در دنیای امروزی، استفاده از ارتباطات دیجیتال و شبکه های Fieldbus به ویژه Profibus و Foundation Fieldbus در صنایع مختلف به طور گستردهای رواج پیدا کرده است. این شبکهها از نظر نگهداری و پیکربندی مزایای بسیاری دارند و امکان تبادل داده میان تجهیزات مختلف، PLC ها و سیستم های کنترل را فراهم می کنند. این مقاله به بررسی جنبههای مختلف نگهداری، عیب یابی و نصب شبکه های Fieldbus میپردازد و همچنین به اهمیت پارامتر دهی صحیح و کاربرد ابزارهای مدیریت دارایی مانند FieldCare برای حفظ عملکرد بهینه شبکه ها اشاره خواهد کرد. در این مقاله، علاوه بر توضیحات فنی، راهکارهایی برای رفع مشکلات معمول شبکه های Profibus و Foundation Fieldbus نیز ارائه میشود.
ارتباطات فیلدی – مقدمه ای بر نگهداری شبکه های Fieldbus
An introduction to the maintenance of fieldbus networks
استفاده از ارتباطات دیجیتال و شبکه های Fieldbus مزایای فراوانی از نظر نگهداری و تعمیرات فراهم می کند.
ابزار دقیق دیجیتال می تواند به صورت همزمان داده ها را با PLC ها و کامپیوترها تبادل کند.
پس از نصب تجهیزات، پارامتر دهی (Parameterization) آن ها می تواند به صورت Remote انجام شود؛ از اتاق های فنی، اتاق کنترل یا هر نقطه ای از شبکه با استفاده از یک لپ تاپ. این قابلیت به ویژه در محیط های خطرناک (Hazardous Areas) یا مکان هایی با دسترسی دشوار بسیار ارزشمند است.
در صورت بروز مشکل، عیب یابی (Troubleshooting) نیز می تواند به همین روش و حتی از فاصله های طولانی، به کمک Gateway ها یا Modem ها انجام شود.
ما دستورالعمل های «Guidelines for planning and commissioning» را برای هر دو شبکه Profibus و Foundation Fieldbus منتشر کرده ایم. برای اطلاعات بیشتر به BA034S (Profibus) و BA013S (Foundation Fieldbus) مراجعه کنید. این مستندات از وب سایت ما قابل دانلود هستند.
برای انتخاب تجهیزات جدید یا جایگزین، از نرم افزار آنلاین رایگان Applicator در آدرس زیر استفاده کنید:
🔹 نکته:
نگهداری مبتنی بر Fieldbus یکی از پایه های اصلی Asset Management و Predictive Maintenance در صنایع فرایندی مدرن محسوب می شود.
مبانی – راهنمای نگهداری شبکه های Fieldbus
Basics- Helping you to maintain fieldbus networks
تجهیزات ابزار دقیق Endress+Hauser در شبکه هایی به کار گرفته می شوند که ممکن است ترکیبی از موارد زیر باشند:
• پروتکل HART®
• معماری های Profibus® DP/PA
• معماری های Foundation™ Fieldbus
HART یک پروتکل Point to Point است (مطابق Fig. 1). در این حالت یک PC با یک تجهیز یا چند تجهیز از طریق Multiplexer ارتباط برقرار می کند.
در مقابل، Foundation Fieldbus و Profibus برای تبادل داده با PLC یا Process Control System (PCS) طراحی شده اند.
از آنجا که Foundation Fieldbus و Profibus از سیگنال الکتریکی و روش Encoding یکسانی استفاده می کنند و تنها پروتکل متفاوت است، نگهداری در سطح پایین (Low Level Maintenance) در هر دو شبکه مشابه است.
🔹 نکته:
شباهت لایه فیزیکی باعث می شود بسیاری از روش های عیب یابی مانند اندازه گیری ولتاژ و جریان در هر دو شبکه یکسان باشد.
معماری معمول Profibus DP/PA
Profibus DP/PA typical architecture (Fig. 2)
فرایند توسط Process Control System یا PLC کنترل می شود. سیستم کنترل یا PLC به عنوان Master Class 1 عمل می کند و از سرویس های Cyclic برای دریافت مقادیر اندازه گیری و ارسال فرمان های کنترلی استفاده می کند.
نرم افزار مدیریت دارایی مانند FieldCare به عنوان Master Class 2 عمل می کند و از سرویس های Acyclic برای پارامتر دهی تجهیزات در زمان نصب و بهره برداری استفاده می شود.
سیستم PROFIBUS DP برای ارتباطات در سطح کنترل استفاده می شود. تجهیزاتی مانند Drive ها و Remote I/O ها در این سطح قرار دارند. همچنین می توان تجهیزات فیلدی با تغذیه خارجی مانند فلومترهای Promass و Promag را به این سطح متصل کرد.
PROFIBUS DP تبادل سریع داده ها را تضمین می کند، اما در سیستم های ترکیبی DP/PA، نرخ Baud Rate پشتیبانی شده توسط Segment Coupler اغلب عامل محدود کننده است.
PROFIBUS PA در سطح فیلد استفاده می شود. Segment Coupler هم به عنوان رابط PROFIBUS DP و هم به عنوان منبع تغذیه تجهیزات PROFIBUS PA عمل می کند. بسته به نوع Segment Coupler، شبکه PA می تواند در مناطق ایمن یا Hazardous نصب شود.
🔹 نکته:
تفکیک DP و PA امکان طراحی بهینه شبکه از نظر سرعت، ایمنی و مصرف انرژی را فراهم می کند.
معماری معمول Foundation Fieldbus
Foundation Fieldbus typical architecture (Fig. 3)
معماری Foundation Fieldbus با هدف ایجاد Interoperability بین تجهیزات سازندگان مختلف طراحی شده است.
Foundation Fieldbus از دو نوع شبکه پشتیبانی می کند:
-
High Speed Network
-
Low Speed Network (H1)
این دو معماری عملکرد پایه مشابهی دارند اما در Communication Stack متفاوت هستند.
لایه H1 بر اساس IEC 61158-2 بوده و لایه High Speed از High Speed Ethernet (HSE) استفاده می کند.
🔹 نکته:
Foundation Fieldbus امکان اجرای Control in the Field را فراهم می کند که یکی از تفاوت های کلیدی آن با Profibus است.
دستورالعمل های نصب
Installation instructions
کابل کشی و Termination عامل اصلی بیشتر مشکلات گزارش شده هستند.
کابل کشی
Cabling
در نصب شبکه PROFIBUS توجه ویژه به کابل کشی ضروری است. این موضوع شامل انتخاب کابل و نحوه مسیر دهی آن در سایت می شود.
با مسیر دهی مناسب کابل ها مانند:
-
دوری از منابع تداخل الکترومغناطیسی شدید
-
استفاده از سینی های فلزی
-
جداسازی کابل های قدرت و Bus
می توان عملکرد بدون خطای شبکه را تضمین کرد.
Note:
هرگز از کابل Profibus DP برای تجهیزات PA و بالعکس استفاده نکنید.
🔹 نکته:
امپدانس و مشخصات الکتریکی کابل های DP و PA متفاوت بوده و استفاده نادرست باعث ناپایداری شبکه می شود.
ترمینیشن
Termination
ابتدا و انتهای هر Segment در PROFIBUS PA باید Terminated شود.
• Segment Coupler در ابتدای Segment دارای Termination داخلی است
• ترمینیشن انتهای Segment باید در T-box فعال شود یا از Terminator مجزا استفاده شود
• T-box با Termination قابل سوئیچ در مناطق انفجاری مجاز نیست
• Terminator باید دارای تاییدیه FISCO باشد
• در معماری Tree، انتهای Bus دورترین تجهیز از Segment Coupler است
• در صورت استفاده از Repeater، Extension نیز باید در ابتدا و انتها Terminated شود
ابتدا و انتهای Segment های PROFIBUS DP نیز باید Terminated شوند. مقاومت های Termination معمولا در Connector ها تعبیه شده اند.
Note:
Branch Line در Profibus PA مجاز است اما در Profibus DP مجاز نیست.
🔹 توضیح تخصصی:
Termination صحیح برای جلوگیری از Reflection و افت کیفیت سیگنال حیاتی است.
…..
راه اندازی
Setup
پارامتر دهی تجهیزات با FieldCare
Device Parameterization using FieldCare Asset Management
FieldCare ابزار مدیریت دارایی مبتنی بر FDT شرکت Endress+Hauser است. این نرم افزار امکان پیکربندی تجهیزات فیلدی هوشمند و مدیریت وضعیت آن ها را فراهم می کند.
FieldCare از Ethernet، HART، PROFIBUS و در آینده FOUNDATION Fieldbus پشتیبانی می کند.
این نرم افزار امکان یکپارچه سازی سریع تجهیزات را مطابق الزامات GMP فراهم می کند.
🔹 توضیح تخصصی:
FieldCare نقش کلیدی در Digital Asset Management و نگهداری مبتنی بر وضعیت دارد.
بهره برداری و نگهداری
Operations and Maintenance
تجهیزات HART
HART devices
از آنجا که سیگنال HART روی جریان 4-20 mA مدوله می شود، در صورت وجود جریان، سیگنال HART نیز فعال خواهد بود.
کافی است وجود جریان با مولتی متر بررسی شود. با استفاده از Commubox FXA191/195 (مطابق Fig. 4)، تجهیز باید در FieldCare قابل مشاهده باشد، در غیر این صورت مشکل از کابل کشی است.
شبکه Profibus
Profibus network
به بخش Diagnosis مراجعه کنید.
مهندسی مجدد
Re-engineering
• در افزودن Fieldbus به سیستم های موجود، استفاده از Smart I/O به جای Remote I/O های ساده را مدنظر قرار دهید
• استفاده از Gateway FXA720 برای اتصال Profibus به Ethernet توصیه می شود
• هنگام افزودن تجهیز جدید، حداکثر جریان خروجی Segment Coupler را بررسی کنید تا Segment دچار Fail نشود
🔹 نکته:
طراحی مجدد شبکه Fieldbus باید با محاسبه Load Current و Margins ایمنی انجام شود.
Diagnosis of Profibus networks
عیب یابی شبکه های Profibus
در صورت بروز مشکل در شبکه Profibus (در زمان Commissioning یا Troubleshooting):
• ابتدا خطاهای آدرس دهی را بررسی کنید
• سپس مشکلات ارتباطی را بررسی کنید
• در نهایت یکپارچه سازی صحیح تجهیز در سیستم را بررسی کنید (نحوه انتقال داده به PLC)
بررسی های مهم:
• آیا فایل GSD صحیح استفاده شده است؟
• آیا گزینه Set unit to bus در تجهیز فعال شده است؟
• آیا Decoding در PLC به درستی انجام شده است؟
توجه:
سیستم PROFIBUS نیازمند توصیف پارامترهای تجهیز مانند داده خروجی، داده ورودی، فرمت داده و نرخ انتقال است. این اطلاعات در فایل GSD ذخیره می شود که هنگام Commissioning در اختیار Master قرار می گیرد.
پروتکل HART
در صورت عدم ارتباط PC با تجهیز:
• مقاومت بار در ترمینال های Commubox باید 250 اهم باشد
• تنظیم FIFO active باید غیرفعال شود
• پورت ارتباطی صحیح در Windows انتخاب شود
• حداقل ولتاژ مورد نیاز برای ترانسمیتر HART بررسی شود
برنامه ریزی PLC در شبکه های Profibus
• در Siemens S7 باید از SFC14 استفاده شود
• عدم تطابق مقادیر PV_SCALE و OUT_SCALE باعث اختلاف نمایش مقدار در PLC و تجهیز می شود
