جوناس برگ توضیح می‌دهد که چگونه شبکه IP همگرا اتصال دستگاه را ساده می‌کند.
تصور کنید در هر زمان می‌توانید یک حسگر اضافی، دوربین فیلم‌برداری، دوربین حرارتی مادون قرمز، 3D LiDAR ، شیر قطع و وصل برقی، پانل HMI ، ترازو، کنتور برق یا کنترل کننده پکیج را از هر نقطه از کارخانه فقط با دو رشته سیم به نزدیک‌ترین جعبه اتصال در یک واحد پردازش متصل کنید. امروزه چنین دستگاه‌هایی از سیگنال‌های مختلفی استفاده می‌کنند: 4-20 میلی آمپر، سیگنال باند پایه ویدئویی (VBS) ، اترنت Cat 5 ، روشن – خاموش، Modbus / RTU و Profibus-DP و غیره که به زیرساخت‌های سیم‌های سیگنال مختلف متصل می‌شوند، ممکن است در دسترس نباشند و این موضوع در حال حاضر استقرار دستگاه‌های دیگر را به چالش تبدیل می‌کند. با استفاده از Ethernet-APL ، همه این نوع دستگاه‌ها می‌توانند از همان زیرساخت شبکه پیشرفته فیزیکی (APL) در سراسر نیروگاه استفاده کرده و استقرار دستگاه‌های دیگر را آسان کنند.
بنابراین، APL برای کارخانه نسل بعدی چه معنایی دارد؟
سیگنال‌های ترکیبی
امروزه ساخت پنج زیرساخت سیگنال یا بیشتر (کابل، سینی کابل و جعبه‌های اتصال) برای کارخانه پیچیده و پرهزینه است. ازآنجاکه بسیاری از این انواع سیگنال از نظر ذاتی ایمن نیستند، نصب ضد انفجار یا ضد شعله ضروری است که هزینه بر است. حتی ممکن است چندین شبکه Modbus برای هر فروشنده وجود داشته باشد زیرا دستگاه‌های Modbus معمولاً از یک شبکه مشترک استفاده نمی‌کنند.
به همین ترتیب، استقرار دستگاه‌های اضافی در یک کارخانه سال‌ها پس از نصب سیستم کنترل و سایر سیستم‌ها نیز هزینه بر است. در بسیاری از موارد، ممکن است زیرساخت سیگنال مورد نیاز در دسترس نباشد، بنابراین اگر می‌خواهید به‌عنوان‌مثال یک دوربین مادون قرمز برای تشخیص نشت ، سنسور پیشرفته یا آنالیز کننده گاز مستقر کنید، زیرساخت سیگنال مناسب باید گسترش یابد و برای این کار سیگنال ویدئویی VBS ، Modbus یا هر چیز دیگری را می‌توان به‌صورت ارتباط backhauled در هر کجا که نیاز باشد مستقر نمود.
در دفتر کار، اترنت نه تنها در شبکه رایانه‌ای بین ایستگاه‌های کاری، سرورها و چاپگرهای چند منظوره و غیره نفوذ کرده است، بلکه سیستم‌های تلفنی، دوربین‌های امنیتی تلویزیون مدار بسته، سیستم‌های کنفرانس ویدئویی و حتی دیوارهای ویدئویی را نیز به آرامی در اختیار گرفته است. نتیجه این تغییر و تحول، یک زیرساخت سیگنال منفرد برای انواع دستگاه‌ها و سیستم‌های اداری است. استقرار تجهیزات اداری اضافی آسان است زیرا این تجهیزات از همان زیرساخت اترنت استفاده می‌کنند.
این مثالی از کاربرد اترنت در این زمینه است.
Ethernet-APL برای سیستم کارخانه
بیشتر سیستم‌های کنترلی در اتاق مارشالینگ و اتاق کنترل از اترنت متداول (Cat 5) برای زیر سیستم ورودی/خروجی (I/O)، کنترل کننده‌ها، سرورها و ایستگاه‌های کاری استفاده می‌کنند. اترنت متداول برای این زمینه مناسب نیست، بنابراین باید به جای آن از Ethernet-APL استفاده شود. چشم‌انداز Ethernet-APL یک شبکه همگرا با IP گسترده و مبتنی بر اترنت است که در آن واحدهای پردازشی فقط به یک زیرساخت سیم کشی ساده نیاز دارند و داده‌های انواع دستگاه‌ها از همان زیرساخت Ethernet-APL مشترک برخوردار هستند. انتظار این است که Ethernet-APL جای همه چیز را در کارخانجات جدید گرفته و به جای سیگنال‌های ترکیبی گذشته نیز استفاده شوند، درست همانند اترنتی که جای همه چیز را در ادارات گرفته است. یعنی کنترل، ایمنی، نظارت، ویدئو و برق در همان دو رشته سیم وجود دارد (یک شبکه چند منظوره واحد).
این امر به ویژه با ایمنی ذاتی موجب صرفه جویی می‌شود. برای مهندسین ابزار دقیق و کنترل اضافه کردن انواع دستگاه‌ها در آینده آسان می‌شود، زیرا زیرساخت Ethernet-APL در سراسر کارخانه و در همه جا موجود خواهد بود، بنابراین همیشه یک سوئیچ APL در مجاورت وجود دارد که می‌توانید متصل شوید. این چشم‌انداز همگرایی اترنت IP را که در دفتر کار و ادارات دیده‌ایم، در همه جا تقلید می‌کند. این قابلیت افزودن آسان حسگرها و سایر دستگاه‌ها، کلید تحول دیجیتال، فرایند دیجیتال‌سازی، دیجیتالی شدن، صنعت 4.0 ، انقلاب صنعتی چهارم یا هر آن چیزی است که شما می‌نامید.
این بدین معنی است که سنسورها، دوربین‌های فیلم‌برداری، دوربین‌های مادون قرمز، شیرهای روشن – خاموش، پانل‌های HMI ، ترازوها، کنتورهای برق و کنترل کننده‌های کوچک در این زمینه همه دستگاه‌های IP خواهند بود. وقتی همه چیز یک بسته IP باشد، همه می‌توانند از زیرساخت‌های Ethernet-APL یکسان برای انواع دستگاه‌های موجود در این زمینه استفاده کنند. کاهش از حدود 5 نوع مختلف از زیرساخت‌های سخت‌افزاری به یک زیرساخت سخت‌افزاری منجر به صرفه جویی در کابل‌های مشترک، جعبه‌های اتصال و مارشال سازی منجر می‌شود.
پروتکل‌های غیراختصاصی
برای پروتکل‌های باس قدیمی مانند Fieldbus ، Modbus / RTU ، Profibus-DP و HART® و غیره، شبکه منحصر به فرد است؛ همه دستگاه‌ها دارای تکنولوژی فیلدباس (FOUNDATION fieldbus) هستند، همه Modbus یا همه Profibus هستند. برای باس همیشه یک پروتکل واحد وجود دارد و هرگز ترکیبی از یک شبکه نیست.
اترنت و بنابراین Ethernet-APL نیز متفاوت است. غیر انحصاری است، به این معنی که ترکیبی از پروتکل‌های در حال استفاده است. یعنی ترکیبی از دستگاه‌ها برای برقراری ارتباط هم‌زمان با اترنت پرسرعت HART-IP™، Modbus، و PROFINET وجود دارد که به طور هم‌زمان ارتباط برقرار می‌کنند. بسیاری از دستگاه‌ها از چندین پروتکل پشتیبانی می‌کنند و با استفاده از پروتکل‌های مختلف، هم‌زمان از چندین کاربرد پشتیبانی می‌کنند. علاوه بر این، دستگاه‌های زیادی وجود دارند که هم‌زمان از پروتکل‌های غیر اتوماتیک استفاده می‌کنند.
دوربین‌های فیلم برداری دیجیتال از پروتکل حمل و نقل در زمان واقعی (RTP) یا پروتکل پخش در زمان واقعی (RTSP) استفاده می‌کنند. یعنی هیچ دوربین فیلم‌برداری PROFINET یا دوربین مادون قرمز HART-IP وجود ندارد، بلکه یک دوربین فیلم‌برداری یا دوربین مادون قرمز است که همان شبکه Ethernet-APL را با دستگاه‌های PROFINET-IO و HART-IP به اشتراک می‌گذارد. شما احتمالاً دوربین‌های ویدئویی امنیتی محیطی را روی APL قرار نمی‌دهید، اما دوربین‌های فیلم‌برداری APL ممکن است برای پردازش ویدئوهایی مانند کنترل شعله، خواندن برچسب‌ها، کوره چرخان و نظارت بر عملکرد زباله‌سوز استفاده شود. یعنی ترکیبی از دستگاه‌ها، با ارائه ترکیبی از داده‌ها، با استفاده از ترکیبی از پروتکل‌های کاربرد همان شبکه Ethernet-APL را به اشتراک می‌گذارند. بنابراین، بسیاری از دستگاه‌های ابتکاری جدید که در شبکه APL مشاهده خواهید کرد از HART-IP یا PROFINET-IO استفاده نمی‌کنند، اما همه آنها از یک شبکه مشترک برخوردار هستند.
همه دستگاه‌های موجود در شبکه نیازی به استفاده از پروتکل یکسان ندارند. حتی همه ابزارهای دقیق نیز نیازی به استفاده از پروتکل یکسان ندارند. یک فرستنده با استفاده از HART-IP و یک شیر با استفاده از PROFINET-IO می‌تواند بخشی از یک حلقه کنترل باشند، اما کنترل کننده در این بین باید قادر به اداره هر دو پروتکل باشد.
مارشال سازی مجازی
توجه داشته باشید که همه داده‌های موجود در شبکه APL به سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یا تاریخ‌نگار منتقل نمی‌شوند زیرا همه دستگاه‌ها مربوط به کنترل فرایند نیستند. داده‌های کنترل فرایند به DCS منتقل می‌شود، اما به‌عنوان مثال، ویدئو لازم نیست به DCS یا تاریخ‌نگار ارجاع داده شود. بسته‌های ویدئویی احتمالاً به یک نرم‌افزار مدیریت فیلم یا یک ضبط کننده فیلم دیجیتال ساده هدایت می‌شوند (و ممکن است از آنجا به ایستگاه‌های کاری اپراتور DCS یا یک دیوار ویدئویی[1] برود). یعنی بسته‌ها به DCS ، تاریخ نگار، VMS یا مقصد دیگر تغییر می‌کنند. مدیریت شبکه برای شبکه Ethernet-APL باید پهنای باند را کنترل کند تا اطمینان حاصل کند که تأخیر برای کنترل فرایند و عملکردهای ایمنی ایجاد نشده است.
در حال حاضر کارخانه جات برای استفاده از Ethernet-APL طراحی شده‌اند اگرچه دستگاه‌های مورد نیاز هنوز در دسترس نیستند. اگر اکنون در حال طراحی یک نیروگاه هستید، ممکن است ایده خوبی باشد که درباره استفاده از Ethernet-APL در راستای همگرایی IP در همه جا، اترنت در همه چیز، انتقال سیگنال برای فیلد تحقیق کنید.
جوناس برگ یک متخصص فنی در زمینه تحول دیجیتال در صنایع فرایندی، اتخاذ فناوری و معماری‌های دیجیتال از جمله داشبوردها، تجزیه و تحلیل، رابط‌های نرم‌افزاری، پلتفرم‌های تاریخ‌نگار، شبکه‌های ابزار بی‌سیم، فیلدباس، مدیریت دستگاه‌های هوشمند، اکوسیستم‌های دیجیتال و اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) است. وی در حال حاضر مدیر ارشد فناوری کاربردی تجارت راه حل‌های اتوماسیون Emerson در آسیا و اقیانوسیه است. جوناس در زمینه ابزار دقیق و کنترل بیش از سی سال تجربه دارد. جوناس یکی از اعضای ارشد ISA است، در کمیته‌های استاندارد ISA104 و ISA108 شرکت می‌کند و در کمیته راهبری گروه FieldComm در آسیا و اقیانوسیه عضویت دارد. او یکی از معماران فیلدباس FOUNDATION است. وی نویسنده کتاب «فیلدباس‌هایی برای کنترل فرایند: مهندسی، عملیات، و حفاظت» است. وی سردبیر استاندارد ANSI / ISA / IEC / TR 61804-6 است. او دارای حق ثبت اختراع در ارتباطات ایمن است و جایزه ISA 1999 را برای برتری در مستندسازی دریافت کرده است.
[1] مجموعه‌ای از چندین مانیتور که در کنار هم قرار گرفته‌اند طوری که مرز بین آنها مشخص نیست
