Fieldbus network เบื้องต้น

Fieldbus network คือ

image: e.lapp.com/jp/

 

เรามาเริ่มกันด้วยพื้นฐานกันก่อนเลยครับ Fieldbus คือ ระบบ bus ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์จำพวกเซ็นเซอร์ เครื่องวัด หรืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับควบคุมต่างๆ ภายในโรงงาน เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล Fieldbus นั้นจะมีโพรโทคอลที่มีรูปแบบการสื่อสารเป็นของตัวเอง (กำหนดขึ้นเอง) ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น เซ็นเซอร์ อุปกรณ์ควบคุม เป็นต้น สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้โดยไม่มีสัญญาณแปลกปลอม และ Fieldbus ส่วนใหญ่นี้ มักจะใช้ระบบที่มี master-slave ในการทำงานครับ

 

ประโยชน์ของฟิลด์บัส

การพัฒนาเทคโนโลยี Fieldbus ขึ้นมานั้น ทำให้มีข้อได้เปรียบมากมายในโลกของการสื่อสารเชิงอุตสาหกรรมโรงงาน ซึ่งมีทั้งเรื่องของประสิทธิภาพและราคา ประโยชน์ของเจ้า Fieldbus มีอะไรบ้าง เราไปดูกันเลยครับ

1.ลดข้อกำหนดการเดินสาย

image: Flaticon.com

ประโยชน์ที่โดดเด่นที่สุดของระบบ Fieldbus มีลักษณะการต่อสายโดยพื้นฐานรูปแบบอนุกรม ความต้องการในการเดินสายที่ลดลง และการอนุญาตให้อุปกรณ์หลายร้อยรายการเชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อและคอนโทรลเลอร์จุดเดียว จำนวนสายเคเบิ้ลที่ต้องใช้ในเครือข่ายจึงลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับการกำหนดค่าการเดินสายแบบขนาน นอกจากการลดจำนวนสายเคเบิลที่ต้องการแล้ว ความยาวของสายเคเบิลที่จำเป็นในระบบ Fieldbus ยังลดลงอีกด้วย ความซับซ้อนในการเดินสายเคเบิ้ลของระบบจึงลดลงอย่างมาก

2.ลดต้นทุน

image: Flaticon.com

การลดข้อกำหนดการเดินสายของเครือข่ายยังช่วยลดค่าใช้จ่ายได้อีกด้วย ด้วยการขจัดความจำเป็นในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ทุกเครื่องในเครือข่ายกับตัวควบคุม (master) Fieldbus จึงสามารถลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและใช้งานเครือข่ายได้อย่างมาก

3.ความง่ายในการติดตั้ง

image: Flaticon.com

ความง่ายในการติดตั้ง เมื่อเปรียบเทียบกับการเดินสายแบบขนาน ระบบ Fieldbus มีสายเคเบิลน้อยกว่ามาก ด้วยเหตุนี้ กระบวนการวางแผน ติดตั้ง และจัดระเบียบนั้นระบบ Fieldbus มีการใช้เวลาและการดูแลจัดการที่น้อยกว่ามาก

4.เพิ่มความน่าเชื่อถือ

image: Flaticon.com

ระบบ Fieldbus มักจะเชื่อถือได้มากกว่าการเดินสายแบบขนาน เนื่องจากระบบ Fieldbus มีการเชื่อมต่อจาก node สู่ node สายเคเบิ้ลที่ใช้จึงมีระยะสั้นลงซึ่งจะทำให้มีเส้นทางสัญญาณที่สั้นลดปัญหาสัญญาณรบกวนและยังให้การป้องกันสัญญาณรบกวนมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

Fieldbus protocol ที่ใช้งานกันอยู่มีอะไรบ้าง

อาจจะต้องขอเกริ่นให้ทุกท่านที่เข้ามาอ่านก่อนว่า ณ ปัจจุบันไม่มีโพรโทคอลมาตรฐานเดียวสำหรับเทคโนโลยี Fieldbus ด้วยเหตุนี้ โพรโทคอลใน Fieldbus จึงอาจมีความแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับระบบ หรือ อุตสาหกรรมที่ใช้งาน หรือกลุ่มเป้าหมายเปล่านั้น ทั้งนี้ทางเราจึงยกตัวอย่างโพรโทคอลบางตัวที่นิยมใช้และหลายๆท่านอาจจะเคยได้ยินหรือผ่านตากันมาบ้างครับ

  1. DeviceNet
  2. Modbus
  3. ProfiBus
  4. EtherCAT
  5. CANopen

โพรโทคอล Fieldbus ที่หลากหลายเกิดจากความต้องการของผู้ผลิต Fieldbus ที่จะแข่งขันกันเอง เนื่องจากผู้ผลิตแต่ละรายพยายามพัฒนา Fieldbus ด้วยลักษณะและฟังก์ชันเฉพาะที่จะมอบความเหมาะสมสูงสุด ให้สำหรับกลุ่มเป้าหมาย 

ดังนั้นโพรโทคอล Fieldbus ที่หลากหลายจึงได้แตกแขนงและถือกำเนิดขึ้น ในปัจจุบันโพรโทคอล Fieldbus ที่ทุกคนมักจะได้ยินกันบ่อยๆ ก็คงจะหนีไม่พ้น ProfiBus เป็นต้น 

เมื่อทำการออกแบบระบบควบคุมต่างๆ การพิจารณาโพรโทคอล Fieldbus เป็นสิ่งสำคัญอย่างมาก เพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการ และเนื่องจากจะส่งผลต่อโมดูลที่ใช้งานหรือใช้เชื่อมต่อในการสื่อสาร จึงต้องคำนึงและออกแบบให้สอดคล้องกับโมดูลเหล่านั้น 

วิธีการทำงานของฟิลด์บัส

Fieldbus ช่วยให้อุปกรณ์ในโรงงานอุสาหกรรมจำนวนมากเชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อเดียว จากนั้นจุดเดียวจะเชื่อมต่อกับตัวควบคุมเพื่ออำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายข้อมูลทั่วทั้งระบบโดยเราจะเรียกว่ารูปแบบ master-slave

โดยทั่วไปแล้ว การถ่ายโอนข้อมูลใน Fieldbus จะเกิดขึ้นผ่าน Packets ขนาดเล็กที่ส่งข้อมูลออกไปตามลำดับ รูปแบบการสื่อสารนี้กำจัดการเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุดระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามและตัวควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ใช้สายในการเชื่อมต่อน้อยลงเมื่อเปรียบเทียบกับการถ่ายโอนแบบขนาน แทนที่จะอนุญาตให้อุปกรณ์สองเครื่องสื่อสารกันต่อการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง การสร้างการเชื่อมต่อเดียวซึ่งข้อมูลทั้งหมดจะถูกสื่อสารทำให้อุปกรณ์หลายร้อยเครื่องสามารถเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ตัวเดียวได้

โดยทั่วไปแล้ว การถ่ายโอนข้อมูลใน Fieldbus จะเกิดขึ้นผ่าน Packets ขนาดเล็กที่ส่งข้อมูลออกไปตามลำดับ รูปแบบการสื่อสารนี้กำจัดการเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุดระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามและตัวควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ใช้สายในการเชื่อมต่อน้อยลงเมื่อเปรียบเทียบกับการถ่ายโอนแบบขนาน แทนที่จะอนุญาตให้อุปกรณ์สองเครื่องสื่อสารกันต่อการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง การสร้างการเชื่อมต่อเดียวซึ่งข้อมูลทั้งหมดจะถูกสื่อสารทำให้อุปกรณ์หลายร้อยเครื่องสามารถเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ตัวเดียวได้