PLC Protocol : การสื่อสารแบบ Profibus

สมัยก่อนโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการควบคุมแบบซีเควนส์โดยมีพีแอลซี( PLC – Programmable Logic Controllers ) เป็นตัวควบคุมและยังไม่มีการต่อกันเป็นระบบ พบว่ามีความยุ่งยากในการต่อสายมากเนื่องจากการต่อสายแบบหนึ่งเส้นต่อหนึ่งอินพุทหรือเอาท์พุทนั้นใช้สายเป็นจำนวนมาก ต่อมาได้มีการนำโปรฟิบัส ( PROFIBUS – Process Field Bus ) มาใช้ซึ่งโปรฟิบัสเป็นมาตรฐานแบบหนึ่งสำหรับการติดต่อแบบอนุกรมกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในโรงงาน โดยใช้บัสเพียงเส้นเดียวในการเชื่อมต่อ ทำให้สามารถลดจำนวนสายลงแต่สามารถเพิ่มความเร็วในการติดต่อสื่อสารได้มากขึ้น โดยได้ค่าที่ถูกต้องเที่ยงตรงระบบโปรฟิบัสเป็นมาตรฐานระบบเปิดสำหรับการผลิตและการควบคุมอัตโนมัติที่ไม่ผูกมัดกับผู้ผลิตใด ๆ โปรฟิบัสจะเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานระหว่างประเทศ ( IEC61158, EN50170, 50240 ) เพื่อให้อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้มาตรฐานนี้สามารถติดต่อกันและใช้งานร่วมกันได้อย่างสมบูรณ์

การติดต่อสื่อสารในงานอุตสาหกรรม

ระดับการสื่อสารของระบบอุตสาหกรรมตามมาตรฐานโปรฟิบัส

โครงสร้างการสื่อสาร แบ่งได้เป็น 4 ระดับ คือ

ระดับอุปกรณ์ตรวจจับและอุปกรณ์สั่งงาน ( Sensor/actuator Level )
สัญญาณดิจิตอลจากอุปกรณ์ตรวจจับ ( Sensor ) และอุปกรณ์สั่งงาน ( Actuator ) ถูกส่งไปยังสายบัส ซึ่งเป็นการสะดวกและประหยัดค่าใช้จ่ายในการส่งข้อมูลและแรงดันไฟฟ้าไปในสายเดียวกัน โดยในระดับนี้ความต้องการปริมาณข้อมูลไม่มาก แต่ความเร็วในการสื่อสารสูง

ระดับฟิลด์ ( Field Level )
ส่วนมากเป็นอุปกรณ์ที่แยกออกมา เช่น โมดูลอินพุท-เอาท์พุท ( I/O Module )
ทรานส์ดิวเซอร์ อุปกรณ์วิเคราะห์ และ วาล์ว มีการติดต่อสื่อสารกับระบบอัตโนมัติโดยประมวลผลแบบเวลาจริง ( Real-time ) และมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบวนรอบ ( Cyclic Data Exchange )
ระดับเซลล์ ( Cell Level )
เป็นส่วนของอุปกรณ์ควบคุมของระบบ เช่น พีเอลซี ( PLCs – Programmable Logic Controllers ) และไอพีซี ( IPCs – Industrial Personal Computers ) ซึ่งติดต่อสื่อสารกันโดยระบบมาตรฐาน Ethernet TCP/IP Intranet และ Internet ข้อมูลมีการส่งแบบเป็นชุดข้อมูล
ระดับโรงงาน ( Factory Level )
เป็นเครือข่ายในระดับบนสุด ใช้เป็นเครือข่ายการสื่อสารเพื่อควบคุมการทํางานของระบบโดยรวมทั้งหมด รวมทั้งสามารถรวบรวม เรียงลําดับ และจัดเก็บข้อมูลจากเครือข่ายต่ำกว่า

ตระกูลของโปรฟิบัส

โปรฟิบัสดีพี ( PROFIBUS DP – Decentralized Peripherals ) ใช้สื่อสารระหว่างส่วน
ควบคุมกลางกับอุปกรณ์อินพุท-เอาท์พุทที่ระดับฟิลด์ ซึ่งโปรฟิบัสดีพีเป็นโปรฟิบัสที่ใช้ในโครงงานนี้

โปรฟิบัสเอฟเอ็มเอส ( PROFIBUS FMS – Fieldbus Message System ) ใช้สื่อสารระหว่าง พีเอลซี ( PLCs – Programmable Logic Controllers ) กับ PC ( Personal Computer ) และแลกเปลี่ยนข้อมูลที่ระดับเซลล์ ใช้สําหรับการสื่อสารข้อมูลที่มีความซับซ้อน

โปรฟิบัสพีเอ ( PROFIBUS PA – Process Automation ) เป็นส่วนขยายของโปรฟิบัสดีพี โดยสามารถรวมอุปกรณ์ของโปรฟิบัสพีเอ และโปรฟิบัสดีพีเข้าด้วยกันได้โดยการใช้อุปกรณ์แยกส่วน ( Segment Coupler ) ใช้ในการสื่อสารที่มีความเร็วสูงและระบบอัตโนมัติ และต้องการความ
น่าเชื่อถือ
*สำหรับในบทความนี้จะขอกล่าวถึง โปรฟิบัสดีพี ( PROFIBUS DP )

โปรฟิบัสดีพี ( PROFIBUS DP )

ใช้สำหรับการส่งข้อมูลที่มีความเร็วมาก เช่น อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ ( Control Drives ), PLC, ระบบไฟฟ้ากำลังและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ต้องการการเชื่อมต่อด้วยความเร็วสูง โปรฟิบัสดีพี สื่อสารแบบ Master/Slave จะมี 1 Master ( มักจะเป็น PLC ) ต่อร่วมกับ Slave ได้ 31 ตัว ต่อ Segment เมื่อระบบทำงาน Master จะ Polls ไปที่ Slave แต่ละตัวตามลำดับ ในระบบสามารถมี Master ได้หลายตัว โดย Network ของ Master จะเป็นการสื่อสารแบบหนึ่งซึ่งเรียกว่า “Token”

โปรฟิบัสดีพี

คุณสมบัติของโปรฟิบัสดีพี ( PROFIBUS DP )

1. โปรฟิบัสดีพี เป็นแบบ Physical Layer ตามมาตรฐาน RS-485 ใช้สาย 2 สาย ซึ่งสามารถทนการรบกวนทางไฟฟ้าได้ดี
2. โปรฟิบัสดีพี ออกแบบสำหรับระบบที่ใหญ่ได้ถึง 126 Address nodes และต่อได้ถึง
1,000 A/D In-Out จุดใน Network
3. การสื่อสารที่รวดเร็ว 12 Mbit/s
4. การต่อสายของอุปกรณ์เป็นแบบหัว Connector ทำให้ลดปัญหาความยุ่งยากและความผิดพลาดจากการต่อสายแบบเดิม ๆ
5. ง่ายสำหรับการออกแบบระบบ, การติดตั้งระบบ, Maintenance และการ Monitor สถานะการทำงานของอุปกรณ์ทุกตัวในระบบ
6. ระบบมีความยือหยุ่นมาก สามารถต่อร่วมกับระบบ Bus อื่น ๆ ได้ง่าย
*อุปกรณ์ใน โปรฟิบัสดีพี ทุกตัวจะต้องมี Device Master File ที่เรียกว่า “GSD File” ซึ่งบรรจุรายละเอียดเกี่ยวกับอุปกรณ์ เช่น I/O data size, อัตราการสื่อสารและสถานะต่าง ๆ ( ในส่วนของ GSD File จะกล่าวในหัวข้ถัดไป )

ประเภทของอุปกรณ์ในระบบโปรฟิบัส

อุปกรณ์ในระบบโปรฟิบัสดีพีแบ่งออกเป็น 2 ประเภทได้แก่

Master

เป็นผู้กําหนดข้อมูลการสื่อสารบนโปรฟิบัส โดยจะส่งข้อความที่ปราศจากการกระตุ้นจากภายนอก เนื่องจาก Master เป็นผู้ถือครองบัสจึงสามารถเรียกได้อีกชื่อหนึ่งว่า สถานีกระตุ้น ( Active stations ) แบ่งได้ออกเป็น 2 ชนิด คือ

DPM1 ( DP Master Class 1 ) ทําหน้าที่ในการควบคุมการทํางานของ Slave ภายในระบบ ตัวอย่างของ DPM1 ได้แก่ พีแอลซี ( PLCs-Programmable Logic Controllers )

DPM2 ( DP Master Class 2 ) ทําหน้าที่ในการกําหนดค่าเริ่มต้นต่างๆ ให้กับระบบ เช่น
การตั้งค่าข้อมูล ( Configuration Data ) ตัวอย่างเช่น พีซี ( PC-Personal Computer )

โดย Master ทั้ง 2 ชนิดนี้ จะมีอํานาจในการครอบครองบัสตามช่วงเวลาที่กําหนด หลังจากผ่านช่วงเวลาดังกล่าวจะส่งอํานาจการครอบครองบัสหรือ Token ให้กับ Master ตัวถัดไปที่อยู่บนบัส โดยจะสื่อสารกันผ่านกระบวนการ Token Passing

Slave

เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า สถานีถูกกระทํา ( Passive Station ) เนื่องจากไม่มีอํานาจในการ
ถือครองบัส มีความสามารถเพียงรับส่งข้อมูลจากการร้องขอของ Master ได้แก่ อุปกรณ์อินพุทเอาท์พุทต่างๆ โดยที่ Master จะเป็นผู้ส่งข้อมูลเกี่ยวกับข้อกําหนดต่างๆของรูปแบบการสื่อสาร
เพื่อเป็นข้อตกลงที่ใช้ระหว่างร่วมกันในการแลกเปลี่ยนข้อมูล โดย Master จะวนมาสอบถามข้อมูลของ Slave ทุกตัวที่อยู่ในระบบอยู่ตลอดเวลา

DP Master Class1, Class2, DP Slave

GSD File

ส่วนที่สําคัญอีกส่วนของการสร้าง Slave ขึ้นมา คือ GSD File ซึ่งข้อมูลที่อยู่ใน GSD File
จะเป็นข้อมูลพื้นฐานของอุปกรณ์, ลักษณะจําเพาะของอุปกรณ์นั้น ๆ โดยที่ Master จะมี GSD File เป็นของตนเอง ( Profile ของแต่ละอุปกรณ์ ) การใช้งาน GSD File ของโปรฟิบัสจะแตกต่างกับกระบวนการผลิตอื่น ๆ ตรงที่ไม่ได้อยู่ภายในตัวอุปกรณ์เอง แต่จะแยกออกมาเป็น disk /drive มีเป็นลักษณะของ text file โดย Master จะเป็นผู้ใช้งาน ดังนั้นเมื่อเราต้องการใช้งาน Slave จึงจําเป็นต้อง Up load ข้อมูล Slave โดยใช้ GSD File ให้กับ Master นอกจากนี้ GSD File ยังมีความสำคัญในการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบวนรอบ (Cyclic Communication) ด้วยเช่นกัน

                                                                          GSD File

One thought on “PLC Protocol : การสื่อสารแบบ Profibus

  1. Beem says:

    ขอบคุณมากครับ อยากได้ข้อมูลที่ละเอียดกว่านี้

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d bloggers like this: