نکاتی از نصب شبکه PROFIBUS DP

شبکه صنعتی پروفی باس 

شبکه PROFIBUS- شبکه های صنعتی

آموزش شبکه PROFIBUS را از اینجا تهیه نمایید.

نرم افزار  COM PROFIBUS 5.1 جهت کانفیگ و تنظیمات شبکه پروفی باس را از این قسمت تهیه نمایید.

پروتکل‌های متنوعی جهت یک سامانه اسکادا در لایه‌های مختلف بکار می‌رود. یکی از پروتکل های متداول که در لایه فیلد استفاده شده و در صنایع مختلف اعم از اتوماسیون صنعتی و سامانه اسکادا بکار می‌رود پروتکل پروفیباس است. در این مقاله به بررسی نصب منطقی و فیزیکی یک شبکه پروفیباس خواهیم پرداخت. به طوری که کم ترین تأثیر عوامل جانبی نظیر نویز و اغتشاش روی سیگنال اصلی را داشته باشد.

ابزار سیم بندی و کانکتورهای RS485 پروفیباس

توصیه های زیادی شده است که هنگام سیم بندی یک شبکه DP/FMS از کانکتورهای خاص استفاده شود. این کانکتورها چند ویژگی دارند که بهره برداری پایدار را تأمین کرده و اتصال مقاوم و سریع را فراهم می‌کنند. این ویژگی‌ها شامل موارد زیر است:
–مقاومت های انتهایی که می‌توانند داخل یا خارج از مدار قرار گیرد؛
–اتصال پایدار و سریع سیم های داده و غلاف؛
–اتصال برای کابل های ورودی و خروجی؛
–ساخت القاگر خاص در عملیات بیشتر از ۱/۵ مگا بیت برثانیه؛
–جداسازی کابل خروجی، وقتی که ترمینال انتهایی وارد شود (سوییچ فعال شود)؛
–سوکت بر پشت اضافی برای اتصال ابزار برنامه نویسی/تشخیص عیب.

بسیاری از سازندگان، راه حل هایی برای سیم کشی کابل پروفیباس، نصب کانکتور و ارائه ابزار قطع را ایجاد نموده اند. مهم است که این موارد تطبیق پذیر باشند. یکی از مسایلی که می تواند مشکل باشد استفاده از کابل پروفیباس با هسته رشته ای و جامد سخت است. کابل های هسته جامد با استفاده از فناوری «جابجایی عایق»، بهتر متصل می‌شوند که در آن عایق هسته برداشته نمی‌شود. اما توسط یک تیغه در کانکتور متصل می‌شوند. فناوری جابجایی عایق، اتصال هوای مناسب و مقاومت کم به هسته کابل را نتیجه می‌دهد.

به هر جهت این نوع از اتصال جاگزینی عایق نباید با کابل هسته ای رشته ای بکار برده شود؛ زیرا رشته های کابل تکی می‌توانند به وسیله کانکتور به طور کامل قطع شوند. این کابل گذرگاه باید زنجیروار از کانکتوری به کانکتور دیگر متصل شود. این کار اجازه می‌دهد تا ایستگاه ها بدون وقفه در ترافیک گذرگاه عمل نمایند. کانکتورهای پیشرفته پروتکل پروفیباس برای کابل‌های ورودی و خروجی مشخص شده اند. این تمایز در کانکتورها جایی مهم است که اتصال کابل خروجی از کانکتور در وضعیت غیرفعال سوییچ جدا گردد. چنین کانکتورهایی برای راه اندازی و آزمودن شبکه و همچنین برای نگهداری و تعمیرات نیز مفید هستند .

شکل۱. کاربرد صحیح کانکتورهای جداکننده: الف. کانکتور سمت چپ جهت کاربری اولین و آخرین ایستگاه روی سگمنت می‌باشد.
ب. کانکتور سمت راست جهت کاربری برای ایستگاه های دیگر روی سگمنت می‌باشد.

شکل۱۱. راه اندازی افزایشی و کاربری نگهداری و تعمیرات در کانکتورهای جداکننده

ترمینال های سوکت بر پشت

برای امکان تحلیل و رفع عیب شبکه، هر سگمنت باید حداقل یک کانکتور با یک سوکت بر پشت آن داشته باشد. این سوکت اضافی اجازه پایش و برنامه ریزی تجهیزات را بدون آسیب به شبکه را دارند. بهترین مکان استفاده از سوکت بر پشت، در انتهای یک سگمنت می‌باشد. هرگز یک ترمینال سوکت بر پشت را برای اضافه کردن Slave ها به صورت وضع خمیده T شکل بکار نبرید. در خطوط خمیده اطلاعات برای ابزار آزمون باید به طور مستقیم به سوکت بر پشت متصل شود. طبق شکل ۳ سوکت یدکی اضافی باید اتصال ابزار تشخیص خطا را فراهم کند. توجه کنید که تعدادی از ابزار تشخیص خطا می تواند حداکثر تا ۶۰ میلی آمپر از پین ۵ ولت سوکت بکشد. در چنین مواردی باید اطمینان کرد که سوکت به وسیله ای متصل ‌گردد که می‌تواند جریان مورد نیاز را تأمین نماید.

شکل۳. نحوه ی اتصال یک کانکتور بر کانکتور سوکت برپشت

اشتباه های معمول سیم بندی RS485

سیم بندی RS485 و اشتباهات در نصب و جانمایی آن معمول و قابل فهم می‌باشد. بیش ترین تعداد اشتباهات اتصالی در ادامه بیان می‌گردد:
۱. مشکلات ترمینال انتهایی
الف. فقدان ترمینال در انتهای یک سگمنت؛
ب. ترمینال دوگانه؛
 ج. ترمینال در میانه یک سگمنت؛
د. ترمینال های تغذیه نشده (تجهیزات بدون اتصال یا تغذیه نشده)؛
 ه. کانکتورهای جداسازی به طور نادرست سیم بندی شده باشند (این کانکتورها تنها زمان قرار دادن سوییچ روی حالت فعال مشکل ایجاد می نماید.)

۲. تداخل و Pick UP
الف. جانمایی کابل های گذرگاه خیلی نزدیک به کابل های برق نویزی یا تجهیزات باشد؛
ب. فقدان پوشش زمین صحیح کابل در هر وسیله؛
ج. جریان پوششی ناشی از اختلاف پتانسیل زمین بین نواحی شبکه؛

۳. مشکلات منبع تغذیه
نرخ ولتاژ منبع تغذیه ناکافی است.( ولتاژ را با بار کامل چک نمایید)

۴. مشکلات سیم بندی
الف. کابل اشتباه بکار رود (بکارگیری کابل PA برای سگمنت های DP)؛
ب.کابل های آسیب دیده (شامل کوبیده شده، خمیدگی)؛
ج. عوض شدن جای کورها در یک وسیله (کور رنگ قرمز قطع شده)؛
د. پوشش زمین نشده (در هر تجهیز متصل نشده، تجهیزات زمین نشده).

۵. سگمنت قطع شده
الف. کابل خیلی طولانی برای نرخ بیت بکار برده شده است؛
ب. تجهیزات بسیار زیاد (هرگز بیشتر از ۳۲ راه انداز RS232 روی سگمنت استفاده نشود)؛
ج. استفاده از وضعیت ارتباطی خمیده (کابل کوتاه در نرخ بیت های پایین‌تر و در نرخ های بیت بالاتر  استفاده نشود).

۶. تجهیزات تایید نشده یا خراب
الف. ظرفیت خازنی اتصال بیش از مقدار است؛
ب. خطای چیپ راه انداز  RS485یا نداشتن کیفیت لازم.

ابزار دستی تست کابل

 ابزار تست از سازندگان مختلفی وجود دارد چنین ابزاری می‌تواند سرعت مفید کابل شبکه پروفیباس و اتصالات تجهیزات Slave را چک نماید. همچنین می‌تواند کمک نماید خطاهای سیم بندی در شبکه پروفیباس در طول تنظیم و نصب به حداقل برسد. چک سیم بندی پیش راه اندازی و تست آدرس وسیله، می‌تواند مقدار زیادی از زمان و خرابی‌ها را در مرحله راه اندازی صرفه جویی نماید. BT200 و HMS Net Test  ابزارهای ارائه شده از سوی شرکت زیمنس، مثال هایی از ابزارهای تست دستی می‌باشند. برای این کار باید تمام تجهیزات از کابل ارتباطی قطع شوند.

ترمینال تجهیز (اتصال دستگاه) در یک انتهای سگمنت نصب شده و سوییچ آن روی وضعیت فعال در دو طرف قرار داده می‌شود. از آنجا که ممکن است محل خطا در سوکتی باشد که در بقیه ی قسمت های شبکه کابل مؤثر نباشد، بنابراین اهمیت دارد که هر سوکت چک شود. برای مثال در  یک سوکت با سیم‌های A و B که هر دو کابل خروجی و ورودی از آن عبور می‌کند. قابل تشخیص از انتهای کابل نخواهد بود.
همان طور که در شکل ۴ مشاهده می‌شود در زمانی که یک قسمت از مدار اتصال کوتاه دارد یک کانکتور جداکننده می‌تواند برای جداسازی بقیه قسمت های سالم استفاده شود و بنابراین می توان اتصال کوتاه را مکان یابی نمود.

شکل ۴. چک سیم بندی با تستر دستی

جهت آنالیز دقیق تر عملکرد یک شبکه پروفیباس و نیز آنالیز اطلاعات پروتکل می‌توان از یک تستر پیشرفته تر که در مدل‌های متنوعی توسط شرکت سافتینگ تولید شده است استفاده نمود (شکل ۵).

شکل ۵. تستر آنالیز شبکه پروفیباس

مشخصات کابل‌‌های پروفیباس

 بر طبق استاندارد IEC61158 یک کابل (نوع A) به صورت نشان داده شده در جدول ۱ برای کاربرد پروتکل پروفیباس RS485 اختصاص می‌یابد.

جدول ۱. اختصاصات کابل برای کابل پروفیباس RS485 نوع A

بدین ترتیب کابل در داخل کانکتورهای استاندارد مناسب قرار داده می‌شود. کابل نیاز به قطر غلاف ۰/۵ تا ۰/۸ دارد. اصطلاح «نوع A»  نسبتاً گیج کننده است زیرا «کیفیت A» به معنی بهترین کیفیت می‌باشد. فرم‌های مختلف کابل نوع A قابل دسترس هستند:

·         کابل هسته سخت، وفق استاندارد پروفیباس:

·         کابل‌های کور استاندارد برای انعطاف پذیری؛

·         کابل‌های با غلاف های خاص برای استفاده در صنایع شیمیایی و غذایی؛

·         کابل های زره پوش برای حفاظت در مقابل جوندگان و آسیب های دیگر؛

·         کابل های هالوزن صفر (کم دود) برای کاربرد در فضاهای محدود.

نصب کابل‌های پروفیباس

راهنمای کلی

 کابل‌‌‌های گذرگاه به طور ایده آل در کانال‌ها یا معبرهای کابل فولادی شان نصب می‌شود. ترانکینگ پلاستیکی بدون هیچگونه پوششی فراهم می‌شود. سینی‌های نوع سبدی نیز، پوششی را فراهم نمی‌کند (شکل ۶).

شکل ۶. کانال بندی فولادی جامد با یک داکت یا درب فولادی پوشش سد با جداسازی الکترومغناطیس و الکترواستاتیک

اگر هیچ کابل گذرگاهی در داخل کانال نصب نشده باشد باید به وضوح رنگی شود. و جایی که به طور واضح قابل مشاهده و جداگانه از تمام دیگر کابل‌ها می‌باشند نصب شوند تا بدین ترتیب هر اثر تداخل را بهبود ببخشد و از خطرات اتفاقی جلوگیری _‌‌شود. هنگام نصب مهم است که کابل‌های گذرگاه خمیده نشود. چون این موضوع می‌تواند انعکاس هایی را روی شبکه بوجود آورد. در عمل، کابل‌‌های گذرگاه نباید کشیده یا چرخانده شوند. آنها نباید له یا پیچانده شوند و حداقل شعاع خمش توصیه شده (عموماً برای هسته سخت: حداقل ۷۵ میلی متر، برای کابل‌های استاندارد: ۴۵ میلیم تر برای خمش تکی و ۶۵ میلی متر برای خمش تکراری (مکرر)).

شکل ۷. قرقره کابل برای اجتناب از خطر و خمش زیاد در طول نصب

سگمنت بندی کابل

برای کاهش تغییرات تداخل، مهم است که کابل‌ها جدا از انواع دیگر نصب شوند. این مهم است که کاربری­ های بسته های گوناگون کابل به صورت زیر بیان شود:

بسته نوع :۱
–کابل های LAN و فیلدباس (پروفیباس، Asi، اترنت)؛
–کابل‌های غلاف برای داده های دیجیتال (چاپگر،  RS232 و غیره)؛
–کابل‌های غلاف برای ولتاژ پایین (کمتر از ۲۵ ولت) سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ؛
–کابل‌های منبع تغذیه ی ولتاژ پایین (کم تر از ۶۰ولت)؛
کابل‌های سیگنال کوآکسیال:

بسته نوع۲:
 –کابل‌های حامل ولتاژهای DC (کم تر از ۴۰۰ ولت و بیش تر از۶۰ ولت)؛
–کابل‌های حامل ولتاژ  AC (بیش تر از ۲۵ ولت و کم تر از ۴۰۰ ولت)؛

بسته نوع۳:
–کابل‌های حامل ولتاژهای DC یا ولتاژ  AC (بیش تر از۴۰۰ ولت)؛
–کابل‌های با جریان زیاد؛
– موتور/ راه انداز / کابل‌های اینورتر؛
– کابل های تلفن (می‌تواند مقادیر گذرای بیش تر از ۲۰۰۰ ولت داشته باشند)؛

بسته نوع۴:
کابل های نوع ۱ تا ۳ می توانند در خطر برخورد مستقیم رعد و برق باشند. (اتصالات بین اجزا مختلف درساختمان‌های مختلف)

شکل۸. فواصل جداگانه برای انواع مختلف کابل‌­ها

·         گهگاه غیرممکن است در جایی که کابل باید عبور داده شود فواصل جدایی جور دربیایید. کابل باید در زاویه مستقیم عبور داده شود و نباید به طور موازی در کم ترین فاصله قرار داده شود.

شکل ۹. کابل‌هایی که روی سینی کابل، نردبان یا تابلو قرار می گیرند باید با فاصله‌های توصیه شده جدا شوند

زمانی که سینی کابل با دیواره‌های فولادی زمین شده و درب فولادی جدا شود. بسته های کابل را می‌توان مانند شکل ۱۰کنار یکدیگر قرار داد. همانند شکل ۱۱ تمام کانال‌ها و دیواره‌ها باید به طور صحیح با بکارگیری اتصالات قابل انعطاف در مقابل خوردگی محافظت شود. توجه کنید که بندهای بافته شده از فلز مستحکم  برای حفاظت EMC فرکانس بالا بهتر هستند.

شکل ۱۰. شکل سمت چپ: بنذ زمین سینی کابل، شکل سمت راست : اتصالات زمین بهم تابیده سینی کابل.

شکل ۱۱. گروه های کابلی جدایافته در بخش های فولادی می‌توانند در کنار هم قرار گیرند.

کابل کشی در داخل تابلوها

غلاف های به هم تابیده تمام کابل‌های پروفیباس که در قفسه سیم کشی تابلو قرار می‌گیرند. باید با گیره‌های فلزی تا حداقل ممکن نزدیک به نقطه ورود به تابلو، زمین ‌شوند. دلیل آن این است که پوشش کابل می­ تواند تداخل را در داخل یک تابلو منتقل کند که می‌تواند تجهیزات الکترونیکی حساس را مختل نماید. زمین کردن، صفحه نزدیک به نقطه ورودی این مسأله را به حداقل می‌رساند.

شکل ۱۲. زمین کردن پوشش کابل نزدیک نقطه ورودی به تابلو

زمین کردن صفحه کابل نزدیک به نقطه ورودی تابلو

یک راه حل قوی‌تر، استفاده از آداپتور،دیوارهM12  است. این مزیت‌های اضافی دارد که اجازه می‌دهد سیم بندی داخلی تکمیل و تست شود.

شکل ۱۳. یک راه حل مقاوم بکارگیری کانکتورهای جداکننده زمین می‌باشد.

سعی کنید که از قراردادن موازی کابل‌های پروفیباس و سیم بندی داخلی تابلو حتی با کابل‌هایی از دسته مشابه اجتناب کنید. سعی کنید فواصل جداسازی را حفظ کنید اما جایی که مجبور به عبور دسته های مختلف کابل‌ باشید آنها باید زاویه صحیح را داشته باشند. اگر فواصل جداسازی نتواند حفظ شود. کانال های فلزی زمین شده را همراه با قسمت های مرز بندی شده برای کابل ها بکار ببرید. یادآوری می‌شود که حداقل طول کابل ۱متر بین تجهیزات برای راه اندازی شبکه های بیش تر از ۱.۵ مگابیت برثانیه رعایت گردد. کابل مازاد می‌تواند به آسانی خارج از مسیر لوپ شود. اما به یاد داشته باشید که حداقل شعاع خمش مورد نیاز برای کابل رعایت گردد. حتی برای استفاده از نرخ های ۱.۵ مگابیت برثانیه یا کم تر، در عمل طول کابل ۱متر بین تجهیزات رعایت شود. شما ممکن است بخواهید سرعت گذرگاه را در آینده ارتقا دهید.

تعادل پتانسیل

پوشش کابل در فرکانس های بالا مؤثر می ­باشد. این پوشش باید در هر دو انتهای کابل زمین گردد. گهگاه، به هر جهت زمین محلی در قسمت های مختلف فرآیند می‌تواند منجر به عبور جریان در طول پوشش کابل شود. چنین جریان پوششی ، می‌تواند منجر به ایجاد تداخل گردد که باید از آن جلوگیری شود. مشکلات پتانسیل زمین مشترک عموماً جاهایی هستند که:

1.     کابل شبکه یک ناحیه گسترده را پوشش می‌دهد یا جهت یک فاصله طولانی استفاده شود؛

2.     زمانی که تغذیه به مکان های مختلف از منابع مختلف فراهم شود. (مجموعه ایستگاه ها)

3.     وقتی که جریان های الکتریکی بالا وجود دارند. (ایستگاه های پست تغذیه، کوره قوس الکتریکی)

یک راه حل نصب یک کابل برابری پتانسیل، بین پتانسیل‌های زمین مختلف می‌باشد. کابل برابری پتانسیل، می‌توانند جریان قابل توجهی را حمل کند و باید متناظر با جریان ابعاد آن برآورد گردد (کابل ۱۶ میلی مترمربع معمول نیست). سرانجام کابل استاندارد، با یک سطح تماس بالا،  برای اثربخشی در فرکانس‌های بالا مورد استفاده قرار می گیرد. کابل نقطه برابری پتانسیل، باید موازی کابل شبکه کشیده شود و تا حد امکان نزدیک به کابل شبکه باشد تا ناحیه محصور بین این دو حداقل شود.

شکل ۱۴. نصب خط تعادل پتانسیل

توجه داشته باشید که پوشش کابل شبکه نباید هرگز برای تعادل پتانسیل بکار برده شود.
جایگزین دیگر نصب کابل‌های برابری پتانسیل، استفاده از ماژول های اتصال نوری فیبر بین پتانسیل‌های مختلف زمین است.

شکل ۱۵. انتقال اطلاعات از راه فیبرنوری

دیگر جایگزین برای نصب کابل‌های تعادل پتانسیل، استفاده از غلاف خازنی جهت تماس به زمین در یک انتهای کابل است (شکل۱۶). این تکنیک یک مسیر خوبی برای سیگنال های فرکانس بالا فراهم می‌کند که می‌تواند موجب انتقال ولتاژ شود. اما جریان DC را نمی‌توان در طول کابل پروفیباس انتقال داد یک تکرار کننده باید در چنین مواردی برای جداکردن خطوط داده استفاده شود. یادآوری می‌شود که سگمنت‌های فیبرنوری، کل جداسازی از یک انتها به دیگری را فراهم می‌کند. آنها نیز از تداخل الکتریکی مجزا هستند و می‌توانند در فواصل طولانی استفاده شوند.

شکل ۱۶. زمین کردن خازنی

 تکرار کننده ها

یک تکرار کننده RS485 سیگنال‌های اطلاعات روی گذرگاه ها را تقویت می‌نماید و جداسازی بین سگمنت‌های گذرگاه را به طور مجزا انجام می‌دهد. یک تکرار کننده زمانی مورد نیاز است که:

۱. نیاز به اتصال بیش تر از ۳۲ تجهیز به گذرگاه وجود دارد؛
۲. نیاز به قسمت‌ های مجزای گذرگاه باشد؛
۳. سگمنت از بیشینه طول کابل مجاز برای نرخ سرعت استفاده شده تجاوز نماید.

 تکرار کننده ها نیز می‌توانند برای ایجاد سگمنت‌های شاخه ای در شبکه شما مفید باشند. تعدادی تکرار کننده های قدیمی تر تشخیص نرخ سرعت را در نظر نمی‌گیرند و از این رو، نرخ سرعت باید صراحتاً با بکارگیری یک سوییچ فراهم شده روی تجهیز تنظیم گردد.

اجزاء فیبرنوری

یک کابل فیبرنوری، سیگنال های داده را با بکارگیری نور انتقال می‌دهد. که در طول یک فیبر شیشه ای یا پلاستیکی حمل می‌شود. چندین نوع واسطه ی انتقال فیبر نوری در دسترس هستند. استفاده از فیبر پلاستیکی ساده است اما به طور کلی محدود به مسافت های کم تر از ۵۰ متر می‌باشد.

·         فیبر شیشه ای مولتی مد که می‌تواند برای فواصل حداکثر ۲ کیلومتر استفاده شود؛

·         فیبر شیشه ای سینگل مد که می‌تواند برای فواصل حداکثر تا ۵۰ کیلومتر استفاده شود؛

کابل فیبرشیشه ای تکنیک ها و ابزار خاصی را برای نصب و تست نیاز دارد، انتقال فیبر پلاستیکی ارزان تر است و می‌تواند به آسانی روی مکان مورد نظر نصب شود.

ماژول‌های لینک نوری

انتقال پروفیباس فیبرنوری نیازمند کاربرد تبدیل فیبرنوری است که ماژول لینک نوری نامیده می‌شود.(OLMها). OLM ها از سازندگان گوناگون قابل دسترس هستند . هر کانال نوری روی یک OLM، دو اتصال نوری نیاز دارد: یکی برای انتقال و دیگری برای پذیرش .
تعدادی از OLM ها کانال نوری دوگانه دارند (۲ ورودی به اضافه۲ خروجی) که اجازه می‌دهد دو سگمنت نوری یا مسیرهای نوری فیبر افزونه پیاده سازی شود. OLM ها همچنین تأثیر در انشعاب دو بخشی شبکه به صورت سگمنت های کاملاً مجزا دارند. همان طور که در شکل ۱۷ دیده می‌شود هنگام بکارگیری OLM برای اتصال دوسگمنت ، دو کابل فیبرنوری مورد نیاز است، یکی برای سیگنال در هر جهت، دیگری توپولوژی‌های پیچیده‌تری هستند که امکان بکارگیری OLM های بیشتر را فراهم می‌ نماید.

شکل ۱۷. اتصال دو سگمنت با OLM ها

اتصال OLM های در سگمنت

سگمنت های نوری به طور معمول به صورت حلقوی با بکارگیری چند OLM تک کاناله مرتب می‌شوند. اتصال نوری افزونه با بکارگیری OLM های دوکاناله پیاده سازی می شود.

 OLMها

شبکه پروفی باس

PROFIBUS شبکه 

 شبکه های صنعتی