موضوع : اتوماسیون صنعتی و شبکه های ارتباطی

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

خلاصه
پيشرفت فن آوري اينترنت و شبكه هاي ارتباطي در دهه هاي اخير ايجاب مي نمايد تا به لزوم بكارگيري شبكه هاي ارتباطي در صنعت و در اين راستا شبكه اي كردن دستگاهها و سنسورهاي صنعتي بپردازيم.
در اين مقاله نگاهي اجمالي به اتوماسيون صنعتي و نقش شبكه هاي ارتباطي در توسعه صنعت داريم . در ابتدا با بيان تاريخچه اتوماسيون صنعتي , به ذكر اطلاعات پايه اعم از سطوح سلسله مراتبي اتوماسيون صنعتي و پروتكل MAP ( پروتكل اتوماسيون صنعتي) مي پردازيم.
 در ادامه ملزومات اساسي طراحي و ارتباطات قسمتهاي مختلف يك شبكه صنعتي شرح داده مي شود و با اشاره به توسعه شبكه هاي ارتباطي به نقش ارزنده اتصال دستگاهها و سنسورها در دنياي صنعت مي پردازد .
 انواع شبكه هاي صنعتي با ذكر محاسن و معايب هر يك بررسي شده و نشان مي دهد كه چگونه مي توانيم شبكه هاي سرعت بالا مانند Ethernet را با شبكه هاي سطح پايين تر (‌مانند : Fieldbus) جهت افزايش كارايي تركيب نمود و همچنين اهميت استفاده از پردازنده ها و رابطهاي كامپيوتري در مديريت هرچه بيشتر اطلاعات تبادلي و chip هاي از قبل برنامه ريزي شده (‌Asic) شرح داده مي شود. در پايان با بيان پيشنهادهايي جهت طراحي يك شبكه ارتباطي در صنعت به كار خود خاتمه مي دهد.
فصل 1 – شبكه هاي صنعتي
مقدمه
هنگاميكه در دهه شصت تكنولوژي هاي اتوماسيون ديجيتال در دسترس قرار گرفت از آنها جهت  بهبود و توسعه سيستمهاي اتوماسيون صنعتي استفاده شد . مفاهيمي مانند : صنايع خودكار (CIM) و سيستمهاي كنترلي خودكار توزيعي  (DCCS), در زمينه اتوماسيون صنعتي معرفي گرديد و كاربرد شبكه هاي ارتباطي تقريبا“‌ رشد قابل توجهي نمود.
كاربرد سيستمهاي اتوماسيون صنعتي گسترش پيدا كرد بطوري كه تعدادي از مدلهاي ديجيتالي آن براي شبكه هاي ارتباطي جهت جمع آوري اطلاعات و عمليات كنترلي سطح پائين (سطح دستگاهاي عمل كننده) با هم در ارتباط بودند.
در يك سيستم مدرن اتوماسيون صنعتي ,‌ ارتباط داده ها بين هر يك از دستگاههاي اتوماسيون  نقش مهمي ايفا مي كند , هدف از استانداردهاي بين اللملي برقراري ارتباط بين همه دستگاههاي مختلف اتوماسيون است. از اين رو كوششهائي جهت استانداردسازي بين المللي در زمينه شبكه ها صورت گرفت كه دستاورد مهم آن  پروتكل اتوماسيون صنعتي (MAP) در راستاي سازگاري سيستم هاي ارتباطي بود. پروتكل MAP  جهت غلبه بر مشكلات ارتباطي بين دستگاههاي مختلف اتوماسيون گسترش پيدا كرد و بعنوان يك استاندارد صنعتي جهت ارتباطات داده اي در كارخانه ها پذيرفته شد .
عملكرد و قابليت اطمينان يك سيستم اتوماسيون صنعتي در حقيقت به شبكه ارتباطي آن بستگي دارد .
در يك شبكه ارتباطي اتوماسيون صنعتي ,‌ بهبود عملكرد شبكه وقابليت اطمينان آن و استاندارد بودن ارتباطات با توجه به اندازه سيستم و افزايش حجم اطلاعات تعيين مي گردد.

يك شبكه ارتباطي جهت يك سيستم اتوماسيون صنعتي بايد داراي شرايط زير باشد :
1 -  قابل استفاده بودن شبكه 2 - ‌ توان عملياتي مناسب شبكه  3- ‌ميانگين تاخير انتقال اطلاعات قابل قبول.
به علاوه عوامل موثر بر عملكرد صحيح يك  سيستم اتوماسيون صنعتي مي تواند شامل موارد زير باشد:
1 - ارزيابي كارايي يك شبكه ارتباطي توسط يكي از روشهاي شبيه سازي يا تحليلي.
2 - مطالعه كارايي شبكه در يك محيط نويزي .( نويز حاصل از روبوتهاي جوشكاري و موتورهاي بزرگ و غيره )
3 – تنظيم صحيح پارامترهاي ارتباطي  شبكه . در يك سيستم اتوماسيون صنعتي شبكه ارتباطي يك جز مهم مي باشد. زيرا عهده دار تبادل اطلاعات است. بنابراين جهت دست يافتن به مقادير صحيح بايستي اتصالات ارتباطي بين ايستگاههاي مختلف شبكه ارتباطي  بدرستي صورت گرفته باشد.
1 – 2  سطوح سلسله مراتبي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي
سيستم هاي اتوماسيون صنعتي مي توانند خيلي مجتمع و پيچيده باشند  ولي عموما“ به سطوح سلسله مراتبي ساختار بندي مي شوند. هر سطح شرايط متفاوتي در شبكه ارتباطي دارد . در مثال فوق يك ساختار سلسله مراتبي از يك سيستم اتوماسيون صنعتي نشان داده شده است.
سطح Element
سطح فيزيكي اتوماسيون شامل دستگاها و سنسورهاي عمل كننده است كه پردازش هاي فني را انجام مي دهند.
سطح فيلد Field Level
پايين ترين سطح اتوماسيون سطح Field است كه شامل دستگاههاي كنترلي مانند  PLC و  CNC است. دستگاههاي فيلد اصلي معمولا ‌“ طبقه بندي شده اند ,‌كار دستگاهها در سطح فيلد انتقال اطلاعات بين پروسه توليد محصول و پردازش هاي فني است .اطلاعات ممكن است باينري يا آنالوگ باشد .
جهت ارتباط سطح فيلد معمولا“ از كابلهاي چند رشته اي موازي و رابطهاي سريال استفاده مي شود . استانداردهاي ارتباطي سريال مانند:RS232C , RS422   و RS485 و نوعهاي عمومي ديگر با استاندارد ارتباطي موازي IEEE488  با هم استفاده مي شود.
روشهاي ارتباطي  نقطه به نقطه در شبكه ارتباطي از لحاظ قيمت كابل كشي و كيفيت ارتباط مقرون به صرفه بودند. امروزه Field Bus (يك نوع شبكه صنعتي) اغلب براي انتقال اطلاعات در سطح فيلد بكار مي رود .از آنجاييكه در يك فرايند اتوماسيوني زمانبندي درخواستها بايد بطور دقيق اجرا شود, برنامه هاي كنترل كننده هاي اين سطح عمليات انتقال چرخشي نياز دارند كه اطلاعات را در فواصل زماني مشخص انتقال دهند و اطلاعات تعيين شده را براي كم كردن زمان انتقال به قسمتهاي كوچكتر تقسيم كنند.
سطح Cell (Cell Level)
در سطح Cell  جريان داده ها اساسا“  شامل : بارگزاري برنامه ها ‚ مقادير و اطلاعات است كه در طول فرايند توليد انجام مي شود.
جهت دستيابي به درخواستهاي ارتباطي در اين لايه از ‌شبكه هاي سرعت بالا استفاده مي شود. بعد از تعريف اصطلاحات CIM و Dccs بسياري از شركتها قابليتهاي شبكه هايشان را جهت سطحCell  سيستم اتوماسيون افزايش دادند
Ethernet   همراه با  TCP/IP بعنوان يك استاندارد واقعي براي اين سطح مورد قبول واقع شد هرچند نتوانست يك ارتباط وابسته به زمان ( Real-Time )  را فراهم كند.
فهرست مطالب
اتوماسيون صنعتي و شبكه هاي ارتباطي    1
خلاصه    1
فصل 1 – شبكه هاي صنعتي    2
مقدمه    2
1 – 2  سطوح سلسله مراتبي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي    3
سطح Element    4
سطح فيلد Field Level    4
1 – 3 وسيله  انتقال    5
1 -4 روشهاي انتقال    6
1-5 پروتكل  MAP    6
قسمت دوم    8
2-1 ملاحظات طراحي :    8
هزينه COST    8
عملكرد(كارايي) Performance    8
قابليت اعتماد و در دسترس بودن Reliability Or Availability    9
سرويس يا عمليات شبكه Service Or Network Functionality    9
تحمل پذيري محيط    Tolerance For Environment    10
قابليت توسعه Expandability    10
امنيت  Security    10
2-2  ملزومات ارتباطي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي    10
ارتباطات سطح  فيلد    10
ارتباطات سطح Cell    11
2-3 فرايند طراحي شبكه ارتباطي    11
امكان سنجي Feasibility Study    12
تجزيه و تحليل  Analysis    12
طراحي Design    13
اجرا Implementation    13
نگهداري و به روز رساني Maintenance and Upgrade    14
فصل 2 - شبكه هاي صنعتي    14
قسمت اول    14
2-1-2 چرا يك سنسور را شبكه اي مي كنيم؟    15
2 – پيكر بندي مناسب    16
3 – سيستم هاي اطلاعاتي اقتصادي    16
امكان برنامه ريزي مجدد (‌تغيير كارايي )‌ يك سنسور از طريق شبكه اي كردن    16
2-1-3 چه كسي از شبكه هاي سنسوري استفاده مي كند؟    17
2-1-4 چگونه يك شبكه صنعتي بازارهاي جديد ايجاد مي كند؟    17
2-1-8  شبكه كنترل كننده محلي CAN) (    22
2-1-9  Profibus    23
2-1-10  Field bus    23
2-1-11  آيا فن آوري  شبكه جديد است؟    24
شبكه هاي صنعتي    25
2-2-2  لايه هاي اطلاعاتي    25
وظايف هر لايه    26
2-2-3  استفاده از يك پردازنده به تنهايي  يا همراه با  يك كمك پردازنده ديگر؟    27
2-2-4  براي چي ASIC ها در طرحهاي ارتباطي ضروري هستند؟    29
2-2-5  جداسازي سطح ولتاژ    30
2-2-6  معاني Slave , Master    30
پيچيدگي Master , Slave    31
2-2-7  ابزارهاي پيكربندي چه كاري انجام مي دهند؟    32
يك زمانبندي توسعه معمولي چيست ؟    32
2-2-8  چه توان عملياتي شما انتظار داريد؟    33
2-2-9  تاييديه Certification    33
2-2-10  موانع توسعه محصول    33
ناچيز شمردن پيچيدگي    34
از دست دادن مشتري هاي بزرگ    34
در ماندگي در رسيدن به شبكه هاي چندگانه    34
ناتواني در آموزش مشتري    34
شبكه هاي صنعتي    34
قسمت سوم    34
2-3-2  اصول شبكه اي كردن    35
2-3-3  رابطهاي كامپيوتري    35
2-3-4  استفاده از يك رابط عمومي براي همه مسيرهاي ارتباطي    36
2-3-5   Gateway ها يك روش سريع براي ارتباط    36
2-3-6  استفاده از Chip هاي مجتمع    37
اصطلاحات    37