوكول FF H1 لنقل البيانات على مستوى الحقل. يدعم FF العديد من التكوينات ويمكّن الاتصال المباشر بين الأجهزة عند تجهيزها بوحدة جدولة نشطة للرابط (LAS).

سمات:

  • المرونة في الطوبولوجيا

  • يدعم التحكم الرقمي اللامركزي

  • الاتصال المباشر بين الأجهزة الميدانية

  • استنادًا إلى وحدات وظيفية قياسية للإدخال/الإخراج

www.fieldcommgroup.org

هارت (محول إرسال واستقبال عن بعد قابل للعنونة على الطرق السريعة)

يستخدم بروتوكول HART إشارة تناظرية قياسية 4-20 مللي أمبير لنقل البيانات التناظرية والرقمية. ويقوم هذا البروتوكول بتعديل الإشارة الإضافية على الإشارة التناظرية 4-20 مللي أمبير، مما يسمح بنقل الإشارات الرقمية والتناظرية في آن واحد.

يدعم هذا النظام مبدأ السيد/التابع، ويُستخدم غالبًا في الاتصالات من نقطة إلى نقطة.

سمات:

  • يستخدم البنية التحتية الحالية 4-20 مللي أمبير

  • الاتصال الرقمي للحصول على معايير إضافية وتشخيصات

  • مدعوم من قبل مجموعة واسعة من الأجهزة
    www.fieldcommgroup.org

إيثرنت

أصبحت تقنية إيثرنت الكلاسيكية اليوم المعيار الرائد لشبكات البيانات في بيئات المكاتب. أما "إيثرنت الصناعية" فتشير إلى تقنية إيثرنت المحسّنة التي يمكن استخدامها في بيئات الأتمتة الصناعية.

سمات:

  • نقل البيانات في الوقت الفعلي وبيانات تكنولوجيا المعلومات عبر الوسائط المشتركة

  • عدد غير محدود تقريبًا من المشاركين وتوسيع الشبكة

  • بنية قابلة للتطوير ومرنة

  • نقل البيانات بسرعة عالية، حتى مع أحجام البيانات الكبيرة

  • سهولة التكامل مع خوادم الشبكة وواجهات إنترنت الأشياء (مثل OPC UA)

يتم دمج بروتوكولات إيثرنت الصناعية مثل Profinet و Ethernet/IP و Modbus TCP مباشرة في أنظمة DCS وتضمن اتصالاً موثوقاً وسهولة الوصول إلى الأجهزة على مستوى الحقل.