مقدمه ای بر بلوک های تابع فیلدباس

تابع فیلدباس :

مقدمه

سیستم فیلدباس یک سیستم توزیع شده متشکل از دستگاه های میدانی و تجهیزات کنترل و نظارت است که در محیط فیزیکی یک کارخانه یا کارخانه یکپارچه شده اند.

دستگاه های فیلدباس با هم کار می کنند تا ورودی/خروجی و کنترل فرآیندها و عملیات خودکار را فراهم کنند. بنیاد فیلدباس چارچوبی را برای توصیف این سیستم ها به عنوان مجموعه ای از دستگاه های فیزیکی که توسط یک شبکه فیلدباس به هم متصل شده اند، ارائه می دهد. یکی از روش‌هایی که دستگاه‌های فیزیکی استفاده می‌شوند، انجام بخشی از کل عملیات سیستم با پیاده‌سازی یک یا چند بلوک تابعی است

بلوک های تابع

بلوک های تابع در دستگاه فیلدباس، عملکردهای مختلفی را که برای کنترل فرآیند لازم است انجام می دهند. از آنجا که هر سیستم متفاوت است، ترکیب و پیکربندی توابع متفاوت است.

بنابراین، Fieldbus FOUNDATION طیف وسیعی از بلوک های تابع را طراحی کرده است که هر کدام نیاز متفاوتی را برطرف می کنند.

بلوک‌های تابع، عملکردهای کنترل فرآیند، مانند توابع ورودی آنالوگ (AI) و خروجی آنالوگ (AO) و همچنین توابع مشتق انتگرال متناسب (PID) را انجام می‌دهند. بلوک‌های تابع استاندارد یک ساختار مشترک برای تعریف ورودی‌ها، خروجی‌ها، پارامترهای کنترل، رویدادها، آلارم‌ها و حالت‌های بلوک تابع و ترکیب آن‌ها در فرآیندی ارائه می‌کنند که می‌تواند در یک دستگاه واحد یا از طریق شبکه فیلدباس پیاده‌سازی شود. این کار شناسایی ویژگی هایی را که در بلوک های تابع مشترک هستند ساده می کند.

شکل ۱-۱ ساختار داخلی یک بلوک تابع را نشان می دهد. هنگامی که اجرا شروع می شود، مقادیر پارامتر ورودی از بلوک های دیگر توسط بلوک وارد می شود. فرآیند snap ورودی تضمین می کند که این مقادیر در طول اجرای بلوک تغییر نکنند. مقادیر جدید دریافت شده برای این پارامترها بر مقادیر قطع شده تأثیر نمی گذارد و در طول اجرای فعلی توسط بلوک تابع استفاده نمی شود.

کلاس

رویدادهای ورودی ممکن است بر عملکرد الگوریتم تأثیر بگذارد. یک تابع کنترل اجرا، دریافت رویدادهای ورودی و تولید رویدادهای خروجی را در طول اجرای الگوریتم تنظیم می کند. پس از تکمیل الگوریتم، داده‌های داخلی بلوک برای استفاده در اجرای بعدی ذخیره می‌شوند و داده‌های خروجی جدا می‌شوند و برای استفاده توسط سایر بلوک‌های تابع آزاد می‌شوند.

یک بلوک یک واحد پردازش منطقی برچسب گذاری شده است. تگ نام بلوک است. خدمات مدیریت سیستم یک بلوک را با تگ آن مکان یابی می کند. بنابراین پرسنل خدمات فقط باید برچسب بلوک را بدانند تا به پارامترهای بلوک مناسب دسترسی داشته باشند یا آن را تغییر دهند.

بلوک های تابعی همچنین قادر به جمع آوری و ذخیره داده های کوتاه مدت برای بررسی رفتار خود هستند.

توضیحات دستگاه

توضیحات دستگاه، تعاریف ابزار مشخص شده ای هستند که با بلوک های تابع مرتبط هستند. توضیحات دستگاه برای تعریف و توصیف بلوک های تابع و پارامترهای آنها ارائه می شود.

برای ارتقای سازگاری تعریف و درک، اطلاعات توصیفی، مانند نوع و طول داده، در توضیحات دستگاه نگهداری می‌شود. توضیحات دستگاه با استفاده از یک زبان باز به نام زبان توصیف دستگاه (DDL) نوشته می شود. انتقال پارامتر بین بلوک های تابع به راحتی قابل تأیید است زیرا همه پارامترها با استفاده از یک زبان توصیف می شوند. پس از نوشتن، توضیحات دستگاه را می توان در یک رسانه خارجی مانند CD-ROM یا هارددیسک ذخیره کرد. سپس کاربران می توانند توضیحات دستگاه را از رسانه خارجی بخوانند. استفاده از یک زبان باز در توضیحات دستگاه، قابلیت همکاری بلوک‌های عملکردی را در دستگاه‌های فروشندگان مختلف اجازه می‌دهد. به‌علاوه، دستگاه‌های رابط انسانی، مانند کنسول‌های اپراتور و رایانه‌ها، لازم نیست به طور خاص برای هر نوع دستگاه در اتوبوس برنامه ریزی شود. در عوض نمایشگرها و تعامل آنها با دستگاه ها از توضیحات دستگاه هدایت می شود.

توضیحات دستگاه همچنین ممکن است شامل مجموعه ای از روال های پردازش به نام متدها باشد. روش‌ها رویه‌ای را برای دسترسی و دستکاری پارامترها در یک دستگاه ارائه می‌کنند.

عملیات مسدود کردن

علاوه بر بلوک های تابع، دستگاه های فیلدباس دارای دو نوع بلوک دیگر برای پشتیبانی از بلوک های تابع هستند. اینها بلوک منبع و بلوک مبدل هستند. بلوک منبع شامل مشخصات سخت افزاری خاص مرتبط با یک دستگاه است. بلوک‌های مبدل بلوک‌های تابع را به توابع ورودی/خروجی محلی جفت می‌کنند.

بلوک های عملکردی خاص ابزار

بلوک های منبع

بلوک های منبع حاوی ویژگی های خاص سخت افزار مرتبط با یک دستگاه هستند. آنها هیچ پارامتر ورودی یا خروجی ندارند. الگوریتم درون یک بلوک منبع، عملکرد کلی سخت افزار دستگاه فیزیکی را نظارت و کنترل می کند. اجرای این الگوریتم به ویژگی های دستگاه فیزیکی که توسط سازنده تعریف شده است، بستگی دارد. در نتیجه این فعالیت، الگوریتم ممکن است باعث ایجاد رویدادها شود. تنها یک بلوک منبع برای یک دستگاه تعریف شده است. به عنوان مثال، وقتی حالت یک بلوک منبع “خارج از سرویس” است، بر تمام بلوک های دیگر تأثیر می گذارد.

بلاک های مبدل

بلوک های مبدل بلوک های تابع را به توابع ورودی/خروجی محلی متصل می کنند. آنها سخت افزار حسگر را می خوانند و روی سخت افزار افکتور (محرک) می نویسند. این به بلوک مبدل اجازه می‌دهد تا به دفعات لازم را اجرا کند تا داده‌های خوبی از حسگرها به دست آورد و از نوشتن صحیح در محرک بدون فشار بر بلوک‌های عملکردی که از داده‌ها استفاده می‌کنند، اطمینان حاصل کند. بلوک مبدل همچنین بلوک تابع را از ویژگی های خاص فروشنده ورودی/خروجی فیزیکی جدا می کند.

هشدارها

هنگامی که یک هشدار رخ می دهد، کنترل اجرا یک اعلان رویداد می فرستد و مدت زمان مشخصی منتظر می ماند تا یک تایید دریافت شود. این اتفاق می افتد حتی اگر شرایطی که باعث هشدار شده است دیگر وجود نداشته باشد. اگر تأییدیه در بازه زمانی از پیش تعیین شده دریافت نشود، اعلان رویداد دوباره ارسال می شود. این تضمین می کند که پیام های هشدار از بین نمی روند.

دو نوع هشدار برای بلوک، رویدادها و آلارم ها تعریف شده است. رویدادها برای گزارش تغییر وضعیت زمانی که یک بلوک از یک وضعیت خاص خارج می شود، مانند زمانی که یک پارامتر از آستانه عبور می کند، استفاده می شود. هشدارها نه تنها هنگام خروج یک بلوک از یک وضعیت خاص، تغییر وضعیت را گزارش می‌کنند، بلکه زمانی که به آن حالت بازمی‌گردد نیز گزارش می‌دهند.

ارتباط شبکه

کلاس

شکل ۱-۲ یک شبکه فیلدباس ساده متشکل از یک بخش واحد (پیوند) را نشان می دهد.

کلاس

پیوند فعال زمانبندی (LAS)

همه پیوندها یک و تنها یک زمانبندی فعال پیوند (LAS) دارند. LAS به عنوان داور اتوبوس برای پیوند عمل می کند. LAS کارهای زیر را انجام می دهد:

• دستگاه های جدیدی را به پیوند می شناسد و به آن اضافه می کند.
• دستگاه های غیر پاسخگو را از پیوند حذف می کند.
• زمان پیوند داده (DL) و زمانبندی پیوند (LS) را روی پیوند توزیع می کند. زمان پیوند داده یک زمان در سراسر شبکه است که به طور دوره ای توسط LAS برای همگام سازی تمام ساعت های دستگاه در اتوبوس توزیع می شود. زمان‌بندی پیوند یک زمان خاص پیوند است که به‌عنوان یک افست از زمان پیوند داده نشان داده می‌شود. برای نشان دادن زمانی که LAS در هر پیوند شروع می شود و زمان بندی آن را تکرار می کند استفاده می شود. توسط مدیریت سیستم برای همگام سازی اجرای بلوک تابع با انتقال داده های برنامه ریزی شده توسط LAS استفاده می شود.
• در زمان‌های ارسال زمان‌بندی‌شده، دستگاه‌ها را برای داده‌های حلقه پردازش نظرسنجی می‌کند.
• یک نشانه اولویت محور را بین ارسال های برنامه ریزی شده در دستگاه ها توزیع می کند.

هر دستگاهی در پیوند ممکن است به LAS تبدیل شود، تا زمانی که قادر باشد. دستگاه هایی که قابلیت تبدیل شدن به LAS را دارند، دستگاه های اصلی پیوند نامیده می شوند. تمام دستگاه های دیگر به عنوان دستگاه های اساسی شناخته می شوند. هنگامی که یک بخش برای اولین بار راه اندازی می شود، یا در صورت شکست LAS موجود، دستگاه های اصلی پیوند در بخش پیشنهاد می کنند تا به LAS تبدیل شوند. مستر پیوند که برنده مناقصه می شود، بلافاصله پس از تکمیل فرآیند مناقصه، به عنوان LAS شروع به کار می کند. مسترهای پیوند که به LAS تبدیل نمی شوند به عنوان دستگاه های اساسی عمل می کنند. با این حال، مسترهای پیوند می‌توانند با نظارت بر پیوند از نظر خرابی LAS و سپس درخواست تبدیل شدن به LAS در صورت شناسایی خرابی LAS، به عنوان پشتیبان LAS عمل کنند.

فقط یک دستگاه می تواند در هر زمان ارتباط برقرار کند. اجازه برقراری ارتباط در اتوبوس توسط یک توکن متمرکز که بین دستگاه ها توسط LAS ارسال می شود کنترل می شود. فقط دستگاه دارای نشانه می تواند ارتباط برقرار کند. LAS فهرستی از تمام دستگاه هایی که نیاز به دسترسی به اتوبوس دارند را نگهداری می کند. این لیست “لیست زنده” نامیده می شود.

دو نوع نشانه توسط LAS استفاده می شود. یک نشانه زمان بحرانی، داده اجباری (CD)، توسط LAS طبق یک برنامه ارسال می شود. یک نشانه غیر زمان حیاتی، رمز عبور (PT)، توسط LAS به هر دستگاه به ترتیب عددی صعودی بر اساس آدرس ارسال می‌شود.

آدرس کردن دستگاه

Fieldbus از آدرس های بین ۰ تا ۲۵۵ استفاده می کند. آدرس های ۰ تا ۱۵ برای آدرس دهی گروه و برای استفاده توسط لایه پیوند داده محفوظ است. برای همه دستگاه‌های فیلدباس فیشر-رزمونت، آدرس‌های ۲۰ تا ۳۵ در دسترس دستگاه است. اگر دو یا چند دستگاه با یک آدرس وجود داشته باشد، اولین دستگاهی که شروع به کار می کند از آدرس برنامه ریزی شده خود استفاده می کند. به هر یک از دستگاه های دیگر یکی از چهار آدرس موقت بین ۲۴۸ و ۲۵۱ داده می شود. اگر آدرس موقت در دسترس نباشد، دستگاه تا زمانی که یک آدرس موقت در دسترس نباشد، در دسترس نخواهد بود.

انتقالات برنامه ریزی شده

اطلاعات با استفاده از سه نوع گزارش مختلف از طریق فیلدباس بین دستگاه ها منتقل می شود.

• ناشر/مشترک: این نوع گزارش برای انتقال داده های حلقه فرآیند حیاتی، مانند متغیر فرآیند، استفاده می شود. تولیدکنندگان داده (ناشران) داده ها را در یک بافر ارسال می کنند که به مشترک (S) منتقل می شود، زمانی که ناشر داده های Compel را دریافت می کند. بافر فقط یک کپی از داده ها را شامل می شود. داده های جدید به طور کامل داده های قبلی را بازنویسی می کند. به روز رسانی داده های منتشر شده به طور همزمان به همه مشترکین در یک پخش منتقل می شود. نقل و انتقالات از این نوع را می توان دقیقاً به صورت دوره ای برنامه ریزی کرد.

• توزیع گزارش: این نوع گزارش برای پخش و چندپخشی گزارش رویداد و روند استفاده می شود. آدرس مقصد ممکن است از پیش تعریف شده باشد تا همه گزارش ها به یک آدرس ارسال شوند، یا ممکن است به طور جداگانه با هر گزارش ارائه شود. نقل و انتقالات از این نوع در صف هستند. آنها به ترتیب ارسال شده به گیرنده ها تحویل داده می شوند، اگرچه ممکن است به دلیل انتقال خراب شکاف هایی وجود داشته باشد. این انتقال‌ها برنامه‌ریزی نشده‌اند و در بین انتقال‌های برنامه‌ریزی‌شده با اولویت معین انجام می‌شوند.

• Client/Server: این نوع گزارش برای تبادل درخواست/پاسخ بین جفت دستگاه استفاده می شود. مانند گزارش توزیع گزارش، نقل و انتقالات در صف، برنامه ریزی نشده و اولویت بندی شده اند. صف به این معنی است که پیام ها به ترتیب ارسال شده برای ارسال، با توجه به اولویت آنها، بدون بازنویسی پیام های قبلی ارسال و دریافت می شوند. با این حال، برخلاف گزارش توزیع، این انتقال‌ها جریان کنترل می‌شوند و از یک روش ارسال مجدد برای بازیابی از انتقال‌های خراب استفاده می‌کنند.

انتقالات برنامه ریزی شده

شکل ۱-۳ روش انتقال داده های برنامه ریزی شده را نمودار می کند. انتقال داده های زمان بندی شده معمولاً برای انتقال چرخه ای منظم داده های حلقه فرآیند بین دستگاه های فیلدباس استفاده می شود. انتقال های زمان بندی شده از نوع گزارش ناشر/مشترک برای انتقال داده استفاده می کنند. Link Active Scheduler فهرستی از زمان‌های ارسال را برای همه ناشران در همه دستگاه‌هایی که نیاز به انتقال چرخه‌ای دارند، حفظ می‌کند. هنگامی که زمان انتشار داده‌ها توسط دستگاه فرا می‌رسد، LAS یک پیام Compel Data (CD) را برای دستگاه ارسال می‌کند. پس از دریافت سی دی، دستگاه داده ها را برای همه دستگاه های فیلدباس پخش یا “انتشار” می کند. هر دستگاهی که برای دریافت داده ها پیکربندی شده باشد، “مشترک” نامیده می شود.

فیلدباس-۳”>>

انتقالات برنامه ریزی نشده

شکل ۱-۴ یک انتقال برنامه ریزی نشده را نمودار می کند. انتقال های برنامه ریزی نشده برای مواردی مانند تغییرات ایجاد شده توسط کاربر، از جمله تغییرات نقطه تنظیم، تغییر حالت، تغییرات تنظیم و آپلود/دانلود استفاده می شود. انتقال های برنامه ریزی نشده از توزیع گزارش یا نوع گزارش گیرنده/سرور برای انتقال داده استفاده می کنند.

به همه دستگاه‌های فیلدباس فرصتی داده می‌شود تا پیام‌های برنامه‌ریزی نشده را بین ارسال‌های داده‌های زمان‌بندی شده ارسال کنند. LAS با صدور یک پیام رمز عبور (PT) به دستگاه اجازه استفاده از فیلدباس را به دستگاه می دهد. هنگامی که دستگاه PT را دریافت می کند، مجاز است تا زمانی که به پایان برسد یا تا زمانی که “حداکثر زمان نگهداری رمز” منقضی شود، پیام ارسال کند، هر کدام که زمان کوتاه تر باشد. پیام ممکن است به یک مقصد یا چند مقصد ارسال شود.

زمان بندی بلوک عملکرد

شکل ۱-۵ نمونه ای از زمانبندی پیوند را نشان می دهد. یک تکرار منفرد از زمانبندی گسترده پیوند، ماکروسکل نامیده می شود. هنگامی که سیستم پیکربندی می شود و بلوک های تابع به هم پیوند می خورند، یک برنامه زمانی کل پیوند اصلی برای LAS ایجاد می شود. هر دستگاه بخش خود را از برنامه زمانبندی گسترده پیوند، که به عنوان زمانبندی بلوک عملکرد شناخته می شود، حفظ می کند. برنامه زمانبندی بلوک عملکرد نشان می دهد که بلوک های عملکرد دستگاه چه زمانی باید اجرا شوند. زمان اجرای برنامه ریزی شده برای هر بلوک تابع به عنوان یک افست از ابتدای زمان شروع ماکروسکل نمایش داده می شود.

برای پشتیبانی از همگام‌سازی زمان‌بندی‌ها، زمان‌بندی پیوند (LS) به صورت دوره‌ای توزیع می‌شود. شروع چرخه کلان نشان دهنده یک زمان شروع مشترک برای همه برنامه های بلوک عملکردی در یک پیوند و برای برنامه زمان بندی گسترده پیوند LAS است. این اجازه می دهد تا اجرای بلوک تابع و انتقال داده های مربوط به آنها در زمان همگام شوند.

بلوک های تابع اصلی Fieldbus. برای اطلاعات دقیق روی زیر کلیک کنید

1. ورودی آنالوگ بلوک تابع
2. بلوک عملکرد خروجی آنالوگ
3. بلاک منبع
4. بلاک مبدل
5. بلوک PID و غیره.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.