باعتبارها شركة رائدة في مجال الأتمتة الصناعية، تلعب بروتوكولات الحافلات الخاصة بشركة Siemens دورًا حاسمًا في أنظمة الأتمتة. تشمل بروتوكولات ناقل Siemens مجموعة متنوعة من الأنواع، يدعم كل منها سيناريوهات تطبيق ومتطلبات اتصال مختلفة.
I. نظرة عامة على بروتوكولات سيمنز للحافلات
بروتوكولات ناقل Siemens هي مواصفات ومعايير تستخدم لتمكين اتصال البيانات بين الأجهزة. تتراوح هذه البروتوكولات من الاتصال التسلسلي البسيط إلى اتصالات Ethernet الصناعية المعقدة وهي مناسبة لمختلف أنظمة التشغيل الآلي وشبكات التحكم. يعتمد اختيار بروتوكول ناقل Siemens على عوامل مثل سيناريو التطبيق المحدد ومعدل نقل البيانات ومسافة الاتصال وتوافق الجهاز والتكلفة.
ثانيا. بروتوكولات الحافلات الرئيسية لشركة سيمنز
1. بروتوكول بروفيبوس
PROFIBUS (Process Field Bus) هو بروتوكول ناقل ميداني طورته شركة Siemens ويستخدم على نطاق واسع في قطاع الأتمتة الصناعية. يتضمن بروتوكول PROFIBUS العديد من المتغيرات، أهمها PROFIBUS-DP (الأجهزة الطرفية اللامركزية) وPROFIBUS-PA (أتمتة العمليات).
- PROFIBUS-DP: يستخدم بشكل أساسي لاتصالات البيانات عالية السرعة-على مستوى الجهاز، مثل الاتصال بين وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والإدخال/الإخراج الموزع، ومحركات الأقراص، وأجهزة الاستشعار. وهو يدعم وضع الاتصال الرئيسي- التابع، حيث تتواصل محطة رئيسية واحدة (على سبيل المثال، PLC) مع العديد من المحطات التابعة (على سبيل المثال، وحدات الإدخال/الإخراج الموزعة). يوفر PROFIBUS-DP سرعات اتصال عالية ويدعم تبادل البيانات الدوري والأجهزة القابلة للضبط.
- PROFIBUS-PA: تم تصميمه خصيصًا لأتمتة العمليات، ويتم استخدامه للاتصال بين الأجهزة وأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم في البيئات التي يحتمل أن تكون قابلة للانفجار (مثل المصانع الكيميائية). إنها تستخدم تقنية نقل آمنة بشكل جوهري لضمان سلامة وموثوقية نقل البيانات.
2. بروتوكول PROFINET
PROFINET هو بروتوكول اتصالات من الجيل التالي-تم تطويره بواسطة شركة Siemens استنادًا إلى تقنية Ethernet الصناعية. وهو يدعم تبادل البيانات في الوقت الفعلي-واتصالات TCP/IP، مما يوفر حلاً شاملاً للشبكات لقطاع الأتمتة الصناعية. لا يتوافق بروتوكول PROFINET مع تقنيات ناقل المجال التقليدية (مثل PROFIBUS) فحسب، بل يدعم أيضًا الميزات المتقدمة مثل الأتمتة الموزعة، والتحكم في الحركة، والوظيفة الآمنة عند الفشل-، وأمن الشبكة.
تشمل الميزات الرئيسية لبروتوكول PROFINET ما يلي:
- إمكانية -الوقت الفعلي: تدعم اتصالات IRT (الوقت الحقيقي المتزامن-)، مما يضمن نقل البيانات ومعالجتها في الوقت الفعلي-.
- المرونة: يدعم طبولوجيا الشبكة المختلفة (مثل النجمة والخطية والشجرة)، مما يسمح للمستخدمين بتصميم الشبكات وفقًا لاحتياجاتهم الخاصة.
- التكامل: قادر على التكامل مع مجموعة واسعة من الأجهزة والأنظمة، مثل PLCs وأجهزة الاستشعار والمحركات والروبوتات.
- الأمان: يوفر آليات أمان مختلفة، مثل المصادقة وتشفير البيانات والتحكم في الوصول، لضمان أمان اتصالات الشبكة.
3. بروتوكول MPI
MPI (واجهة-النقاط المتعددة) عبارة عن بروتوكول اتصال تسلسلي خاص تم تطويره بواسطة شركة Siemens، ويستخدم بشكل أساسي لاتصالات البيانات والبرمجة/تصحيح الأخطاء بين شركات Siemens PLC. يتميز بروتوكول MPI بسرعات اتصال متوسطة واتصال بسيط، مما يجعله مناسبًا لأنظمة الأتمتة الصغيرة الحجم وبيئات المختبرات. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة الملكية والقيود المفروضة على سرعة الاتصال، فإن بروتوكول MPI له تطبيق محدود نسبيًا في أنظمة الأتمتة الصناعية واسعة النطاق-.
4. AS-بروتوكول الواجهة
AS-الواجهة (واجهة مستشعر المحرك) عبارة عن بروتوكول يعتمد على تقنية الناقل التسلسلي، ويستخدم بشكل أساسي لنقل البيانات بسرعة منخفضة- وسيناريوهات التحكم في التكلفة المنخفضة-. إنه يبسط الاتصال بين أجهزة الاستشعار والمحركات ونظام التحكم، مما يقلل من تكاليف الأسلاك والتركيب. يدعم بروتوكول AS-Interface أنواعًا مختلفة من أجهزة الاستشعار والمشغلات، مثل أجهزة الاستشعار الثنائية وأجهزة الاستشعار التناظرية والمشغلات، ويوفر آليات اتصال بسيطة ووظائف اكتشاف الأخطاء.
5. بروتوكول PPI
PPI (Point-to-Point Interface) هو بروتوكول اتصال تم تطويره بواسطة شركة Siemens خصيصًا لسلسلة S7-200 PLCs. إنه مبني على أساس الأجهزة لشبكة RS-485 ويدعم اتصالات البيانات وتصحيح أخطاء البرمجة بين PLCs. يستخدم بروتوكول PPI نموذج اتصال رئيسي بالعبد، حيث يقوم بتنفيذ تبادل البيانات من خلال تعليمات بسيطة لقراءة الشبكة (NetR) والكتابة على الشبكة (NetW). على الرغم من أن بروتوكول PPI قد تم استخدامه على نطاق واسع في سلسلة S7-200 من PLCs، فقد تم استبداله تدريجيًا ببروتوكولات أخرى في أنظمة التشغيل الآلي الأكثر تقدمًا بسبب القيود في سرعة الاتصال ووظائفه.
ثالثا. البروتوكولات الأخرى ذات الصلة
بالإضافة إلى البروتوكولات الرئيسية المذكورة أعلاه، توفر شركة Siemens أيضًا بروتوكولات ومعايير واجهة أخرى تتعلق باتصالات الناقل، مثل Modbus وOPC UA. تُستخدم هذه البروتوكولات على نطاق واسع وتلعب دورًا مهمًا في مجال الأتمتة الصناعية.
- Modbus: بروتوكول اتصال مفتوح يستخدم على نطاق واسع في مجال الأتمتة الصناعية. وهو يدعم وسائط الاتصال وطرق النقل المختلفة (مثل الاتصال التسلسلي والإيثرنت) ويوفر نموذج بيانات غنيًا ووظائف الاتصال. يُفضل بروتوكول Modbus من قبل العديد من الشركات المصنعة للمعدات ومتكاملي الأنظمة نظرًا لانفتاحه وتوافقه.
- OPC UA: بروتوكول بنية موحد يعتمد على تقنية OPC (OLE للتحكم في العمليات). وهو يدعم تبادل البيانات عبر-الأنظمة الأساسية و-الموردين وإمكانية التشغيل التفاعلي، مما يوفر نظامًا أساسيًا مفتوحًا وآمنًا وموثوقًا لاتصالات البيانات لأنظمة الأتمتة الصناعية. يحمل بروتوكول OPC UA آفاقًا واسعة للتطبيق في -أنظمة الأتمتة الصناعية واسعة النطاق ومجال التصنيع الذكي.