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 خودكار¹(CIM) و سيستمهاي كنترلي خودكار توزيعي ²(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

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 ³PLC و⁴ 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 ⁵نقطه 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

Ethernet⁶  همراه با ⁷TCP/IP بعنوان يك استاندارد واقعي براي اين سطح مورد قبول واقع شد هرچند نتوانست يك ارتباط وابسته به زمان ( Real-Time )  را فراهم كند. 
 

سطح Area (Area Level)

در سطح Area , Cell ها گروه بندي شده و توسط يك برنامه عملا“ شبيه سازي و مديريت مي شوند . توسط لايه Area , عملكرد كنترل كننده ها بررسي شده و فرايند و اعمال كنترل كننده اي مانند : تنظيمات توليد ‚ خاموش و  روشن كردن ماشين و فعاليتهاي ضروري توليد مي شود. 
 

سطح Plant (Plant Level)

بالاترين سطح يك سيستم اتوماسيون صنعتي است كه كنترل كننده آن اطلاعات مديريتي سطح Area را جمع آوري و كل سيستم اتوماسيون را مديريت مي كند. 
 

1 – 3 وسيله  انتقال

معيار اصلي در انتخاب يك شبكه ارتباطي ,‌ سيستم كابل بندي فيزيكي يا وسيله انتقال است. كه اغلب كابلهاي كواكسيال يا Twisted مي باشد. فن آوري هاي فيبر نوري و بي سيم هم به تازگي استفاده مي شوند.

كابل كواكسيال جهت انتقال سريع داده در مسافتهاي چندين كيلومتري استفاده مي شود كه عموما ‌“ در دسترس بوده و قيمت نسبتا“  پائيني دارد و به آساني نصب و نگهداري مي شود براي همين در شبكه هاي ارتباطي صنعتي زياد استفاده مي شود.

كابل Twisted Pair ( زوج به هم تابيده) جهت انتقال اطلاعات با سرعت چندين مگابايت در ثانيه برروي مسافتهاي 1 كيلومتر يا بيشتر استفاده مي شود اما همين كه سرعت افزايش مي يابد حداكثر طول كابل كاهش مي يابد. اين كابل سالهاست كه در شبكه هاي ارتباطي صنعتي استفاده مي شود و از كابل كواكسيال ارزانتر است اما ظرفيت انتقال بالا ئي ندارد و نسبت به امواج الكترومغناطيسي آسيب پذير است.

كابل فيبر نوري مقاوم در برابر امواج الكترومغناطيسي بوده و داراي ظرفيت انتقال داده بالايي در حد گيگا بايت است. هرچند كه تجهيزات آن گران و بكاربردن آن براي ارتباطات چند منظوره مشكل ترمي باشد ولي باعث انعطاف پذيري بيشتر مي شود. استفاده از Wireless نيز در بسياري از كارهاي موقتي و موبايلي بهترين راه حل است كه زياد استفاده مي شود. 
 

1 -4 روشهاي انتقال

انتقال اطلاعات مي تواند بصورت ديجيتال يا آنالوگ باشد , مقادير داده اي آنالوگ دائما ‌“ تغيير مي كند ولي در ارتباط ديجيتال مقادير داده فقط مي تواند شامل 0 يا 1 باشد.

فرستنده اطلاعات مي تواند خود را همزمان يا غير همزمان نمايد كه بستگي به مسير ارسال اطلاعات دارد. در روش انتقال همزمان كاراكترها با استفاده از كدهاي Start , Stop  ارسال مي شوند و هر كاراكتر مي تواند مستقلا ‌“ و با سرعت يكنواخت ارسال شود.

روش ارسال همزمان روش كارآمدتري مي باشد زيرا اطلاعات در بلوكهايي از كاراكترها ارسال مي شود و مسير صحيح و زمان رسيدن هر بيت قابل پيش بيني است زيرا زمان ارسال و دريافت با هم همزمان (‌هماهنگ) هستند. روشهاي ارسال در شبكه هاي ارتباط صنعتي شامل Base Band و Broadband و CarrierBand مي باشد در روش Base Band ارسال توسط مجموعه اي از سيگنالها صورت مي گيرد بدون تبديل شدن به فركانس ولي در Broadband داده ها بصورت رنجي از فركانسها كه در يك كانال تقسيم مي شوند ارسال مي شوند.  در روش Carrie Band فقط از يك فركانس جهت ارسال و دريافت اطلاعات استفاده مي شود.

1-5 پروتكل  MAP

شبكه هاي ارتباطي جهت اتوماسيون صنعتي توسعه يافتند .تا قبل از آن اغلب شركتها از شبكه هاي ارتباطي خصوصي خودشان جهت انجام كارها استفاده مي كردند, ولي زماني كه اتوماسيون صنعتي براي اولين بار آمده بود پايه اي براي ساير محصولات سيستم هاي كنترلي شد .بطوريكه سيستم هاي اتوماسيون گسترده شده و از محصولات مختلف با يكديگر متصل شدند. اما مشكل بزرگي كه بر سر راه اتوماسيون صنعتي قرار داشت اين بود كه آنها دريافتند در يك شبكه, اتصال تجهيزات از نوعهاي مختلف به يكديگر خيلي گران و مشكل است  .

بعنوان نمونه در اواخر دهه 1970 شركت ژنرال موتور متوجه شد كه بيشتر از نيمي از بودجه اتوماسيون صرف بكارگيري رابطهاي سفارشي بين دستگاههاي مختلف اتوماسيون شده است به علاوه اغلب دستگاههاي مورد استفاده در آن زمان قادر به برقراري ارتباط شبكه اي با محيط بيروني خود نبودند, وضعيت مشابهي نيز در شركت Boeing موقعي كه آنها در نظر گرفتند چندين مركز اطلاعاتي مختلف را بهم متصل كنند بوجود آمد. كامپيوترهاي مختلفي از بيش از 85 محصول متفاوت با هم در ارتباط بودند . اين دو تجربه يك تصوير روشن از جهان ارتباطي در يك نمونه صنعتي بود و شركتهاي GM و Boeing را وادار به يافتن راه حل كرد تا اينكه در پروژه پروتكل اتوماسيون صنعتي (MAP) نتيجه داد.

اولين نسخه MAP فقط يك محصول با ويژگيهاي خاص بود كه در پائيز 1982 پذيرفته شد. زيربنا گروه استفاده كنندگان MAP در سال 1984 نقطه عطفي در تاريخ MAP برجاي گذاشت براي اينكه با پشتيباني عظيم صنعتي جهت استاندارد كردن مواجه شد.

در سال 1984 نمايشي ساخته شد كه امكان استفاده از شبكه MAP را در نسخه اول آن (MAP 1.0) نشان داد. در سال 1985 نسخه جديد آن (MAP 2.0)  منتشر شد‚‌ اين نسخه جديد مدل مرجع OSI را براي سطوح  پائين تر خود پذيرفت.

نسخه اول MAP كه كاربردهاي تجاري داشت MAP 2.1 بود. اين مدل پروتوكل هايي را كه در نسخه قبلي وجود نداشت در خود جاي داد و در سال 1985 در نمايشگاه Auto fact به نمايش گذاشته شد. تا قبل از بوجود آمدن نسخه 2.1 ويژگي خاص MAP تنها اين بود كه شبكه هاي ارتباطي را به وسايل اتوماسيون در سطح بالاتر در ساختار سلسله مراتبي سيستم ها ي اتوماسيون مرتبط مي ساخت.  هدف از MAP 2.2 فراهم كردن روشهايي براي ايجاد شبكه هاي ارتباطي با كارايي بالا در سيستم هاي اتوماسيون بود.  نسخه 3.0 آن در سال 1988 در نمايشگاه ENE در Baltimore  به نمايش گذاشته شد كه اولين نسخه ثابت بود, بحث بر سر موضوع MAP بر پايه همين نسخه خواهد بود. 
 
نقشه پروتكل Full-Map نشان داده شده در شكل 2.3 شامل يك 7 لايه اي كامل ⁸OSI است. Full Map قابليت انعطاف زيادي براي ايستگاههاي ارتباطي دارد  
 

قسمت دوم

2-1 ملاحظات طراحي :

طراحي شبكه ارتباطي از لحاظ دقت و ارزيابي متفاوت از ساير طراحي ها مي باشد. طراحان جهت رسيدن به بالاترين كارايي شبكه با قيمت مناسب در تلاش هستند و جهت رسيدن به اين هدف بايستي تجهيزات ارتباطي و ملاحظات طراحي براي يك سيستم اتوماسيون بررسي شود.

تعيين استراتژي كلي مهمترين قدم در طراحي شبكه ارتباطي است. سيستم اتوماسيوني كه از شبكه ارتباطي استفاده خواهد كرد بايستي بررسي شده و اهداف شبكه ارتباطي آن احراز شود.

موارد اصلي كه در طراحي يك شبكه بايد لحاظ شوند عبارتند از : هزينه , كارايي , قابليت اعتماد و در دسترس بودن ,‌ سرويس يا عملكرد شبكه , تحمل پذيري محيط , وسيله انتقال ,‌قابليت توسعه , نگهداري و امنيت. 
 

هزينه COST

هزينه شبكه كردن به دو هزينه اوليه و اجرائي تقسيم مي شود. هزينه اوليه شامل: خريداري نرم افزار ,‌سخت افزار ,‌طراحي ,‌نصب و شروع بكار است و هزينه اجرائي , نگهداري سخت افزار و نرم افزار ,‌ پرداخت دستمزد و هزينه هاي عيب يابي شبكه ,‌توسعه و تنظيم تغييرات شبكه مي باشد. 
 

عملكرد(كارايي) Performance

عملكرد مناسب در يك شبكه ضروري است و بدون آن فعاليتهاي ارتباطي نرمال مختل مي شود و برنامه هاي كنترل پردازش , مدام درخواست اجراي محاسبه كرده و مدار توليد دچار مشكل مي شود.

در يك برنامه ريزي موثر بايستي حداقل يك برآورد از درخواستهاي اجرائي داشته باشيم. بارگزاري و سرعت شبكه فاكتورهاي اصلي در تجزيه و تحليل عملكرد شبكه هستند. تحليل و تعريف برنامه هاي شبكه همچنين عملكرد و تعيين ترافيك ارتباطات نيز از موارد مهم هستند.

عوامل تعيين كننده عملكرد شبكه هاي ارتباطي عبارتند از:

1 - Transmission Speed: سرعت انتقال شبكه (ميزان انتقال بيتهاي اطلاعاتي برروي كابل شبكه است).

2 - Response Time: زمان پاسخ, زماني است كه صرف پاسخ به عمل اجرائي يك كاربر يا برنامه هايي كه درخواستي را ارسال مي كنند مي شود. همچنين شامل زماني است كه سيستم هاي دريافت و ارسال كننده صرف پردازش درخواست و پيغام پاسخ مي كنند همچنين زماني كه صرف تاخير انتقال اطلاعات در شبكه  مي شود.

3 - Utilization: ابزار Bandwidth به استفاده از حداكثر ظرفيت (پهناي باند) اشاره دارد و معمولا“ بصورت نمودار نشان داده مي شود. در ارتباط با حداكثر ظرفيت شبكه ارتباطي اصول واضحي وجود ندارد.

4 - Throughput: توان عملياتي يك شبكه ارتباطي, نسبت تعداد بيتهاي اطلاعاتي به واحد زمان جهت انتقال است. 
 

قابليت اعتماد و در دسترس بودن Reliability Or Availability

قابليت اعتماد يك وسيله يعني احتمال اينكه يك وسيله مطابق با ويژگيهايش در يك دوره زماني عمل خواهد كرد. و طريقه معمول تعيين قابليت اعتماد يك وسيله MTBF ناميده مي شود (Mean Time Between Failure).

قابليت دسترسي يك وسيله ‌ مدت زماني است كه انتظار مي رود وسيله در اين مدت عملكرد كاملي داشته باشد. قابليت دسترسي مي تواند توسط MTBF و MTTR(Mean Time To Repair a Fault ) نشان داده شود.

AvailabilityA=           MTBF                                                        

MTBF+MTTR                                                   

دست يافتن به بالاترين قابليت دسترسي يك شبكه ارتباطي با تشخيص و رفع بموقع خطاها امكان پذير است بنحوي كه طراح شبكه بتواند در صورت بروز سيگنالهاي خطا در قسمتي از شبكه بلافاصله خطوط و يا دستگاههاي پشتيبان را براي نقاط بحراني جايگزين كند.

براي بالا بردن قابليت دسترسي يك شبكه ارتباطي يكي از قواعد زير را مي توان بكار برد:

1 – پردازشهاي حساس بايستي در زير شبكه هايي قرار گيرند كه حتي در صورت خرابي كانال اصلي شبكه بتوانند مستقلا“ اجرا شوند. بعنوان مثال پردازشهاي  خط توليد كه توسط يك كنترل كننده در سطح Cell بازبيني(monitoring) مي شوند مي توانند بدون وقفه و حتي طولاني تر از كنترل كننده اي كه برق سيستم را بازبيني مي كند ادامه يابند.

2 – پيكربندي شبكه بايستي ساده باشد. ‌زيرا وسعت زياد ,‌ پيچيدگي زياد شبكه و تكنولوژي مي تواند مشكل ساز باشد.

3 – تا جايي كه ممكن است دستگاهها با بالاترين قابليت بكار گرفته شوند. 
 

سرويس يا عمليات شبكه Service Or Network Functionality

طراح شبكه در هر لحظه بايد بداند چه قسمتي از اطلاعات شبكه و چه عملياتي براي رسيدن اطلاعات به مقصد مورد نياز است.

عمليات لازم در شبكه هاي ارتباطي صنعتي مي تواند شامل موارد زير باشد: انتقال فايل – ارتباط ايستگاهاي مختلف به يكديگر – download يا upload كردن مجموعه اي از اطلاعات – احضار برنامه – ارسال و دريافت اطلاعات – پشتيباني برنامه هاي توزيع شده. 
 

تحمل پذيري محيط    Tolerance For Environment

شبكه هاي ارتباطي صنعتي اغلب در نواحي مضر پياده مي شوند و مي توانند در معرض نويزهاي ناخواسته  قرار گيرند. بنابراين شبكه هاي ارتباطي براي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي بايستي در برابر امواج الكترومغناطيسي ⁹(EMI) و تداخل فركانسهاي راديويي همچنين هواي آلوده , حرارت بالا و تغييرات آب و هوا مقاوم طراحي شوند .

پياده سازي شبكه در يك محيط صنعتي با EMI بالا ممكن است خرابي Packet هاي اطلاعاتي , تداخل در‌بارگزاري برنامه ها و در نهايت كاهش توان عملياتي شبكه را بدنبال داشته باشد. 
 

وسيله فيزيكي انتقال Physical Media

انتخاب مناسب وسيله فيزيكي انتقال يك تكنيك و يك تصميم گيري مهم اقتصادي است زيرا پايداري يك شبكه ارتباطي به پايداري تجهيزات فيزيكي آن بستگي دارد. 
 

قابليت توسعه Expandability

شبكه هاي اندكي هستند كه مي توانند در برابر سرعت رو به رشد تكنولوژي و‌ نيازهاي كاري, پايدار باقي بمانند . لذا طراح شبكه بايد هميشه يك فاكتور قابل انعطاف براي رشد داشته باشد. 
 

نگهداري  Maintenance

همه شبكه ها بايد نگهداري و سرويس شوند. يك طراح خوب بايستي نگهداري پيش گيرانه , به روز و ساختار بندي شده اي بدون وقفه عملياتي از شبكه داشته باشد . 
 

امنيت Security

اهداف اصلي از اقدامات متقابل در برابر حمله به امنيت شبكه عبارتند از :

• به حداقل رساندن احتمال حمله توسط تهيه روشها و دستگاههاي حفاظتي  .
• مشخص كردن هر تجاوزي با سرعت ممكن.
• توانائي مشخص كردن اطلاعاتي كه ممكن است موضوع حمله باشند و تعيين اطلاعات كنترلي و وضعيت ها براي نجات يافتن از حمله.

2-2  ملزومات ارتباطي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي

ملزومات ارتباط ممكن است به سطح سلسله مراتبي سيستم هاي اتوماسيون صنعتي كه در بخش 2.1 گفته شد وابسته باشد. اين بخش راجع به ملزومات ارتباطي سطح فيلد و سطح Cell نمودار سلسله مراتبي توضيح مي دهد. 
 

ارتباطات سطح  فيلد

در اين سطح براي تبادل اطلاعات از سنسورهاي ويژه و محركهايي كه روي آن سنسورها به تجهيزات كنترلي مجهز هستند استفاده مي شود.

ملزومات ارتباطي در اين سطح عبارتند از :

1 – زمانهاي پاسخ خيلي كوتاه :‌ براي مدار كنترلي سريع و سيستمهاي ايمني زمانهاي پاسخ در حد ميكرو تا ميلي ثانيه لازمند.

2 -  تحمل پذيري در برابر محيطهاي شلوغ : دستگاههاي سطح فيلد معمولا“ در محيطهاي مضر پياده مي شوند در نتيجه پوشش حفاظتي يا سطح ايمني احتياج دارند.

3 – فاصله زياد : اتصال دستگاهها در فاصله هاي دور جهت عمليات راه دور بايد ممكن باشد مانند: ايستگاههاي پمپاژ.

4-  قدرت توزيع : قدرت ( تغذيه) بطور نرمال برروي دو كابل سيمي جهت دستگاههاي اين سطح توزيع شده . اين تغذيه از ساير تغذيه هاي محيط جداست و در مواقع ضروري پشتيبان دارد. 
 
 

ارتباطات سطح Cell

در سطح Cell دستگاههاي كنترلي ,‌ كنسولهاي عملياتي و ايستگاهها با هم در ارتباطند.

ملزومات ارتباط در لايه Cell :

1 – زمانهاي پاسخ كوتاه : جهت ارتباط كنترلي بين ايستگاههاي شبكه و براي ارسال سيگنالهاي خطا,  زمانهاي ميلي ثانيه تا ثانيه اي لازمند زيرا مقدار زيادي از اطلاعات ممكن است در يك زمان درخواست شود.

2 -  تحمل پذيري در برابر محيطهاي شلوغ : چنانچه ايستگاههاي شبكه به سطح فيلد انتقال يابند سخت افزار سيستم بايستي نسبت به امواج الكترومغناطيسي , فركانسهاي راديويي و درجه حرارت بالا و شرايط جوي مقاوم طراحي شده باشند.

3 – قابليت دسترسي به مقدار زياد: براي غلبه بر وابستگي هاي عملياتي ,‌قابليت دسترسي سيستم بايد به 100% برسد. لذا در برخي موارد ممكن است بكار بردن كانالهاي ارتباطي اضافي لازم باشد.

4 – امنيت : دسترسي به سيستم كنترلي بايد طوري طراحي شده باشد كه از تصادفات داده اي و كاربرد غيرمجاز  كه منجر به مختل كردن عملكرد محيط مي شود جلوگيري شود و از اطلاعات مهم عملياتي نگهداري شود.

5 - پشتيباني تغذيه : در صورت خرابي تغذيه الكترونيكي از بكاپ براي منابع قدرت اضافي ‚ باطري ها و ژنراتورهاي توليد برق استفاده مي كنند .

6 - مديريت شبكه :‌ مديريت شبكه بايد روشهاي ترميم خطا ‚ پيكربندي مجدد سيستم ‚ امنيت ‚‌تشخيص كارايي ‚ حسابداري ‚‌عيب يابي خطا ‚ نگهداري و آموزش را براي كاربران ويژه فراهم كند .  
 

2-3 فرايند طراحي شبكه ارتباطي

طراحي يك شبكه ارتباطي پيچيده بوده و بايستي روشهاي تحليل سيستم استاندارد را دنبال كند. روش طراحي معمولي شامل چرخه زندگي سيستم و فازهاي مربوط به آن مي شود. چرخه زندگي يك سيستم ممكن است مانند شكل 3.1 ترسيم شود هرچند فازهاي چرخه زندگي بصورت رشته اي پشت سر هم است ولي طراح ممكن است يك برگشت به يكي يا بيشتر از فازها داشته باشد. 
 

امكان سنجي Feasibility Study

امكان سنجي جهت تعريف موضوعات آشكار موجود در سيستم است و مشخص مي كند آيا يك شبكه ارتباطي براي سيستم اتوماسيون صنعتي قابل استفاده مي باشد يا خير.

البته شامل مشخص شدن نوع شبكه اي كه اجرا مي شود نمي باشد هرچند طراح نياز دارد همه مسائل و احتياجات لازم جهت ايجاد سيستم اتوماسيون را بداند.

فاز امكان سنجي به مراحل زير تقسيم مي شود :‌ تعريف مسئله ‚‌ تحليل مسئله و مرحله مشخص كردن راه حل ها. تعريف مسئله اولين مرحله در امكان سنجي جهت تمايز مسائل و راه حل ها است . دومين مرحله تحليل مسئله است ‚ مسائل بايد تحليل شوند كه چگونه ممكن است منجر به تعيين يك شبكه جديد يا به روز كردن يك شبكه موجود شوند و آيا امكان پذير است يا خير. سومين مرحله امتحان راه حل هاي ممكن جهت تعريف مسئله است و همچنين مشخص شدن بهترين راه حل و اينكه آيا به طور واقعي مبتني بر اطلاعات جمع آوري شده مي باشد يا خير. 
 

تجزيه و تحليل Analysis

در اين فاز نيازهاي شبكه ابتدا از روي اطلاعات جمع آوري شده در فاز امكان سنجي توسط مدير پروژه قطعي و تاييد شده و سپس توسط طراح بكار گرفته مي شود.

نيازهاي تنظيم شده بايستي برنامه هاي كامپيوتري و سيستم هاي اطلاعاتي را به درخواستهاي  دستگاههاي اتوماسيون ‚ نرم افزار و سخت افزار ارتباطي ‚ محل هاي ورود و خروج داده و توليد داده  مرتبط سازند. و تعيين اينكه اطلاعات چگونه پردازش و استفاده شوند.

در يك نتيجه گيري كلي تنظيم نيازها ‚ فعاليتهاي كاري را  كه شبكه اي و خودكار خواهند شد مشخص مي كند.

آنها فعاليتها را به اطلاعات ورودي و خروجي ‚ ميانگين انتقال اطلاعات ‚‌ محل و چگونگي استقرار اطلاعات و جغرافياي محلي كه اطلاعات در آن بايد توليد و پردازش شوند مرتبط مي سازند.

تجزيه و تحليل اطلاعات خام كه در فاز امكان سنجي صورت مي گيرد به مشخص شدن حجم اطلاعاتي كه بايد در شبكه منتقل شود كمك مي كند. به علاوه موارد زير نيز بايستي در فاز تجزيه و تحليل در نظر گرفته شود:

1 – قابليت سخت افزار و نرم افزار پشتيبان بايد ارزيابي شود.

2 – امنيت شبكه ارتباطي بررسي شود.

3 – قابليت اعتماد و دسترسي شبكه ارتباطي بررسي شود

4 – سازگاري محيط و سيستم هاي موجود با OSI و نوع هاي ديگر سيستم عامل شبكه نيز بررسي شود.

5 – هزينه كابل , دستگاههاي رابط ( پل ها ,روترها ,‌دروازه ها)‌ مودم ها,‌ نصب و طراحي شبكه , توسعه و نگهداري نرم افزار كاربردي نيز مشخص شده باشد. 
 

طراحي Design

فاز طراحي يكي از فازهاي بزرگ چرخه زندگي سيستم است . در اين فاز يكسري از مشخصه هاي داخلي و خارجي ارائه مي شود. مشخصه هاي داخلي شامل تعيين اجزا كل شبكه و عملكرد آنها و مدلهاي ساخت شبكه است. مشخصه هاي خارجي شامل زواياي ديد كاربر وقتي كه از شبكه استفاده مي كند مي باشد.

جهت برآوردن نيازهاي شبكه بايد آنها را به نيازهاي ضروري و نيازهاي مطلوب درجه بندي نمود. 
 

فاز طراحي طبق مراحل  زير دنبال مي شود :

1 – تعريف هدف نهائي جهت معماري شبكه و نيازهاي ضروري.

2 – تعيين سرويسهاي كاربري مورد نياز , توابع و رابطهاي برنامه كاربردي.

3 – تعيين عوامل موثر بر كارايي شبكه مانند: ظرفيت انتقال شبكه ,‌روشهاي دسترسي وسيله ارتباطي , نوع وسيله ارتباطي  و مكانيزم ترميم خطا.

4 – طراحي معماري كل سيستم شبكه

5 – طراحي سيستم شبكه محلي در هر قسمت از سيستم شبكه

6 – طراحي سطوح ارتباطي بين سيستم هاي شبكه محلي

7 – طراحي سيستم مديريت شبكه 
 

اجرا Implementation

در طي فاز اجرا , اجزا شبكه خريداري و نصب مي شوند. اين فاز را مي توان به موارد زير تقسيم نمود: مالكيت نرم افزار و سخت افزار, نصب , ‌تست , ‌مستند سازي و Switch-Over  .

در صورت اجرا يك شبكه جديد بايد سيستم عامل مورد نياز شبكه ,‌ نرم افزار كاربردي و مديريتي و پروتكل هاي ارتباطي تهيه شوند.

تست كردن به روش مجتمع اجرا مي شود يعني سخت افزار و نرم افزار بايد از لحاظ كاربردي تست شوند همچنين سعي در انجام پردازش هائي كه ترافيك شبكه را كاهش مي دهند و يا يك FeedBack براي هماهنگي ايجاد نمود. با تست كردن يكپارچه كه در طي فاز طراحي بايد انجام شود از عملكرد صحيح همه قسمتهاي سيستم اطمينان حاصل مي شود و بايد روش كاملي باشد تا نتايج حاصله عمليات كل شبكه را در شرايط واقعي منعكس كند.

هر مرحله اي از فاز طراحي شبكه بايد مستند شده و در فاز اجرا تكميل شود . مستند بايد شامل هر وضعيت شبكه از زمان آغاز تا اجراي نهائي باشد. اين مستندات مي تواند از راهنماهاي مرجع ,‌دستورالعملهاي نگهداري و كاربري و همه منابع استفاده شده در فاز امكان سنجي باشد.

مرحله Switch-Over  شامل انتقال همه تغييرات از سيستم قديمي به جديد است و محصول نهائي اين مرحله شبكه كاري فعال است.

نگهداري و به روز رساني Maintenance and Upgrade

آخرين فاز از چرخه زندگي سيستم شبكه, نگهداري و بروز رساني اجزا شبكه است. در طي دوره نگهداري وبروز رساني , سيستم جهت نگهداري سطوح اجرائي و اصلاح مشكلات فعال و هماهنگ است . 
 
 

فصل 2 - شبكه هاي صنعتي 
 

قسمت اول

اينترنت به صورت يك نيروي فراگير گسترش يافته است بطوريكه نحوه زندگي و كار ما را تعريف مي كند . هر نوع دستگاهي را كه تصور كنيد سرانجام شبكه اي مي شود . و اتصال فراگير سنسورها¹⁰ قبل از اينكه در عرصه مصرفي ظاهر شود در دنياي صنعت داراي ارزش مي شود و در حقيقت سنسورها را از دستگاههاي اطلاعاتي به دستگاههاي ارتباطي تبديل كرده است.

اما دنياي سنسورها خيلي متنوع تر از دنياي كامپيوتر است و در اغلب موارد شبكه كردن يك سنسور با قابليت پاسخ خودكار خيلي گرانتر از اتصال يك كامپيوتر است و روشهاي متفاوتي براي انجام آن وجود دارد .

ازدياد استانداردهاي شبكه اي  و مشكلات اساسي در پشتيباني بيشتر از يك پروتكل بسياري از تلاشهاي مهندسين را متوقف كرده است . در اين قسمت درباره شبكه اي كردن سنسورها توضيح داده مي شود.  
 

2-1-2 چرا يك سنسور را شبكه اي مي كنيم؟

هنگامي است كه چندين دستگاه را بهم متصل مي كنيم اولين و واضح ترين دليل صرفه جويي در سيم كشي است . اتوماسيون توليد و برنامه هاي كنترلي بطور وسيع از شبكه هاي صنعتي ‌ استفاده مي كنند. كاهش كابلهاي بزرگ بخصوص اگر به صورت سيم پيچ در آمده باشند يك مزيت آشكار محسوب مي شود (رجوع شود به تصوير1).

تصوير 1 – در سمت چپ تابلو (پانل) كنترلي يك سيستم اتوماسيون وجود دارد كه بصورت نقطه به نقطه سيم پيچي شده است و درسمت راست همين تابلو با مدل  Device Net به صورت شبكه اي سيم كشي شده است. به كاهش چشمگير سيم ها وساختار ساده فيزيكي سيستم توجه كنيد. هرچند كه هزينه تجهيزات در سيستم هاي شبكه اي بيشتر است ولي در فاكتورهائي مانند :‌سيم كشي وخطاهاي آن و‌ نيروي انساني صرفه جوئي مي شود و مديريت قسمتهاي مختلف سيستم از طريق شبكه آسانتر است. 
 

شبكه كردن اين امكان را به ما مي دهد كه چند صد دستگاه را به يك مسير ارتباطي اصلي بدور از سيم كشي  اضافي متصل نماييم . بويژه وقتي كه سيستمها از آستانه 100 اتصال I/O ( ورودي /خروجي) ‌گذشتند هزينه اضافي سخت افزار شبكه با صرفه جويي در زمان سيم كشي خنثي مي شود. پيمانه اي بودن¹¹  يكي ديگر از مزاياي مهم شبكه است. (‌ رجوع شود به شكل 1)

  شكل 1 –  صرفه جويي در هزينه با اندازه سيستم خود رانشان مي دهد معمولا“ سيستم هاي با 100 دستگاه يا بيشتر اگر از شبكه استفاده نمايند هزينه كاهش مي يابد . سيستم هاي شبكه شده مي توانند سريعتر از پيكربندي فيزيكي توسط نرم افزار پيكربندي شوند . پيمانه اي بودن امكان جالبي براي طراحي دستگاه است.

از آنجاييكه ارتباط دستگاهها با نرم افزار دست يافتني است لذا جابجايي يك سيستم بزرگ , سوار كردن آن روي يك مسير و دوباره بستن قطعات آن در هر مكاني بسيار آسان است. به علاوه سه دليل عمده براي صرفه جويي سيم كشي و پيمانه اي بودن سيستم , در شبكه كردن يك سنسور وجود دارد:

1 -  امكان عيب يابي

يك دستگاه شبكه اي اگر خوب كارنكند يا خرابي پيش بيايد در اغلب موارد از طريق سيستم به كاربر اطلاع داده مي شود اين اطلاعات مي تواند كمك بزرگي باشد. ارزش آن وقتي بيشتر مي شود كه اطلاعات از راه دور و از طريق اينترنت در دسترس باشد.

2 – پيكر بندي مناسب

كنترل كننده ها بطور خودكار مي توانند مشخص كنند كدام اجزا مستقل به شبكه متصلند و تعيين كنند چه تنظيم نرم افزاري انجام شده .اين در حقيقت مي تواند زمانهايي را كه يك سيستم  بزرگ بدون انتقال داده مي ماند و زمان راه اندازي مجدد را كوتاه كند.

3 – سيستم هاي اطلاعاتي اقتصادي

با به هم پيوستن هر سيستم بعنوان مثال در يك شركت تجاري كليه عمليات از حسابرسي تا ليست حقوق و فروش بين چندين دستگاه تقسيم و توسعه مي يابد و هر اطلاعات با ارزشي , به شرطي كه درست استفاده شود در انتها منجر به افزايش سرمايه مي گردد. 
 

امكان برنامه ريزي مجدد (‌تغيير كارايي )‌ يك سنسور از طريق شبكه اي كردن

براي صرفه جويي در زمان سيم كشي و يا ايجاد يك سيستم پيمانه اي اتصال صدها سوئيچ و محرك  از طريق شبكه  يك كار مقرون به صرفه و يك واقعيت ديگر از كاربرد شبكه جهت جمع آوري اطلاعات بيشتر نسبت به يك سيستم هاي غير شبكه اي است . براي مثال بخش تجهيزات شركت Brooks كنترل كننده هاي جريان توده اي ¹²(MFCs) , را براي ماشينهاي ساخت نيمه هادي توليد مي كند. اين تجهيزات دقيقا“ جريان گازها را در يك فرايند , كنترل و تنظيم مي كنند. (‌ رجوع شود به تصوير2) 
 

با شبكه كردن MFCs مي توان كارايي آنرا گسترش داد. بطوريكه علاوه بر هفت نوع متغير كنترلي كه در مدل غير شبكه اي  بكار مي رفت در مدل شبكه اي صدها متغير از 39 نوع عمل متفاوت را بكار مي برد. كه اين عمليات مربوط به كنترل و تنظيم گاز مي باشد. اين مجموع اطلاعات , نگرشي را در مورد فرايندي كه در دسترس ما نيست فراهم مي نمايد و اين امكان را به ما مي دهد كه منشا بروز اشكال را پيدا كنيم بطوريكه توليد كننده در يك كارخانه مي تواند تعيين كند كه مشكل از خود MFCs است يا از جاي ديگر. از نظر تجاري يك سازنده مي تواند سنسور خود را با توجه به اطلاعات تخصصي با ارزشي كه فراهم مي كند به فروش برساند. 
 
 
 
 

تصوير 2 – كنترل كننده جريان توده اي (MFCs)  در دو مدل ساخته شده : 1 – مدل آنالوگي كه هفت اتصال دارد 2 – مدل شبكه اي كه يك اتصال دارد و قادر است متغيرهاي زيادي را بكار ببرد و بيش از 100 نوع داده اضافي را ردوبدل كند 
 

2-1-3 چه كسي از شبكه هاي سنسوري استفاده مي كند؟

در شركتها و تاسيسات بزرگ و كاربردهاي پيچيده احتمال استفاده از شبكه زياد است . شركتهاي بزرگي مانند General Motors و Chrysler  از شبكه هاي صنعتي Device Net نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: