یکپارچه سازی یک رابط ورودی / خروجی بیسیم برای PROFIBUS و PROFINET به منظور اتوماسیون سازی کارخانجات

یکپارچه سازی یک رابط ورودی / خروجی بیسیم برای PROFIBUS و PROFINET به منظور اتوماسیون سازی کارخانجات –  ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

یکپارچه سازی یک رابط ورودی / خروجی بیسیم برای PROFIBUS و PROFINET به منظور اتوماسیون سازی کارخانجات

سری مقالات IEEE در زمینه الکترونیک صنعتی

آلمان، سوئد، سوئیس، نروژ

2009

چکیده

هزینه سیم کشی حسگرها و سیستم های راه انداز در صنعت تولید بطور فزاینده ای با توجه به بکارگیری تعدادی از ابزاره های میدانی در حال افزایش است. در این خصوص مهندسی سیستم های پیچیده همراه با فرسودگی کابل به عنوان عوامل مهم در این عرصه تلقی می شوند. برای بیش از یک دهه، فیلدباس ها به عنوان یک رویکرد شایع بشمار آمده که قابلیت ساده سازی فرآیند نصب، کاهش مشکلات مهندسی و افزایش پایایی یا اطمینان پذیری در سطح میدانی را فراهم می آورند. مرحله بعدی در این فرآیند ارائه ارتباطات بیسیم در بخش های مشکل آفرین خاص شبکه میدانی بود. به منظور انجام این مهم، یک سیستم ارتباطات زمان واقعی / بلادرنگ معتبر و پایا، برای تعامل با محیط های سختی که در آنها سیستم های اتوماسیون کارخانه ای نصب شده مورد نیاز می باشد. بر این اساس، نوعی رابط بیسیم برای حسگرها و محرک ها / راه اندازها (WISA)، با دو مفهوم فرعی آن تحت عناوین WISA-power و WISA-com، تشکیل دهنده چنین سیستمی می باشد. این مقاله چگونگی یکپارچه سازی مؤثر مفهوم WISA در شبکه های میدانی دارای سیم، برای اتوماسیون کارخانجات، را مورد بحث قرار می دهد ـ که به عنوان یک شبکه بروز رسانی شده { سیستم های جانبی غیر متمرکز فیلدباس (PROFIBUS DP)} و همچنین جدید (PROFINET IO) مدنظر می باشد. در این ارتباط ما تغییراتی را برای WISA پیشنهاد می نماییم، که سبب ارتقای همزیستی 11/802 b/g و همچنین یکنواختی در جامعیت WISA برای ارتباطات حسگر/ محرک، در بطور مثال، سیستم های PROFINET IO می شود. این رویه های ارتقاء یافته پیشنهادی در ارتباط با هر دو مؤلفه پروتکل رادیویی به منظور ارتقاء همزیستی با دیگر فناوریهای بیسیم و همچنین مفاهیم مرتبط با جامعیت WISA در زمینه شبکه میدانی PROFINET/PROFIBUS می باشد.

کلمات کلیدی: همزیستی، اتوماسیون کارخانجات، پروفیلدباس (PROFIBUS)، PROFINET، رابط بیسیم برای حسگرها و محرک ها / راه اندازها (WISA)، شبکه محلی بیسیم (WLAN).

1- مقدمه

در خلال دو دهه گذشته شبکه های اتوماسیون کارخانجات از پیچیدگی فزاینده ای برخوردار بوده و این پیچیدگی به واسطه افزایش تعداد حسگر و محرک ها / راه اندازهای شبکه ای پیشرفته می باشد. یک مؤلفه مهم در این ارتباط تمایل جهت حصول سطح بالاتری از اتوماسیون کارخانه ای می باشد، بدان صورت که نیروی کار کمتری درگیر مسائل تولید شده و در عین حال تجهیزات تولیدی پیشرفته تر و پیچیده تری جایگزین شوند. این رویکرد که برای پاسخگویی به پیچیدگی های روبه رشد صنعتی اتخاذ شد هم اکنون می بایست حرکت خود را از ویژگی های دهه ،1980 که بصورت سیگنالهای فیزیکی برای کلیه حسگرها / محرکها خود را نشان داده، به سمت حصول شاخص منطقی هر سیگنال در فیلدباسها تداوم دهد {1}. در اوایل دهه 1990 اولین نسل فیلدباسها ارائه شده اند، همانند فیلدباس نوع PROFIBUS و فیلدباس H1 (Foundation Fieldbus)  (FF). بر این مبنا جهت انجام فرآیند اتوماسیون کارخانجات به سیم کشی کمتری نیاز بوده و از این رو هزینه نصب کاهش یافت. این رویکرد متعاقباً مورد پالایش قرار گرفته و فیلدباسها از نوع کم سرعت مرتبه 30 kb/s به لینک های ارتباطاتی پرسرعت {2}، همانند سیستم های تا 1 Mb/s (مگا بیت در ثانیه) برای فیلدباسهای نوع- (CAN) و 12 Mb/s برای سیستم (PROFIBUS DP)، تبدیل گردیدند که قابلیت کار با مقادیر قابل توجهی از داده ها را دارند. در اواخر دهه 1990، تمرکز بر روی فیلدباسهای نسل بعد سبب ایجاد راه حلهای اترنتی گردید{3}. غالب سازمان های فیلدباس کار توسعه استاندارد اترنت خود را آغاز نمودند، همانند پروتکل کنترل انتقال مد باز (TCP)، اترنت پرسرعت FF (HSE)، Ethernet/IP {22}، PROFINET {4ـ6} و غیره. سطح پیچیدگی این فیلدباسهای جدید ـ که غالباً تحت عنوان شبکه های میدانی خوانده می شوند ـ بطور معنی داری متفاوت می باشد، و این تفاوت از حالت کم و بیش نگاشت مستقیم تلگرام های فیلدباس سنتی به پاکت های TCP/IP، همانند Modbus TCP تا مفاهیم پیشرفته نظیر PROFINET CBA، با قابلیت بهره گیری از طرحهای مرتبط با مصرف کننده ـ تولید کننده، به جای رویکرد سنتی مسترـ اسلیو، مد نظر است. با این وجود، از آنجائیکه کارکرد آنها همگی بر مبنای اترنت به عنوان لایه فیزیکی می باشد، قابلیت اجرای چندین پروتکل بصورت موازی در لینک ارتباطات فیزیکی یکسان وجود دارد. این قابلیت قبلاً در ارتباط با فیلدباسهای توارثی که در آن پروتکل ها در غالب سطوح ناسازگار بودند، امکان پذیر نبوده است{5}.

بطور سنتی، سیگنالهای الکتریکی باینری 24/0 ـ V یا 4–20-mA جهت ایجاد ارتباط بین حسگرهای دارای سیم و راه اندازها / محرک ها مورد استفاده قرار گرفته اند، اما متعاقباً سیستم های ارتباطاتی پیشرفته تری در مفاهیم فیلدباس و شبکه ـ میدانی پدیدار گردید. بر این مبنا سازمان Profibus Nutzer Organisation (PNO) در حال حاضر به دنبال بررسی این موضوع می باشد که چگونه فناوری IO-Link {7} را می توان در PROFIBUS و PROFINET به عنوان یک لینک ارتباطاتی حسگر/ محرک (SA) بکار گرفت.

این مقاله بر روی یکپارچه سازی دسترسی بیسیم به حسگرها و محرک ها / راه اندازها در یک محتوای اتوماسیون کارخانه ای تمرکز دارد، که در آن ما سعی در بکارگیری رابط بیسیم برای این حسگرها و راه اندازها (WISA) به عنوان فناوری ارتباطاتی می نمائیم{15}. هدف نشان دادن این موضوع می باشد که چگونه این سطح از جامعیت را می توان در هر دو سطح رادیویی و سطح شبکه اجرا نمود. ما نشان می دهیم که WISA، با توجه به برخی از رویه های ارتقاء یافته پیشنهادی، به عنوان یک فناوری مناسب برای استفاده در این رابطه به شمار می آید.

بخش 2 مشکلات کلی و فرصت های مرتبط با سیستم های بیسیم که برای اتوماسیون کارخانجات استفاده می شوند را تشریح می نماید. ساختارهای ارتباطاتی کنونی و آتی برای اتوماسیون کارخانجات در بخش 3 ارائه می گردند. مفهوم WISA و فناوری بنیادین در بخش 4 ارائه می شود. مسائل و راه حلهای مرتبط با همزیستی WISA و IEEE 802.11b در بخش 5 مطرح شده و جامعیت WISA در شبکه های دارای سیم در بخش 6 ارائه خواهد شد. در نهایت نتیجه گیری این مقاله در بخش 7 مشخص می گردد.

2- تجهیزات بیسیم برای اتوماسیون سازی کارخانجات

در دهه گذشته، پیچیدگی کابل کشی از طریق ارائه فیلد باس ها در اتوماسیون کارخانجات کاهش یافت. نواحی کاربردی خاصی (محیط های سخت، حسگرها/ محرک های قرار گرفته بر روی ادوات در حال چرخش، و غیره) در معرض فرسایش و فرسودگی کابل بوده – که خود سبب تعطیلی بیش از اندازه و برنامه ریزی نشده تولید در نتیجه این مشکلات می گردد. این مورد به واسطه زمان از کار افتادگی سیستم ها بعلت نیاز جهت اعمال فرآیندهای حفظ و نگهداری و حفاظتی مکرر سبب بدتر شدن اوضاع می گردید. از اینرو، برای چنین تأسیساتی، ارتباطات بیسیم بسیار مفید می باشد.

ارتباطات بیسیم برای کاربردهای صنعتی به عنوان یک واقعیت امروزی به حساب می آید{8}. فناوری های ارتباطاتی بیسیم موجود کنونی قابلیت ارضای نیازهای صنعتی را داشته {9}، و در این راستا چندین شرکت اقدام به عرضه تجهیزات بیسیم در زمینه اتوماسیون کارخانجات نموده اند. این بازار تدریجاً با توجه به نوع تجهیزات گسترش یافته و این گسترش هم چنان در آینده نیز تداوم خواهد یافت. ارتباطات بیسیم را می توان را در سطوح مختلف اتوماسیون سازی کارخانه ای همانند موارد تشریح شده ذیل بکار گرفت:

1) مرتبط نمودن بخش های شبکه (فیلدباس بیسیم)

2) ارتباطات بیسیم با یک ابزار میدانی (فیلدباس بیسیم)

3) دسترسی بیسیم به حسگرها/محرک ها از یک ابزار میدانی

4) دسترسی بیسیم به ابزارهای میدانی استفاده شده برای مدیریت دارایی ها و همچنین نظارت بر ویژگی های مرتبط.

در سطح 1)، یک لینک بیسیم پر سرعت را می بایست مورد استفاده قرار داد. در حال حاضر، یک انتخاب متعارف استفاده از فناوری IEEE 802.11b/g می باشد، به واسطه دسترسی به ابزارهای رتبه صنعتی دارای عملکرد بالا{10-12}. کلیه ارتباطات اترنت به و از شبکه دوردست را می توان در امتداد لینک بیسیم به یکدیگر پیوند داد. یک مثال این مورد، مفهومی می باشد که اخیراً برای پل زنی یا اتصال بیسیم FF HSE با استفاده از فناوری IEEE 802.11a/b/g بکار گرفته شده است{20}. ارتباطات بیسیم در سطح 2) قابلیت ارضای ضروریات اکید عملی نظیر تأخیر / نهفتگی حداکثری 20 میلی ثانیه ای در صورت انتخاب فناوری بیسیم مناسب، را خواهد داشت (بصورت متعارف یک رویه پیاده سازی صنعتی 11/802 b/g). دلیل این امر آن است که چنین لینکی به یک ابزار خاص تخصیص داده شده و بنابراین بار ترافیکی برای پیش بینی امکان پذیر خواهد بود. هر دوی سطوح 1) و 2) دارای شفافیت قابل توجهی با استفاده از رویکرد مستر- فیلدباس می باشند، آن هم با توجه به آن که تنها لایه ارتباطات فیزیکی از حالت سیم دار به حال بیسیم تغییر می یابد. با این وجود، برخی از ویژگی های کاربردی خاص را می بایست مدنظر قرار داد{12} آن هم به هنگامی که اقدام به یکپارچه سازی ارتباطات بیسیم در این سطوح می نماییم. در سطح 3)، لینک بیسیم بصورت متعارف برای ارسال پاکت های کوچک اطلاعاتی از / به تعداد زیادی از حسگرها/ محرک ها مورد بهینه سازی قرار می گیرد، در حالی که هم چنان یک وضعیت نهفتگی / تاخیر سطح پایین حفظ خواهد شد. الزامی جهت ارسال کلیه داده های مشخص شده فیلد باس، در امتداد لینک بیسیم، در این مورد وجود ندارد. گیتوی بیسیم به عنوان گرهی در شبکه میدانی دارای سیم به شمار آمده و نقش یک پراکسی را برای ابزارهای SA بازی می نماید. دسترسی بیسیم در سطح 4) بر مبنای ارسال داده ها یا اطلاعات در یک زمان غیر واقعی می باشد. بطور متعارف، یک توپولوژی شبکه مش {13} انتخاب می شود. شبکه های مش قابلیت برقراری ارتباطات در محدوده نسبتاً طولانی به واسطه وضعیت چند جهشی خود را دارند. ضروریات زمان واقعی در سطح 4) کمتر از سطوح 1)، 2) و 3) می باشند، که در آن یک ضروریت متعارف به عنوان ویژگی نهفتگی / تاخیر کمتر از 20 میلی ثانیه به شمار می آید.

کلیه چهار سطح مربوطه دارای نواحی کاربردی خود بوده و هم اکنون در سیستم های اتوماسیون کارخانجات مختلف بکار گرفته شده اند.

3- ساختارهای ارتباطاتی در اتوماسیون کارخانه ای

بطور سنتی، شبکه های ارتباطات بکار گرفته شده جهت اتوماسیون کارخانه ای دارای یک ساختار اکید سلسله مراتبی هستند، همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است. این سطوح شبکه های ارتباطاتی غالباً در تأسیسات امروزی پیاده سازی شده اند. این موارد غالباً تحت عنوان سطوح کنترل، میدانی و حسگری تلقی می شوند. شبکه کنترل غالباً یک شبکه اترنت می باشد، در حالی که شبکه میدانی نوعاً یک باس سریال سرعت بالا همانند RS485 برای PROFIBUS DP  است. در سطح  SA،  ارتباطات  غالباً از طریق سیگنالهای گسسته اعمال می شود، یعنی سیگنالهای الکتریکی 4-20-mA یا 24- V، اما پروتکل های ساده نظیر مبدل از راه دور قابل آدرس دهی بزرگراهی (HART) ممکن است بر روی یک سیگنال 4-20-mA قرار گیرد. با استفاده از، بطور مثال، پروتکل HART بر روی سطح حسگر قابلیت فعال شدگی رویه های تشخیصی و نظارتی حسگرها و محرک ها به وجود خواهد آمد{14}. استاندارد نوظهور IO-Link {7ـ21}، نیز برای عملیات در سطح حسگر طراحی شده است، و اجازه تشخیص پیشرفته و پارامتری سازی حسگرها و محرک ها را می دهد.

الف. معماری کنترلر ـ مدار

بطور سنتی، یک یا چند کنترلر {که بطور شایع تحت عنوان کنترلرهای لاجیک با قابلیت برنامه نویسی(PLCs) خوانده می شوند} به عنوان گیتویها یا دروازه های بین شبکه های میدانی و شبکه های کنترلی عمل می نمایند. در این سیستمها، کنترلرها به عنوان گیتویهایی به شمار می آیند که از طریق آنها تقریبا کلیه داده ها در هر یک از سطوح افقی و عمودی عبور داده می شوند.

فیلدباسها غالباً برای ارتباطات از پروتکل های نوع مستر ـ اسلیو بر روی لایه های فیزیک دارای اولویت بالا بهره می جویند. بنابراین، نیازی برای یک ابزاره پراکسی بین سطح کنترل و سطح میدانی شبکه اتوماسیون وجود خواهد داشت. بطور شایع، کنترلر که به عنوان مستر فیلدباس عمل می نماید به عنوان این ابزاره پراکسی شناخته می شود. این معماری کنترلرـ میانی در حال حاضر مورد بازنگری قرار گرفته است، آن هم با توجه به ارائه کنترلرهای اتوماسیون سازی نظیر PROFINET IO، که اجازه بهره گیری از یک ساختار مسطح برای هر دوی شبکه های کنترلی و میدانی بر مبنای اترنت را می دهند.

ب. معماری شبکه مدار

به هنگامی که میزان داده های ارتباطاتی در بین شبکه های کشورها افزایش می یابد، نیاز جهت استفاده از یک ساختار کارآمدتر کاملاً احساس می شود. یک عامل محرک بار فزاینده محاسباتی بر روی کنترلرها نقش آنها به عنوان گیتویها می باشد. پروتکل های سطح میدانی مدرن بصورت اترنت مبنا می باشند، همانند پروتکل های شبکه کنترل سنتی یا متعارف. اترنت اجازه می دهد تا بخش منطقی یک شبکه به داخل شبکه های فرعی انتقال داده شده و بنابراین قابلیت پیاده سازی شبکه های کنترلی و شبکه های میدانی بر روی یک شبکه اترنت فیزیکی یکسان به وجود خواهد آمد. این مورد در مقابل سبب افزایش انعطاف پذیری خواهد شد چرا که داده ها را می توان بین شبکه های منطقی بدون سربار بیش از حد برای کنترلرها عبور داد. اطلاعاتی که برای کنترلرها مورد نیاز نیستند را می توان بطور مستقیم ارسال داشت، همانند بین یک ایستگاه اپراتور و یک ابزار میدانی.

4- توصیف فناوری WISA

WISA را می توان در سطح 3) بر مبنای تعریف ایجادی در بخش 2 بکار گرفت. WISA به منظور مرتفع سازی ضروریات کنترل تولید بیسیم طراحی شده است{15،16} این مورد حاوی یک گزینه توان مبتنی بر میدان مغناطیسی تحت عنوان توان ـ WISA می باشد و دارای یک طرح ارتباطاتی WISA بیسیم است. WISA متعاقباً در این مطالعه مورد بررسی قرار نمی گیرد و جزئیات آن را می توانید در مراجعه{17 و 18} مطالعه نمایید.

طرح ارتباطات بیسیم WISA قابلیت لینک تا 120 اسلیو تک ـ ورودی یا تا 60 اسلیو I/O ـ متعدد به ایستگاه اصلی WISA را خواهد داشت. این ایستگاه به عنوان مستر در سلول بیسیم شبکه استار خوانده شده و همچنین یک اسلیو فیلدباس می باشد. یک PLC بطور معمولی مستر فیلدباس تلقی شده و با یک یا چند ایستگاه اصلی WISA ارتباطات دارد، که در مقابل، قابلیت گفتگو با اسلیوهای SA خود را نیز خواهد داشت. این پروتکل قابلیت تبادل داده های باینری 32 ـ b را در هر دو مسیر خواهد داشت. سیگنالهای  حسگر بصورت  آپلینک  ارسال می شوند، یعنی از اسلیوها به ایستگاه های اصلی، در حالی که سیگنالهای محرک ها به بخش دانلینک ارسال می گردند. اسلیوها دارای دسترسی بصورت رسانه بدون برخورد به آپلینک هستند{18}. در بخش دانلینک، این پروتکل مکانیزم های اولویتی خاصی را ارائه می نماید، همانند ACK که غالباً در بالاترین مرتبه اولویت قرار می گیرد و برای داده های دیگر، اولویت را می توان بر مبنای سیستم کاربردی مشخص ساخت.

5- همزیستی WISA با دیگر شبكه های بی سیم

نگرانی كلیدی ارتباطات بی سیم در محیط های صنعتی مشكل تداخل میباشد. تداخل در صورتی بروز می نماید كه لینك ها تحت شرایط ذیل عمل نمایند: 1) داشتن فركانس یكسان، 2) عمل در یك زمان، 3) كاربرد در یك مكان، همانند استفاده در یك محدوده رادیویی مشخص. كاربرد فركانس و زمان به وسیله  طرح  دسترسی  رسانه  و  بار  ترافیكی  مشخص می شود. محدوده به وسیله پارامترهای RF نظیر توان ارسال، انتشار و نسبت كاریر – به – تداخل مشخص میگردد، همان گونه كه در مرجع {16} بحث شده است. یك سیستم ارتباطات بی سیم می بایست قابلیت محدود سازی تداخل خود با دیگر سیستم ها از طریق به حداقل رسانی كاربرد كانال و توان ارسال را داشته باشد. بطور معكوس، سیستم می بایست در برابر تداخل از سیستم های دیگر توانمند باشد. تاثیرات تداخل بر روی لینك قربانی كاهش سرعت داده یا حتی بروز وقفه در لینك و افزایش ویژگی نهفتگی ارسال میباشد. تاخیر ارسال ممكن است به واسطه عواملی نظیر انسداد گیرنده و ارسال های متعاقب متوالی و همچنین به واسطه عقب گرد فرستنده در طرح های دسترسی چندگانه با قابلیت شنود سیگنال حامل، افزایش یابد.

الف. همزیستی WISA/WLAN

مباحث ذیل تشریح کننده این موضوع می باشند که چگونه عملکرد 11/802 (WLAN) تحت تأثیر WISA خواهد بود. در {15،16}، Dzung و همکاران اقدام به بررسی تأثیر معکوس عملکرد WISA به وسیله WLAN نمودند. یک آزمایش ساده (شکل 3) جهت برآورد تأثیر حالت تأخیر / نهفتگی انجام شد که در آن دو گره 11/802 b، با عمل نمائی در 11 Mb/s، در ناحیه یکسان به عنوان یک یا چند سیستم WISA مستقر شد. کلاینت های WLAN مشخص شده بوسیله SC1  و  SC2  به نقطه دسترسی (AP) متصل شدند.  ترتیب  آزمایش  به شرح ذیل می باشد: 1) MN1 اقدام به ارسال یک پاکت از طریق SC1 به SC2 نموده و پس از ثبت یا رجیستر نمودن تأخیر ارسال فوراً اقدام به ارسال یک پاکت به مسیر متضاد می نماید (SC1 به SC2) که در آن تغییر ارسال نیز ثبت، و 2) راهکار یکسان تکرار شده در حالی که یک یا چند سیستم WISA (WB1,…,WB4) در همان ناحیه مشغول بکار می باشند. پارامترهای آزمایش در جدول 1 نشان داده شده اند. نتایج نیز در شکل 4 نشان داده شده اند. این نتایج بطور آشکار معرف این موضوع هستند که 11/802 b تحت تأثیر WISA می باشد. با این وجود، تأثیر بر روی میانگین تأخیر بسیار اندک است، یعنی با اضافه نمودن یک سیستم WISA سبب افزایش میانگین تغییر بر روی لینک 11/802 b به میزان 4/0 میلی ثانیه خواهد شد. استفاده از بیش از سه سیستم WISA در یک ناحیه مشابه همانند WISA در یک موقعیت به واسطه تعداد زیاد گره ها در سیستم WISA، به ندرت مورد نیاز خواهد بود. بر این مبنا چنین سیستمی برای آزمایش تأثیر تا چهار سیستم WISA مدنظر قرار گرفته تا آنکه توان سیستم فراتر از بکارگیری طبیعی آن مشخص شود. تأخیر افزایش یافته به واسطه استفاده از کانال به وسیله سیستم های WISA می باشد. از آنجائیکه دانلینک WISA غالباً فعال است، یک احتمال در حدود 25% وجود دارد که سیستم WISA با بیش از 80 مگاهرتز در یک باند 22 مگاهرتزی FH در هر نقطه ای از زمان در حال فعالیت باشد.

ب. رویه های ارتقای WISA

به منظور فعال سازی طراحی فرکانس در تأسیسات PROFINET IO، که در آن ارتباطات بیسیم بر روی هر دوی لایه های میدانی و شبکه نصب شده است، ما ویژگی های الحاقی ذیل را برای استاندارد WISA در نظر می گیریم: اجازه تهیه لیست سیاه یا بلک لیستینگ باندهای فرعی، یعنی تعریف بخش های خاص باند 4/2-GHz ISM که WISA از آن استفاده نخواهد نمود. چنین موردی سبب می شود تا کاربران قابلیت جداسازی، بطور مثال، یک کانال 11/802 b/g استفاده شده برای شبکه میدانی از زیرباندهای استفاده شده به وسیله WISA را داشته باشند. این بدان معنا خواهد بود که FH یا در کل باند 80 مگاهرتزی رخ دهد، آن هم در صورتی که این باند در دسترس باشد{16} یا ممکن است محدود به زیرباندهای قابل پیکربندی جهت ارتقاء همزیستی با سیستم های غیرجهشی (فرکانس ثابت) نظیر IEEE 802.11 WLANs یا IEEE 802.15.4 ZigBee باشد.

6- یکپارچه سازی WISA در شبکه های میدانی

الف. مقدمه

پیکربندی، تشخیص و پارامتربندی دینامیکی حسگرها و محرک ها در یک سیستم اتوماسیون کارخانه ای را می توان به طرق مختلفی انجام داد.  مورد  شایعی که در کلیه موارد  مد نظر  می باشد نیاز جهت بکارگیری یک لینک ارتباطاتی می باشد که از پیچیدگی بیشتری در مقایسه با I/Oهای  آنالوگ یا دیجیتال سیم دار معمولی برخوردار است. برای کاربرد مؤثر چنین ویژگی های یکپارچه ای به استاندارد سازی نیاز است. مزیت داشتن ارتباطات استاندارد شده در سطح حسگر یکپارچه سازی آسانتر سیستمی می باشد که از ویژگی های بزرگی برخوردار است، چرا که کلیه تجهیزات را می توان به یک روش مشابه مورد پیکربندی، پارامتربندی و تشخیص قرار داد. یک مجموعه واحد ابزارها را می توان برای کلیه رویه های یکپارچه سازی صرفه نظر از تولیدکنندگان حقیقی حسگرها و محرک های مختلف بکار گرفت. برای PROFINET IO و PROFIBUS DP، نیت کاربرد لینک ـ IO به عنوان یک فناوری استاندارد برای ارتباطات سطح حسگر می باشد.

ب. سرویسهای امروزی یکپارچه سازی WISA

WISA به عنوان یک توپولوژی استار یا ستاره ای تحت سطح فیلدباس سازمان دهی شده است. ایستگاه مبنا به عنوان یک گیتوی بین اسلیوهای WISA و فیلدباس ها بشمار می آید. به واسطه اتصال بیسیم بین ایستگاه مبنا و این اسلیوها، نوعی مرحله پیکربندی اساسی جهت ایجاد یک ارتباط منحصر بفرد بین هر اسلیو و مستر متناظر با آن (ایستگاه مبنا) الزامی می باشد. جهت ایجاد چنین ارتباطی، پارامترهای اصلی ذیل را می بایست برای هر SA تنظیم نمود: 1) شناسه سلول (ID)ـ یک شناسه منحصر بفرد هر سلول بیسیم، که این موضوع را برای اسلیو مشخص می سازد که کدام یک از ایستگاه های مبنا را می بایست همزمان ساخته و از کدام رویه یا ترتیب FH پیروی نمود. چنین موردی را می توان به عنوان مکانیزمی تلقی نمود که به چندین سلول WISA اجازه می دهد تا در مجاورت نزدیک با تداخل های بین سلولی قابل تحمل عمل نمایند. 2) شماره SA ـ مشخص کننده شکاف زمانی واحد و کانال آپلینک تخصیص یافته برای هر اسلیو می باشد. 3) پروفایل ابزاره ـ مشخص کننده این موضوع است که آیا اسلیو به عنوان یک حسگر واحد مدنظر می باشد یا به عنوان یک جعبه توزیعی شناخته می شود و در مورد آخر، چه تعداد از سیگنالهای حسگر و محرک را می توان به داخل متصل نمود.

ج. اصول یکپارچه سازی WISA

شبکه های PROFIBUS DP یا PROFINET IO دارای سیم استاندارد، قابلیت تشخیص بین ارتباطات چرخه ای و غیرچرخه ای را خواهند داشت. یک مثال در این رابطه در شکل 5 (الف) نشان داده شده است. روابط ارتباط نوعی بین مستر و ابزارهای میدانی بصورت MS0، MS1 و MS2 در شکل 5 (ب) نشان داده شده است.

7- نتیجه گیری

WISA به عنوان مفهومی بشمار می آید که برای یکپارچه سازی شبکه اتوماسیون سازی کارخانه ای PROFINET IO و PROFIBUS DP مناسب می باشد تا از این طریق قابلیت دسترسی به حسگرها و محرک های بیسیم بوجود آید. مشخصه های WISA به ما اجازه کار بر روی ویژگی های تشخیصی پیشرفته، رویه های پارامتری سازی و اندازه های داده های SA متغیر در تلگرام های رادیویی را می دهد. با استفاده از این ویژگی ها همراه با ابزارهای استاندارد نظیر ابزار پیکربندی پورت IO-Link قابلیت ارائه سطح بالایی از یکپارچه سازی برای تعداد قابل توجهی از حسگرها و محرک های بیسیم به وجود خواهد آمد. این رویکرد همچنین ارائه دهنده راه حلی برای یکپارچه سازی نه تنها   PROFINET IO   و PROFIBUS DP  می باشد بلکه قابلیت یکپارچه سازی دیگر شبکه های میدانی نظیر CAN/Devicenet را نیز به خوبی خواهد داشت.

تأسیسات آتی اتوماسیون کارخانه ای حاوی هر دوی حسگرها و محرک های با سیم و بدون سیم بوده و ارتباطات بیسیم در چندین سطح ارائه خواهد شد. در این سیستم های اتوماسیون پیشرفته، این امر مهم می باشد که فناوریهای مختلف ارتباطاتی به خوبی یکپارچه سازی شده تا قابلیت به حداقل رسانی تلاشهای مهندسی به وجود آید. با یکپارچه سازی WISA در شبکه های PROFINET و PROFIBUS برمبنای اصول توصیف شده در این مقاله قابلیت حصول اهداف مرتبط را خواهیم داشت. بعلاوه، WISA و 11/802 می بایست دارای نوعی همزیستی در رویه های PROFINET IO آتی باشند، که در آن عملکرد زمان واقعی و پایایی به عنوان دو مؤلفه حیاتی به شمار می آید. پیاده سازی رویه های توصیه شده برای WISA سبب می شود تا فناوری بهتری را برای این عرصه در اختیار داشته باشیم.

در نهایت، ما پیشنهاد می نماییم که فعالیت های تحقیقاتی آینده در این رشته می بایست بر روی شبیه سازی عملکرد و آزمایش عملکرد WISA و 11/802 تمرکز داشته باشند و در عین قابلیت اعمال طرح مشخص شده پیشنهادی برای WISA وجود داشته باشد.