การสื่อสารอุตสาหกรรม

โดย : Admin

การสื่อสาร M2M เพื่อการใช้งานทางอุตสาหกรรม
เหตุใดการใช้งานทางอุตสาหกรรมจึงจำเป็นต้องใช้โปรโตคอลการสื่อสารที่หลากหลาย?

อุตสาหกรรม 4.0 อาจเป็นประเด็นทางอุตสาหกรรมที่ร้อนแรงในขณะนี้ แต่ความจริงแล้ว อุปกรณ์ต่างๆ มีการสื่อสารระหว่างกันในสภาพแวดล้อมของวงการอุตสาหกรรมมาเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ (M2M) ในการควบคุมกระบวนการ การผลิตยานยนต์ งานหุ่นยนต์ หรือการผลิตอาหารและเครื่องดื่มต่างก็นำมาซึ่งประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือเพิ่มมากขึ้นอย่างเด่นชัด

เมื่อเข้าใจแล้วว่าแต่ละอุปกรณ์มีการปฏิบัติงานอย่างไรและให้อุปกรณ์สื่อสารระหว่างกันและกันโดยตรง เราจะสามารถได้มาซึ่งประสิทธิภาพที่ยิ่งใหญ่และยังเป็นการเพิ่มการผนวกรวมระบบ อันจะนำไปสู่โซลูชันกระบวนการแบบครบวงจร


    ความเร็วที่สูงขึ้น – ไม่ว่าคุณจะคิดว่าคุณสามารถสื่อสารได้เร็วเพียงใด แต่อุปกรณ์ย่อมสื่อสารได้เร็วกว่า เมื่อเข้าใจแล้วว่าเครือข่ายอุปกรณ์ในกระบวนการมีการทำงานอย่างไร รวมทั้งอัตราการทำงานและปริมาณงานที่ได้รับ จะยิ่งเป็นการช่วยเพิ่มพูนอัตราการผลิต ด้วยการส่งเสริมเครือ ข่าย การตัดสินใจได้แบบตามเวลาจริงและการให้การสนับสนุนการวิเคราะห์ระบบระบบทั้งระบบก็จะทำงานเป็นหนึ่งเดียวเพื่อเพิ่มพูนประสิทธิภาพ ใน การ ผลิตได้อย่างเต็มที่

   คุณภาพและการควบคุม – ด้วยเครือข่ายเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ทั่วทั้งกระบวนการ จึงทำให้สามารถตรวจสอบแต่ละองค์ประกอบของการผลิตได้อย่าง ใกล้ชิดมากขึ้น เมื่อเซ็นเซอร์มีความแม่นยำมากขึ้นและการมองเห็นของอุปกรณ์มีความเฉียบคมมากขึ้น เตาอบจึงสามารถรักษาระดับอุณหภูมิที่ถูก ต้องได้สม่ำเสมอมากขึ้น แขนของหุ่นยนต์จึงสามารถทำงานได้เที่ยงตรงขึ้นและสามารถคัดแยกสิ่งบกพร่องต่างๆ และขจัดออกไปได้อย่างมี ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

   การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน – เดี๋ยวนี้ รถของคุณสามารถบอกคุณได้ว่าเมื่อใดที่ต้องการการซ่อมบำรุง อุปกรณ์ต่างๆ ก็เช่นเดียวกัน ไม่ว่าด้วยวิธีการส่งและรับข้อมูลจำนวนชั่วโมงการปฏิบัติงานหรือการแจ้งเตือนผู้ควบคุมเกี่ยวกับความล้มเหลวของส่วนประกอบที่กำลังจะเกิดขึ้นในไม่ช้า การ สื่อสารอุตสาหกรรมสามารถช่วยลดเวลาการหยุดเครื่องการผลิตลงได้ด้วยการเปิดโอกาสให้มีการวางกำหนดการการซ่อมบำรุง แทนที่จะต้องเข้าบริการซ่อม แบบฉุกเฉิน

 

 

ครั้งหนึ่ง การผนวกรวมการสื่อสารในระดับนี้เข้าไว้ในระบบเคยเป็นโซลูชันภายนอกที่ซับซ้อน ตายตัว และมีค่าใช้จ่ายสูง เมื่อระบบอัตโนมัติพัฒนาก้าวหน้าขึ้นและลูกค้าคาดหมายมาตรฐานของการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ในระดับที่สูง การผนวกรวมทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ในระดับที่สูงขึ้นจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็น การสื่อสารที่แข็งแกร่งแบบตามเวลาจริงจากตัวควบคุมเชิงตรรกะที่โปรแกรมได้ (PLC) ไปยังสายพานลำเลียงและอุปกรณ์ต่อพ่วงทางอุตสาหกรรมจึงมีความฉลาดเพิ่มมากขึ้น พร้อมๆ กันนั้น โซลูชันต่างๆ ก็มีลักษณะกะทัดรัดมากขึ้น มีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น และมีความแข็งแกร่งมากขึ้น

เพื่อให้รองรับสภาวะที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมของการใช้งานทางอุตสาหกรรม จึงมีข้อควรพิจารณามากมายที่โซลูชันทั้งหลายจำเป็นต้องคำนึงถึง สำหรับการสื่อสารแบบไร้สาย ข้อควรพิจารณาเหล่านี้จำเป็นต้องมีการอธิบายให้เป็นที่เข้าใจอย่างกระจ่างแจ้ง

ความสามารถในการติดตั้งภาคสนาม – เพื่อเป็นการลดเวลาการหยุดเครื่องการผลิตและเพื่อการดำเนินการซ่อมบำรุง อุปกรณ์อัจฉริยะต่างๆ ที่เชื่อม ต่อกับเครือข่ายจึงจำเป็นต้องมีความสามารถในการสลับเปลี่ยนกันใช้งานได้เป็นสำคัญ ซึ่งหมายความว่า อุปกรณ์เหล่านั้นสามารถเพิ่มหรือถอด ออกจากเครือข่ายได้ในระหว่างที่ระบบกำลังปฏิบัติงาน นอกจากนี้ ยังหมายความว่า การสื่อสารจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อและมีการจัดลำดับความ สำคัญของข้อความต่างๆ ได้ดีในระดับหนึ่ง



  ความน่าเชื่อถือในระดับสูง – สำหรับภารกิจที่สำคัญหรือระบบความปลอดภัย การสื่อสารจำเป็นต้องน่าเชื่อถือ ทันท่วงที และไม่ถูกขัดจังหวะ บ่อยๆ หรือปราศจากการติดขัดในการส่งข้อความ ความล้มเหลวในการส่งข้อความใดๆ ที่เกิดขึ้นในการสื่อสารจำเป็นต้องนำไปสู่สถานการณ์ที่ ปลอดภัยได้ภายในตัวเอง

  ความแข็งแกร่ง – บ่อยครั้ง การใช้งานทางอุตสาหกรรมมักจะมีความเสี่ยงต่อการประสบกับสภาพแวดล้อมที่หนักหนาสาหัส ซึ่งอาจเป็นฝุ่น ของเหลว อุณหภูมิที่สูง แรงดัน หรือแรงดันไฟฟ้าที่สูง ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องพิจารณามาตรฐานการป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (IP) ของการเชื่อมต่อและกล่อง เช่น IP69 เพื่อป้องกันความเสี่ยงจากการถูกแรงดันไฟฟ้าสูงดูด การกระชาก และไฟไม่เพียงพอ การต่อสายจำเป็นต้องสามารถทำการสื่อสารแบบแยกได้ หรือกล่าวคือ ระดับตั้งแต่ 5kVrms ขึ้นไปถือเป็นปกติ


  การป้องกัน EMI – การแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จากการเหนี่ยวนำ การคัปปลิ้ง หรือการนำไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมการทำงานทางอุตสาหกรรมนั้น อาจมีสาเหตุมากจากมอเตอร์ การไหลของของเหลว การคัปปลิ้งระหว่างสายไฟที่อยู่ใกล้กัน เตาอบ หรือสวิทชิ่งโหลด EMI อาจ  ขัดจังหวะสัญญาณหรือทำให้เกิดการส่งข้อความที่ไม่ต้องการ ทั้งนี้ สัญญาณแบบไร้สายจะมีความเสี่ยงมากที่สุดต่อ EMI ดังนั้น การสื่อสารแบบ ใช้    สายจึงเป็นวิธีการที่ดีกว่า


 

 

โปรโตคอลการสื่อสาร HART คืออะไร
 

โปรโตคอล HART (Highway Addressable Remote Transducer) สร้างขึ้นบนโปรโตคอลแบบเปิดในปี 1986 30 ปีต่อมา การเกิดขึ้นของคำว่าอุตสาหกรรม IoT หรืออุตสาหกรรม 4.0 ได้ทำให้โปรโตคอลนี้เป็นประโยชน์ดังเช่นที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
 

โปรโตคอล HART ซึ่งใช้มาตรฐาน Frequency Shift Keying (FSK) ช่วยเพิ่มสัญญาณดิจิตอลระดับต่ำเพิ่มเติมจาก 4-20mA HART ทำหน้าที่สื่อสารข้อมูลดิจิตอลแบบสองทิศทางบนสายอะนาล็อกจากเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ภาคสนามไปยังระบบและกระบวนการโฮสต์ที่กว้างกว่า ระบบความปลอดภัย หรือระบบการควบคุมทรัพย์สิน เพื่อให้สามารถจัดหาข้อมูลสำคัญได้ด้วยความแข็งแกร่งเพิ่มมากขึ้น สัญญาณอะนาล็อก 4-20mA จึงทำการจัดส่งค่าที่วัดได้จากเซ็นเซอร์ ข้อมูลที่สำคัญน้อยกว่าเช่น การวินิจฉัยหรืออมูลสายส่งด้านทุติยภูมิ (Secondary Value) จะถูกส่งโดยสัญญาณดิจิตอล ซึ่งจะนำไปสู่โซลูชันการสื่อสารที่แข็งแกร่งที่สามารถกำหนดค่าได้โดยง่าย
 

 

โปรโตคอลอัตโนมัติ EtherCAT คืออะไร
 

โปรโตคอล HART (Highway Addressable Remote Transducer) สร้างขึ้นบนโปรโตคอลแบบเปิดในปี 1986 30 ปีต่อมา การเกิดขึ้นของคำว่าอุตสาหกรรม IoT หรืออุตสาหกรรม 4.0 ได้ทำให้โปรโตคอลนี้เป็นประโยชน์ดังเช่นที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

โปรโตคอล HART ซึ่งใช้มาตรฐาน Frequency Shift Keying (FSK) ช่วยเพิ่มสัญญาณดิจิตอลระดับต่ำเพิ่มเติมจาก 4-20mA HART ทำหน้าที่สื่อสารข้อมูลดิจิตอลแบบสองทิศทางบนสายอะนาล็อกจากเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ภาคสนามไปยังระบบและกระบวนการโฮสต์ที่กว้างกว่า ระบบความปลอดภัย หรือระบบการควบคุมทรัพย์สิน เพื่อให้สามารถจัดหาข้อมูลสำคัญได้ด้วยความแข็งแกร่งเพิ่มมากขึ้น สัญญาณอะนาล็อก 4-20mA จึงทำการจัดส่งค่าที่วัดได้จากเซ็นเซอร์ ข้อมูลที่สำคัญน้อยกว่าเช่น การวินิจฉัยหรืออมูลสายส่งด้านทุติยภูมิ (Secondary Value) จะถูกส่งโดยสัญญาณดิจิตอล ซึ่งจะนำไปสู่โซลูชันการสื่อสารที่แข็งแกร่งที่สามารถกำหนดค่าได้โดยง่าย

 

Profinet และ Profibus คืออะไร

 เช่นเดียวกันกับ EtherCAT, Profinet คือมาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่ได้รับการแก้ไขสำหรับใช้งานในวงการอุตสาหกรรม แต่มีลักษณะใกล้เคียงกับอีเธอร์เน็ตที่คุณอาจมีไว้ที่บ้านหรือในสำนักงานมากขึ้น เนื่องจากความคล้ายคลึงกัน จึงสามารถตั้งค่าโดยใช้ฮับ สวิตช์ หรือข้ามผ่านไปยังเครือข่ายแบบไร้สายและอุปกรณ์เคลื่อนที่ผ่านทาง WLAN หรือบลูทธได้ ดังนั้น แม้ว่าจะมีข้อจำกัดมากกว่าในการที่จะต้องตั้งค่าในโทโปโลยีเครือข่ายแบบที่เก่ากว่า แต่คุณสมบัติของความยืดหยุ่นในการที่สามารถอินเตอร์เฟซกับอุปกรณ์มาตรฐานอื่นๆ ก็ช่วยให้ Profinet ประสบความสำเร็จในฐานะที่เป็นเครือข่ายการสื่อสารสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ทั้งนี้ มีอุปกรณ์เชื่อมต่อ PROFINET ที่ใช้งานอยู่แล้วภายในสิ้นปี 2014 เป็นจำนวนมากกว่า 9.8 ล้านเครื่อง

ที่ผ่านมา ถือได้ว่า Profibus เป็นมาตรฐานของการสื่อสารอุตสาหกรรมที่พบได้มากที่สุด ซึ่งโปรโตคอลระบบฟิลด์บัสที่ไม่พึ่งพาแอพพลิเคชันนี้มีอุปกรณ์ติดตั้งอยู่มากกว่า 50 ล้านเครื่องภายในช่วงสิ้นปี 2014 Profibus มีการส่งสัญญาณแบบดั้งเดิมผ่านทางสายคู่ตีเกลียว RS-485 ซึ่งหมายถึงค่าใช้จ่ายในการดำเนินการที่ต่ำและสามารถทำงานได้แบบระยะไกลภายในสภาพแวดล้อมที่มีคลื่นไฟฟ้ารบกวน จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

 

โปรโตคอล CAN คืออะไร

Controller Area Network หรือ CAN Bus เดิมนั้นพบอยู่ในรถยนต์และยานพาหนะสำหรับการสื่อสารโดยที่ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องควบคุมส่วนกลาง เช่น หน้าต่างไฟฟ้า ไม่ได้เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบตามเวลาจริง แต่เหมาะสำหรับการใช้งานระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีค่าใช้จ่ายต่ำ เนื่องจากมีความเรียบง่าย มีความพร้อมใช้ในวงกว้าง และมีความแข็งแกร่ง (มีคุณสมบัติตรงตามข้อมูลจำเพาะของอุตสาหกรรมยานยนต์) CAN จึงถูกนำมาใช้งานในอุตสาหกรรม

 

 

ความจำเป็นในการแยกวงจร

 สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมมักจะมีสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีการติดตั้งมอเตอร์และสายไฟแรงสูงอยู่ในระยะใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เปราะบาง จึงมีความจำเป็นที่จะต้องปกป้องอุปกรณ์เหล่านั้นจากไฟกระชาก การแยกวงจรไม่ว่าด้วยวิธีการเชิงออปติกหรือในแนวแทยงจะช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่ทะยานสูงขึ้นเหล่านั้นไม่สามารถสร้างความเสียหายต่อส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งมักจะเหมาะกับระดับ 5V มากกว่า 1kV

ตัวแยกวงจรแบบออปติกและตัวแยกวงจรแบบดิจิตอลทำหน้าที่เป็นเครื่องกีดขวางทางกายภาพภายใน IC เพื่อป้องกันไฟกระชากไม่ให้เดินทางไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ได้ แต่ก็ยังคงสามารถส่งสัญญาณที่ได้รับมาได้ ตัวแยกวงจรแบบดิจิตอลมอบทางเลือกใหม่เพิ่มเติมนอกเหนือจากอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงแบบดั้งเดิม พร้อมคุณสมบัติความน่าเชื่อถือในระดับสูง วงจรอายุที่ยาวนาน และความสมบูรณ์แบบของข้อมูลที่มากกว่าโดยสูงถึง 10kV หรือมากกว่านั้น

 

Cr:  www.RSonline.com   and www.gloogle.com  (ภาพประกอบ)

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)