مقدمه
Foundation Fieldbus را بایستی حقیقتاً یک تکامل تکنولوژیکی در زمینه ارتباطات دیجیتالی سیستم های ابزار دقیقی و کنترل فرآیند دانست. این تکنیک اصولا با دیگر پروتکل ها و استانداردهای انتقال اطلاعات بصورت دیجیتال متفاوت می باشد زیرا بجای آنکه فقط مربوط به انتقال دیجیتال اطلاعات باشد برای اجرا و تصمیم گیری های کاربردی در کنترل فر آیند طراحی گردیده است.
آنچه که در ادامه خواهد آمد شرحی بر تکنولوژی Foundation Fieldbus تا بتوان از نتایج و دستاورد های این تکنولوژی و نیز از توانایی های آن آگاهی یافته و تا حدودی در بکار گیری فیلد باس به عنوان یک سیستم بر جسته و تکنولوژی کارا در کنترل فر آیند پیشرفت نمود .
Foundation Fieldbus چیست ؟
F.F یک سیستم تمام دیجیتال و ارتباط دو سویه است که در آن جریان بصورت سریال و با سرعت kbit/sec 31.25 و تمامی تجهیزات فیلد اعم از sensor ها و actuator ها و controller ها به یکدیگر متصل می باشد . Fieldbus همانند یک شبکه محلی LAN برای ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی و فرآیند است با قابلیت و ظرفیتهای برای توزیع کامل وظایف کنترل در طول شبکه
مزایای Fieldbus
مزیت قابل توجه F.F در بدست آوردن Life Cycle مناسب با استفاده از نحوه عملکرد تکنولوژی Fieldbus است .
F.F برای اجرای استراتژی های کنترل از بلوک های استاندارد FB استفاده می نماید. بلوک های عملیاتی FB واحد های استاندارد عملیات اتوماسیون می باشند و بسیاری از عملیات کنترلی سیستم مانند ورودی آنالوگ (AI ), خروجی آنالوگ(AO) کنترل های تناسبی, انتگرال گیر و مشتق گیر (PID ) می توانند با استفاده از این بلوک های عملیاتی انجام پذیرند .
سازگاری در بلوک های FB سازندگان مختلف و طراحی دقیق موقعیت FB توزیع کامل منطق و کنترل در تجهیزات درون سایت از سازندگان مختلف با یک اسلوب و طریقه کامل و بی نقص را امکان پذیر ساخته است , توزیع توابع کنترل در تجهیزات درون سایت می تواند منجر به کاهش تعداد I/O و دستگاه های کنترل کننده که خود نیاز به کارت ها , کابینت ها و منابع تغذیه دارند شود .
کیفیت و کمیت اطلاعات
در سیستم های کنترلی که تا حال مورد استفاده قرار گرفته اند میزان اطلاعاتی که در دسترس کاربر قرار می گیرد بیش از متغیر های کنترلی نیست لیکن در F.F میزان اطلاعات بیش از این است و این یکی از مزایای اصلی ارتباط و انتقال اطلاعات دیجیتالی است .
در کنار این فیلد باس ضمن داشتن دقت و وضوح بیشتر در سیگنال ها نیازی به تبدیلات A/D و D/A که خود باعث اعوجاج (Distortion ) می گردد که همین امر باعث اعتماد بیشتر در کنترل می گردد . علاوه بر اینکه نتیجه سپردن وظیفه کنترل به تجهیزات درون سایت باعث انجام وظیفه بهتر حلقه کنترلی و کم شدن Degradation کنترل می گردد .
فیلد باس این امکان را فراهم می سازد که متغیر های متفاوتی از هر دستگاه را در سیستم کنترل داشته باشیم که می توانند برای مواردی مانند ذخیره اطلاعات قبلی , تجزیه و تحلیل , مباحث بهینه سازی فر آیند و تولید گزارشات مورد استفاده قرار گیرند صحت بالا و بدون اعوجاج کاراکتر های ارتباط دیجیتال توانایی و ظرفیت سیستم کنترل را بالا برده است که نتیجه آن نهایتا کیفیت بالاتر محصول است .
تعمیرات
خاصیت خود آزمایی (Self-Test ) و ظرفیت ارتباطی تجهیزات فیلد باس که بر پایه استفاده از میکروپروسسور های قدرتمند در تجهیزات آن می باشد کمک بزرگی به حذف در سرویس نبودن تجهیزات و در نتیجه اطمینان از ایمنی واحد شده است . بعد از دریافت وضعیت غیر نرمال و یا در زمان نیاز به تعمیرات پیشگیرانه کارکنان بهره برداری و تعمیرات واحد می توانند از این وضعیت اطلاع پیدا کنند که این امر منجر به عکس العمل های صحیح سریع و ایمن می گردد .
قابلیت سازگاری
F.F یک پروتکل باز است به این معنی که سازندگانی که تایید و گواهی Foundation Fieldbus را دارند دستگاهها و تجهیزات آنها می توانند به همراه تجهیزات دیگر سازندگان که آنها نیز این تائیدیه را نیز کسب کرده باشند کار نمایند یعنی در یک سیستم کنترل تجهیز اتی از سازندگان مختلف به همراه یکدیگر نصب گردند .
این قابلیت که تجهیزات مختلف از سازندگان مختلف بدون وابستگی به سازنده خاص بتوانند به همراه یکدیگر در یک سیستم کار نمایند بدون از دست دادن خواص و عملکرد هر کدام از تجهیزات را Interoperability می گویند .
این قابلیت در انتخاب سازنده که بدانیم تمامی تجهیزات به همراه یکدیگر می توانند کار کنند در واقع یک پیروزی رویایی برای کار بران می باشد .
تکنولوژی Foundation Fieldbus
این تکنولوژی شامل سه بخش اساسی و اصلی است که عبارتند از :
لایه فیزیکی
مجموعه ارتباطات
برنامه های کاربردی کا ربر
مدولاسیونی که برای این سیستم و تجهیزات آن استفاده شده بر اساس مدل ارتباطات و انتقال اطلاعات در لایه های ارتباطی سیستم های باز OSI (Open System Interconnect ) می باشد .
لایه فیزیکی همان لایه شماره 1 از OSI می باشد .
لایه ارتباطات اطلاعات DLL (Data Link Layer ) شماره 2 از OSI می باشد .
مشخصه پیام فیلد باس FMS (Fieldbus Message Specification ) شماره 7 از OSI می باشد .
فیلد باس لایه های شماره 3,4,5,6 از OSI را استفاده نمی کند . لایه فرعی دسترسی به فیلد باس FAS ( Fieldbus Access Sublayer ) لایه FMS را با لایه DLL ترکیب می سازد .
برنامه های کاربردی کاربر بوسیله لایه OSI تعریف نشده است،و F.F مدل برنامه های کاربردی را مشخصاّ برای فیلد باس طراحی و تعریف کرده است.
هر لایه در سیستم ارتباطی مسئولیت بخشی از پیام ارسالی بر روی شبکه فیلد باس را بر عهده دارد . اعداد زیر اعداد تقریبی یک کد هشت بیتی "Octal" که برای هر لایه جهت انتقال اطلاعات کاربر استفاده می شود را نشان می دهد .
لایه فیزیکی
لایه فیزیکی بر اساس استاندارد های مورد تصویب کمیته بین المللی الکتروتکنیک IEC و انجمن بین المللی اندازه گیری و کنترل ISA تعریف شده است .
لایه فیزیکی پیامها را از مجموعه ارتباطات " Communication Stack " گرفته و آنرا به یک سیگنال فیزیکی قابل انتقال در شبکه فیلد باس تبدیل می کند و بالعکس .
اعمال مبدل شامل اضافه و کم کردن عناوین تعیین محدوده شروع و محدوده پایان است .
سیگنال فیلد باس با استفاده از تکنیک Manchester Biphase-L به کد بر گردانده می شوند . این سیگنال "سیگنال سریال سنکرون" نامیده می شود زیرا سیگنال clock با جریان سریال اطلاعات محاط و ترکیب می شود .
اطلاعات با سیگنال clock ترکیب می شود تا سیگنال فیلد باس همانطور که در شکل پیداست تولید شود . در یافت کننده سیگنال فیلد باس آنرا مانند شکل زیر دریافت می کند . این دریافت کننده سیگنال فیلد باس لبه انتقال به مثبت "Positive Transition " در میانه یک بیت - زمان را بعنوان " صفر منطقی " و لبه انتقال به منفی " Negative Transition " را بعنوان یک منطقی ترجمه و تعبیر می کند .
کاراکتر ها و علایم بخصوصی وظیفه توضیح عنوان محدوده شروع و محدوده پایان را بر عهده دارند .
"عنوان “ بوسیله دریافت کننده جهت سنکرون نمودن ساعت داخلی آن با سیگنال فیلد باس ورودی استفاده می شود .
کد های مخصوص N+ و N- کد های محدوده شروع و محدوده پایان می باشند . دقت کنید که سیگنالهای N+و N- هیچگاه در میانه یک بیت – زمان تغییر نمی کنند دریافت کننده از "محدود کننده شروع " برای دست یافتن به نقطه شروع پیام فیلد باس استفاده می کند . وقتی که " محدود کننده شروع " را یافت , دریافت کننده شروع به پذیرش اطلاعات می کند تا زمانی که "محدود کننده پایان " را دریافت کند .
سیگنال سازی در فیلد باس (31.25 Kbit/s )
دستگاه ارسال کننده یک جریان 10mA + برs 31.25 Kbit/ معادل با یک Load برابر با 50 ohm جهت تولید یک ولتاژ 1 Vp-p که سوار بر روی ولتاژ تغذیه جریان مستقیم باشد را ارسال می کند .
ولتاژ تغذیه DC می تواند بین 9-30 V متغیر باشد ولی در هر حال در کار با IS (Intrinsically Safe ) ولتاژ تغذیه مجاز بستگی به محدوده کار Barrier دارد .
دستگاه ها با سرعت s 31.25 Kbit/ می توانند مستقیما از روی شبکه فیلد باس تغذیه شوند یا با سیم کشی که قبلا هم برای دستگاه های 4-20 mA مرسوم بود کار نمایند .
فیلد باس s 31.25 Kbit/ همچنین فیلد باس های با سد های حفاظتی IS را با تجهیزات تغذیه شونده از روی Bus پشتیبانی می کند . برای انجام این منظور Barrier های IS بین منبع تغذیه در محل ایمن ) Safe ) و دستگاه های IS در محوطه های خطرناک نا ایمن (Unsafe ) قرار می گیرند همچنین در شبکه فیلد باس داشتن یک شاخه اصلی و چندین شاخه فرعی مجاز می باشد .
طول شبکه فیلد باس بر اساس میزان انتقال اطلاعات , نوع کابل , سایز سیمها , خصوصیت تغذیه از روی Bus خصوصیت IS اندازه گیری و محاسبه می شود .
اتر نت بسیار سریع HSE
دستگاه متصل کننده "Linking Devise " برای متصل کردن شبکه های s 31.25 Kbit/ به یکدیگر و ساختن آنها جهت دسترسی به HSE با میزان انتقال و سرعت 1 Gbit/s = 100 Mbit/s مورد استفاده قرار می گیرند . واسطه های I/S زیر مجموعه سیستم که در شکل نشان داده شده اند این توانایی را بو جود می آورند تا دیگر شبکه ها مانند Devise Net و Profibus به بلوک های عملیاتی استاندارد FF بپیوندند . همچنین واسطه های I/O زیر مجموعه سیستم می توانند به فیلد باس s 31.25 Kbit/ یا HSE متصل شوند .
تا زمانی که کلیه پیامهای شبکه فیلد باس/S 31.25 Kbit بر روی HSE مخابره می شود پروتکل های استاندارد HSE ( شامل TCP/IP , SNTP , SNMP ,…. ) به کار برده می شود و تمامی تجهیزات تجاری این شبکه ها مانند سوییچها و تنظیم کننده های مسیر را جهت ساختن یک شبکه بزرگتر می توان در آن به کار برد البته تمام یا قسمتی از شبکه HSE را می توان Redundant نمود .
مجموعه ارتباطات Communication Stack
در قسمتهای زیر عملکرد لایه مربوط به مجموعه ارتباطات شرح داده می شود :
لایه اتصال اطلاعات (Data Link Layer)DLL
لایه 2 لایه اطلاعات DLL، انتقال اطلاعات به شبکه فیلد باس را کنترل میکند.DLL دسترسی به شبکه فیلدباس را از طریق یک عامل مرتب کننده برای برنامه ریزی BUS که برنامه ریزی فعال ارتباط LAS نامیده میشود مدیریت میکند. DLL خود یک زیر مجموعه از استاندارد وضع شده تحت نام IEC/ISADLL STANDARD میباشد.
انواع تجهیزات
در مشخصه های DLL دو نوع دستگاه تعریف شده است:
-BASIC DEVICE
- LINK MASTERT
دستگاههای Link master توانائی عهده دار شدن LAS را دارند لیکن دستگاههای basic فاقد این توانئی میباشند.
انتقال و اتباط برنامه ریزی شده
برنامه ریز فعال ارتباط LAS فهرستی از زمان ارسال اطلاعات بافر در تمامی دستگاههایی که نیاز به ارسال دوره ای و متناوب را در اختیار دارد.
هنگامی که زمان ارسال بافردستگاه باشد، LAS یک پیام اطالاعات اجباری (Compel Data)CD
به دستگاه ارسال میکند. با دریافت CD، دستگاه اطلاعات بافر خود را به تمامی دستگاهها در شبکه فیلدباس انتشار (publish) میدهد. هر دستگاهی که برای دریافت این اطلاعات پیکربندی شده است مشترک (subscriber)نامیده میشود.
ارسال اطلاعات برنامه ریزی شده (schedule) بطور نمونه برای ارسال اطلاعات لوپ کنترل بین تجهیزات شبکه فیلدباس بطور منظم و دوره ای مورد استفاده قرار میگیرد.
انتقال و ارتباط غیر برنامه ریزی شده
تمامی دستگاهها در یک شبکه فیلدباس این شانس را دارند که پیامهای غیر برنامه ریزی و غیر فهرست شده(unscheduled) خود را در بین ارسال پیامهای برنامه ریزی شده و فهدست شده (schedule)، ارسال دارند.
LAS با دور پیام (Pass Token) PT اجازه استفاده از شبکه فیلدباس به دستگاه میدهد زمانی که دستگاه PT را دریافت کرد، اجازه دارد که اطلاعات خود را ارسال نماید تا زمانی که پیام خانمه یا حداکثر زمان نگاهداری Token خاتمه یابد هر کدام که زمان کمتری ببرد.
نحوه عملیات برنامه ریز فعال ارتباط Link Active Scheduler
در بخشهایی که در پی خواهد آمد به شرح جامع از نحوه عملکرد برنامه ریز فعال ارتباط LAS خواهیم پرداخت. الگوریتمی که بوسیله LAS استفاده میشود در تصویر زیر امده است.
فهرست CD
فهرست CD در برگیرنده لیستی از فعالیتهایی است که بر پایه و مأخذ دوره ای برنامه ریزی شده است. در یک زمان دقیق برنماه ریزی شده ، LAS پیام (Compel Data)CD را به یک دستگاه فیلدباس مشخص برای ارسال اطلاعات بافر ارسال میکند. در همین زمان دستگاه دریافت کننده CD پیام خود را به کلیه دستگاههایی که در شبکه فیلدباس وجود دارند انتشار داده یا اعلام میکند. بالاترین فعالیت اجرائی که LAS داشته و بر بقیه وظائف نیز تقدم دارد همین است مابقی عملکرد ها و فعالیتها در بین ارسالهای برناه ریزی شده انجام میپذیرد.
تعمیرات براساس فهرست زنده Live List
فهرستی از کلیه دستگاههای که بصورت صحیح به سیگنال PT پاسخ دهند فهرست زنده یا Live List نامیده میشود.د هر زمانی ممکن است دستگاههای جدیدی به شکل فیلدباس اضافه شوند، LAS یک پیام PN Prob Node)) را بصورت دوره ای به تمامی آدرسهایی که در Live List وجود ندارد ارسال مینماید. اگر دستگاهی در این آدرسها وجود داشته باشد و PN را دریافت آنا پیام (Prob Response)PR را بازگشت میدهد. اگر دستگاه بوسیله PR پاسخ دهد. LAS آنرا به Live List اضافه کرده و با ارسال پیام فعال شدن Node به دستگاه وجود و اضافه شدن آن به شبکه را تایید میکند.
LAS بعد از اتمام هر دوره ارسال PT به تمامی تجهیزاتی که در Live List وجود دارند احتیاج به آزمایش حداقل یک آدرس دارد.
هر دستگاه تا زمانی که به PT ارسالی از LAS پاسخ صحیح میدهد در Live List باقی میماند اگر دستگاهی token ارسالی از LAS را استفاده نکرد یا پاسخ آنرا پس از سه بار سعی باز نگرداند، LAS این دستگاه را از Live List خارج میکند.
هر گاه دستگاهی به Live List اضافه شده یا از آن کم شود. LAS این تغییر را به تمامی دستگاههای دیگر اعلام میکند این مسئله امکان آنرا به هر دستگاه میدهد که همیشه یک کپی از وضعیت جاری Live List داشته باشد.
هر گاه دستگاهی به Live List اضافه شده یا از آن کم شود. LAS این تغییر را به تمامی دستگاههای دیگر اعلام میکند این مسئله امکان آنرا به هر دستگاه میدهد که همیشه یک کپی از وضعیت جاری Live List داشته باشد.
سنکرون نمودن زمان انتقال اطلاعات
LAS بصورت دوره ای و متناوب پیام توزیع زمان (Time Distribution) TD را در شبکه فیلدباس منتشر میکند تا تمامی تجهیزات یک زمان انتقال اطلاعات همانند داشته باشند این مسئله اهمیت فراوانی دارد زیرا ارتباط و انتقال اطلاعات بر روی شبکه فیلدباس و نیز اجرای بلوکهای عملیاتی FB در برنماه های کاربردی بر پایه اطلاعات دریافتی از طریق پیامها میباشد.
نشانه انتقال Token Passing
LAS پیام PT را به تمامی تجهیزات که در Live List وجود دارند ارسال میکند. هر عنصر زمانی که PT را دریافت میکند اجازه دارد تا نسبت به ارسال پیامهای غیر برناه ای خود اقدام نماید.
LAS پشتیبان
یک شبکه فیلدباس ممکن است چندین مدیریت ارتباطات (Link master) داشته باشد – اگر LAS جاری بدلائلی از کار بیفتر یکی دیگر از مدیران ارتباطات میتواند بعنوان LAS قرار گرفته و عملیات شبکه فیلدباس ادامه پیدا کند. اصولا" فیلدباس بعنوان یک سیستم کارآ در حالتهای اضطراری و ار کار افتادن سیستم طراحی کردیده است.
لایه فرعی ورود و دسترسی به شبکه فیلد باس FAS
(Fieldbus Access Sub layer)FAS امکانات برنامه ریزی شده (طبق فهرست) و غیر برنامه ریزی شده (خارج از فهرست) لایه DLL را برای ساختن سرویسی بنام مشخصات پیام فیلدباس (Fieldbus Message Specification) FMS بکار میبرد. انواع سرویسهای FAS بوسیله نسبتهای واقعی ارتباطات (Virtual Communication Relationships)VCR تشریح میگردد.
VCR شبیه به شماره گیر سریع در حافظه تلفن شماست. اعداد زیادی برای یک شماره گیری و تلفن بین المللی مورد استفاده قرار میگیرند مانند کد دسترسی بین المللی، کد کشور، کد شهر، کد تبدیلی ئ نهایتا" شماره تلفن مورد نظر.
تمامی این اطلاعات کافی است که یک بار وارد شوند و بعد عدد شماره گیر سریع تعیین و مشخص شود. بعد از این تنظیم برای انجام این شماره گیری کافی است که فقط شماره مربوط به شماره گیر سریع وارد شود.
مانند همین حالت بعد از پیکربندی شبکه فیلدباس، برای ارتباط با یک دستگاه در این شبکه فقط شماره VCR مورد نیاز میباشد.
فقط همانطور که مکالمات تلفنی متفاوتی مانند شخص با شخص. مکالمه جمعی و مکالمه کنفرانس وجود دارد انواع مختلفی از VCR نیز وجود دارد.
VCR نوع Client/Server
این VCR نوع ارتباط یک به یک شروع کاربردی غیر برنماه ریزی شده و مرتب وردیف شده برای ارتباط بین دستگاهها در شبکه فیلدباس میباشد.
مرتب و ردیف شده به معنی آن است که پیامها براساس برنماه ای که برای ارسال سپرده شده فرستاده یا دریافت میشوند، براساس حق تقدم آنها بدون آنکه بر روی پیام قبلی نوشته شوند.
زمانی که دستگاه PT را از LAS دریافت کرد. ممکن است که اقدام به ارسال پیام تقاضا یا درخواست از دستگاه دیگر در شبکه فیلدباس کند. متقاضی Client نامیده میشود و دستگاهی که تقاضا را دریافت کرده Server نامیده میشود. SERVER زمانی که PT را از LAS دریافت کند پاسخ را ارسال میدارد.
VCR نوع Client/Server برای تقاضای اولیه اپراتور مانند تغییرات Setpoint تنظیم پارامترهای دسترتسی و تغییرات اعلام دریافت آلارمها و upload و download دستگاهها استافده میشود.
VCR نوع توزیع گزارشات
این نوع VCR ارتباط یک به چند، شروع کاربری، غیر برنامه ریزی شده ، و مرتب و ردیف شده را عهده دار میباشد.
وقتی دستگاهی که رویدادی یا گزارشی برای ارسال دارد PT را از VCR دریافت میکند ، پیام خود را برای گروه آدرس ها که در VCR آن تعریف شده ارسال میکند. دستگاههایی که برای گوش دادن به آن VCR پیکربندی شده اند گزارش را دریافت خواهند کرد.
VCR نوع اعلام کننده / مشترک (Publisher/ Subscriber)
این نوع VCR برای ارتباط یک به چند و بافر مورد استفاده قرار میگیرد.
بافر به این معنی است که تنها آخرین نگارش اطلاعات جدید تماماً بر روی اطلاعات قبلی نوشته میشود. وقتی که دستگاهی CD را دریافت میکند، دستگاه پیام خود را به تمامی دستگاههایی که بر روی شبکه قرار دارند اعلام یا منتشر مینماید. دستگاههایی که تمایل به پیام اعلام شده دارند مشترکین (Subscriber) نامیده میشوند.
CD ممکن است در LAS برنماه ریزی و ارسال شده یا ممکن است از سوی مشترکین بر پایه غیر برناه ریزی شده ارسال شده باشد. نسبت و نشانه VCR نشاندهنده این است که کدام روش مورد استافده قرار گرفته است.
VCR نوع اعلام کننده / مشترک بوسیله تجهیزات فیلدباس برای اعلام برنامه ریزی شده و دوره ای ورودیها و خروجیهای بلوکهای عملیاتی کاربردی مانند متغیرهای فرآیندی و خروجیهای اولیه در فیلدباس مورد استفاده قرار میکیرد.
مشخصات پیام فیلدباس FMS
سرویسهای FMSبرنماه های مورد استافده کاربر را قادر میسازند که پیامهایی را در طول شبکه فیلدباس براساس مجموعه طرحهای استاندارد پیام فیلدباس به یکدیگر ارسال دارند.
FMS، سرویسهای ارتباطات ، نقشه و طرح پیام ، و وضع مورد نیاز پروتکل جهت ساختن پیامها برای برنماه های کاربردی را تشریح میکند.
اطلاعاتی که بوسیله شبکه فیلدباس انتقال می یابد بوسیله ابزاری بنام تشریح هدف (Object description) توضیح داده میوشد. توضیحات یا همان تشریحات هدف در یک ساختار که فرهنگ اهداف (Object Dictionary)OD نامیده می شود جمع آوری میگردند. تشریح هدف(Object Dictionary) بوسیله اندیس خود در OD شناسائی میشود. اندیس 0 که سرفصل (تیتر) فرهنگ اهداف نامیده میشود برای توضیح خود فرهنگ مورد استافده قرار گرفته و اولین اندیس، برای تشریح اهداف مربوط به برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار گرفته است. تشریحات
اندیس های 255 و پائین تر برای تعریف و توضیح انواع اطلاعات استاندارد مانند باینری، انتگرالی، شناور، رشته های بین و ساختار های اطلاعاتی که برای ساخت دیگر تشریحات هدف مورد استفاده قرار میگرد. بکار برده میشوند.
دستگاه واقعی در فیلد (Virtual Field Device)VFD
VFD برای داشتن یک دید از راه دور بر روی اطلاعات دستگاهی است که در محلی نصب و در فرهنگ اهداف تشریح شده است. دستگاهی معمول حداقل دو VFD دارند.
مدیریت و راهبری شبکه بخشی از وظائف ابزار مدیریت سیستم و شبکه است این امر برای پیکربندی مجموعه ارتباطات تدارک دیده شده است. VFD که برای مدیریت شبکه مورد استفاده قرار میگیرد برای مدیریت سیستم نیز بکار میرود. این VFD دسترسی به اطلاعات پایه مدیریت شبکه (NMIB) و اطلاعات پایه مدیریت سیستم (SMIB) را تدارک میبیند. اطلاعات NMIB شامل نسبتهای ارتباطات موجود واقعی (Virtual Communication Relationship)VCR ، متغیرهای دینامیک، اتاتیک ها، فهرستهای برنامه ریز فعال ارتباط LAS(اگر دستگاه مدیر ارتباط یعنی Link master باشد) است. اطلاعات SMIB شامل tag دستگاه و اطلاعات آدرس و جدولهایی برای اجرای بلوکهای عملیاتی میباشد. مدیریت سیستم در بخش برنماه ها و ابزار کاربر توضیح داده شده است.
سرویسهای ارتباطات
سرویسهای ارتباطات FMS یک راه استاندارد شده برای برنماه های کاربردی مانند بلوکهای عملیاتی برای انتقال اطلاعات بر روی شبکه فیلد باس تدارک دیده است. سرویسهای ارتباطات FMS مشخصات برای هر نوع هدف تعرف شده است تمامی سرویسهای FMS میتوانند فقط VCR نوع Client/Server را مورد استافده قرار دهند مگر انهایی که مشخص شده اند.
سرویسهای FMS که در زیر می اید برای تاسیس و مورد کاربرد قرار دادن VCR مورد استفاده قرار گرفته و حالت VFD را محاسبه میکند.
سرویسهای OD
سرویسهای ارتباطات FMS زیر به برناه ها و ابزار کاربردی کاربر اجازه دسترتسی ئ تغییر OD در VFD را میدهند.
سرویسهای دسترسی به متغیر ها
سرویسهای FMS زیر به برنامه های کاربردی اجازه میدهد که به متغیرهایی که با یک OD اشتراک دارند دسترسی داشته و تغییرات را اعمال کند.
سرویسهای وقایع
سرویسهای FMS زیر به برنامه های کاربردی اجازه گزارش وقایع و مدیریت پردازش وقایع را میدهند.
سرویسهای خواندن / نوشتن (Upload / Download)
در یک شبکه فیلدباس یک نیاز ضروری این است که از راه دور بتوان نسبت به خواندن upload ویا نوشتن download اطلاعات یا برنامه ها اقدام نمود. بخصوص برای دستگاههای پیچیده و مرکبی مانند PLC ها.
برای آنکه بتوان نسبت به خواندن و نوشتن اقدام نمود از سرویس FMS بنام دامنه (Domain) استافده میشود. یک domain فضای حافظه در دستگاه را نشان میدهد.
سرویسهای FMS زیر به کاربرد و برنامه های کاربردی اجازه میدهند که نسبت به خواندن و نوشتن یک دستگاه در سایت اقدام کنند.
سرویسهای کمکی برنامه
کمک برنامه ها PI این امکان را فراهم میآورند که اجرای یک برنامه در یک دستگاه از راه دور کنترل شود.
یک دستگاه با استفاده از سرویس خواندن / نوشتن میتواند یک برنامه را در domain یک دستگاه دیگر بنویسد (download) و بعد با فرستادن در خاوست سرویس PI برنامه را از راه دور عملی سازد. شکل حالت برای PI در مثالی که در ادامه این مبحث در خصوص رفتار پروتکل FMS آمده نشان داده شده است.
شکل و اندازه پیام
شکل و اندازه دقیق پیامهای FMS بوسیله یک زبان تشریحی با ترکیبی قانونمند که نوشتار ترکیبی خلاصه و مجزا ASN – 1 نامیده میشود تعریف میگردد.
ASN – 1 بوسیله کمیته مشورتی تلفن و تلگراف (CCITT) در حدود سال 1980 بعنوان بخشی از فعالیتهای CCITT جهت استاندارد نمودن پست، توسعه و تکامل پیدا کرد.
برای اشنائی با سرویس خواندن FMS به مثال زیر در مورد قسمتی از ASN -1 توجه نمایند.
این مثال حالتی را نشان میدهد که در آن آیتم دسترسی مشخصات و اندیس فرعی در ترتیب (Sequence) پیام اتفاق میافتد.
دسترسی مشصات یک انتخاب از اندیس یا نام است که با آن میتوان به متغیر دسترسی داشت اندیس فرعی یک انتخاب دلخواه است که تنها برای انتخاب یک قسمت اختصاصی از یک سلسله (array) یا ثبت تغییرات است. اعدادی که در براکت آمده اند یک اعداد واقعی کد شده ای میباشند که برای شناسائی قسمتهای یک پیام کد شده بکار میروند.
رفتار پروتکل
انواع مشخص اهداف (Objects) قواعد رفتاری و وضعیتی خاصی دارند که بوسیله مشخصات FMS تشریح میگردد برای مثال وضعیت یک هدف در برنامه کمکی بصورت ساده در شکل زیر نشان داده شده است.
یک دستگاه از راه دور میتواند وضعیت یک برنامه در یک دستگاه دیگر که در شبکه فیلد باس قرار دارد را کنترل کند برای مثال یک دستگاه از راه دور میتواند با تولید یک سرویس FMS کمک برنامه وضعیت یک برنامه را از غیر موجود به ایده آل تغییر دهد.
شروع سرویس FMS میتواند برای تغییر حالت از ایدهآل به عملی و حرکت و دیگر مواردی از این قبیل مورد استفاده قرار گیرد.
بلوکهای کاربردی کاربر
FF از ابزار و برنامه های کاربردی استانداردی که بر پایخ بلوکها BLOCKS اتوار است استفاده میکند بلوکها در برگیرنده توابع کاربردی متفاوتی میباشند.
انواع بلوکهایی که در برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار میگیرند در شکل بعد تشریح شده است.
بلوک منبع Resource Block
بلوک منبع کاراکترهایی مانند نما دستگاه ، سازنده و شماره سریال یک دستگاه فیلدباس را در بر گرفته و تشریح مینماید. در هر دستگاه تنها یک بلوک منبع وجود دارد.
بلوک تابع FUNCTION BLOCK
بلوکهای توابع FB رفتار وضعیت یک سیستم کنترل را تدارک میبینند. پارامترهای ورودی و خروجی بلوکهای عملیاتی تابع میتوانند بر روی شبکه فیلدباس برقرار شده و به یکدیگر متصل کردند. اجرای هر کدام از FB ها دقیقاً برنامه ریزی شده و طبق یک جدول خاص مورد اجرا قرار میگیرند. همچنین در یک برنماه اجرائی تعادد زیادی FB را میتوان استفاده نمود.
در FF مجموعه ای از بلوکهای تابع FB استاندارد تعریف شد است . در کتابچه خصوصیات استاندارد FF – 891 در قسمت 2 بخش بلوکهای تابع، برای کنترل پایه، 10 بلوک تابع FB استاندارد تعریف شده است. این بلوکها به شرح زیر میباشند.
در بخش 3 از خصیات و مشخصه های این استاندارد و بلوک FB استاندارد اضافی دیگر برای کنترل پیشرفته تعریف شده است.
براساس نیاز و برای بدست آوردن عملکرد مناسب یک دستگاه میتوان FB های مختلفی در یک دستگاه فیلدباس را فعال نموده و مورد استفاده قرار داد. مثال، یک ترانسمیتر ساده حرارت ممکن است که فقط شامل یک بلوک تابع ورودی پیوسته AI باشد. یک شیر کنترل ممکن است همانطور که یک بلوک تابع خروجی پیوسته AO دارد شامل یک بلوک تابع PID نیز باشد.
در نتیجه یک لوپ کنترل کامل میتواند با استفاده از کی ترانسمیتر ساده حرارت و یک شیر کنترل ساخته شود.
بلوک مبدل TRANSDUCER
این بلوک بلوکهای تابع FB را از عملیات مورد نیاز ورودی / خروجی که برای خواندن حس کننده ها و فرامین خروجی سخت افزار مورد نیاز است جدا میکند. این بلوکها اطلاعاتی از قبیل اطلاعات
یک بلوک Transducer داشته باشیم.
مدیریت سیستم
در قسمت برنامه ها و ابزارکاربردی اهداف (objects) اضافی زیر نیز تعریف شده است:
اهداف ارتباط، ارتباط و اتصال بین ورودیها و خروجیها بصورت داخلی در یک دستگاه در طول شبکه فیلدباس را تعریف میکند.
اهداف ثبت منحنی Trend به پارامترهای بلوک تابع اجازه دسترسی به Hosts یا دیگر تجهیزات برای ثبت منحنی های مورد توجه را میدهد.
اهداف هوشیاری Alert گزارش شدن آلارمها و وقایع را مجاز میسازد.
اهداف دیدگاه View ، برای مجموعه ای از پارمترهای بلوک که میتواند برای واسطه انسان / ماشین HMI استفاده شود تعریف اولیه شده است. برای هر نوع از بلوکها براساس مشخصات بلوک تابع 4 نظرگاه تعریف شده است.
شکل بعدی مثالی از چگونگی نقش گرفتن و وارد شدن متغیرهای یک تابع عمومی در یک نظرگاه را نشان میدهد. البته فقط قسمتی از لیست پارامترهای بلوک در مثال نشان داده شده است.
نظرگاه 1-عملیات دینامیک (فعال): اطلاعات مورد نیاز اپراتور واحد برای راه اندازی فرآیند.
نظرگاه2-عملیات استاتیک (ایستا)ک اطلاعاتی که ممکن است یکبار و بعد بهمراه اطلاعات دینامیک نمایش داده شوند.
نظرگاه 3-تمام دینامیک: اطلاعاتی که متغیر میباشند و ممکن است برای نمایش جزئیات مورد نیاز باشند.
نظرگاه 4-استاتیک های دیگر: اطلاعات پیکربندی و تعمیرات.
تعریف دستگاه فیلدباس
منطق و عملکرد یک دستگاه فیلدباس براساس ترکیبها و ارتباطات بلوکها بدست آمده و مشخص میگردد.
عملکرد بلوکها برای سیستم ارتباطات فیلدباس براساس VFD که قبلاگ مورد بحث و بررسی قرار گرفت ساختار مشخص پیدا کرده و آشکار میگردد.
عنوان و شروع فرهنگ اهداف OD برنامه کاربردی، به فهرست و راهنمائی که همیشه اولین ورودی برای اجرا و استفاده از FB است اشاره میکند. فهرست و راهنما اندیسهای شروعی از کلیه ورودیهایی که در اجرای FB استفاده میشوند تهیه میکند.
تشریح هدف VFD واطلاعات مشترک آنها با استفاده از نسبتهای واقعی ارتباطات VCR در سراسر شبکه فیلدباس و از راه دور قابل دسترسی میباشند که در شکل زیر نشان داده شده است.
تشریح هدف VFD و اطلاعات مشترک آنها با استفاده از نسبتهای واقعی ارتباطات VCR در سراسر شبکه فیلدباس و از راه دور قابل دسترسی میباشند که در شکل زیر نشان داده شده است.
یک Macro cycle یک تکرار ساده از برنماه در درون دستگاه است . در شکل زی نسبتهای بین زمان مطلق شروع برنامه ارتباط و اتاصل Macro cycle مربوط به LAS، Macro cycle مربوط به دستگاه و اختلاف و فاصله زمان شروع نشان داده شده است.
در شکل بعد مدیریت سیستم که در ترانسمیتر قرار دارد باعث خواهد شد که بلوک تابع AI در Offset (فاصله زمانی) 0 اجرا شود. در Offset به میزان 20 برنامه ریز ارتباط فعال LAS یک پیام CD به بافر بلوک تابع AI در ترانسمیتر صادر کرده و اطلاعات موجود در بافر بر روی شبکه انتشار یابد.
در Offset به میزان 30، مدیریت سیستم در شیر کنترل باعث خواهد شد که بلوک تابع PID اجرا شده که پیرو آن بلوک تابع AO در Offset به میزان 50 اجرا میشود.
براساس منطق و پیوستگی دینامیک لوپ کنترل این روش و نقشه دقیقاً تکرار میشود.
توجه داشته باشید که براساس و بسته به اجرای بلوک تابع ، LAS پیام Pass token را به تمامی دستگاهها ارسال میدارد و آنها میتوانند پیامهای غیر برنامه ای خود از قبیل اعلام الارم یا تغییرات Set point اپرا تور را ارسال دارند.
برای مثال بالا، تنها زمانی که شبکه فیلدباس نمیتواند برای پیامهای غیر برنامه ای مورد استفاده قرار گیرد از Offset 20 تا Offset 30 زمانی که اطلاعات بلوک تابع AI در سراسر شبکه فیلدباس اعلام و انتشار میابد ، میباشد.
توزیع ساعت کاربردی
FF تابع توزیع ساعت کاربردی را پشتیبانی میکند. ساعت کاربردی معمولا" برابر با زمان محلی یا مختصه های جهانی زمان تنظیم شده است.
مدیریت سیستم یک اعلام کننده زمان دارد، که بصورت دوره ای پیام سنکرون نمودن ساعت کاربردی را به تمام دستگاههای فیلدباس ارسال میدارد. زمان برنامه ریزی شده جهت ارتباط و انتقال اطلاعات نمونه برداری شده و به همراه پیام ساعت کاربردی ارسال میگردد تا دستگاههای دریافت کننده بتوانند زمان محلی عملکرد خود را تنظیم کنند. در بین پیامهای سنکرون شده زمان ساعت کاربردی بصورت مستقل بر پایه ساعت داخلی خود دستگاه، در هر دستگاه باقی میمتند. سنکرون نمودن ساعت کاربردی به دستگاهها اجازه میدهد که به اطلاعات در طول شبکه فیلدباس یک مهر و نشانه زمانی نیز بدهند. اکر در شبکه فیلدباس یک اعلام کننده ساعت کاربردی پشیبانی وجود داشته باشد، این پشتیبان به شرطی که اعلام کننده فعال فعلی از کار بیفتد میتواند فعال باشد.
تعیین آدرس دستگاهها
هر دستگاه فیلدباس برای آنکه کارکرد صحیحی داشته باشد بایستی یک آدرس در شبکه و یک tag فیزیکی دستگاه برای فیلد باس بصورت منحصر بفرد داشته باشد.