تردمیل ها نیازمند کنترل دقیق هستند که به واسطه درایوهای دارای الگوریتم کنترل برداری میسر است
همه ما اسم ارتباط سریال را شنیده ایم و به احتمال زیاد با آن کار نیز کرده ایم. اتصالات USB روی سیستم های رایانه ای همه ما از ارتباط سریال برای اتصال به موس، کیبورد یا حافظه های جانبی بهره می برند. با وجود این که وایرلس و بلوتوث در حال جایگزینی کابل ها هستند، اما همچنان منطق ارتباط، سریال است.
هرچند وقتی مساله کار با درایو باشد بسیاری از کاربران علاقمندند از اتصالات ترمینالی ساده برای کنترل درایو بهره بگیرند؛ خب این راه حل مناسبی برای زیرساخت های کوچک است و تنظیم و عیب یابی آن نیز آسان است، اما در زیرساخت های پیچیده تر ارتباطات سریال اهمیت بیشتری پیدا می کنند، چرا که بسیاری از کابل ها جایگزین می شوند و تنظیمات و دستورات می توانند از طریق یک لپتاپ انجام شوند. تقریبا همه درایوها دارای قابلیت ارتباط سریال روی خود هستند، در نتیجه استفاده از این نوع ارتباط معمولا هزینه زیادی در بر نخواهد داشت.
حال ارتباط سریال چیست و چه می کند؟ در بیانی ساده، ارتباط سریال به معنای ارسال رشته ای از پالس های صفر و یک به درایو است تا درایو آن ها را برای خود تفسیر کند، عمل مورد نظر را انجام دهد و احیانا پاسخی را در جواب ارسال کند. برای انجام این کار ما نیاز به یک مجموعه قوانینی داریم که تعیین کند این صفر و یک ها به چه معنی اند و هر کس چه چیزی را می تواند بفرستند و چه زمانی اجازه این کار را دارد؛ در غیر این صورت همه سیگنال ها با هم قاطی می شوند! ما همچنین باید تصمیم بگیریم که چه ساختاری برای سیگنال خود ایجاد کنیم تا دقیقا به محل مورد نظر ارسال گردد.
تعیین سخت افزار مورد نیاز برای این کار بسیار ساده است. می توان از وایرلس یا کابل های فیبر نوری استفاده کرد، اما برای کارهای صنعتی سطح پایین تر معمولا از کابل های ساده و سیگنال های پورت رایج RS485 استفاده می شود. RS485 یک پورت استاندارد است که برای کاربردهای نویزدار در صنعت طراحی شده است. شکل زیر نشان می دهد که چگونه سیگنال ها در دو کابل جای خود را از لحاظ ولتاژ بین صفر تا 5 ولت مرتبا عوض می کنند.
عملکرد اصلی RS485
این ساختار خاصیت ضد نویز بالایی دارد، اما در عین حال باید اطمینان حاصل کنید که زمین در کل سیستم مشترک است. برای این کار می توانید از کابل های شیلد دار بهره ببرید و در تمام نقاط مورد نظر یا گره ها (nodes) شیلد کابل را زمین کنید. در یک سیستم سریال به هر تجهیز آدرس پذیر یک گره می گویند.
حال باید تصمیم بگیریم می خواهیم از چه پروتکلی استفاده کنیم. یک راه تعریف کردن سیستمی از یک متسر و اسلیوها است. همیشه مستر یک گفت و گو را آغاز می کند و اسلیو پاسخ می دهد. درک این سیستم آسان است و ارتباط با تمامی اسلیوها را میسر می سازد. بسیاری از سیستم های مخابراتی صنعتی از این سیستم بهره می برند. در این سیستم هیچگاه تداخلی در ارسال پیغام به وجود نمی آید، یعنی مستر همواره ارسال کننده و اسلیو ها پاسخ دهنده اند.
اما در ارتباط های مبتنی بر اترنت (سیستمی که برای اینترنت نیز مورد استفاده قرار می گیرد)، تداخل نیز امکان پذیر است. یعنی هر چیزی روی سیستم می تواند برای خودش سیگنالی ارسال کند؛ اگر تداخلی وجود داشته باشد، ارسال متوقف شده و دوباره انجام می شود. اترنت به منظور دستیابی به سرعت های بسیار بالا بهبود پیدا کرده است و بسترهای ارتباطی مختلفی همچون فیبر نوری، وایرلس و کابل های رایج اترنت برای آن وجود دارند. سیستم های اترنت به دلیل کاربرد گسترده شان در محاسبات و در نتیجه توسعه تکنولوژی و کاهش قیمتشان، محبوبیت بالایی پیدا کرده اند. اما برای چنین سیستمی در هر گرهی یک روتر مورد نیاز است تا تداخل ها را شناسایی و کنترل کند.
با وجود سریع بودن، اترنت متغیر با زمان است. این بدین معنی است که ممکن است نیاز به زمان کم یا زیادی برای دسترسی به یک باس مخابراتی و ارسال سیگنالتان داشته باشید. این در حالیست که در یک سیستم مستر اسلیو، مستر کنترل تمام و کمالی از لحاظ زمانی دارد که برای کنترل ماشین های پیچیده اهمیت بالایی دارد.
سیستم Canbus (کنباس سیستمی است که برای کاربردهای داخل اتومبیل توسعه داده شد و در حال حاضر در صنعت نیز پر استفاده شده است) امکان اولویت بندی سیگنال ها را فراهم می کند؛ شما ممکن است باس ارتباطی را در اختیار داشته باشید، اما یک سیگنال با اولویت بالاتر می تواند آن را از اختیار شما خارج کند. این زمانی اهمیت دارد که بخواهید از آن در سیستم های ترمزگیری (مثلا در آسانسورها) بهره ببرید.
پس در هر حال شما باید از پروتکلی استفاده کنید که سیگنال ها در آن بدون خرابی جابجا شوند. ما باید تعیین کنیم که هر کدام از سیگنال ها چه معنایی دارند. البته می توان هر سیستم ارتباط سریال دلخواهی را توسعه داد، اما استفاده از یک سیستم آماده موجود کار را برای پیدا کردن نرم افزار و سخت افزار مناسب راحتتر می کند. چند سال پیش بود که چند کمپانی پیش رو در این زمینه تصمیم گرفتند استانداردهایی برای این سیگنال ها تعریف کنند و آن رای برای استفاده سایرین همگانی کنند. این سیستم ها را به عنوان سیستم های آزاد یا فیلدباس می شناسند. مثال هایی از این نوع سیستم ها پروفی باس، کنباس، دیوایس نت، بکنت و مودباس هستند، اغلب این سیستم ها در حال حاضر دارای نوع اترنت نیز هستند.
اغلب سیستم های فیلدباس با تعیین سخت افزار شروع می شوند که معمولا RS485 است؛ اما اترنت و فیبر نوری نیز در حال افزایش است. سپس پروتکل تعریف می شود؛ اغلب مستر-اسلیو مورد استفاده قرار می گیرد اما برای استفاده از اترنت، سیستم های تداخل با نواحی تعریف شده برای تعیین زمان باید مورد استفاده قرار بگیرند. در نهایت، باید یک ساختار تلگرام تعریف شود، یک بلوک داده که اطلاعات را حمل می کند.
خب بیاید با هم دو نمونه را بررسی کنیم. مودباس یک سیستم فیلدباس بسیار رایج و محبوب است که از سخت افزار RS485 و سیستم مستر-اسلیو بهره می برد. شکل زیر ساختار پایه تلگرام را نشان می دهد.
ساختار تلگرام در مودباس
در ابتدا و انتهای تلگرام فضایی وجود دارد. 8 بیت اول آدرس مقصد را تعریف می کنند. از آنجا که تنها 8 بیت اختصاص داده شده تعداد محدودی گره در شبکه قابل دسترسی هستند. سپس یک کد تابع وجود دارد؛ در ساده ترین حالت این کد می توان 03 به معنی خواندن یا 06 به معنی نوشتن باشد. سپس داده وجود دارد؛ این داده می تواند مقدار یک پارامتر، یک نقطه تنظیم، یا هر چیز دیگری باشد. در پایان نیز یک سری بیت ها جک کننده وجود دارند که وظیفه تعیین صحت و سلامت کل تلگرام را بر عهده دارند.
روش کار مودباس به این شکل است که مستر در پیغامی از اسلیو می خواهد که اطلاعاتی را بنویسد یا بخواند، و اسلیو نیز اطلاعات را برمیگرداند یا داده ها را مطابق دستور می نویسد. مستر یا اسلیو داده های رجیستر ها را به عنوان مقادیر پارامترها یا اندازه گیری ها (همچون فرکانس خروجی و جریان بار) و غیره تفسیر می کند.
یک تلگرام اترنت ساختار پیچیده تری دارد که در شکل زیر قابل مشاهده است، اما اطلاعات پایه تفاوتی ندارند.
ساختار تلگرام اترنت
حال ما یک مبدا و آدرس MAC مقصد داریم (که برای هر دستگاهی در دنیا منحصر به فرد است!)، یک جفت کلمه که نوع سیگنال را تعیین می کنند و در نهایت پاکت داده را داریم. در پایان نیز یک چکسام وجود دارد تا از صحت سیگنال اطمینان حاصل شود. با سرعت اترنت می توان داده های زیادی را ارسال کرد اما عیب بزرگ شبکه اترنت این است که در هر گره یک روتر نیاز است. سیستم های اترنت صنعتی کانال های کوتاهی در زمان بین نواحی سیگنال استاندارد تعریف می کند که می تواند برای کنترل وابسته به زمان مورد استفاده قرار بگیرند. این به مشتقات فیلدباس همچون مودباس TCP و پروفی باس اجازه می دهد که از مزایای فراوان اترنت در محیط صنعتی بهره ببرند.
سیستم های مخابراتی مبتن بر فیلدباس در صنعت بسیار پرکاربرد هستند. سیستم های جا افتاده ای همچون مودباس، کنباس و پروفی باس در حال حاضر رشدی برابر با 7% در سال را دارا هستند اما اترنت صنعتی با نرخ 20% در حال توسعه هستند.
درایوهای اینورتک به صورت پیشفرض با سیستم های مخابراتی مودباس، کنباس و بکنت کار می کنند و در صورت نیاز می توانند با اضافه شدن یک آداپتور کوچک قابلیت ارتباط با سایر پروتکل ها را نیز داشته باشند.