وقد ظل الرسم البياني (العمليات الميدانية) يشكل منذ وقت طويل حجر الزاوية في التشغيل الآلي الصناعي، ولا يزال دوره في الروبوتات حاسماً في التطبيقات التي تتطلب رقابة حاسمة، وفي سلامة البيانات العالية، وفي الموثوقية الطويلة الأجل، وفي حين ظهرت بروتوكولات جديدة للشبكة الكهربائية الصناعية، لا تزال بروبس تتحكم في آلاف من أجهزة تصميم الأجهزة الآلية في جميع أنحاء العالم، ولا سيما في الأجهزة الآلية الثقيلة، وفي صناعات التجهيز التي تفضل تكنولوجيا الاختيار الميدانية المثبتة على مخاطر الهجرة.

ما هو البروفوس؟

والرسوم البيانية هي بروتوكول رقمي للاتصالات التسلسلية موحّد بموجب الاتفاقية الدولية رقم 61158 و61784، وقد وضع في أواخر الثمانينات اتحاد شركات ألمانية، من بينها سيمنز، بهدف الاستعاضة عن الأسلاك الموازية بين أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، والمجسسات، والمحاضرات، والحركات التي تعمل بحافلة واحدة قوية متعددة المنحى، ويعمل البروتوكول على تركيبة ذات حجم متين.

ويخدم متغيران رئيسيان مختلفا من أجزاء التشغيل الآلي:

  • Profibus DP (Decentralized Peripherals)] - the most common variant for factory auto and Robics. It supports baud rates from 9.6 kbps up to 12 Mbps, uses twisted-pair copper cabling (RS-485), and can address up to 126 nodes (32 without repeaters).
  • Profibus PA (Process Automation)] - designed for hazardous areas (intrinsically safe, explosion-proof) and used with process instrumentation. It runs at a fixed 31.25 kbps and can supply power over the buss Powered (MBP – Manchester Bus Powered).

وفي مجال الروبوتات، فإن بروبس DP هو الخيار العالمي تقريبا، وهو يوفر التوقيت المحدد اللازم للتحرك المنسق المتعدد الأكسسجة، وتزامن النقل، والتغذية المرتدة في الوقت الحقيقي من نظم الرؤية أو أجهزة استشعار القوة.

الفوائد الرئيسية للبرامج في النظم الآلية

الاتصالات في الوقت الحقيقي المحدد

وتطالب التطبيقات الآلية بأن تصل إشارات القيادة في إطار نوافذ مقيدة بشدة لتجنب الاصطدامات أو الإفراط في الطلقات أو أخطاء المتزامنة، ويستخدم برنامج " بروبس " تبادلاً ثابتاً للبيانات ملوثاً؛ ويقرأ الماجستير مدخلات من جميع العبيد ويكتب النواتج في دورة حافلة واحدة، وفي 12 ميغابايت، يمكن لشبكة تضم 20 إلى 30 نويدات أن تحقق دورات في إطار 2 متراً - مكثفاً.

النزاهة العالية في البيانات

ويستخدم البروتوكول لجنة حقوق الطفل ذات المدار 16 (فحص التكرار الدوري) في كل برقية، بالإضافة إلى قطع التكافؤ، ويكفل الحصانة من الضوضاء المادية من خلال الإشارة المتمايزة (RS-485) وكابلات مجاورة ملتوية محمية إلزامية، وتقضي هذه الآليات عمليا على أخطاء النقل غير المكتشفة، وهو أمر حاسم عندما يمكن أن تلحق قيادة واحدة من ذوي الأصول الفاسدة أضرارا بأداة أو بأع العمل.

المرونة والشبكة

ويمكن توسيع شبكة البراموس مع أجهزة إعادة الإرسال (حتى 9 أجزاء، و 200 1 متر للجزء الواحد في 12 ميغابايت، أطول بمعدلات القدح الأدنى)، ودعم النجوم والشجر وأصول الطوبولوجيا باستخدام مراكز أو أزواج نشطة، مما يتيح لسيد واحد السيطرة على خلية آلية كاملة بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار الموجودة فيها (جزء من أجهزة الاستشعار الحالية، وستارات الأمان، والوصايا الفوقية) دون إضافة أجهزة التحكم.

تخفيض عدد النفقات والصيانة المبسطة

وتتطلب الأسلاك الموازية التقليدية كابلات فردية من كل نقطة من نقاط المراقبة، حيث يمكن للمراقبين، من حيث البروفوس، وجميع أجهزة الاستشعار والمواهب، الاتصال بكابل واحد من أربع سراويل (بيانان، وطاقتان لتوريد الأجهزة العاملة)، مما يقلل بدرجة كبيرة من وقت التركيب، وتكاليف المواد، وعدد صناديق التمزيق، وعند زيارات الصيانة، يمكن للفنيين قراءة التشخيصات عن طريق الحافلة لتحديد جهاز استشعار فاشل دون فتح.

قابلية التشغيل البيني ونضج النظم الإيكولوجية

وتحتفظ منظمة مستعملي الصور بالأجهزة (مثلاً، للسيارات، والمشغّلات، والصمامات) التي تضمن التبادل بين البائعين، ويمكن لبروفيوس دي دي من سيمنز، وشركة ABB، وروكويل، أو بيكهوف أن يتصل بأي جهاز من أجهزة العبيد المصدقة، ويغطي هذا النظام الإيكولوجي آلاف المنتجات من البيوتتونات البسيطة إلى أجهزة التحكم الآلي المتقدمة، مما يجعل من السهل إدماجها في خلايا الجديدة.

التشخيص والتسامح الافتراضي

ويوفر هذا الدليل برقية تشخيصية غنية يمكن للرقيق إرسالها بصورة استباقية، وبالنسبة لذراع آلي، يمكن للعبد أن يبلغ عن درجة حرارة السيارات، أو حدود العروق، أو أخطاء الاتصالات على ذبابة الطائرة، ويسمح مراقبو الشبكة (مثلاً، بروفيوس ستيتر، ومحللو الحافلات) بضبط حركة المرور على الهواء، وقياس الوقت على الدورة، وأدوات قطع الأشجار اللازمة للتكليف والتحليلات المترابطة.

تنفيذ بروفيسور في النظم الآلية

اختيار وصيد النفايات

(أ) البدء باختيار نموذج رئيسي لجهاز التحكم الآلي أو PLC. ومعظم العلامات الروبوتية الرئيسية (ABB, KUKA, Fanuc, Yaskawa, Kawasaki) تقدم بروفيسوس DP الرئيسية أو بطاقات خيارات الرقيق، مثلاً، يمكن تجهيز متحكم IRC5 التابع لمؤسسة ABBBB باستخدام جهاز تكييف مسمى " PROFIBUS " (DSQKNet) (البطاقة الرئيسية 606)، في حين

وبالنسبة لوسط الحافلات، استخدم كابل الفروبوس من النوع ألف (التشويش المسبب للمرض 150 خطأ، و 0.64 ملم2، وقطعة موصل محمية زائداً من الشرايين) ويجب أن يكون الموصل 9 - بين الدي - سو (الإناث، ذكراً للمتحكمين) مع مقاومي الإنهاء البني حسب الاقتضاء، ويحتاج كل جزء إلى جهازين من أجهزة الضبط - واحد في كل نظام بيانات نهائية لمنع حدوث انعكاسات.

وتُخصص الأجهزة عناوين محطات فريدة (0-126، مع تخصيص 126 لبثها) وتُحدد العناوين عن طريق مفاتيح تبديل أو برامجيات برنامجية للتشغيل، ولا تُكفل مشاركة أي جهازين في العنوان نفسه، ويجب أن يكون معدل السحب مطابقاً لجميع المعاهد؛ وأن تُحدده إلى أقصى حد تدعمه أبطأ جهاز على الشبكة.

تصميم الشبكات والتجمع

إنشاء شبكة لرسم علم الأحياء تبين المعالم وطول الكابلات وتركيب الموصلات، واستخدام المبادئ التوجيهية التالية:

  • أقصى مدة للجزء: ٠٠٢ ١ متر في الساعة ٦/٩٣-٧٥ كيلو متر؛ و٠٠٠ ١ متر في الساعة ٥,٧٨١ كيلو متر في الثانية؛ و٠٠٥ متر في ٥٠٠ كيلوباس؛ و٠٠٢ متر في ١,٥ ميغابايت؛ و٠٠١ متر في ٣-١٢ ميغابايت.
  • استخدام أجهزة إعادة الإرسال لتمديدها إلى ما يتجاوز حدود القطاعات؛ كما يعمل كل جهاز إعادة إرسال كمبيد للجزء المتعلق بالحافلات.
  • ويجب أن تظل خطوط الاستيعاب (الملابس) من الصندوق الرئيسي إلى جهاز تحت 0.3 متر في 12 ملغماً؛ وتتسبب الأثقال الأطول في التأمل، وتستخدم المراكز النشطة إذا كانت قطرات أطول من 1 متراً لا يمكن تجنبها.
  • دائماً ما يُثبت مقاومو الإنهاء بالسلطة التي تم توريدها (من الناحية الخامسة من النظام أو من إمدادات الطاقة النفاثة).

وتستخدم برامجيات التجمع )مثلا، سيمنس ست بي ٧ مع شركة HW Config، أو بيكهوف توينCAT، أو أدوات طرف ثالث مثل شبكة سيكون( لتحديد بارامترات الحافلات: قائمة المناولة، ومعدل الطين، وتخصيص فترات زمنية للأجهزة النموذجية، وإحالة مجموعات بيانات المدخلات/النواتج، وبالنسبة لكل جهاز من أجهزة التشخيص، يستورد الملف المقابل لجهاز التشخيص (GDSBD) (Plectronic Dataet).

إدماج الشخصيات البارزة في المراقبة المالية الآلية

ويعالج المتحكمون الآليون عادة ما يكون المعلم المسؤول عن إدارة العمليات كعنصر خارجي من عناصر I/O، مثلاً عندما يستخدم جهاز ABB IRC5 مع معلم البروفوس، ترسم إشارات جهاز التحكم الداخلية إلى كلمات بيانات دورية محددة ترسل إلى الحافلة، ويتم رسم الخرائط في البرنامج السريع: متغيرات مثل (مدخل رقمي 1) أو [1]

ويشمل تدفق عمل التكامل عموما ما يلي:

  1. تحديد البيانات المطلوبة: مثل إحداثيات تحديد المواقع المستهدفة (X,Y,Z)، وقوة قبض، وإحالة سريعة للمناقل، وقطع الوضع.
  2. تحديد مخطط للبرقية: أي كلمة تحمل قيمة، متسقة بين السيد والعبد.
  3. - أن يُرسل السيد هذه البيانات ويتلقىها بصورة دورية.
  4. وعلى الجانب الآلي، برمج المراقب ليقرأ مجالات المدخلات من وحدة بروفيبوس، ويكتب تعليقاته (الوضع الفعلي، رموز الأخطاء) على مجالات النواتج.
  5. اختبار الشبكة عن طريق إرغام القيم من المعلم والتحقق من أن الروبوت يستجيب لذلك.

وبالنسبة للنظم التي يكون فيها الإنسان الآلي هو المعلم (مثلاً، روبوت KUKA الذي يتحكم في جهاز استشعار للرؤية أو الحزن)، فإن بطاقة المتحكم الآلي الرئيسية تُستهل دورة الحافلات وتدير جميع العبيد، فالتسويق متشابه ولكنه مُنفَّذ بالكامل في إطار واجهة الصانع الآلي.

Cyclic مقابل Acyclic Data

كما أن مراقبة الحركة الآلية تعتمد على التبادل الدوري للبيانات - وهو تبادل ذو أولوية عالية للقيم الحقيقية - كما أن الرسم البياني DP-P يدعم الاتصال التقلبي لأغراض البارامترات والتشخيص والتشكيل عن طريق توسيع نطاق بروتوكولات DP-V1، ويستخدم قنوات دورية أثناء بدء العمل ببارامترات أجهزة الكتابة (مثلاً، الذروة التي تعمل على معالجة الدراجات النارية، وحل الدراجات النارية) ثم يقوم بتشخيصها في وقت قصير.

التحديات والنظر في المسألة

انعكاسات الشبكة وإنهاءها

والإنهاء غير الصحيح هو أكثر الأسباب شيوعاً لفشل البروفات، إذ يؤدي وجود جهاز مبيد مفقود أو مُخطئ في أحد النهايات إلى ظهور إشارات تدل على أن برقية فاسدة، تتجلى في إخفاقات في المحطة المتقطعة، أو أخطاء في لجنة حقوق الطفل، أو فترات التوقف عن الاصطدام، ويتحقق دائماً من خلية الحافلات أو أداة تشخيصية + تنطلقات الخرسانة، وأن الفول المتباين في كل نقطة حرارة يتراوح بين - 5 و5.

Cable Length and Baud Rate Trade —offs

وتسمح معدلات العصيان المرتفعة بتسريع فترات الدورة، ولكن تقلل من طول الجزء، ففي الخلايا الآلية الكبيرة التي توزع بالرقم I/O، يجب أن توازن بين متطلبات الدورة الزمنية وبين المسافات المادية، وإذا كانت خلاياك ترتفع أكثر من 200 متر، تنظر في استخدام أجهزة إعادة الإرسال أو تخفيض معدل العصيان إلى 1.5 ميغابايت أو 500 كيلو متراً - مع سرعة كافية بالنسبة لمعظم التطبيقات الآلية.

التوافق مع الأجهزة القديمة

ولا يمكن لبعض أجهزة البروفوس القديمة (لا سيما منذ أوائل التسعينات) أن تدعم سوى البروفوس DPV0 أو حتى Profibus FMS (مواصفات الرسائل الميدانية) ولا يمكن أن تكون مختلطة على خط الحافلات نفسه الذي تستخدمه أجهزة DP-V1 بدون بوابة أو جزء مخصص لها، وتتحقق من نسخة ملف إدارة الشؤون السياسية: يقتصر العبيد المشتغلون بإدارة المركبات على البيانات الدورية والتشخيصات الأساسية؛ ولا يمكن أن يُعَبَزَّقَ على الشبكات القديمة.

Electromagnetic Interference (EMI)

فالبيئات الآلية هي مزعجة كهربائيا بسبب السيارات، ومحولات اللحام، والتبديل العالي التردد، وتستخدم دائما كابل البروفات المحمي بالفول والبرايد على حد سواء، وتضع الدرع في كلا النهايتين (إذا سمح الدليل) أو على الأقل في نهاية واحدة مع وجود مجرى عال من الترددات، وتنظر الكابلات التي تستخدمها على الأقل 20 سنتيمتر من كابلات الكهرباء، وتتجنب تكرارها.

الاحتياجات من التدريب والمهارات

ويتطلب تشكيلة الصور وكشف المشاكل فهم توقيت الحافلات، ومعالجة البنيات، وهياكل برقية التشخيص، ويعرف كثير من الفنيين الميدانيين البروتوكولات القائمة على شبكة إيثرنت، ويحققون في تدريب محدد النوعية (مثل دورات سيمنس بروبس) أو يستخدمون أدوات تشكيلية مبسطة تخفي تفاصيل منخفضة المستوى.

المواضيع المتقدمة والمستقبلية

إعادة التفرغ للخلايا الحرجة

وبالنسبة للخلايا الآلية التي لا يمكن تحملها في وقت النزول، يمكن تشكيل بروفيروس في أعلىيات الحلقات الزائدة عن الحاجة باستخدام اثنين من الماجستير في نفس الحافلة (بطريق مائل) أو بتنفيذ خط زائد مع خطين مستقلين من خطوط البروفوس يرتبطان بعبد مزدوج النقل، ويقتضي هذا الأخير أن يدعم جهاز العبيد إعادة التوحيد (مثل بعض وحدات برنامج SIEMENS ET200).

مسارات الهجرة إلى بروفينت

وتتزايد استخدام الخلايا الآلية الجديدة للشبكة (Ethernet-based) في إطار الترددات العالية (100 مليون طن) وتحسين التكامل مع شبكات تكنولوجيا المعلومات، غير أنه يمكن إدماج أجهزة البروفوس الموجودة في شبكة برنامج " بروفيت " عن طريق البروكسينات (مثلاً، شركة Siemens IE/PB Link PN IO) مما يسمح بالهجرة التدريجية: الاحتفاظ بصور البيانات القائمة I/O مع إضافة عناصر جديدة للبرمجيات

تشخيص الأدوات ورصد الحياة

(ب) الاحتفاظ بشاشة حافلة في ترسانة أدواتك، ويمكن لأساليب مثل [(FLT:0]) بروسنتك 2 ] أو المصدر المفتوح Softing Profibus diagnostics [F-LT:3]] أن تلتقط في كثير من الأحيان كل برقية، وتظهر حمولة حافلات، ومحطات الخطأ عن طريق العنوان.

دراسة حالة الطلب: خط اللحام الآلي المتزامن

وكان المورّد الرئيسي للسيارات يعمل خطاً يتألف من ستة روبوتات من طراز KUKA KR 90، وهي تقوم بدور الرحام على عجلات الشاحنات، ويجب على الآليين أن يتزامنوا مع حركة نقل مع طاولة نقل متحركة ونظام رؤية يفحص الجودة الحامضة، وكانت الخلية بأكملها خاضعة لجهاز سيمينس S7 -1500 PLC الذي يعمل كسيد للرقبة DP.

- التجمّع: معدل الطين 1.5 ميغابايت، وطول مدة دورة التكثيف 4 أمتار مقابل 12 عبيداً، وقد أرسل السيد مواقع الهدف مقابلات لكل آلي استناداً إلى تعليقات الموصلات، وأجاب كل آلي بمواقعه الفعلية وبارامتراته الدرع، وبقيت حمولته أقل من 60 في المائة، مما أدى إلى وجود غرفة للتشخيص، ولم تسجل سوى خطأين في الاتصالات، على أساس موثوقية سليمة.

خاتمة

وتنفيذ بروفات النظم الآلية يؤدي إلى فرض رقابة دقيقة ورادعة أثبتت قيمتها في بيئات إنتاجية لا حصر لها، ومن خلال الالتزام بالتصميم السليم للشبكة، أو تحديد مسارات الكابلات، أو تحديد مواقع اختيار البود، أو تحديد مواقعها في المستقبل، يمكن أن يحقق فترات دورة في الثانية المنخفضة مع سلامة البيانات الممتازة، وفي حين أن بروتوكولات الشبكة الصناعية الأحدث تقدم أدوات تشخيصية أعلى من النطاق الترددي، فإن بروبسايل لا يزال يتسم بفاعلية