پروتکل مودباس Modbus

بررسی و تشریح شبکه صنعتی مدباس:

در این مقاله در خصوص یکی دیگر از پروتکل های معروف در اتوماسیون صنعتی در خدمت شما دوستان و مهندسان عزیز هستیم.امیدوارم که مطالب زیر که حاصل تحصیل،تحقیق و تجربه می باشد مفید و راه گشای مسائل بوجود آمده در مسیر موفقیتتان قرار گیرد.           

تاریخچه:

شبکه ی مدباس اولین بار در سال 1979 توسط شرکت Modicon که بعدها زیر مجموعه ای از اشنایدر الکتریک گردید،معرفی شد. 

شرکت Modicon ابتدا این پروتکل ارتباطی را به جهت استفاده در PLC ها رایح کرد ولی بتدریج پروتکل مدباس به صورت یک استاندارد پذیرفته شد و توسط بسیاری از شرکت های تولید کننده تجهیزات اتوماسیون مورد استفاده قرار گرفت.

شبکه مدباس به صورت یک استاندارد باز(Open Source) می باشد و به همین دلیل به سهولت می توان بین تجهیزات با برندهای مختلف ارتباط ایجاد کرد.

در دنیای واقعی اتوماسیون صنعتی، ارتباطات مابین دستگاهها یعنی ‫ایجاد مکالمه و گفتگو بین دستگاه‌ها، به‌صورت هم‌زمان و ‫در بسیاری از موارد ‫در انواع شبکه‌های ارتباطی مختلف و به زبان‌های مختلف انجام می‌شود. 

 * مودباس، یکی از شناخته شده ترین روش ارتباطی صنعتی می باشد.

ویدئوی آموزشی Modbus

در این ویدئو به درک خوبی از ماهیت و انواع پروتکل صنعتی مدباس دست می‌یابید

مودباس یک پروتکل عمومی است!

‫بسته به سازنده تجهیزات اتوماسیون صنعتی،‫ یک زبان خاص یا اختصاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ ‫یا ممکن است یک زبان، در قالب پروتکلهای عمومی در اختیار صنعت باشد. ‫بسیاری از تولیدکنندگان با این پروتکل‌های عمومی سازگار می‌شوند ‫تا محصولات‌شان به‌سادگی با بازار یکپارچه شوند.

‫یک پروتکل‌ باز یا عمومی در واقع مشخصات منتشر شده‌ای است که ‫هر کسی می‌تواند از آنها آزادانه یا با مجوز استفاده کند. ‫پروتکل‌های عمومی معمولاً توسط شرکت‌ها،‫ گروه‌های کاربری، جوامع حرفه‌ای و دولت‌ها حمایت می‌شوند. ‫این پروتکل‌ها امکان انتخاب گسترده‌تری از بین ‫دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف را برای کاربران فراهم می‌آورند ‫که برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.

‫مزایای پروتکل‌های عمومی عبارتند از: ‫

• پشتیبانی شدن توسط چندین تولید کننده‌، ‫فروشندگان نرم‌افزار و سازمان‌های نصب/سرویس
• ‫حمایت شدن از طرف گروه‌های اجتماعی فعال
• ‫امکان ثابت نگه داشتن شرایط و افزودن امکانات بیشتر در آینده

‫امروزه، یکی از رایج‌ترین پروتکل‌های ارتباطی اتوماسیون ‫برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی، مودباس (Modbus) است.

مودباس (Modbus) چیست؟

‫پروتکل ارتباطی مودباس، قدیمی‌ترین ‫و محبوب‌ترین پروتکل اتوماسیون، ‫در زمینه خودکارسازی فرآیندها و سیستم SCADA ‫یا سامانه نظارت بر کنترل و اکتساب داده‌ها است.

‫آشنایی با راه‌اندازی ‫شبکه‌های مبتنی بر مودباس ‫برای هر تکنسین برق و مهندسانی که ‫در این حوزه کار می‌کنند، ضروری است. ‫توانایی یکپارچه‌سازی دستگاه‌های ‫ساخته شده توسط کارخانه‌های مختلف ‫یک مهارت پر تقاضا است ‫و باعث می‌شود در صنعت ‫فرد ارزشمندتری شوید.

‫مودباس یک پروتکل ارتباطی است که ‫که در سال ۱۹۷۹ توسط مادیکان، ‫برای استفاده در ‫کنترل کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی یا PLC منتشر شد. ‫در حال حاضر، شرکت اشنایدر الکتریک مالک مادیکان است.

‫مودباس، یک زبان مشترک ‫برای برقراری ارتباط بین ‫دستگاه‌ها و تجهیزات با یکدیگر فراهم می‌کند. ‫به‌عنوان مثال، مودباس این امکان ‫را فراهم‌ می‌آورد که دستگاه‌ها در یک سیستم، ‫دما و رطوبت را بر روی یک شبکه واحد اندازه‌گیری ‌کنند و ‫نتایج را به یک کامپیوتر SCADA یا PLC انتقال دهند.

‫توسعه و بروز‌رسانی پروتکل‌های مودباس ‫توسط سازمان مودباس مدیریت می‌شود. ‫سازمان مدباس، انجمنی است ‫که از کاربران و تأمین کنندگان ‫دستگاه‌های سازگار با مدباس تشکیل شده است.

انواع پروتکل مودباس 

‫چندین نسخه از پروتکل Modbus برای پورت سریال ‫و اترنت وجود دارد که رایج‌ترین آنها عبارتند از:

1. Modbus RTU
2. ‫Modbus ASCII
3. Modbus TCP
4. Modbus Plus

‫شرکت Modicon یک رابط مودباس ‫را برای یک شبکه مولتی دراپ مبتنی ‫بر معماری master/slave منتشر کرد. ‫ارتباط بین گره‌های مدباس، ‫با ارسال درخواست و خواندن پیام‌های پاسخ به دست می‌آید.

انواع پروتکل های شبکه مدباس

شبکه مدباس دارای سه نسخه اصلی است که ویژگی های آن ها با هم تفاوت دارد.

نسخه‌های پروتکل مودباس برای پورت سریال و اترنت و دیگر شبکه‌ها که مجموعه پروتکل اترنت را پشتیبانی می‌کنند، موجود است. اکثر دستگاه‌های مودباس روی لایه فیزیکی

  EIA-485 ارتباط برقرار می‌کنند.

1) Modbus RTU,ASCII:

(واحد پایانه از راه دور)    RTU: Remote Terminal Unit

( کد استاندارد آمریکایی برای تبادل اطلاعات  ) ASCII: American Standard Code For Information Interchange

این پروتکل بر روی پورت سریال و لایه فیزیکی RS-232 ،RS-422 ، RS-485 ،امواج رادیویی،فیبر نوری و سلولار(شبکه تلفن همراه) به صورت Master/Slave کار می کند.سرعت تبادل اطلاعات 115Kb/s تا 1200b/s بوده و مسافت 1 تا 1.3 کیلومتری تحت شرایط خاص که در ادامه مقاله بیان می شود،را پوشش می دهد.این پروتکل در هرم اتوماسیون،عموما در لایه کنترل و لایه ی فیلد مورد استفاده قرار می گیرد.

حداکثر تجهیزاتی که در این پروتکل می توانند در داخل شبکه قرار بگیرند بدون استفاده از ریپیتر،31 تجهیز و با استفاده از ریپیتر و تشکیل سگمنت،حداکثر 247 تجهیز می باشد.(آدرس های Slave می تواند از 1 تا 247 قرار گیرند و آدرس 0 برای عملیات Broadcast رزرو شده است.)

-تفاوت هایی در مد انتقال RTU و ASCII وجود دارد که در شکل زیر بررسی شده است:

♦ مدباس RTU که به مدباس باینری (Modbus-B یا Modbus Binary)معروف است،بدلیل کوتاه بودن فریم داده،سرعت تبادل بالایی نسبت به مد ASCII دارا می باشد.

(مد RTU حداکثر سایز داده 256 بایت بوده ولی در مد ASCII ماکزیمم سایز داده به 513 بایت می رسد).معمول ترین و مناسب ترین پیاده سازی در دسترس برای مودباس،مد RTU است.

♦ تشخیص خطا در داده (Check Sum) در مدباس RTU بوسیله ی (CRC(Cyclic Redundancy Check که 2 بایت هست انجام می گیرد ولی در مدباس  ASCII تشخیص خطا یا همان چک سام بوسیله ی (LRC(Longitudinal Redundancy Check که 1 بایت می باشد صورت می گیرد.

* چک سام چگونه وجود خطا را بررسی می کند؟

چک سام،پیام ارسالی Master را محاسبه کرده و سپس برای Slave ارسال می کند.حال پیام برگشتی از Slave که به عنوان پاسخ می باشد،مجددا توسط چک سام محاسبه شده و با مقدار ارسالی Master مقایسه می گردد.اگر اختلافی تشخیص داده شود یعنی Slave نتوانسته پیامی برای Master ایجاد کند.

-فریم داده در مدباس RTU:

*مدباس ASCII که به مدباس کاراکتری(Modbus_A) شناخته می شود،بیشتر به عنوان تست مورد استفاده قرار گرفته و  برای ارتباط از کارکترهای اسکی استفاده می کند.

-فریم داده در مدباس ASCII:

-چهار اصطلاح Start Bit,Stop Bit,Data Bit و Parity در مدهای RTU وASCII کاربرد دارد که در زیر هر کدام تعریف شده اند:

Start Bit: بیت شروع می باشد که برای هر دو مد عدد 1 قرار می گیرد.

Data Bit: طول داده ارسالی با این گزینه مشخص می شود که در مد RTU هشت بیت و در مد ASCII هفت بیت انتخاب میشود. 

Parity: یا بیت توازن،که دارای دو نوع زوج و فرد است.مثلا در نوع زوج(Even)،اگر تعداد یک ها در هر بایت زوج بود،بیت پریتی صفر می شود تا زوج بودن بایت فرد نشود و اگر تعداد یک ها در یک بایت فرد بود،پریتی  یک شده و تعداد آن ها را زوج می کند. 

Stop Bit: بیت پایانی فریم داده می باشد و سایز آن بسته به انتخاب Parity می باشد.

***باید توجه شود که تمام تجهیزاتی که در داخل شبکه قرار دارند از یک مد(RTU یا ASCII) استفاده کنند.

>>> مشاهده جدول کارکترها اسکی <<<

2) Modbus TCP/IP:

پروتکل ارتباطی از نوع CSMA/CD یا همان پروتکل برخورد یاب بوده و لایه فیزیکی آن مشابه اترنت و به صورت Client/Server می باشد.این پروتکل مشابه شبکه اترنت بوده وبر طبق مدل OSI،در لایه ترنس پورت،TCP و در لایه نتورک IP تعیین می شود.

سرعت شبکه مدباس TCP مشابه اترنت بوده و در رنج 10 تا 100 مگابیت/ثانیه می باشد.این پروتکل در هرم اتوماسیون،در لایه های مدیریت و سوپروایزری مورد استفاده قرار می گیرد. 

در نگاه کلی Modbus TCP/IP همان پروتکل ModbusRTU میباشد که با اینترفیس  TCP/IP روی شبکه Ethernet کار میکند و در آن TCP برای اطمینان از ارسال درست دیتا و IP برای اطمینان از آدرس دهی و مسیر یابی صحیح بکار میرود.

 Modbus TCP/IP فریم استاندارد پیام مدباس را به فریم استاندارد TCP در پورت 502 که اصطلاحاً به آن فریم  MBAP که مخفف  ModbBus Application Protocol می باشد تبدیل می کند.

3) Modbus Plus: 

بر اساس پروتکل Token یا ارسال نشانه کار می کند و از نرخ تبادل اطلاعات نسبتا بالایی حدود 1Mb/s با لایه فیزیکی RS-485 برخوردار است.پروتکل مدباس پلاس برخلاف نسخه پایه بعنوان یک استاندارد باز طرح نشده است و انحصاری شرکت مدیکان می باشد.

در این پروتکل تعداد نودهای شبکه یا تجهیزات قرار گرفته در شبکه بدون ریپیتر 32 عدد و با ریپیتر ماکزیمم 64 عدد با طول 1800 متر قابل اتصال می باشد.البته با استفاده از کابل های فیبر نوری می توان مسافت های طولانی تر را نیز استفاده کرد. 

 

 معایب شبکه مدباس RTU و ASCII:

-پروتکل مدباس در برابر دستورات غیر مجاز یا رهگیری داده هیچ نوع امنیتی را فراهم نمی کند.

-در مدباس RTU و ASCII به علت ارتباط سریال،نرخ تبادل دیتا در مقایسه با سرعت شبکه های ارتباطی امروزی  که 100Mb/s و یا چند Gb/s  می باشند سرعت پایینی است.

-در ارتباط سریال که به صورت Master/Slave است،تنها یک Master می تواند در شبکه قرار گیرد و بقیه نودها Slave هستند؛این بدین معنی است که تنها بر روی باس یک Master اجازه صحبت با گروهی ازSlaveها را دارد.

-از آنجا که توسط RS-232 تنها دو وسیله و با RS-485 بین 20 تا  30 وسیله امکان ارتباط وجود دارد از این رو با افزایش وسایل بیشتر، نیاز به ارتباطات پیچیده درختی است.

نحوه ی ارتباط Master و Slave در شبکه مدباس

این لایه از تکنیک دسترسی Master/Slave استفاده می کند. بنابراین در هر لحظه فقط یک مستر میتواند باس را در اختیار داشته و با ماکزیمم 247 وسیله Slave  که به همان باس متصل هستند ارتباط برقرار کند. بدیهی است در این تکنیک دسترسی،slave ها هیچگاه بدون درخواست مستر،دیتایی را نمی فرستند و هیچگاه نیز با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند.   این نحوه ی ارتباط در لایه دیتا لینک مدل OSI پیاده سازی می شود.

انواع ترانسمیتر های فشار برای دیدن اینجا کلیک کنید

-مستر به دو روش درخواست خود را ارسال می کند:

1-Unicast: در این مد،Master در میان تمامی Slaveها فقط یک Slave را خطاب قرار داده و درخواست دیتا می کند.بدیهی است که در این مد باید Slaveها هر کدام آدرس منحصر به فرد داشته باشند.

2-Broadcast:در این حالت  مستر پیام خود را برای تمامSlave ها میفرستد ولی هیچ پاسخی به مستر بر نمیگردد. این مد از جمله برای نوشتن فرامین  (Writing Commands) بکار میرود.برای مد Broadcast آدرس صفر ،رزرو شده است. 

پروتکل مودباس و لایه فیزیکی آن

‫مودباس یک استاندارد عمومی است که ‫پیام‌های هر گفتگو را توصیف می‌کند. ‫

مدباس بین چندین نوع رسانه فیزیکی ‫ارتباط برقرار می‌کند:

• RS-232
• RS-485
• RS-422
•  اترنت (Ethernet)

‫رسانه فیزیکی را شما هنگام خرید دستگاهها انتخاب خواهید کرد. ‫رابط اصلی مودباس بر روی ارتباطات سریال RS-232 اجرا می‌شود، ‫اما بیشتر پیاده‌سازی‌های سطوح بعدی مودباس از RS-485 استفاده می‌کنند؛ ‫زیرا دارای مزایای زیر است:

• پشتیبانی از مسافت طولانی‌تر
• ‫سرعت بیشتر
• امکان اتصال چندین دستگاه بر روی یک شبکه مولتی دراپ

‫ارتباط مودباس Master-Slave ‫بر روی رسانه فیزیکی سریال RS-485، ‫اتصالات دو سیمی فرستنده و گیرنده را نشان می‌دهد. ‫

در رابط‌های ساده‌ای مانند RS-232 یا RS-485، ‫پیام‌های مودباس با فرم ساده در شبکه ارسال می‌شوند ‫و شبکه تنها به اتصال مودباس اختصاص داده می‌شود. ‫با این حال، اگر شبکه شما ‫به چندین دستگاه ناهمگن نیاز داشته باشد ‫که از یک شبکه چندمنظوره ‫مانند TCP/IP بر بستر اترنت استفاده کند، ‫پیام‌های مودباس در بسته‌های اترنت ‫با فرمت تعریف شده برای این رابط فیزیکی تعبیه می‌شود.

‫بنابراین در این حالت، مودباس و سایر پروتکل‌های ترکیبی، ‫می‌توانند هم‌زمان در یک رابط فیزیکی هماهنگ وجود داشته باشند. ‫

شکل زیر سطح دسترسی پروتکل های مدباس را به لایه های مدل OSI نشان می دهد.

(OSI :Open Systems Interconnection) 

بررسی لایه ی فیزیکی Modbus RTU/ASCII

RS-232: 

این استاندارد به صورت Point_To_Point می باشد.این یعنی تعداد Node در Rs-232 فقط 2 عدد است.یک مستر و یک اسلیو. در استاندارد Rs-232 حداکثر طول کابل 15 متر و با کابل ها ی خازنی حداکثر 50 متر با نرخ دیتا 115Kb/s قابل دسترس است.علت کاربرد داشتن در فواصل کم تفاضلی نبودن این استاندارد می باشد.یعنی تمامی سطح ولتاژها نسبت به سطح زمین بوده و کاملا نویز پذیر می باشد.اینکه سطح ولتاژها نسبت به زمین است را اصطلاحا Single-ended می گویند که  در بعضی از ماژول های PLC های مختلف این اصطلاح استفاده می شود.

*نحوه ی پردازش سیگنال:در سمت فرستنده سیگنالهای بین -5 تا -25 ولت به عنوان  یک منطقی و از 5 تا 25 ولت صفر منطقی هستند.  در سمت گیرنده سیگنالهای بین -3 تا -25 ولت به عنوان  یک منطقی و از 3 تا 25 ولت صفر منطقی هستند.  سیگنالهای بین -3 تا 3 در محدوده ی غیر مجازند.

RS-485:

این استاندارد به صورت Multi_Point یا Multi Drop بوده و در شبکه های صنعتی Profibus و Modbus RTU بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. سیم بندی RS-485 می تواند به صورت دوسیمه(Half-Duplex) و یا چهارسیمه(Full-Duplex) باشد.لازم بذکر است که می توان این نوع سیم بندی را با تغییر آرایش به یکدیگر تبدیل نمود.بدین معنی که یک تجهیز دارای شبکه مدباس Rs-485 که به صورت 4 سیمه است را می توان به یک تجهیز مدباس Rs-485 دوسیمه متصل نمود و بالعکس.

در این استاندارد بر خلاف Rs-232،سیگنالها بصورت تفاضلی سنجیده می شوند یعنی ولتاژ A نسبت به B سنجیده می شود.یکی از مزایای بزرگ این استاندارد،استفاده از تقویت کننده تفاضلی است که نویز پذیری کمتر نسبت به RS232 را ایجاد می کند.بدلیل اینکه در این استاندارد سطح ولتاژ سیگنال ها مورد بررسی است و نسبت به زمین نمی باشد،اصطلاحا روش دیفرانسیلی(Deferential) گفته می شود که بعضی از ماژول های انالوگ PLC از این روش استفاده می کنند.

*** هر شبکه ای که بستر ارتباطی آن RS-485 می باشد،حتما باید از ترمیناتور(Terminator) در ابتدا و انتهای خط استفاده کند.ترمیناتور،مقاومت هایی هستند که در از بین بردن اثر نویز در مسافت های زیاد و خالی کردن انرژی باقیمانده خط در حالت عادی مورد استفاده قرار می گیرند.

RS-422:

در این استاندارد حداکثر طول کابل بین 800 تا 1200 متر می تواند پوشش دهی داشته باشد.بر خلاف RS-485،فقط نوع 4سیمه یا Full-Duplex را پشتیبانی می کند.حداکثر تعداد گیرنده 10 عدد می باشد و مشابه Rs-485 بدلیل استفاده از آپ آمپ تفاضلی نویز ناپذیر است.

***کانکتورهای مورد استفاده در لایه ی فیزیکی برای هر سه نوع استاندارد RS-232/485/422:

کانکتور میتواند به یکی از دو صورت DB-9 یا RJ45 باشند.

RJ45 استانداردهای )      

 USOC , 568-B, 568-A

  

نکات لازم جهت پوشش دهی RS-485 در فواصل طولانی تا 1 کیلومتر:

طول کابل Trunk یا باس اصلی شبکه،همانطور که گفته شد محدود است و این محدودیت بستگی به سرعت انتقال دیتا،مشخصات کابل مانند خازن کابل،تعداد تجهیزات موجود در شبکه با توپولوژی Daisy Chain(زنجیر وار) و نیز آرایش خروجی 2 سیمه و 4 سیمه بودن شبکه،بستگی دارد. 

برای نرخ دیتا 9.6Kb/s با کابل (AWG26(13mm² یا ضخیم تر و سیستم 2 سیمه،طول کابل Trunk به 1 کیلومتر می رسد.برای سیستم 4 سیمه با مشخصات فوق طول کابل نصف می شود.

آدرس دهی رجیسترها و حافظه ها در شبکه مدباس

برای اینکه بتوانیم عملکرد یک اسلیو را در خواندن و یا نوشتن تعیین کنیم از Function Codeها استفاده می کنیم. هر فانکشن متشکل از یک بایت می باشد.

⇔ فانکشن کدهای رایج در شبکه مدباس :

آشنایی با نرم افزار Modbus Poll

 تست،شبیه سازی و برنامه نویسی این سه ویژگی را در نرم افزار Modbus Poll در اختیار دارید.

*پروتکل های ارتباطی استفاده شده در این نرم افزار:

-مدباس RTU          -مدباس ASCII         -مدباس TCP/IP            -مدباس UDP/IP           

- RTU,ASCII over TCP/IP       

-RTU,ASCII over UDP/IP

-کلیپی از محیط نرم افزار را در لینک زیر مشاهده فرمایید.

>> How to use Modbus Poll with a Sage Thermal Mass Flow Meter <<

*لینک دانلود نرم افزار پرکاربرد Modbus Poll 

مقدمه ای بر ساختار پیامها در Modbus

ساختار اصلی پیام مودباس نقطه-به-نقطه است. ‫مودباس قادر است بر روی هر دو شبکه ‫نقطه-به-نقطه و مولتی دراپ اجرا شود. ‫

ارتباط دستگاه‌های مدباس از ‫یک تکنیک master/slave یا client/server بر بستر اترنت استفاده می‌کند که ‫تنها یک دستگاه (Master یا سرور) می‌تواند تراکنش‌ها (یا درخواست‌ها) را آغاز کند.

‫دیگر دستگاه‌ها با ارائه داده‌های درخواستی به دستگاه master ‫یا با اجرای عمل درخواست شده در یک درخواست پاسخ می‌دهند.

‫دستگاه slave، یک دستگاه جانبی است، ‫مانند مبدل ورودی/خروجی، دریچه (والو)، راه‌انداز شبکه ‫یا دیگر انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری که اطلاعات را پردازش می‌کنند؛ ‫و پیام پاسخ را با استفاده از ‫پروتکل مودباس به دستگاه master ارسال می‌کند.

‫دستگاه‌های master می‌توانند ‫درخواست را به یک دستگاه slave خاص بفرستند، ‫یا ارسال درخواست گسترده را به تمام دستگاه‌های slave آغاز کنند. ‫دستگاه‌های slave، پاسخ تمام درخواست‌های ارسال شده را جداگانه ارسال می‌کنند، ‫اما به پیام‌های گسترده پاسخ نمی‌دهند.

‫دستگاه‌های slave آغاز کننده هیچ پیامی نیستند، ‫و تنها به پیام‌های ارسال شده ‫از طرف دستگاه‌های master پاسخ می‌دهند.

‫درخواست دستگاه master حاوی این موارد است:‫

• آدرس دستگاه slave یا آدرس گسترده،
• ‫یک کد عملکرد با دستور داده‌ای خواندن/نوشتن به دستگاه slave
• داده مربوطه؛ مثلا در صورتی که دستور نوشتن توسط Master و در فیلد قبلی صادر شده باشد این بخش باید حاوی داده‌ای باشد که قرار است نوشته شود.
• فیلد کنترل خطا

فیلد کنترل خطا، مقداری است که دستگاه master یا slave ‫در شروع فرآیند درخواست یا پاسخ ایجاد می‌کند ‫و هنگامی‌ که پیام دریافت شد، ‫برای تائید درستی محتوا آن را بررسی می‌کنند.

‫پاسخ دستگاه slave حاوی فیلدهای زیر است:

• فیلدی که تایید میکند درخواست دریافت شده است
• داده‌ای که باید برگردانده شود
• فیلد کنترلی خطا CRC

‫اگر خطایی رخ نداده باشد، ‫پاسخ دستگاه slave حاوی داده درخواست شده خواهد بود. ‫اما اگر خطایی در درخواست پیام دریافت شده توسط دستگاه slave رخ داده باشد، ‫یا اگر دستگاه slave قادر نباشد ‫عملیات خواسته شده را اجرا کند، ‫دستگاه slave پیام خاصی را برخواهد گرداند.

‫فیلد بررسی خطای فریم پیام دستگاه slave، ‫امکان تائید محتواهای پیام معتبر ‫را برای دستگاه master فراهم می‌آورد.

جزئیات پروتکل مودباس

تا اینجا با پروتکل ارتباطی مودباس آشنا شدید ‫و انواع ارتباطات مدباس‫ مورد استفاده در صنعت را شناختید. اکنون میخواهیم با جزییات بیشتری ‫درباره چگونگی عملکرد پروتکل ارتباطی مودباس‫ بین دستگاه‌ها صحبت کنیم. پیشنهاد میکنیم ویدئوی زیر را نیز ببینید:

ویدئوی آموزشی جزییات پروتکل مودباس

ساختار پیامها در پروتکل Modbus

هر پیام مودباس ‫ساختار یکسانی دارد که ‫در هر پیام، ‫چهار بخش اصلی ارائه می‌شود. ‫توالی و ترتیب این عناصر، ‫برای همه پیام‌ها یکسان است. ‫این امر امکان تجزیه راحت ‫محتوای پیام مدباس را فراهم می‌آورد.

‫یک گفتگو در شبکه مدباس‫ همیشه با Master شروع می‌شود. ‫دستگاه Master یک پیام ارسال می‌کند؛ ‫با توجه به محتواهای پیام ‫دستگاه Slave پیام را ‫تفسیر کرده و پاسخ می‌دهد.

‫آدرس‌دهی فیزیکی Slave در هدر (header) هر پیام، ‫تعیین می‌کند که ‫کدام دستگاه باید به پیام پاسخ ‌دهد. ‫دیگر نودهای موجود در شبکه مودباس، ‫در صورتی که فیلد آدرس با آدرس خودشان ‫مطابقت نداشته باشد، این پیام را نادیده می‌گیرند.

‫توابع مودباس، دستورات خواندن و نوشتن را ‫برای رجیسترهای حافظه داخلی slave اجرا می‌کنند ‫تا به این ترتیب، ورودی‌ها و خروجی‌های‫ دستگاه slave را پیکربندی، نظارت و کنترل کنند.

دستگاههای شبکه مودباس

‫دستگاه‌های مودباس معمولاً ‫حاوی یک نقشه رجیستر (رجیستر مپ) هستند، ‫که مکان پیکره‌بندی و ‫خواندن/نوشتن ‫داده‌های ورودی و خروجی را مشخص می‌کند. ‫شما باید به رجیستر مپِ ‫دستگاه slave مرتباً مراجعه کنید تا ‫درک بهتری از عملیات کلی آن بدست آورید.

‫مدل داده‌های مدباس دارای یک ساختار ساده، ‫شامل چهار نوع داده اساسی است:

• ‫ورودی‌های مجزا (Discrete Inputs)
• خروجی‌های کویل (Coils Outputs)
• ‫رجیسترهای ورودی (داده‌ ورودی)
• ‫رجیسترهای نگهدارنده (داده‌ خروجی)

واحد داده پروتکل مدباس (PDU)

‫ناحیه درخواست سرویسِ پیام ‫یا واحد داده پروتکل مودباس (PDU)، ‫از کد عملکرد ‫و تعدادی بایت‌های داده درخواست شده ‫توسط دستگاه master تشکیل شده است.

‫رجیسترهای حافظه مدباس یک دستگاه، ‫بر اساس چهار نوع ‫مرجع داده اساسی سازماندهی می‌شود. ‫و این نوع داده معمولاً، ‫توسط اولین عدد مورد استفاده در ‫آدرس حافظه دستگاه‌ها شناسایی می‌شود،

‫برای مثال:

• عدد ۰ در رجیستر ‫به پیامی جهت خواندن و نوشتن خروجی‌های مجزا یا کویل اشاره می‌کند
• عدد ۱ در رجیستر ‫به پیامی جهت خواندن ورودی‌های مجزا اشاره می‌کند
• ‫و یا عدد ۳ در رجیستر ‫به پیامی جهت خواندن رجیسترهای ورودی‌ اشاره می‌کند
• ‫و عدد ۴ در رجیستر ‫به خواندن یا نوشتن بر روی رجیسترهای خروجی یا نگهدارنده اشاره دارد

فیلد کد عملکرد در پیامهای Modbus

‫فیلد کد عملکرد مشخص می‌کند که ‫کدام گروه‌ داده‌ رجیستر، ‫از دستگاه slave می‌خواند یا ‫بر روی آن می‌نویسد. ‫

برای مثال، کد عملکرد 03 که ‫رجیسترهای نگهدارنده 40002-40001 را می‌خواند، ‫به عنوان رجیستر داده 0000، ‫در فیلد آدرس داده پیام ارسالی به slave آدرس‌دهی می‌شود.

‫کد عملکرد 03 بر روی این نوع رجیستر نگهدارنده (4xxxx) ‫در نقشه داده slave کار می‌کند؛ ‫زیرا درخواست، استفاده از ‫عملیات نوع داده رجیستر نگهدارنده را مشخص می‌کند. ‫و در درخواست هم به این نوع آدرس‌دهی 4xxxx اشاره می‌شود.

‫فیلدهای PDU به بایت‌های مختلف تقسیم شده و ‫سپس بر اساس عنوان فیلد گروه‌بندی می‌شوند. ‫پیام درخواست حاوی بخشهای زیر است:

• آدرس دستگاه Slave، با 01
• کد عملکرد 03 (خواندن از رجیسترهای نگهدارنده 4xxxx)
• ‫آدرس شروع بایت‌های HI و LO به صورت 0000 که رجیستر ابتدایی را مشخص میکند.
• تعداد آدرسهایی که باید از Slave خوانده شود، ‫با بایت‌های HI و LO رجیستر مقدار 0002 مشخص میشوند ‫و تعداد رجیسترهایی که باید از Slave خوانده شوند ‫را مشخص می‌کند.

‫مثالی از یک درخواست برای ‫خواندن دو رجیستر اول در ناحیه رجیستر نگهدارنده، ‫از ۰ تا ۱ (رجیستر ۴۰۰۰۱ تا ۴۰۰۰۲) است و در تصویر زیر نمایش داده شده است.

در تصویر فوق مشخص است که ‫رجیستر نگهدارنده 40108 در واقع، ‫به عنوان رجیستر 107 در ناحیه داده پیام PDU آدرس‌دهی می‌شود.

‫بسیاری از انواع داده‌ها بر اساس ‫کاربرد آن‌ها در رله‌های راه‌انداز نام‌گذاری می‌شوند. ‫برای مثال، یک خروجی فیزیکی تک بیتی، کویل نامیده‌ می‌شود، ‫و ورودی فیزیکی تک بیتی، ورودی مجزا یا کنتاکت نام‌گذاری می‌شود.

‫فیلد کد عملکرد پیام، ‫حاوی یک بایت است که‫ به دستگاه slave می‌گوید چه کاری انجام دهد.

‫کدهای عملکرد معتبر از محدوده 1 تا 255 هستند، ‫اما همه کدها به یک دستگاه slave خاص ارسال نمی‌شوند.

‫جدولی که در تصویر زیر مشاهده می‌فرمایید، زیرمجموعه‌ای از ‫توابع مودباس استاندارد را نشان می‌دهد.

فیلد داده در پیام مودباس

فیلد داده درخواست دستگاه Master، ‫اطلاعات اضافی مورد نیاز دستگاه Slave را فراهم می‌کند تا ‫عملیات مشخص شده توسط کد عملکرد در درخواست دستگاه Master را کامل کند.

‫این درخواست معمولاً شامل بخشهای زیر است:

• آدرس رجیستر مپ Slave
• تعداد رجیسترهای مورد نیاز در درخواست
• هر دستور نوشتن از دستگاه Master

مدیریت خطا در پیام مدباس

‫پاسخ عادی Slave، به سادگی ‫کد عملکرد اصلی درخواست را منعکس می‌کند، ‫اما پاسخ خطای دستگاه Slave، ‫کدی معادل کد عملکرد اصلی ‫را با 1 کردن پرارزش ترین بیت بازمی‌گرداند.

‫به عنوان مثال، دستور خواندن رجیسترهای نگهدارنده، ‫دارای کد عملکرد 1 بایتی حاوی 8 بیت 0011 0000 (03 هگزادسیمال) است. ‫اگر دستگاه Slave درخواست را بدون خطا قبول کند، ‫همان کد را در پاسخ خود بازمی‌گرداند.

‫با این حال اگر خطایی رخ دهد، ‫دستگاه Slave، یک بایت حاوی 8 بیت ‫را در فیلد کد عملکرد به شکل 0011 1000 بازمیگرداند (پرارزش ترین بیت 1 شده) ‫و یک کد خاص به فیلد داده پیام پاسخ الحاق می‌کند، ‫که به دستگاه Master می‌گوید، ‫چه خطایی رخ داده است ‫یا علت خطا چیست؟

‫پرکاربردترین کدهای عملکرد در Modbus

کد عملکرد ۰۱، کد خواندن کویل، ‫برای خواندن رجیسترهای پیوسته 1 تا 2000 ‫مربوط به وضعیت کویل‌ها در یک دستگاه Slave استفاده می‌شود. ‫درخواست PDU، کد شروع آدرس حافظه دستگاه Slave اولین کویل و‫تعداد کویل‌هایی که باید از دستگاه Slave خوانده شوند‫ را مشخص می‌کند.

‫کد عملکرد ۰۲، کد خواندن ورودی‌های مجزا، ‫برای خواندن حالت‌های پیوسته 1 تا 2000 ‫ورودی‌های مجزای یک دستگاه Slave در حالت ریموت استفاده می‌شود. ‫درخواست PDU، کد شروع آدرس ‫آدرس حافظه دستگاه Slave اولین ورودی ‫و تعداد کویل‌هایی که باید از دستگاه Slave خوانده شوند‫ را مشخص می‌کند. ‫

کد عملکرد ۰۳، کد خواندن رجیسترهای نگهدارنده، ‫برای خواندن محتواهای یک بلوک متوالی ‫از رجیسترهای نگهدارنده در دستگاه Slave در حالت ریموت به کار‌ می‌رود. ‫درخواست PDU، آدرس رجیستر آغازین ‫و تعداد رجیسترهایی که باید از دستگاه Slave خوانده شوند‫ را مشخص می‌کند. ‫

کد عملکرد ۰۴، کد خواندن رجیسترهای ورودی، ‫برای خواندن رجیسترهای ورودی پیوسته 1 تا 125 در یک دستگاه راه دور استفاده می‌شود. ‫درخواست PDU، آدرس رجیستر آغازین و تعداد رجیسترها را مشخص می‌کند.

‫کد عملکرد ۰۵، کد خواندن یک کویل، ‫برای نوشتن یک خروجی یکتا به صورت ON یا OFF ‫در یک دستگاه Slave راه دور استفاده می‌شود.

‫کد عملکرد ۰۶، کد نوشتن یک رجیستر، ‫برای نوشتن یک رجیستر نگهدارنده ‫در یک دستگاه Slave راه دور استفاده می‌شود. ‫درخواست PDU، آدرس رجیستر حافظه دستگاه Slave ‫که باید بر روی آن نوشته شود را تعیین می‌کند.

‫کد عملکرد ۱۵، کد نوشتن چندین کویل، ‫برای نوشتن یک کویل در دنباله‌ای از کویل‌ها، ‫به صورت ON یا OFF در یک ‫دستگاه Slave راه دور استفاده می‌شود. ‫درخواست PDU، آدرس حافظه کویل‌ها ‫به صورت ON یا OFF را مشخص می‌کند.

‫و در نهایت کد عملکرد ۱۶، ‫نوشتن بر روی چندین رجیستر، برای نوشتن یک بلوک از رجیسترهای پیوسته، ‫از 1 تا 123 رجیستر در یک دستگاه Slave راه دور استفاده می‌شود.

‫از آنجایی که این کدهای عملکرد در مودباس، ‫نمایانگر رایج‌ترین توابع خواندن و نوشتن هستند، ‫بررسی دقیق مشخصات پروتکل مدباس برای مطالعه بیشتر، ‫کمک کننده خواهد بود.

‫برای مطالعه دقیق‌تر اطلاعات فنی پروتکل مودباس ‫لطفاً به آدرس Modbus.org مراجعه کنید.

نرم افزار شبیه ساز پروتکل Modbus

‫ارتباط با دستگاه‌های Slave یا PLCهای Master و یا کامپیوترها ‫می‌تواند با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌ساز پروتکل مودباس ‫بر روی کامپیوتر شخصی اجرا شود.

‫اتصال می‌تواند به صورت سریال یا اترنت و در قالب دستگاه Master یا Slave باشد. ‫این نرم‌افزار امکان اجرای تمام ‫کدهای عملکرد ارتباطی پروتکل مدباس، ‫به‌ منظور خواندن یا نوشتن بر روی ‫دستگاه Slave موجود را فراهم می‌آورد.

‫شما به‌ راحتی می‌توانید یک کامپیوتر شخصی را‫ برای اجرای نرم‌افزار شبیه‌سازی دستگاه Slave، ‫و کامپیوتر دیگری را برای اجرای‫ نرم‌افزار شبیه‌سازی دستگاه Master به کار ببرید.

‫اتصال به یک Slave در ابتدا ‫با تنظیم پارامترهای ارتباطی برای پورت COM سریال، ‫سپس با وارد کردن آدرس Slave در فیلد شناسه دستگاه انجام میشود.

‫برای مثال 1، انتخاب کد عملکرد 01، ‫جهت خواندن وضعیت کویل دستگاه Slave، ‫در آدرس 0001 و خواندنی به طول 100 کویل انجام می‌شود.

‫علاوه بر این، چندین شرکت ارائه دهنده محصولات و پشتیبانی ‫برای کمک به شما در استفاده از این پروتکل وجود دارد. ‫کمپانی ProSoft Technologies، ‫شرکت ارتباطات صنعتی HMS ‫و MOXA تعدادی از این شرکت‌ها هستند.

محیط برنامه نویسی گراف ( S7 - Graph ) در Simatic Manager به همراه فیلم آموزشی

محیط S7 - Graph  و زبان برنامه نویسی گراف با ایجاد فانکشن بلاک FB :

تفاوت ایجاد محیط برنامه نویسی گراف با ایجاد Function Block  با روش Sources File  در این است که در روش ایجاد با فانکشن بلاک ( FB ) ، چون Save & Compile می شود اگر Error  داشته باشد ، ذخیره نمی شود، اما در روش Sources  می توانید با وجود داشتن Error ، برنامه را ذخیره کنید و بعد از روی فرصت خطاهای ایجاد شده را برطرف نمایید.

ایجاد محیط S7 - Graph با روش ایجاد فانکشن بلاک ( FB ) :

آشنایی با محیط نرم افزار S7 - Graph :

پس از اجرای برنامه S7 - Graph ، پنجره برنامه به شکلی شبیه زیر ظاهر می شود ، برای توصیف بهتر بخش های این برنامه ، شماره گذاری شده اند ، برنامه در بخش شماره 2 ، ترسیم می شود :

بخش 1 : این بخش که در بالا و نیز سمت چپ ظاهر می شود ، همان نوار ابزار ( Toolbars ) برنامه است ، بخش بالا به دوقسمت Standard و View  تقسیم می شود که در فیلم آموزشی توضیح داده شده است.

بخش 1 در سمت چپ نیز به دو قسمت Sequencer و LAD/FBD تقسیم می شود که این قسمت هم در فیلم آموزشی توضیح داده شده است .

بخش 2 : برنامه کنترل ترتیبی در این بخش ترسیم و نوشته می شود ، وقتی برای اولین مرتبه ، برنامه Graph را باز می کنیم ، معمولاً شامل یک مستطیل به نام Step 1 که با S1  نشان داده می شود و یک خط افقی در زیر آن به نام  Transition 1 که با T1 نشان داده می شود ، می باشد .

بخش 3 : این بخش  Menu Bar برنامه است.

بخش 4 : این بخش Title Bar برنامه است ، نام پروژه ، شماره FB و DB و اطلاعاتی از این قبیل در این بخش نشان داده می شود .

بخش 5 : به این پنجره Overview گفته می شود ، و در آن می توان وضعیت کل Stepها که تشکیل یک Sequencer یا توالی را می دهند ، مشاهده کرد .

بخش 6 : به این پنجره Detail گفته می شود که در پایین برنامه ظاهر می شود و در آن می توان وضعیت متغیرها یا آدرس های استفاده شده را دید و در هنگام ذخیره سازی برنامه ، لیست Errorها و Warningها را در این بخش قابل مشاهده است .

بخش 7 : به این قسمت Status Bar گفته می شود ، وضعیت CPU در حالت Online در این قسمت قابل مشاهده است .

Step  و  Transition : در محیط اصلی S7 - Graph  ، شکل یک Step  و یک Transition نمایش داده می شود .

 مفهوم Step که به صورت یک باکس مستطیل شکل نمایش داده می شود ، مرحله ای است که PLC به آن وارد می شود و در آنجا دستور یا دستورات خاصی را اجرا می کند  ، CPU آنقدر در این مرحله می ماند تا شرایط گذر یا Transition که در زیر Step با یک خط افقی نمایش داده شده ، برآورده شود .

به عنوان مثال در شکل زیر درصورتی CPU از مرحله 1 عبور کرده و  وارد مرحله2  می شود که سوئیچ I0.0  بسته شود :

دستورات دائمی ( Permanent Instruction ) : دستوراتی هستند که در هر سیکل اسکن ، صرفنظر از اینکه برنامه در کدام Step قرار دارد ، یکبار اجرا می شوند ، دستورات بخش Permanent بالای بلاک ، در ابتدای سیکل اسکن و دستورات Permanent پایین بلاک ، در انتهای سیکل اسکن اجرا می گردند ، دستورات می تواند از نوع condition  یا از نوع Call باشد ، که ازمنوی  Insert ، قسمت Permanent Instruction ، دستورات را می توان انتخاب کرد .

دستورات Permanent قبل از Sequencer :

دستورات Permanent بعد از Sequencer :

بخش Interlock : در این قسمت شرایط Interlock مربوط به Step  نوشته می شود، از شرایط Interlock می توان برای دستورات برنامه نویسی Step استفاده کرد و متناسب با آن دستوراتی را اجرا کرد ، پس از این حیث با شرایط Transition متفاوت است چون Transition فقط شرایط گذر از Step را در برمی گیرد .

بخش Supervision : در این قسمت می توان یک Step را تحت نظارت قرار داد تا به عنوان مثال اگر زمان اجرای آن از حدی بیشتر شد یا کلید خاصی فعال شد ، آلارمی ظاهر شود .

بخش Comment : در این بخش ، توضیحات مربوط به همان Step را می توان نوشت و با بخش Block Comment  که مربوط به توضیحات توالی ( Sequencer ) است ، متفاوت می باشد .

توجــه : می خواهیم برنامه کنترل روشنایی راه پله را که قبلاً به زبان FBD نوشته بودیم را به زبان گراف ، طراحی نماییم ، به‌طوریکه سه عدد لامپ برای روشنایی که از نقطه مختلف کنترل شود ، برای کنترل از سه محل می توان از سه عدد شستی استارت یا سه عدد سنسور بدون تماس ( BERO ) خازنی ، استفاده کرد ، بعد از آنکه یکی از شستی‌های استارت فشرده شود یا یکی از سنسورها ، حضور فردی را حس کند و اکتیو شود ، لامپ‌ها روشن شوند و به مدت 15 ثانیه روشن بمانند، درصورتیکه یکی از شستی استارت  ، از یکی از محل‌های کنترل ،  مجدد فشرده شود و یا یکی از سنسورها ، دوباره  فعال گردد ، دراینصورت مجدد زمان 15 ثانیه شروع شود و لامپ ها روشن شوند .

فیلم آموزشی ایجاد فانکشن بلاک ( FB1 ) و برنامه نویسی به زبان گراف در S7 - Graph  ،  فراخوانی فانکشن بلاک FB1  در بلاک OB1  ، دانلود برنامه و تست برنامه در شبیه ساز(Simulation ) :

پروژه کنترل دمای آب استخر ( اتوماسیون صنعتی ) توسط PLC Siemens STEP7-300 همراه با کلیپ تصویری

کلیپ تصویری آموزشی طراحی پروژه کنترل دمای آب استخر توسط PLC   ,   STEP7-300 و نرم افزار Simatic Manager :

توجــه : می خواهیم برنامه یک پروژه واقعی را طراحی  کرده و در محیط نرم افزار Simatic Manager آن را ،  اجرا کنیم .

پروژه کنترل دمای آب یک استخر می باشد ، که قسمت های مختلف  پروسه را در شکل زیر مشاهده می کنید :

توجــه : همانطور که در شکل فوق ، مشاهده می کنید ، سنسور S1  تعیین سطح آب استخر را اعلام می کند و بعد از آنکه این سنسور ، فعال شد و اعلام کرد که آب در استخر وجود دارد ، سیستم روشن می شود و Pump1 ، آب را از استخر می کشد و از مبدل حرارتی ( Heat_Exchange ) و صافی ( Filter ) عبور داده و مجدد ، آب را به استخر بر می گرداند .

بویلر به طور مستقل کار می کند و دمای آب بویلر روی 90^oC تنظیم می باشد.

 سنسور RTD دمای آب استخر را که به طور پیش فرض روی 28 درجه سانتی گراد ( Set_Point=28^oC ) تنظیم شده  است ، اندازه گیری می کند ، درصورتیکه دما از 28^oC کمتر شود ، آنگاه Pump2 روشن شده و آب خروجی بویلر را وارد سیستم می کند و از مبدل حرارتی  ( Heat_Exchange ) , عبور میدهد تا دمای آب مجدد از 28^oC بیشتر شود ، در این حالت ، اگر سنسور ، RTD  ، دمای آب استخر را  بیشتر از 28 درجه سانتیگراد را اندازه‌گیری کند ، آنگاه  Pump2  خاموش می شود و این روند به همین صورت ادامه پیدا می کند .

توجــه مهم : آب خروجی از بویلر که دمای آن زیاد است با آب استخر برخورد نمی کند و فقط در مبدل حرارتی به دلیل آنکه لوله های زیادی وجود دارد و آب گرم بویلر، توسط پمپ شماره2 ،  با عبور از لوله های مبدل حرارتی ، گرمای خود را به لوله های آب سردی که از استخر می آید ، می دهد ، درنتیجه تبادل حرارتی صورت می گیرد .

نکتــه : در این پروسه ، پاسخ سیستم کند است ، یعنی اگر دمای آب استخر 26^oC باشد ، یعنی فقط 2^oC کمتر از مقدار تعیین شده ( Set_Point = 28^oC ) باشد ، باید مقدار زیادی از آب استخر از تبادلگر حرارتی عبور کند تا دمای آب استخر ، افزایش یابد ، لذا پاسخ سیستم کند است و نیازی به سیستم های دیگر کنترل مانند PID _ Controller نداریم .

توجه : در  زیر ، تعریف متغیرها ، ورودی ها و خروجی ها را داریم و آنها را تحلیل می کنیم :

*** پیکربندی سخت افزار در Simatic Manager : 

*** آدرس  کارت DI / DO :

*** مشخصات و آدرس کارت AI :

*** جدول Symbol  Table و تعیین آدرس های سمبلیک برای متغیرها ، ورودی ها و خروجی های برنامه : 

***ایجاد  دیتا بلاک Data Block ( DB1 ) برای  تعریف Set_Point :

*** برای اینکه PLC هردفعه به DB1 مراجعه نکند ، اطلاعات آن را به OB100 که جزو OBهای راه‌اندازی است ، منتقل می کنیم ، تا در ابتدای اجرای پروژه PLC  اطلاعات آن را بخواند و اجرا کند:

توجــه مهم : علاوه بر فانکشن های سیستمی ( SFC  ) ، خانواده ای از فانکشن ها با عنوان IEC   Function  Blocks وجود دارند که بسیاری از عملیات های پیچیده را ساپورت می کنند ، این فانکشن ها به چهاردسته تقسیم می شوند :

1- Convert که تبدیلی را روی نوع دیتا انجام می دهند .

2- DT که برای عملیات مقایسه تاریخ و زمان بکار می رود .

3- String که برای عملیات روی String کاربرد دارد .

4- Floating  Point  Math برای عملیات روی متغیرهای اعشاری و 32 بیتی ، بکار می رود .

در برنامه پروژه کنترل دمای آب استخر در Network1 در بلاک OB1  از این دسته از فانکشن ها که از نوع Convert می باشد ، برای مقیاس اندازه گیری سنسور RTD ، استفاده می گردد ، به طوریکه در قسمت Program Element ، قسمت منوی درختی Libraries  و سپس قسمت Standard  Library و بعد قسمت TI-S7  Converting  Blocks را انتخاب کرده و درنهایت فانکشن FC105 را انتخاب می کنیم ، مانند شکل های زیر :

*** OB1  را ایجاد می کنیم و برنامه اصلی پروژه را در آن طراحی می کنیم :

*** حالت های مختلف Simulation را در شکل های زیر مشاهده می کنید ( آدرس ورودی ها و خروجی ها را از جدول Symbol Table پیدا کنید )  : 

در شکل زیر ، سنسور S1 فعال و شستی استارت فشرده شده در نتیجه Pump1  ,  Boiler  و Pump2 روشن شده اند :

درشکل زیر ، دما توسط RTD_Scale  مقدار 29^oC اندازه گیری شده درنتیجه Pump2 خاموش شده است :

در شکل زیر ، دما توسط RTD_Scale  مقدار 27^oC اندازه گیری شده درنتیجه Pump2 روشن شده است :

در شکل زیر ، شستی استپ فشرده شده و Pump1  ,   Boiler  و Pump1 خاموش شده‌اند :

*** برنامه را Monitoring می کنیم ، تا حالت های ورودی و خروجی را بهتر مشاهده کنیم :

سیستم Smart Wire / DT - به همراه فیلم آموزشی

سیستم Smart Wire / DT راهی آسان برای اتصال قطعات صنعتی در تابلوها

سیستم Smart Wire/DT ایتون یک سیستم ارتباطی می باشد که در کنترل پنل ها جهت اتصال سنسور و actuator استفاده می شود و علاوه بر این ، این سیستم میتواند به انواع ماژول های ورودی و خروجی ، موتور استارترها ، درایوهای فرکانس متغیر ، سافت استارترها ، پوش باتون ها ، سنسورهای پنوماتیک و چراغ سیگنال ها ، اتصال پیدا کند .

این سیستم روشی بسیار مناسب و مقرون به صرفه است که جایگزین سیم کشی معمولی و نقطه به نقطه شده که در عمل بسیار پیچیده و پرهزینه است .

این سیستم از طراحی تا ساخت و ساز ، راه اندازی و گسترش به کاهش هزینه ها و کوچک شدن پنل ها کمک می کند .

از عمده مزیت های استفاده از Smart Wire/DT  طراحی بسیار جمع و جور پنل ( تابلو ) هاست.

توجه : اطلاعات بیشتر در خصوص Smart Wire  را انشالله در آینده بیشتر خواهم داد .

توجه : برای آشنایی بیشتر فیلم آموزشی زیر را تماشا بفرمایید :

اتوماسیون صنعتی - به همراه فیلم های آموزشی

اتوماسیون صنعتی

افزایش بازدهی در صنایع متوسط و سنگین و شاید با کمی اغراق “آینده صنعت” در دستان اتوماسیون و بخصوص نوع صنعتی آن می باشد، تکنولوژیی که پس از ظهور آن همچنان پر قدرت به سمت جلو می رود و گویا پایانی بر نوآوری های آن نیست.

توجه : کلیپ تصویری زیر که اتوماسیون را به خوبی تعریف می کند ، مشاهده نمایید :

داستان از رقابت شروع می شود؛ رقابت بین شرکت های صنعتی به قدری بالا گرفت که افزایش کمیت و کیفیت محصولات دیگر نمی توانست با استخدام بیشتر منابع انسانی بالاتر رود، به همین دلیل شرکت ها به دنبال راه حلی اقتصادی تر و البته دقیق‌تر از نیروی انسانی رفتند.

اگر این گذاره را همزمان کنیم با استفاده انبوه از مدارات رله کنتاکتوری در سال 1913 ( 1292 هجری شمسی ) علت رشد بی سابقه اتوماسیون در آنها سال ها به راحتی توجیه پذیر می شود.

یکی از صنایع پربازده در سال های 1903 تا 1916 ( 1282 تا 1295 هجری شمسی ) صنعت اتومبیل سازی درایالات متحده آمریکا می بود.

کارخانه اتومبیل سازی فورد

به همین دلیل تعجبی هم نداشت که شرکت های مطرح خودروسازی به فکر استفاده از اتوماسیون جهت تولید بیشتر بیافتند، در این میان شرکت فورد اقدام به تاسیس یک خط تولید نیمه اتوماتیک نمود که به نوعی آغازی بر استفاده از اتوماسیون در جهان یاد می شود. این کار باعث بهبود کیفیت و هم چنین تولید تعداد بیشتری محصول در زمان مشابه شد و کارایی شرکت فورد را به حداکثر رساند، پس از شرکت های آمریکایی نوبت به شرکت های آلمانی و پس از آنها ژاپنی بود تا با استفاده از اتوماسیون هرچند ابتدایی، انقلابی در استفاده بهینه از نیروی انسانی و کامیپوتر داشته باشند.

این روند تا به امروز ادامه داشته و البته درکنار تمام مزیت های آن مشکلاتی نیز به همراه دارد که در پایان به آن خواهیم پرداخت، حالا اجازه دهید بحث‌مان را به صورت تخصصی تر و با ورود به تعریف اساسی اتوماسیون آغاز نماییم.

اتوماسیون هوشمند شرکت BMW

اتوماسیون

اتوماسیون عبارت است از متصل کردن اجزای اطلاعاتی بخش های مختلف یک سازمان در قالب یک بستر نرم افزاری تا انتقال اطلاعات، آمارها و دستورالعمل ها به صورت کاملا یکپارچه و آسان، به گونه ای که تبادل، تنظیم و تصحیح اطلاعات درون سازمانی تسریع شود، صورت پذیرد.

نام دیگر اتوماسیون را می توان رباتیزه کردن نیز نامید که به معنای استفاده از ابزارهای کنترلی (مثلاً کامپیوتر) به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و فرآیندهای تولید است. به صورت کلی اتوماسیون به بهره‌گیری از سامانه‌های کنترل (کنترل عددی، کنترل منطقی قابل برنامه‌ریزی، و دیگر سیستم‌های کنترل صنعتی)، مکانیکی، الکترونیکی و رایانه‌ها [ CAM, CAD, CAX ] برای پایش (کنترل) خط تولید گفته می‌شود، که هدف آن؛ کاهش نیاز به نیروی انسانی می باشد.

اتوماسیون یا مکانیزاسیون

مکانیزه کردن به معنی فراهم کردن متصدیان انسانی با ابزار و دستگاه‌هایی است که ایشان را برای انجام بهتر کارشان یاری می‌رساند. نمایان‌ترین و شناخته‌شده‌ترین بخش خودکارسازی (مکانیزاسیون)، ربات‌های صنعتی هستند.

Automation یک گام فراتر از مکانیزاسیون است. در مکانیزاسیون از مجموعه‌ای از تجهیزات مکانیکی استفاده می‌شود که برای انجام فعالیت مورد نظر، نیاز به کمک انسان خواهند داشت. اما از سوی دیگر اتوماسیون نقش انسان را در انجام فرآیند حذف کرده و آن را با برنامه‌ریزی‌های منطقی و دستگاه‌‌های هوشمند جایگزین کرده است. در اتوماسیون صنعتی، کامپیوتر و ماشین به جای انسان تفکر و تصمیم‌گیری خواهند کرد.

گذشته و حال اتوماسیون

در گذشته نه چندان دور بسیاری از تابلوهای فرمان ماشین آلات صنعتی، برای کنترل پروسه های تولید از رله های الکترومکانیکی یا سیستمهای پنوماتیکی استفاده می کردند و اغلب با ترکیب رله های متعدد و اتصال آنها به یکدیگر منطق کنترل ایجاد می گردید. در بیشتر ماشین آلات صنعتی، سیستمهای تاخیری و شمارنده ها نیز استفده می گردید و با اضافه شدن تعدادی Timer و Counter به تابلوهای کنترل حجم و زمان مونتاژ آن افزایش می یافت.

تابلوهای قدیمی تمام رله‌ای

ایراد فوق با در نظر گرفتن استهلاک و هزینه بالای خود و همچنین عدم امکان تغییر در عملکرد سیستم، باعث گردید تا از دهه 80 میلادی به بعد اکثر تابلوهای فرمان با سیستمهای کنترلی قابل برنامه ریزی جدید یعنی PLC جایگزین گردند.در حال حاضر PLC یکی از اجزای اصلی و مهم در پروژه های اتوماسیون می باشد که توسط کمپانیهای متعدد و در تنوع زیاد تولید و عرضه می‌گردد. به طور خلاصه سیستم های نوین اتوماسیون و ابزار دقیق مبتنی بر PLC در مقایسه با کنترل کننده های رله ای و کنتاکتوری قدیمی دارای امتیازات زیر می باشند:

• هزینه نصب و راه اندازی آنها پایین می باشد.
• برای نصب و راه اندازی آنها زمان کمتری لازم است.
• اندازه فیزیکی کمی دارند.
• تعمیر و نگه داری آنها بسیار ساده می باشد.
• به سادگی قابلیت گسترش دارند.
• قابلیت انجام عملیات پیچیده را دارند.
• ضریب اطمینان بالایی در اجرای فرآیندهای کنترلی دارند.
• ساختار مدولار دارند که تعویض بخش‌های مختلف آن را ساده می‌کند.
• اتصالات ورودی خروجی و سطوح سیگنال استاندارد دارند.
• زبان برنامه نویسی آنها ساده و سطح بالاست.
• در مقابل نویز و اختلالات محیطی حفاظت شده اند.
• تغییر برنامه در هنگام کار آسان است.
• امکان ایجاد شبکه بین چندین پی ال سی (PLC) به سادگی میسر است.
• امکان کنترل از راه دور (به عنوان مثال از طریق خط تلفن یا سایر شبکه های ارتباطی) قابل حصول است.
• امکان اتصال بسیاری از تجهیزات جانبی استاندارد از قبیل چاپگر، بارکد خوان و… به PLC ها وجود دارد.

دلایل استفاده از اتوماسیون

قبل از اینکه به شکل تخصصی تری به موضوع اتوماسیون و زیرمجموعه های آن بپردازیم اجازه دهید باهم مزایا و معایب آن را برشماریم:

الف - افزایش بهره‌وری

با استفاده از اتوماسیون در خطوط تولید و با کنترل بهتر و دقیق‌تر بر فرآیند می توان نرخ تولید را به طور چشمگیری بهبود بخشید. در واقع زمان صرف شده به ازای تولید هر کالا کاهش خواهد یافت و در کنار آن کیفیت و دقت در تولید کالا افزایش خواهد یافت.

ب - کاهش هزینه تولید

ترکیب فرآیندهای مختلف در صنعت با استفاده از اتوماسیون همانطور که در بخش قبل ذکر شد زمان تولید را کاهش خواهد داد؛ در کنار این کاهش، نیاز به استفاده از انسان در طول فرآیند نیز کم رنگ‌تر می شود. لذا هزینه‌های ناشی از تولید کالا بدین صورت به شکل چشمگیری کاهش خواهد یافت.

ج - افزایش کیفیت کالا

از آن جائیکه استفاده از اتوماسیون دخالت انسان در فرآیند را کاهش خواهد داد، احتمال وقوع خطاهای انسانی نیز به حداقل خواهد رسید. بدین ترتیب کالاهای تولید شده با استفاده از عملکرد تجهیزات اتوماسیون و بازدید دقیق و کنترل آن‌ها از مرحله طراحی تا ساخت، دارای کیفیت بسیار بهتری نسبت به قبل خواهند بود.

د - افزایش امنیت

اتوماسیون صنعتی با جایگزین کردن ماشین‌های صنعتی با انسان‌ها از حضور انسان در محیط‌های خطرناک جلوگیری کرده و بدین ترتیب امنیت محیط کار را بالا خواهد برد.

موارد بالا را می توان کلیدی ترین ویژگی اتوماسیون دانست که تا قبل از آن عملا با روش های سنتی قابل دستیابی نمی بودند، با این حال اتوماسیون مزایای و البته معایب دیگری نیز دارد که باهم آنها را نیز مرور خواهیم نمود.

مزایای اتوماسیون

• افزایش تولید
• کاهش هزینه‌ی اپراتوری
• رفع مشکل کمبود نیروی متخصص
• انتقال نیروی کار به سمت کارهای خدماتی
• کاهش انبارهای موقت
• کمک به نظارت از راه دور
• تکرار پذیری فعالیت ها و فرآیندها
• افزایش توان و بهره وری واحدهای صنعتی
• بهبود برهم کنش با سیستم های بازرگانی
• کاهش ضایعات یا همان پسماندهای تولید
• کنترل کیفیت دقیق‌تر
• انجام کارهایی که فراتر از توانایی‌های بشر است، مانند حمل بارهای بسیار سنگین، اشیاء خیلی بزرگ، خیلی داغ یا خیلی سرد یا مواد مورد نیاز به چیزهایی بیش از حد سریع یا بیش از حد آهسته‌است.
• بهبود اقتصاد: گاهی اوقات و برخی از انواع اتوماسیون، اقتصاد سازمان‌ها، جامعه، و بسیاری از انسان‌ها را بهبود می‌بخشد؛ برای مثال، وقتی که تشکیلاتی اقتصادی سرمایه‌گذاری در فن‌آوری‌های اتوماسیون خود را بهبود می‌بخشد یا هنگامی که یک ایالت یا دولت به واسطه اتوماسیون درآمدها را افزایش می‌دهند (مانند آلمان یا ژاپن در قرن ۲۰ام) یا زمانی که انسان از اینترنت استفاده می‌کند، که به نوبه خود استفاده از ماهواره‌ها و سایر موتورهای خودکار را شامل می‌شود.

معایب اتوماسیون

• کاهش نیروی کار و افزایش بیکاری
• هزینه‌های اولیه بالای پیاده سازی اتوماسیون

انواع فرآیند در اتوماسیون

به صورت کلی در اتوماسیون شاهد دو فرآیند هستیم، این دو فرآیند عبارتند از:

• گسسته
• پیوسته

اتوماسیون با رعایت بهداشت در صنعت غذا

تنها تفاوت میان این دو سبک کاری، قدرت انعطاف پذیری بالای مدل گسسته می باشد به این شکل که می توان در یک روز چند شیفت کاری کاملا متفاوت را در یک کارگاه، کارخانه، واحد تولیدی و… پیاده سازی نمود.

به عنوان مثال در کارخانه ایران خودرو گاهی نیازی است که خط تولیدی محصول x به محصول y به مدت کوتاهی قرض داده شود تا کارخانه مذکور بتواند پاسخگوی نیاز مشتریان محصول y باشد به این شکل با استفاده از یک اتوماسیون گسسته می توانیم در یک خط تولیدی شاهد تولید انواع محصولات متفاوتی از هم باشیم .

فرآیندهای پیوسته : پالایش، پتروشیمی، شیمیائی، غذائی و …

فرآیندهای گسسته : خودرو، الکترونیک، لوازم خانگی و …

انواع سیستم های اتوماسیون صنعتی

پس از اینکه شما فرآیند مدنظرتان را مشخص نمودید نوبت به تعیین نوع سیستم می رسد که باید از میان؛ اتوماسیون سخت یا ثابت، اتوماسیون قابل برنامه ریزی و اتوماسیون نرم یا انعطاف پذیر، یکی را با توجه به ویژگی هایشان که در ادامه به صورت مفصل توضیح داده خواهد شد انتخاب نمایید.

الف - اتوماسیون سخت یا ثابت

این نوع از اتوماسیون برای اجرای عملیات های ثابت و تکرارپذیر مورد استفاده قرار می گیرد تا به نرخ تولید بیشتری دست یابند. اتوماسیون ثابت با هدف مشخص یا تجهیزات اختصاصی به منظور اتوماتیک نمودن رشته ای از عملیات های ثابت مونتاژ یا پردازش مورد استفاده قرار می گیرد. با به کارگیری این نوع از اتوماسیون تغییر یا تنوع طراحی محصول کار نسبتا دشواری خواهد بود. بنابراین این اتوماسیون در ارائه انواع محصول سخت و غیرقابل انعطاف مورد استفاده قرار می گیرد ولی کارآیی را با میزان تولید بیشتر و کاهش هزینه واحد، افزایش می دهد.

ب - اتوماسیون قابل برنامه ریزی

در این اتوماسیون یک طبقه خاص از محصول تغییر می کند و یا ممکن است عملیات مونتاژ یا پردازش با اصلاح برنامه کنترل در تجهیزات خودکار تغییر کند.

این نوع اتوماسیون بهترین گزینه برای فرآیند تولید دسته ای است که حجم تولید آن از متوسط تا زیاد است. ولی در این اتوماسیون تغییر و تنظیم مجدد سیستم برای محصول جدید یا دنباله ای از عملیات ها کار دشواری است. زیرا ورود محصول جدید یا تنظیم مجدد عملیات ها نیازمند طی یک عملیات اصلاحی طولانی است. از نمونه های کاربردی این اتوماسیون می توان به؛ دستگاه های کنترل شمارشی، ماشین کاغذ، ماشین لوله فولادی، روبات های صنعتی و … اشاره کرد.

ج - اتوماسیون نرم یا انعطاف پذیر

این سیستم اتوماسیون، تجهیزات کنترل اتوماتیکی ارائه می کند که از انعطاف پذیری بالایی برای ایجاد تغییرات در طراحی محصول برخوردارند. این تغییرات به سرعت از طریق دستوراتی که در غالب کد از سوی اپراتور انسانی ارائه می شوند قابل اجرا هستند.

این اتوماسیون به تولیدکنندگان اجازه می دهد چندین محصول با محدوده های مختلف تولید کنند و از روشی ترکیبی به جای تولید جداگانه بهره ببرند. برخی از نمونه های این سیستم اتوماسیون عبارتند از:

 1- وسایل نقلیه خودکار 

2- اتومبیل ها 

3- ماشین چندمنظوره CNC.

سلسله مراتب سیستم اتوماسیون صنعتی

سیستم های اتوماسیون صنعتی می توانند ذاتا بسیار پیچیده بوده و دارای تعداد زیادی از دستگاه های مشغول به کار در اتوماسیون باشند، در ادامه به بررسی سطوح سلسله مراتب سیستم اتوماسیون طبق تصویر زیر می پردازیم که اغلب در تمام اتوماسیون ها رعایت می شود.

سلسله مراتب در اتوماسیون صنعتی

سطح میدانی یا پایه (Field Level)

این قسمت پایین‌ترین سطح از یک سیستم اتوماسیون است که شامل تجهیزات میدانی از جمله سنسورها و عملگرها می باشد، وظیفه اصلی این بخش از سیستم، انتقال اطلاعات فرآیندها و ماشین‌ها به سطح بالاتر برای مانیتور کردن و تحلیل اطلاعات است.

سنسورها داده‌های واقعی و مبتنی بر زمان همانند دما، فشار، جریان، سطح و … را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند ، اطلاعات دریافتی توسط سنسور برای تحلیل و انجام دستورهای لازم به قسمت بالادست منتقل خواهد شد.

از سوی دیگر عملگرها سیگنال‌های الکتریکی دریافت شده توسط کنترلرها را به کار مکانیکی تبدیل خواهند کرد. 

توجه : ولوهای کنترل جریان، سلنوئید ولوها، رله‌ها، موتورهای الکتریکی و سروموتورها نمونه‌هایی از عملگرها در سیستم اتوماسیون هستند.

سطح نظارت و کنترل تولید (Supervising and Production Control Level)

در این قسمت دستگاه‌های اتوماتیک و سیستم‌های مانیتورینگ، عمل کنترل را تسهیل کرده و فرآیندها را در قالبی که برای انسان قابل تشخیص باشد، نمایش می‌دهند که این کار توسط (HMI (Human Machine Interface صورت می‌پذیرد، از طریق HMI پارامترهای مختلف، آرشیو اطلاعات، روشن و خاموش کردن دستگاه‌ها قابل مشاهده و کنترل است.

سطح کنترل (Control Level)

این بخش شامل دستگاه‌های اتوماسیون مختلف از جمله ماشین‌های CNC، PLCها و … می باشد که اطلاعات را از حسگرها گرفته و پردازش می‌کند، کنترلرهای اتوماتیک با توجه به این اطلاعات دریافتی، عملگرها را برای انجام فعالیت مورد نیاز، راه انداخته و فرمان لازم را به آن‌ها خواهند داد.

PLC از جمله کنترلرهای قوی و دقیقی است که به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. PLC قادر است تا فرمان‌های کنترلی را بر اساس ورودی‌ای که از سنسورها می‌گیرد ارسال کند. 

PLC شامل ماژول‌های مختلفی از جمله I/O دیجیتال ، I/O آنالوگ ، CPU و  ماژول‌های ارتباطی است. PLC این قابلیت را دارد که توسط کاربر برنامه‌ریزی شده و اعمال خواسته شده را مطابق انتظار انجام دهد.

سطح اطلاعات (Information Level)

این بخش، مهم‌ترین بخش اتوماسیون صنعتی است که کل سیستم اتوماسیون را تحت کنترل قرار می‌گیرد، وظیفه این قسمت برنامه‌ریزی تولید، تحلیل بازار و مصرف‌کنندگان، سفارشات، فروش و … است، لذا در این بخش، بیشتر از جنبه‌های تخصصی به مسائل تجاری اهمیت داده خواهد شد.

همچنین شبکه‌های ارتباطی اتوماسیون از بخش‌های مهم و جدایی ناپذیر این سیستم هستند که ارتباط بین تمام سطوح از این طریق برقرار می‌شود ، سیستم‌های ارتباطی در تمام سیستم‌های اتوماسیون حضور دارند ، این سیستم‌ها می‌توانند در هر سطحی متفاوت ظاهر شوند، برخی از این سیستم‌های ارتباطی عبارتند از: RS485، CAN، DeviceNet، Foundation Field Bus، Profibus و ….

ابزارهای شاخص در اتوماسیون

حقیقت این است که اتوماسیون از خود چیزی برای ارائه ندارد و درواقع با گردهم آمدن برخی از ابزارها و ایجاد یک ارتباط زنده و موثر در میان‌شان می توانیم شاهد یک اتوماسیون کاملا حرفه‌ای باشیم، این ابزارهای شاخص عبارتند از؛

• ANN - شبکه عصبی مصنوعی
• HMI – رابط انسان و ماشین
• DCS - سیستم کنترل توزیع‌شده
• SCADA – سامانه‌های کنترل سرپرستی و گردآوری اطلاعات
• PLC - کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی
• PAC – کنترل‌کننده خودکار قابل برنامه‌ریزی
• machine vision & image processing - سیستم‌های مبتنی بر بینایی ماشین و پردازش تصویر
• Instrumentation - ابزار دقیق
• motion control - کنترل حرکت
• Robotics - رباتیک

اجزاء کنترل در یک سیستم اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی برای رسیدن به اهداف خود در قسمت کنترل از یک سری تجهیزات خاص به دفعات زیاد استفاده می کند، این موارد عبارتند از؛ اندازه‌گیرها، کنترل کننده‌ها و محرک‌ها که در ادامه مختصراً شرح داده خواهند شد.

تجهیزات مورد استفاده در اتوماسیون : 

اندازه‌گیرها ؛

اندازه‌گیرها در واقع چشم سیستم‌های کنترل محسوب می‌شوند و با کمی سازی مقادیر فرآیندی، کنترل کننده را از وضعیت موجود در فرآیند آگاه ساخته و در نتیجه کنترل کننده فرمان مورد نیاز را به محرک جهت کنترل فرآیند و رسیدن به نقطه تنظیم مورد نظر ارسال می‌نماید. هر دستگاه اندازه‌گیری شامل سه جزء اساسی سنسور، ترانسدیوسر و ترانسمیتر می‌باشد.

سنسور (Sensor)؛

سنسور قطعه‌ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت، حرارت، نور، فشار، الکتریسیته، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می‌دهد و برای این عکس العمل نیاز به انرژی خارجی ندارد.

توجــه : در صفحات قبل وبلاگ ، به طور مفصل و کامل درمورد سنسورها ، توضیح و آموزش داده ایم .

سنسور PT100  -  دماسنج

ترانسدیوسر (Transducer)؛

ترانسدیوسر قطعه‌ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد، سنسور، پارامتر مورد اندازه‌گیری را به ترانسدیوسر تحویل می‌دهد، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال قابل درک برای کنترلر تبدیل می‌کند لذا برای انجام این تبدیل نیاز به یک منبع انرژی خارجی دارد.

ترانسمیتر (Transmitter)؛

ترانسمیتر وسیله‌ای است که یک سیگنال خروجی ترانسدیوسر را به سیگنال استاندارد قابل انتقال تبدیل می‌نماید، از معروفترین استانداردهای ترانسمیترها می‌توان به استاندارد ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و ۰ تا ۱۰ ولت اشاره نمود.

ترانسمیتر فشــار

کنترل کننده :

قسمت دوم ابزاردقیق بخش کنترل می‌باشد، کنترل عبارتست از سوق و نگهداری یک یا چند فرآیند به وضعیت یا وضعیت‌های مطلوب یا مورد نظر. 

این مفهوم در برگیرنده کنترل کمی، کیفی، حفظ ایمنی و محیط زیست می‌باشد که اهداف اساسی کنترل می‌باشند.

محرک‌ها :

محرک‌ها ادواتی هستند که سیگنال خروجی را از قسمت کنترل کننده گرفته و متناسب با این سیگنال‌ها عمل می‌کنند، از عمده ادوات خروجی می‌توان به شیرهای کنترل و الکتروموتورها اشاره کرد، این ادوات با عملکرد خود باعث کنترل پارامترهای اندازه‌گیری شده در مقدار مطلوب و مورد نظر می‌شوند.

مهمترین کاربرد اتوماسیون

تاکنون به موارد بسیار زیادی در رابطه با کاربرد و مزیت استفاده از اتوماسیون اشاره کرده ایم.

توجه : از دید کاربردی ، بیشترین عملکرد مثبت را در یک سیستم کاملاً مستقل " مانیتورینگ " ایفا می کند . 

بسیاری از صنایع بزرگ مانند صنایع پتروشیمی، صنایع تولید انرژی، صنایع شیمیایی و … بدون استفاده از سیستم مونیتورینگ مناسب، قادر به ادامه کار خود نیستند.

مانیتورینگ

مانیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نظر از بخش‌های مختلف یک واحد صنعتی و نمایش آنها با فرمت مورد نظر برای رسیدن به اهداف ذیل:

• نمایش وضعیت لحظه ای هر یک از ماشین آلات و دستگاهها
• نمایش و ثبت پارمترهای مهم و حیاتی یک سیستم
• نمایش و ثبت آلارمهای مختلف در زمانهای بروز خطا در سیستم
• نمایش محل خرابی و زمان وقوع ایراد در هر یک از اجزای سیستم
• نمایش پروسه های تولید با استفاده از ابزارهای گرافیکی مناسب
• تغییر و اصلاح Set Point ها حین اجرای پروسه تولید
• امکان تغییر برخی از فرآیندهای کنترلی از طریق برنامه مونیتورینگ
• ثبت اطلاعات و پارمترهای مورد نظر مدیران از قبیل زمانهای کارکرد، میزان تولید، میزان مواد اولیه مصرفی، میزان انرژی مصرفی و …

اتوماسیون و امنیت شغلی

بااینکه اتوماسیون امکان اجرا و پیاده سازی برخی از فعالیت هایی که ممکن است به شدت برای انسان ها مضر باشد را فراهم می کند ، ولی باعث کاهش استفاده از نیروی انسانی در صنایع و شغل های کم خطر نظیر بسته بندی، توزیع درون کارخانه ای، کنترل و … نیز می گردد.

آینده اتوماسیون

سرعت رشد تکنولوژی به قدری بالاست که عملا نمی توان آینده را پیش بینی نمود، با این حال با توجه به مسیر مشخص اتوماسیون می توان چشم اندازی برای آن متصور شد .

آینده اتوماسیون قطعاً در خانه خواهد بود

در سال‌های آینده قطعا شاهد کارخانه هایی خواهیم بود که در آنها دیگر خبری از انسان و نیروی کار زنده نخواهد بود، در این کارخانه ها تمامی فرآیندهای تولید به وسیله ماشین های هوشمند در بهترین و بالاترین سطح کیفیت تولید و در نهایت در مارکت ها توزیع خواهند شد، روشی که در آن انسان تنها از راه دور باید نظارگر تولید باشد، این همان بخش بسیار مهم مانیتورینگ در اتوماسیون بوده که با استفاده از آن می توان کارخانه های بسیار بزرگی را در زمین‌های کم ارزش که حضور انسان در آنها مشکل می باشد، دایر نمود.

توجــه : در حال حاضر چنین کارخانه هایی وجود دارد ، که به آن lights-out factories  می گویند .

کارخانه های چراغ خاموش

به دلیل اینکه عملا نیازی به حضور انسان در این کارخانه ها نیست به آنها “lights-out factories” می گویند، هرچند که در واقعیت ممکن است این کارخانه های چراغ داشته باشند!.

یکی از شرکت های پیشرو در این زمینه شرکت ژاپنی FANUC می باشد، FANUC در سال 2001 کارخانه چراغ خاموش خود را جهت تولید PLC راه اندازی کرده است، این کارخانه بدون نیاز به سوپروایزر و به صورت 24 ساعته در حال تولید PLC می باشد.

کارخانه شرکت مطرح فیلیپس در هلند نیز برای تولید ریش تراش های خود از کارخانه های چراغ خاموش با بهره گیری از 128 ربات کاملا هوشمند و تنها با داشتن 9 کارمند در خط پایانی، جهت تست نهایی محصول استفاده می کند.

برای درک بهتر عملکرد یک کارخانه چراغ خاموش در ادامه ویدیویی از شرکت Ocado (واقع در انگلستان) که در زمینه سوپرمارکت آنلاین فعالیت می کند قرار داده ایم، در این ویدیو هزاران روبات مسئول تهیه سبدهای خریداران و بسته بندی آنها می باشند، تمامی این ربات های هوشمند با استفاده از تکنولوژی 4G با یکدیگر در تماس می باشند.

همانطور که مشاهده نمودید سرعت تکنولوژی به قدری بالاست که عملا نمی شود آن را پیش بینی کرد ولی همواره افرادی خوش ذوق و با فکر باز وجود دارند که می توانند آینده را به نحوه‌ی زیبا پیش بینی یا رقم بزنند.

منـــابع :