کابل های فیلدباس ، مدباس ، پروفیباس چیست ؟

واژه فیلدباس از دو قسمت فیلد و باس تشکیل شده است ، واژه باس که بیشتر در علوم کامپیوتر کاربرد دارد و واژه فیلد در دنیای صنعت به یک محدوده جغرافیایی یا مفهومی اطلاق می شود که به صورت الکتریکی یا نوری واحد های مختلف کارخانه را به منظور انتقال اطلاعات بین آنها به هم مربوط می کند.

فیلدباس PLC های سطح کنترل مستقیم را به اجزای موجود در کارخانه مانند سنسورها ، محرک ها ، موتورهای الکتریکی ، کلید های قطع و وصل ، شیرها و کنتاکتورها متصل می کند و اتصالات مستقیم را از طریق حلقه های جریان یا سیگنال های ورودی/خروجی دیجیتال جایگزین می کند.

به هر bus که سیستم کنترل مرکزی یا تجهیزات داخلی را به یکدیگر متصل می کند فیلد باس می گویند.

کاربرد کابل های فیلد باس

تکنولوژی فیلدباس کمک می کند که به راحتی سیگنال ها را بین ابزار دقیق و اتاق کنترل را منتقل کند و همچنین با استفاده از تکنولوژی فیلدباس تنها با بکارگیری یک جفت سیم می توان امکان انتقال تغذیه تجهیزات مورد نیاز را فراهم کرد.

علاوه بر این ویژگی ها با استفاده از فناوری فیلدباس می توان سیستم های صنعتی و کارخانه ای سطح پایین مثل انواع حسگر ها ، ابزار های ای او ، کنترلرها و کامپیوتر ها را به هم متصل کرد.

استفاده از فیلدباس موجب می شود هزینه ها به طرز قابل توجهی کاهش یابند این هزینه ها شامل کابل کشی ، پنل های نگهدارنده کابل ، اتصالات ، کابینت های مارشالینگ و مخارج نیروی انسانی ارتباطی بخش نصب ، پیاده سازی و اصطلاک می باشند.

مزایای کابل های فیلد باس :

1 . کاهش هزینه سیم کشی

2 . کاهش فضای نصبی

3 . کنترل صحت اطلاعات

4 . محافظت از عواملی همچون نویز و آسیب دیدگی

5 . دارا بودن سیستم ای توزیع کننده

6 . پهنای باند در نظر گرفته شده برای آن بسیار وسیع است

7 . در این سیستم تبادل اطلاعات کاملا مطمئن و بدون خطا انجام می‌شود

انواع کابل های فیلد باس

دسته بندی کابل های فیلد باس

1 . نوع A : کابل های شیلد دار تک زوج

2 . نوع B : کابل های شیلد دار چند زوج

3 . نوع C : کابل های بدون شیلد چند زوج

4 . نوع D : کابل های شیلد دار چند رشته

پارامتر	شرایط	کابل تک زوج شیلددار نوع A	کابل چند زوج شیلددار نوع B	کابل چند زوج بدون شیلد نوع C	کابل چند رشته شیلددار نوع D
آمپدانس Ω	31/25 KHz	100 Ω + 20%	100 Ω + 30%	---	---
ماکزیمم مقاومت D.C هادی Ω/Km	20 °C	24	56	132	20
ماکزیمم تضعیف dB/Km	29 KHz	2	5	8	8
سطح مقطع نامی هادی (mm²)		0/8	0/32	0/13	1/25
ماکزیمم خازنی نامتعادل nF/Km	طول 30 متر	2	6	---	---
ماکزیمم تاخیر انتشار µ..s/Km	تغییر فرکانس از 0/25 fr تا 1/25 fr	1/7	---	---	---

کابل مدباس چیست ؟

کابل یا پروتکل مد باس یک پروتکل ارتباط سریال است که به راحتی یک مسیر ارتباطی بین تجهیزات اتوماسیون هوشمند تولید می‌کند ، مخترع آن Gould-Modicon است که در سال 1979 به دنبال راهی بود که کامپیوتر بتواند با سیستم های PLC ارتباط برقرار کند.

در بسیاری از موارد به اشتباه کابل مدباس را کابل RS-485 نام گذاری می‌کنند اما توجه کنید که این دو در مفهوم متفاوت هستند اما با هم ارتباط دارند ، ولتاژ ورودی که برای مدباس به آن احتیاج است مثبت یا منفی 10 ولت است ، در حقیقت این کابل را برای کاربردهای بسیار گسترده‌ای استفاده می‌کنند.

برای مثال برای پروتکل RTU گزینه بسیار مناسبی است ، توجه کنید که حداکثر فاصله‌ای که این کابل را به صورت یکپارچه می‌توان استفاده کرد وابسته به نوع کابل و سیستم استفاده شده است.

دلیل دیگری که مدباس محبوبیت زیادی دارد این است که افرادی که برنامه نویس نیستند به راحتی می‌توانند آن را درک و یا استفاده کنند. توجه کنید که مدباس قادر است روی اترنت به صورت همزمان با چند راهبرد فعالیت کند این در حالی است که پروفی باس این امکان را ندارد.

انواع کابل مدباس

1 . کابل مدباس TCP/IP

2 . کابل مدباس ASCII. RTU

3 . کابل مدباس PLUS

کابل مدباس TCP/IP

پروتکل برخورد یاب یا پروتکل ارتباطی از نوع CSMA/CD است و از رسانه‌های فیزیکی مثل اترنت برای اتصال آن در نظر گرفته می‌شود و در وضعیت Client/Server قرار دارند ، پروتکل TCP/IP طبق مدل OSI در لایه ترنس پورت TCP و لایه نتورک IP مشخص می‌شود و مشابه شبکه اترنت از کابل مدباس استفاده می‌کند پروتکل برخورد یاب یا پروتکل ارتباطی از نوع CSMA/CD است و از رسانه‌های فیزیکی مثل اترنت برای اتصال آن در نظر گرفته می‌شود و در وضعیت Client/Server قرار دارند ، پروتکل TCP/IP طبق مدل OSI در لایه ترنس پورت TCP و لایه نتورک IP مشخص می‌شود و مشابه شبکه اترنت از کابل مدباس استفاده می‌کند. شبکه مدباس TCP سرعتی مانند اترنت دارد و رنج آن از بین ۱۰ تا ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه تعیین شده است ، در هرم اتوماسیون هوشمند ، در لایه‌های سوپروایزری و مدیریت از این پروتکل استفاده می‌کنند ، شبکه مدباس TCP سرعتی مانند اترنت دارد و رنج آن از بین ۱۰ تا ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه تعیین شده است ، در هرم اتوماسیون هوشمند ، در لایه‌های سوپروایزری و مدیریت از این پروتکل استفاده می‌کنند.

کابل مدباس ASCII. RTU

نسخه ASCII مد‌باس با به کارگیری کابل مدباس به صورت Maste/Slave روی پورت سریال ، لایه فیزیکی ، امواج رادیویی ، فیبر نوری و تلفن همراه عمل می‌کند ، این پروتکل ، شبکه‌ای کاراکتری است که به صورت شبکه تستی استفاده می‌شود ، با استفاده از کابل مدباس سرعت انتقال اطلاعات حدود 115 kb/s تا 1200 bs و حدود 1 کیلومتر مسافت دارند. در این پروتکل بیشترین تجهیز بدون ریپیتر تا 31 و بیشترین تجهیز با ریپیتر و سگمنت تا 247 می‌توانند درون شبکه قرار گیرند.

کابل مدباس PLUS

به طور کلی مدباس PLUS با ارسال نشانه و یا بر اساس پروتکل Token عمل می‌کند و در حدود 1Mb/s سرعت تبادل اطلاعات با لایه فیزیکی RS-485 دارد ، مدباس پلاس بر خلاف نسخه پایه استاندارد همچنان با استفاده از کابل مدباس مطرح نشده است و به طور کامل انحصاری تحت نظارت شرکت مدیکان است ، تعداد نودهای تجهیزات یا شبکه قابل اتصال، بدون ریپیتر 32 عدد و بیشترین تعداد با ریپیتر 64 عدد به طول 1800 متر است که درون شبکه قرار می‌گیرند البته باید گفت مسافت‌های طولانی ‌تر از 1800 متر را می‌توان از فیبر نوری استفاده کرد.

کابل های پروفیباس چیست ؟

کلمه profibus از اتصال اول کلمات Process Field Bus تشکیل شده است ، پروفی باس یک سیستم پیشرو در زمینه اتوماسیون صنعتی جهان است و در فرآیندهای اتوماسیون آنالوگ و دیجیتال به کار می‌رود.

پروفی باس یک پروتکل برای ارتباطات فیلدباس میدانی در فناوری اتوماسیون است که نخستین بار در سال 1989 توسط BMBF (وزارت آموزش و تحقیقات آلمان) ارتقا یافت و سپس توسط زیمنس مورد استفاده قرار گرفت و در حال حاضر پتسا صنعت با تجربه چندین ساله در این زمینه ارائه دهنده راه حل هایی جهت پیاده سازی این فناوری در ایران می باشد.

پروفی باس سیستمهای اتوماسیون و کنترلرها را با دستگاه های میدانی غیر متمرکز مانند سنسورها ، محرکها و رمزگذارها پیوند می دهد ، شبکه های پروفی باس داده ها را با استفاده از یک کابل واحد تبادل می کنند.

پروفی باس نباید با استاندارد پروفی نت برای اترنت صنعتی اشتباه گرفته شود ، پروفی باس بصورت اوپن به عنوان بخشی از IEC 61158 منتشر می شود.

انواع کابل پروفی باس

1 . Profibus DP

2 . Profibus PA

3 . Profibus FMS

Profibus DP

این نوع پروفی‌باس ، دیتا های زیادی را از سنسورها و عملگرهایی که که در نقاط غیر متمرکز نصب شده‌ا‌ند ، گردآوری می‌کند ، سپس این اطلاعات را توسط یک کابل دو رشته‌ای به اتاق کنترل منتقل می‌کند ، در واقع این کابل پروفی باس DP ارتباطی نیم دوطرفه می‌سازد ، نیم دوطرفه بودن ارتباط به این معنی است که چند وسیله همزمان به باس وصل هستند ، اما در هر لحظه تنها یک ایستگاه می‌تواند فرستنده باشد.

انتقال اطلاعات در این شبکه به صورت دیجیتال انجام می‌شود ، به همین خاطر در محیط‌ های صنعتی و کارخانه‌ها که نویز زیادی دارند به کار می‌رود ، زمانی که نویز تاثیر کمتری روی دیتا بگذارد ، انتقال دیتا پایدارتر می‌شود ، در این مدل کابل پروفی باس حداقل سرعت انتقال دیتا 9.6kb/s و حداکثر آن 12mb/s می‌باشد ، طول کابل در بالاترین میزان سرعت، حداکثر 100 متر است و در میزان انتقال داده پایین‌تر می‌تواند تا 1200 متر باشد.

از آنجا که انتقال اطلاعات در شبکه DP تنها از طریق یک کابل واحد صورت می‌گیرد ، هرگونه نقصی در آن به وجود بیاید تمام دیتاهای جمع‌آوری شده از دست می‌روند ، همین موضوع عیب این مدل کابل پروفیباس می‌باشد.

Profibus PA

یکی دیگر از مدل‌های کابل پروفی باس که استفاده‌ی آن در صنایع رواج پیدا کرده است ، نمونه Profibus PA می‌باشد ، PA مخفف Process Automation به معنی اتوماسیون فرآیند است ، این نوع در واقع نمونه تکمیل شده کابل DP می‌باشد و فرمت دیتا در آن‌ها همانند است ، تجهیزات متصل شده به این شبکه به طور مستقیم از خط ارتباطی data تغذیه می‌شوند و به همین جهت ایمنی بالایی دارند.

حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در شبکه پروفی باس PA در حد 31.25kb/s است و حداکثر طول کابل 1900 متر می‌باشد ، تامین نیرو و انتقال دیتا در این نوع پروفی‌باس از طریق یک کابل واحد زوج سیم و همزمان انجام می‌شود در صورتی که در نوع DP از طریق یک کابل واحد مجزا این کار صورت می‌گرفت.

Profibus FMS

اسم این پروفی باس از خلاصه‌ی Fieldbus Message Specification برگرفته شده است ، طریق ارتباط برقرار کردن با باس و نوع جابجایی سیگنال شبیه به DP می‌باشد ، از این سو می‌توان به صورت همزمان آن‌ها را در یک شبکه استفاده کرد ، پروفیباس FMS رابطه بین کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی و PLCها را ایجاد و برقرار می‌کند و دیتاهای پیچیده بین آن‌ها را ارسال می‌کند ، برای فعالیت‌های ارتباطی گسترده با حجم دیتای بالا می‌توان از این مدل پروفی‌باس‌ها استفاده کرد ، امروزه از DP بیشتر از FMS کارایی دارد.

تفاوت مدباس و پروفی باس

آنها دو پروتکل ارتباطی مختلف هستند ، در یک قیاس واضح آن ها مثل دو زبان مختلف هستند ، پروفی باس آلمانی صحبت می کند و مدباس انگلیسی ، با این حال ، مدباس می تواند بر روی اترنت (از جمله با چندین راهبر بطور هم زمان) کار کند در حالی که پروفی باس نمی تواند.

انواع تجهیزات و قطعاتی که از طریق پروفیباس شبکه میشوند

1 . انواع PLC ها

2 . سنسور ها

3 . درایو ها

4 . سرور ها

5 . HMI/SCADA

6 . تجهیزات HART

ساختار کابل پروفیباس

1 . مغز مسی

2 . روکش مغز مسی

3 . روکش سیلیکونی

4 . فویل ضد نویز

5 . شیلد محافظ

6 . روکش پی‌وی‌سی PVC

استانداردهای مرجع کابل پروفیباس

1 . IEC61158

2 . IEC61784-1

3 . IEC61784-2

4 . IEC61784-3

5 . IEC61784-4

6 . IEC61784-5

رنگ کابل Profibus DP

به طور کلی رنگ کابل استاندارد پروفی باس DP بنفش خواهد بود ، اما می تواند رنگ دیگری داشته باشد به عنوان مثال; برای استفاده در کشتی از رنگ سیاه استفاده می شود و برای کاربرد در محیط های سخت از رنگ سبز استفاده می شود.

مقایسه کابل فیلدباس و پروفی باس

در سیستم فیلدباس پیچیدگی بالایی وجود دارد اما به دلیل این که در سیستم تنها از یک کابل ارتباطی استفاده می‌شود ، سرعت برنامه ریزی و نصب بالاتر است ، البته در سیستم پروفی باس هم با حذف شدن کابل کشی موازی هزینه نصب و راه اندازی کاهش یافته است.

در پروفی باس نویز بسیار کمی وجود دارد و پهنای باند وسیعی در نظر گرفته شده است و تبادل اطلاعات کاملا مطمئن و بدون خطا است ، در صورتی که در سیستم فیلدباس و یا کابل فیلدباس در برابر تداخل‌ها مخصوصا مقدارهای آنالوگ محافظت بیشتری را ارائه می‌دهند.

در حقیقت فیلدباس یک سیستم را به صورت کامل نمایش می‌دهد و برای استفاده از آن پرسنل واجد شرایط لازم است ، در حقیقت اجزایی که برای فیلدباس استفاده می‌شوند به اندازه قابل توجهی گران هستند ، در صورتی که در سیستم پروفی باس اینگونه نیست.