پروتكل ها و استانداردهاي صنعتي

**سمندون** · 7 شهریور، ۱۳۹۱

سلام دوستان .

در این تاپیک پروتكل ها و استانداردهاي صنعتي رو معرفی میکنیم .

X-10
KNX/EIB
فيلد باس
استانداردهاي متداول فيلدباس
EIB
Z-Wave
BACnet
C-BUS

**سمندون** · 7 شهریور، ۱۳۹۱

X-10(1

X10 به‌عنوان اولين تكنولوژي domotic در سال 1975 توسط شركت Pico Electronics اختراع شد كه هنوز هم به‌عنوان پركاربردترين اين تكنولوژي‌ها مطرح مي‌باشد. امروزه از اين تكنولوژي در سرتاسر دنيا به خصوص در مواقعي كه امكان استفاده از شبكه هاي باسيم و يا كابل كشي در سطح فيلد (Field) وجود ندارد استفاده مي گردد. X10 يك زبان ارتباطي ست كه امكان ميدهد ادوات اتوماسيون خانگي سازگار با اين زبان از طريق سيم كشي موجود در منزل با يكديگر ارتباط بر قرار كنند. با اين امكان ديگر نيازي به هزينه كرد و كابل كشي مجدد در منزل براي اتوماسيون نخواهد بود.فن آوري X10 سالهاست كه در اتوماسيون خانگي امريكاي شمالي مورد استفاده قرارمي گيرد. سهولت استفاده و كاربري قابل اعتماد اين فن آوري باعث شده كه سري 230V/50Hz اين ادوات نيز جهت استفاده در اروپا توليد بسرعت همه گير شود. اين فناوري در حال حاضر در حال گسترش در آسيا نيز ميباشد.

چرا X10 محبوب تر از ساير روشهاي اتوماسيون خانگيست؟ چون:

- از نظر اقتصادي بدليل صرفه جوئي در انرژي بصرفه است.

- بصورت ماژولهاي مستقل بوده و به آساني قابل افزايش ميباشد.

- كاربري فوق العاده راحتي دارد.

- نصب آن بسيار آسان است.

- احتياجي با سيم كشي مجدد در ساختمان نداشته و بهمين دليل هزينه و زمان نصب اندكي دارد.

- توليد كنندگان مختلفي در دنيا محصولات متنوعي در اين زمينه توليد ميكنند.

- باعث افزايش راندمان ، سهولت كاربري و ايجاد امنيت در خانه ميگردد.

آدرس دهي در پروتكل X10:

آدرس دهي در X10 بر اساس house code و unit code انجام ميشود كه house code ها ازA تا P براي تفكيك نواحي وunit code ها از1 تا 16 براي تفكيك ماژولهاي هر ناحيه است. بعنوان مثال اگر كليدي روي ريموت كنترل شما براي آدرس D8‌ تنظيم شده باشد، كليه ماژولهائي كه با اين آدرس تعريف شده باشد توسط اين كليد روشن و خاموش ميشوند. تلفيق house code و unit code امكان استفاده از 256 آدرس و بالطبع 256 ماژول كنترلي را در يك منزل فراهم مينمايد.

ماژولهاي X10 چگونه كار ميكنند؟

بزبان ساده فن آوري X10 بر مبناي ارسال و دريافت سيگنال با ولتاژپايين روي خط انتقال نيروي الكتريكي 230V AC/50Hz ميباشد. تمامي ماژولهاي X10 نصب شده در منزل كه به خطوط برق خانه شما متصل ميباشند اين سيگنال را ميبينند ولي فقط ماژولي به اين سيگنال پاسخ ميدهد كه آدرس خود را روي اين سيگنال ببيند. بعنوان مثال اگر يك فرستنده X10 فرمان "A3 ON" را ارسال نمايد، ماژولي كه با آدرس A3 تعريف شده است روشن ميشود. اگر در منزل بيش از يك ماژول با اين آدرس كد شده باشند، تمامي آنها پس از وصول اين سيگنال روشن ميشوند.

اساسا X10 نام يك پروتكل ارتباطي و نيز محصولاتيست كه ما روي سيم كشي موجود ساختمان خود نصب ميكنيم تا از طريق عبور سيگنالهاي با ولتاژ پايين از سيمكشي با يكديگر ارتباط برقرار كنند. اين سيگنالها روي ديگر وسايل برقي منزل هيچ تاثيري نميگذارند.

سيگنالها وقتي ارسال ميشند كه ولتاژالكتريكي 0V است. اين كار بدليل متناوب بودن جريان الكتريكي با تناوب 50 سيكل در ثانيه صورت ميپذيرد. بيشتر فرستنده هاي X10 ولتاژي كمتر از1V را روي خط ارسال مينمايند. اغلب گيرنده هاي X10 ولتاژي در حدود 100mV را جهت فعال شدن نياز دارند. در اين حالت اگر روي خط، نويز حاصل از كاركرد ديگر وسايل برقي مانند جارو برقي، هواكش، تهويه مطبوع، سشوار، رايانه و تلويزيون وجود داشته باشد، ممكن است باعث عدم دقت كاركردي ماژولها شود. در اين حالت استفاده از ***** ها و ميكرو***** هاي X10 باعث كاهش نويز هاي ناخواسته در حد استاندارد كاركرد ماژولهاي X10 ميشود.

**سمندون** · 7 شهریور، ۱۳۹۱

Device Module ها :

بسته به باري كه بايستي كنترل شود ماژول‌هاي مختلفي بايستي بكارگيري شود. براي لامپهاي معمولي يك ماژول لامپ و يا ماژول راديويي مي‌تواند استفاده گردد. اين ماژول‌هاي با كمك تراياك لامپ را روشن و خاموش و يا پرنور وكم‌نور مي‌نمايند. اين ماژولها هيچ صدايي را ندارند و باري بين 40 تا 500 وات را كنترل مي‌نمايند. براي بارهايي غير از لامپ‌هاي معمولي مثل فلورسنت و يا لامپ هاي متال (دشارژ بسيار سريع) و يا وسايل الكترونيكي ماژول‌هاي لامپ مناسب نيستند و يك ماژول وسايل برقي بايستي به‌كارگرفته شود. اين ماژول‌ها جهت روشن و خاموش كردن وسايل از يك رله Impulse استفاده مي‌نمايند. اين ماژولها غالباً براي كنترل وسايلي كه از آمپر‌هاي خيلي كم تا حدود 15A را استفاده مي‌نمايند استفاده مي‌شوند.

بسياري از ماژول‌ها قابليت ديگري را بنام كنترل منطقه‌اي ارائه مي‌دهند. يعني اگر ماژول خاموش باشد روشن كردن كليد اصلي دستگاه يا لامپ باعث روشن شدن آن مي‌شود بدون اينكه نياز باشد شما به سراغ دستگاه كنترل كننده X10 برويد. لازم به ذكر است ماژول‌هاي كليد ديواري اين قابليت را ندارند.

برخي ماژول‌هاي كليد ديواري قابليتي را به‌نام كم كردن نور محلي دارند. معمولاً يك كليد لامپ معمولي فقط قابليت روشن و خاموش كردن مي‌دهند تا قابليت كم نور و پر نور كردن ولي در اين كليدها فشاز دادن و نگه‌داشتن كليد زنگي باعث مي‌شود كه لامپ كم‌نور و پرنور شود.

بسته به باري كه بايستي كنترل شود ماژول‌هاي مختلفي بايستي بكارگيري شود. براي لامپهاي معمولي يك ماژول لامپ و يا ماژول راديويي مي‌تواند استفاده گردد. اين ماژول‌هاي با كمك تراياك لامپ را روشن و خاموش و يا پرنور وكم‌نور مي‌نمايند. اين ماژولها هيچ صدايي را ندارند و باري بين 40 تا 500 وات را كنترل مي‌نمايند. براي بارهايي غير از لامپ‌هاي معمولي مثل فلورسنت و يا لامپ هاي متال (دشارژ بسيار سريع) و يا وسايل الكترونيكي ماژول‌هاي لامپ مناسب نيستند و يك ماژول وسايل برقي بايستي به‌كارگرفته شود. اين ماژول‌ها جهت روشن و خاموش كردن وسايل از يك رله Impulse استفاده مي‌نمايند. اين ماژولها غالباً براي كنترل وسايلي كه از آمپر‌هاي خيلي كم تا حدود 15A را استفاده مي‌نمايند استفاده مي‌شوند.

بسياري از ماژول‌ها قابليت ديگري را بنام كنترل منطقه‌اي ارائه مي‌دهند. يعني اگر ماژول خاموش باشد روشن كردن كليد اصلي دستگاه يا لامپ باعث روشن شدن آن مي‌شود بدون اينكه نياز باشد شما به سراغ دستگاه كنترل كننده X10 برويد. لازم به ذكر است ماژول‌هاي كليد ديواري اين قابليت را ندارند.

برخي ماژول‌هاي كليد ديواري قابليتي را به‌نام كم كردن نور محلي دارند. معمولاً يك كليد لامپ معمولي فقط قابليت روشن و خاموش كردن مي‌دهند تا قابليت كم نور و پر نور كردن ولي در اين كليدها فشاز دادن و نگه‌داشتن كليد زنگي باعث مي‌شود كه لامپ كم‌نور و پرنور شود.

كنترل كننده ها :

بازه بسيار گسترده‌اي را از كنترل كننده‌هاي بسيار ساده تا كنترل كننده‌هاي بسيار پيشرفته را شامل مي‌شوند. ساده‌ترين كنترلها براي كنترل 4 وسيله X10 طراحي شده‌اند كه مي‌تواند:

1) چهار وسيله را كنترل كند

2) آخرين وسيله انتخابي را كم‌نور يا پرنور نمايد

3) همه را روشن و يا همه را خاموش نمايد.

كنترل‌هاي پيشرفته‌تر مي‌توانند وسايل بيشتري را كنترل كرده و يا مي‌توانند نقش يك تايمر را ايفا نمايد كه درزمانهاي معيني كارهاي از پيش تعيين شده‌اي را انجام مي‌دهند. همچنين برخي از اين كنترلها مي‌توانند به كمك Motion-detector ها يا Photo cell‌ ها چراغ‌ها را روشن يا خاموش نمايند.

نهايتاً كنترل‌هاي بساير پيشرفته‌اي نيز موجود هستند كه مي‌توانند كاملاً برنامه‌ريزي شده و يا برنامه‌هايي كه در يك كامپيوتر خارجي نوشته‌شده‌اند را اجرا نمايند. اين وسائل مي‌توانند بسياري از فعاليت‌هاي زمان‌بندي شده را انجام دهند. به سنسورهاي خارجي پاسخگو باشند و كاري را به‌صورت يكپارچه و با فشار يك دكمه انجام دهند، مثلاً چراغ‌ها را روشن كنند، سطح روشنايي را تنظيم نمايند و ... . برنامه‌هاي كنترلي براي كامپيوتر‌هايي كه تحت ويندوز هستند ، Apple Macintosh‌ ها و يا Linux‌ ها در دسترس هستند.

در اين تكنولوژي سيستم‌هاي هشدار‌دهنده سرقت نيز وجود دارند . در اين سيستم‌ها كنترل‌كننده ها از پروتكل‌هاي X10 استفاده نموده و يا بطور‌عادي سيم‌كشي مي‌شوند تا به يك سري از سنسور‌هاي خارجي كه ممكن‌است درها، پنجره‌ها يا ساير نقاط دسترسي را مراقبت مي نمايد مرتبط شوند. ممكن است كنترل كننده بعد از تشخيص سرقت از پروتكل X10 جهت روشن كردن چراغ‌ها، به صدا درآوردن آژير و ... استفاده نمايد.

**سمندون** · 7 شهریور، ۱۳۹۱

نقاط ضعف و محدوديت ها :

يك مشكل با X10 فراواني تضعيف سيگنالها بين دو هادي در سيستم‌هاي سه سيمه است كه در بسياري از نقاط آمريكاي شمالي استفاده مي‌گردد. سيگنالها از يك فرستنده بر روي يك هادي فعال امكان انتشار به يك‌هادي ديگر از طريق سيم‌پيچ‌هاي يك ترانسفورماتور با امپدانس بالا را ندارند. معمولاً هيچ راه‌حل قابل اطميناني براي ارسال سيگنالها از روي يك فاز بر روي فاز ديگر وجود ندارد. اين مشكل ممكن است براي وسايلي كه با ولتاژ 240 ولت كار مي كنند مثل بخاري‌ها و خشك‌كن‌ها پديد آيد و باعث خاموش و روشن شدن آنها شود (در اين قسمت از مقاله به كشورهايي كه ولتاژ برق شهر در آنها 120 ولت است و برخي وسايل به‌صورت 2 فاز با 240 ولت كارمي‌نمايند اشاره شده است ). وقتي اين دستگاه‌ها روشن مي‌شوند يك پل با امپدانس پايين را براي سيگنالهاي X10 ، بين 2 فاز ايجاد مي‌نمايند. اين مشكل را مي‌توان با نصب يك خازن بين فازها براي عبور سيگنالهاي X10 مرتفع نمود. بيشتر حرفه‌اي هاي اين محصولات ، يك تقويت‌كننده فعال را بين فازها نصب مي‌نمايند. اين تقويت‌كننده‌ها در خانه‌هايي كه به‌صورت 3 فاز از برق شهر استفاده مي‌نمايند نيز ، جهت انتقال سيگنالهاي X10 بين فازها مورد نياز است. در ايران غالب منازل از يك سيستم 240 ولت تك فاز استفاده مي‌نماند بنابراين اين مشكل احتمال وقوع ندارد.

مشكلات ديگر : تلويزيون‌ها يا وسايل بي‌سيم ممكن است سيگنالهاي On يا Off مجازي توليد نمايند. Noise Filtering (كه روي بسياري از كامپيوتر‌ها يا مودم‌ها نصب مي‌شود) مي‌تواند به دور نگه‌داشتن اين نويز‌ها از سيگنالهاي X10 كمك نمايد، ولي Noise Filter‌هايي كه براي X10 طراحي نشده‌اند ممكن است خود باعث ***** شدن سيگنالهاي X10 گردند.

ضمناً برخي منابع تغذيه بكاررفته در وسائل الكترونيكي پيشرفته مثل كامپيوتر‌ها، تلويزيون‌ها و رسيور‌هاي ماهواره سيگنالهاي X10 را دراصطلاح مي‌بلعند. به‌طور نمونه،‌خازن‌هاي بكاررفته در ورودي‌هاي منابع تغذيه اين سيستمها سبب ايجاد اتصال كوتاه بين فاز و نول براي سيگنالهاي X10 شده و بنابراين باعث توقف سيگنالهاي توليد شده توسط آن سيستم و حتي حذف سيگنالهاي توليدشده توسط لوازم نزديك به آن خواهند شد. *****‌هايي دردسترس هستند كه مي‌توانند حتي مانع از رسيدن سيگنالهاي X10 به چنين دستگاه‌هايي گردند و باعث شوند چنين ايرادات مبهمي در X10 از بين برود.

برخي كنترل‌كننده‌هاي X10 نمي‌توانند در توان‌هاي پايين (زير 50 وات) عملكرد مناسبي داشته‌باشند. يا حتي اصلاً كار نخواهند كرد و يا حتي با وسايلي مثل فلورسنت ها كه بار مقاومتي زيادي ندارند مشكل ساز خواهند شد. بكارگيري يك Appliance Module بجاي يك Lamp Module اين دست مشكلات را مرتفع خواهد نمود.

سيگنالهاي X10 فقط مي‌توانند يك دستور را در يك زمان ارسال نمايند. اگر در يك لحظه دو سيگنال X10 ارسال شود تداخل بوجود آمده و گيرنده‌ها پاسخ مناسب را نشان نخواهند داد.

ادامه دارد .......

منبع

**سمندون** · 8 شهریور، ۱۳۹۱

[h=1]How X-10 Works[/h]

The method used by X-10 is based on a simple data frame with eight data bits (one byte) preceded by a predetermined start code.

The complicated part of this technology was not the system of binary data, but the method in which it was transmitted from one device (the transmitter) to another device (the receiver). The key was for every device to have an integral "zero crossing" detector so that all of them were synchronized together (figure 1). A receiver opens its receive "window" twice each sine wave (figure 2), that is 120 times each second or 7,200 times each minute. (ThatÂ’s 432,000 an hour, or 10,368,000 a day! That means itÂ’s looking for little pulses of data 3,784,320,000 times a year !!....at 60Hz, anyway.)

Since these devices would not have any direct wiring between them, it was necessary to devise a way of sending the data over the existing electrical wiring. The actual binary data is transmitted by sending 1ms bursts of 120kHz just past the zero crossing of the 60Hz power. (While North America remains the primary market for X-10 based devices, products are also available which are designed for use on 50Hz electrical distribution systems.) It was also obvious that complementary bit pairs were necessary. Therefore, a binary "1" was defined as the presence of a pulse, immediately followed by the absence of a pulse. A binary "0" was defined as the absence of a pulse, immediately followed by the presence of a pulse (figure 3).

While the transmitted pulses were to be a full 1ms in duration, the receivers were designed to open a receive window of only .6ms. That allowed for the loose tolerances of the 1978-era components to "slop" plus/minus 200m sec.

In order to provide a predictable start point (figure 4), every data frame would always begin with at least 6 leading clear zero crossings, then a start code of "pulse", "pulse", "pulse", "absence of a pulse" (or 1110).

Once the Start Code has been transmitted, the first nibble is sent. (If you are not familiar with the term "nibble", that means 4 bits or half a byte.) In order to make it easier for the consumers to operate the devices, this first 4-bits were given "letter" code designations (figure 5). It was also decided to randomly rearrange the patterns so that the "A", "B", "C" codes, etc., did not fall in the predicable binary pattern. It is easy to see that in reality, the "M" code is first in the binary progression.

In one contiguous bit stream, the second nibble provides the second half of the address (figure 6). The last bit appears to be a part of the "number" code but in reality it is a function bit. Whenever this function bit is a "0", it designates the preceding nibble as a number code and therefore a part of the address.

For purposes of redundancy, reliability and to accommodate line repeaters, the X-10 protocol calls for every frame of data to be transmitted twice (figure 7).

Whenever the data changes from one address to another address, from an address to a command, from one command to another command or from one command to another command (figure 8), the data frames must be separated by at least 6 clear zero crossings (or "000000"). When teaching classes in this stuff, I often say that this gap "gives the receivers a chance to catch their breath". In reality, of course, the sequence of six "zeroÂ’s" resets the shift registers.

Once a receiver has processed its address data, it is ready to receive a command. As before, all data frames must begin with a start code. Then the following nibble gives the letter code (figure 9). The next nibble is the command. Since the last bit is the function bit (b_f = 0 = address number, b_f = 1 = command) all the commands end in a binary 1.

This diagram (figure 10) only shows the six most often used commands. A later graphic will illustrate all the available commands. As before, all X-10 protocol transmitters send their data frames twice (figure 11).

Figure 12 shows that an example transmission of two data frames (A1 A1 A-On A-On, for instance) would take 47 cycles of the 60Hz sine wave. That would equate to 0.7833 seconds, or in practical terms, just under 1 second. Of course, some commands take less time. When sending an "All-Lights-On" command, for example, no address needs to be sent. Therefore the entire two frame sequence takes only one third of a second (actually, 0.3666 seconds, but whoÂ’s quibbling). If your receivers react on the first frame, it could take a mere two tenths of a second (0.1833 seconds).

Up to this time, all the diagrams have shown only one pulse but that is not entirely correct. I did that just to make it easier to explain. In reality, it is not a "single phase" world. On this planet, we generate our electrical power in 3 phases (figure 13) and so all X-10 compatible transmitters "should" send out 3 pulses (as in figure 14).

Finally, I promised to give you an "introduction" into X-10Â’s Extended Code Protocol. IÂ’m going to take the easy way out and just give you first a graphic showing all of the available bit sequences in the X-10 standard code. Instead of making this just part of the text of this article, I have made it a graphic so the word-wrap feature of your browser wonÂ’t screw up the alignment.

Almost everything I have said since the beginning of this explanation can be summed up in this one graphic, but arenÂ’t you glad I took the time to explain it?

You will notice that there are some changes in four of the command codes.

Ext Code0111- Now designated as "Ext Code 1", for data and control
Preset Dim (1)1010- Now designated as "Ext Code 3", for security messages
Preset Dim (2)1011- Now designated as "Unused"
Ext Data1100- Now designated as "Ext Code 2", for meter read and DSM

As far as we know (at the time of this writing) only "Extended Code 1" has a defined frame length which is 31 cycles (62 bits) and is described as:

Start Code = 4 bits,
Housecode = 4 bits,
Extended code 1 = 5 bits (01111),
Unit code (device code) = 4 bits,
Data = 8 bits,
Command = 8 bits..

The explanation for not having a defined frame length for the other two is:

"Extended code 2 is variable in length, depending on the type of message. It has its own separate "attention" marker to separate it from all other formats.

Extended code 3 has been "assigned" for security but doesn't actually exist yet so its format has not yet been defined."

**سمندون** · 12 شهریور، ۱۳۹۱

2)KNX/EIB

KNX/EIB

KNX يك استاندارد بر مبناي مدل OSI بوده و يك پروتكل ارتباطي شبكه است كه در خانه‌هاي هوشمند به‌كار مي‌رود. KNX يك جانشين و در ضمن يك يكسو كننده براي سه استاندارد قبلي زير مي‌باشد:

European Home System Protocol (EHS)

Bati BUS

European Installation BUS (EIB)

در حال حاضر استاندارد KNX توسط انجمن Konnex مديريت مي‌شود.

پروتكل KNX :

اين استاندارد بر پايه سيستم ارتباطي EIB بوده كه با لايه‌هاي فيزيكي ، شيوه‌هاي Config و تجارب كاربردي Bati BUS و EHS گسترش يافته‌است.

KNX بستر‌هاي ارتباطي فيزيكي زيادي را تعريف مي‌كند:

1. سيم‌كشي با كمك زوج بهم تابيده ( برگرفته از استانداردهاي EIB و Bati BUS )

2. شبكه برق ساختمان (برگرفته از استانداردهاي EIB و EHS،‌شبيه آن چيزي كه X1O عمل مي‌نمايد.)

3. استفاده از امواج راديويي

4. Ethernet (كه با عناوين EIB net/IP و يا KNX net/IP نيز شناخته مي‌شود).

KNX فارغ از هرگونه Platform سخت‌افزاري طراحي شده‌است. يك وسيله در شبكه KNX مي‌تواند توسط هرچيزي كنترل شود، از يك ميكرو كنترلر 8 بيتي تا يك PC، كه اين امر را نياز خاص آن مقطع تعيين مي نمايد.

در برخي از نقاط دنيا امروزه KNX درحال رقابت با C-BUS طراحي شده توسط شركت Clipsal است. اما بيشترين نوع نصب KNX نصب برروي بستر ارتباطي زوج سيم مي‌باشد.

حالات برنامه‌ريزي :‌

1. وضعيتA-Mode يا همان “Automatic Mode” يا حالت خودكار كه تجهيزاتي هستند كه به‌صورت خودكار خودشان را برنامه‌ريزي مي‌نمايند و طراحي شده‌اند تا كاربران نهايي خريد و تصب آنها را انجام دهند.

2. وضعيت E-Mode يا همان “Easy Mode” يا حالت آسان كه تجهيزاتي هستند كه آموزش‌هاي ابتدايي را براي تصب نيار دارند. رفتار آنها از پيش برنامه‌ريزي شده‌است. با اين وجود پارامترهاي قابل برنامه‌ريزي نيز دارند كه متناسب با نياز كاربر تعريف مي‌شوند.

3.S-Mode ياهمان “System Mode” يا حالت سيستمي كه تجهيزاتي هستند كه در ساخت سيستم‌هاي اتوماسيون سفارشي به‌كار گرفته مي‌شوند. تجهيزات S-Mode هيچ پيش‌فرض اوليه‌اي نداشته و بايستي توسط تكنسين‌هاي مجرب نصب و برنامه‌ريزي شوند.

بستر‌هاي ارتباطي متفاوتي در KNX وجود دارند :

1. Twisted pair TP0 : اين بستر از Bati BUS گرفته شده و بيشتر در فرانسه كاربرد دارد. امروزه اكثر سازندگان به TP1 روي آورده‌اند.

2. TP1: از EIB گرفته‌شده و بيشتر از 90٪ محصولات فعلي KNX بر اين مبنا مي‌باشد. در TP1 انتقال با كيفيت بالا با قيمت پايين تلفيق شده‌است. توپولوژي TP1 بسيار انعطاف پذير است : خطي ، ستاره اي ، درختي و يا تلفيقي از اين‌ها. براي انتقال فيزيكي اطلاعات ، يك سيگنال كد شده در باند پايه متقارن با نرخ انتقال 9600bps درنظر گرفته شده‌است. تجهيزاتي كه به TP1 متصل مي‌شوند مي‌توانند از طريق BUS اصلي تغذيه شوند.

‌3. Power Line PL110 : كه اين نيز برگرفته از EIB مي‌باشد. امروزه كارخانه‌هاي كمي PL110 را پشتيباني مي‌نمايند اما كماكان يك بازه كامل از محصولات را براي روشنايي، پرده و كركره‌ها، سيستم‌هاي سرمايشي و گرمايشي ارائه مي‌نمايند. در اينجا نرخ انتقال سيگنال‌هاي اطلاعات 1200 مي‌باشد. اين بستر جايگزين بسيار مناسبي براي مكانهايي است كه امكان استفاده از سيم‌هاي زوجي وجود ندارد.

4. Power Line PL132 : اين توپولوژي از EHS برگرفته‌شده‌است كه امروزه توسط سازنده‌هاي كمتر استفاده مي‌شود. در اينجا نرخ انتقال اطلاعات 2400bps مي‌باشد. عملاً درحال حاضر محصولاتي براي اين استاندارد وجود ندارد و احتمالاً در آينده كاملاً محو خواهد شد.

5. Radio Frequency RF : كه هنوز در خانواده KNX يك تازه وارد حساب مي‌شود. اگرچه در حال حاضر توليد‌كنندگان كمي از اين استاندارد استفاده مي‌نمايند پش بيني مي شوددر آينده نزديك بسياري از توليد‌كنندگان به اين استاندارد روي خواهند آورد. KNX RF از امواج راديويي با فركانس مركزي 868.30MHz با يك نوسان 50KHz براي مدوله كردن اطلاعات استفاده مي‌نمايند. با نرخ اطلاعاتي 16384 تقريباً ميزان فريم‌هاي انتقالي با TP1 برابر خواهند بود.

6. Internet Protocol KNX net /IP : اخيراً به‌عنوان يكي از بستر‌هاي KNX معرفي شده و انتظار مي‌رود در آينده ي KNX ، به يكي از مهمترين بستر‌هاي انتقال اطلاعات تبديل شود. اين امر افقها را به‌سوي سيستم‌هاي ارتباطي سطح بالا در ساختمان‌ها باز كرده و همزمان يك Gateway استاندارد را براي نصب KNX ايجاد مي‌نمايد.

بنابراين KNX يك بازه گسترده از بستر‌هاي ارتباطي را در اختياز قرار مي‌دهد . با اين وجود TP1 به‌عنوان مهمترين بستر ارتباطي خانواده KNX مطرح مي‌باشد. KNX RF يك انتخاب مناسب براي پاسخ به تقاضاهاي ارتباطي بدون سيم در سيستم‌هاي اتوماسيون ساختمان مي‌باشد. و PL110 همچنان مي‌تواند به‌عنوان يك راه‌حل به‌خصوص براي ساختمان‌هاي بازسازي شده‌باشد. پل ارتباطي براي ارتباطات نيازمند به پهناي باند بالا مانند صدا، تصوير و ساير ارتباطات اينچنين از طريق KNX net/IP امكانپذير مي‌باشد.

**سمندون** · 13 شهریور، ۱۳۹۱

3)فيلدباس Fieldbus

در يك سيستم متمركز ، همه حسگرها و تحريك كننده ها مستقيما ً به سيستم مونيتور مركزي متصل مي شوند. در يك سيستم بزرگ كه تعداد ورودي و خروجي ها به هزاران مي رسد واين تعداد بسيار فراتر ظرفيت سخت افزار كامپيوتر است ، هر دوره اخذ اطلاعات از ورودي ها بيشتر از زمان محدود تعريف شده توسط سيستم طول خواهد كشيد. ساير اشكالات سيستم متمركز عبارتند از : عدم انعطاف پذيري ، عدم استفاده از تكنيك هاي به روز (On-line) و تكنولوژي هاي جديد وهزينه نصب زياد ومشكلات مربوط به توسعه سيستم . به همين دلائل سعي مي شود كه وظايف در سيستم توزيع شوند . در سيستم توزيع شده تصميم گيريها به صورت محلي صورت مي گيرد و چندين نقطه كنترلي كه وجود دارد كه به طور مستقل از هم عمل مي كنند اما به يكديگر ارتباط دارند . در يك سيستم توزيع شده ، دستگاههاي لايه پائيني هوشمند هستند و كاربر مطابق نياز خودش قادر به برنامه ريزي اين ابزار مي باشد. اين دستگاههاي هوشمند بايد قادر باشند از طريق شبكه با سايرين ارتباط برقرار كنند وبه ابزار ذخيره سازي اطلاعات دسترسي مستقيم داشته باشند.

در سال 1980، شركت Honeywell براي نخستين بار ، امكان سوار كردن سيگنالهاي ديجيتال روي حلقه جريان 4 تا 20 ميلي آمپر را براي برخي از Field device هاي توليدي خود فراهم كرد. اين سرآغاز ايده ساختن فيلد باس شد. هر Field device براي ارتباطش از قواعد خاص خودش پيروي مي كند كه به سازنده اش بستگي دارد. اداره چنين دستگاههايي روز به روز مشكل تر و پيچيده تر مي شود. به منظور حل اين مسأله ، از شبكه هاي كامپيوتري الهام گرفته شده است. در اين روش يك يا چند خط سريال، همه Fild device را به هم وصل مي كند.

يك فيلد باس از دو جزء اصلي تشكيل مي شود : Field device ها كه گره خوانده مي شوند وبستري كه شبكه داده اي را تشكيل مي دهد.

به كمك فيلد باس مي توان دستگاههاي صنعتي سطح پايين نظير حسگرها ، تحريك كننده ها، ابزار I/O و كنترل كننده ها مثل PLC و كامپيو ترها را به روشي ساده و يكسان به هم متصل نمود . با استفاده از ابزار اندازه گيري سنتي 4 تا 20 ميلي آمپر، فقط ارسال مقادير يك متغير از طريق جفت سيم ميسربود. به كمك تكنولوژي فيلدباس ، تبادل اطلاعات در فرم ديجيتالي و دو طرفه صورت مي گيرد. بنابراين علاوه بر مقادير متغيرها، مي توان اطلاعات ديگري ديگري راجع به وضعيت Field device بدست آورد وعمل پيكربندي ابزار را نيز از طريق شبكه انجام داد . بدين ترتيب علاوه بر كنترل دستگاهها ، مي توان آنها را اداره كرد. مثلا ً مطلع شد كه يك ترانسميتر حرارتي آخرين بار چه موقع كاليبره شده است. به كمك اين اطلاعات وبا استفاده از قدرت پردازشي Field device ، مي توان عمليات كنترلي پيچيده تري را به صورت محلي انجام داد. فيلد باس علاوه بر امكان انتقال سيگنا لها بين ابزار دقيق و اتاق كنترل، امكان انتقال تغذيه مورد نياز تجهيزات را تنها توسط يك جفت سيم ميسر مي سازد. اين موضوع سبب كاهش هزينه هاي كابل كشي ، پانل هاي نگه دارنده كابل ، اتصالات ، كابينتهاي مارشالينگ و مخارج نيروي انساني در رابطه با نصب ، پياده سازي و نگهداري مي شود. همچنين نياز به تعويض پانلها و قطعات ديگر به دليل فرسودگي و خوردگي ، كاهش مي يابد. سيستم انعطاف پذير مي شود و به راحتي مي توان از تكنولوژيهاي جديد استفاده كرد. هر گره را مي توان به منظور سرويس و تعمير از شبكه خارج كرد، بدون اينكه لطمه اي به عملكرد سايرين وارد شود. با استفاده از ابزار واسط مبدل سيگنالهاي فشار(3 to 15 ps ) و جريان ( 4 تا 20 ميلي آمپر ) به سيگنالهاي فيلد باس ، امكان مدرنيزه كردن با تكنولوژي فيلد باس وحفظ قطعات سنتي ميسر است. به كمك اين ابزار واسط صرفه جويي هاي قابل ملاحظه اي در مدرنيزه كردن مجموعه حاصل مي شود.

گفتيم كه براي ساخت فيلد باس از شبكه هاي كامپيوتري محلي ايده گرفته شده است. اما تفاوتهايي هم بين اين دو وجود دارد، از جمله اينكه نرخ انتقال اطلاعات چندان زياد نيست ليكن داده ها بايد در فواصل زماني قابل پيش بيني ارسال شوند. هم چنين به منظور دستيابي به كارايي بالاتر تمام لايه هاي هفت گانه پروتكل OSI پياده سازي نمي شوند بلكه تنها سه لايه از اين پشته، يعني لايه فيزيكي ، لايه data link ولايه كاربرد پياده سازي مي شوند. همانند شبكه هاي كامپيوتري ، چون چندين گره از يك بستر ارتباطي استفاده مي كنند، تصادم ايجاد مي شود ودر نتيجه زمان پاسخ افزايش مي يابد. پروتكل هاي مختلفي براي اداره دسترسي به بستر ارتباطي و تصادم تعريف شده كه از ميان آنها روشهاي CSMA/CD و Token passing براي كاربردهاي صنعتي مناسبترند. علاوه بر تعريف استاندارد بين المللي براي فيلد باس، سازندگان متعددي محصولاتي تهيه كرده اند كه معمولا با يكديگر ساز گار نيستند از جمله : BACNet, FIP/WEIP, BitBUS, P-NET, ProfiBUS, LonWorks, CANbus Seriplex, MODBUS, Mester Fieldbus, Interbus, ISP, HART, DeviceNet

در سال 1993 استاندارد بين المللي Foundation Fieldbus نتيجه تلاش مشترك ISP و WFIP تعريف شد هدف از تعريف استاندارد براي فيلد باس به شرح زير است :

1- ابزار آلات توليد شده توسط سازنده هاي مختلف مانند حالت ند، در عين حال از امكانات شبكه ديجيتال دو طرفه استفاده مي شود.

2- اين شبكه ها بايد قابل اتصال به سيستمهاي اتوماسيون توليد وپردازش داده تجاري نظير MAP و TOP باشند.

Field device هاي امروزي را مي توان به سه گروه تقسيم كرد:

ورودي – خروجي هاي آنالوگ و ديجيتال

دستگاه هاي تركيبي آنالوگ و ديجيتال

ابزار كاملا ديجيتال

دستگاه هاي نوع اول از طريق حلقه هاي جريان آنالوگ 4 تا 20 ميلي آمپر به سيستم ورودي – خروجي متصل مي شوند اين اتصالات كاملا نقطه به نقطه هستند و هر دستگاه جدا گانه، به كنترل كننده هاي ميزبان وصل مي شود. گروه دوم قابل استفاده در سيستم هاي ارتباطي آنالوگ و ديجيتال هستند. به عنوان مثال در اين سيستم ها داده ها يديجيتالي روي سيگنالهاي 4 تا 20 ميلي آمپر آنالوگ سوار مي شوند. سيگنال ديجيتال طوري ساخته مي شود كه ميانگين مقدار آن صفر باشد و خواندن مقادير جريان آنالوگ را تحت تأثير قرار ندهد. دستگاههاي گروه سوم از طريق پورتهاي RS232 و RS485 به هم وصل مي شوند ونياز به درايورهاي نرم افزاري دارند. فيلد باس، پروتكل ارتباطي تمام ديجيتال با بازدهي بالاست كه جايگزين هر سه سيستم بالا مي شود. سيستم هاي مبتني بر فيلد باس تنها از محصولات فيلد باس استفاده نمي كنند بلكه تجهيزات قديمي ورودي – خروجي انالوگ قابل اتصال به فيلد باس مي باشند.

**سمندون** · 15 شهریور، ۱۳۹۱

4-استانداردهاي متداول فيلدباس

تكنولوژي ‍‍‍‍Foundation Field bus

خاصيت مهم و سودمند FF ، قابليت همكاري interoperabilily آن است. به اين معنا كه دشتگاههاي مختلف از سازندگان متفاوت قادرند از طريق آن، در يك سيستم كار كنند. سازنده اي كه مي خواهد چنين دستگاهي را توليد كند بايد با استاندارد هاي FF توافق كند و گواهي لازم را دريافت نمايد. اين مسأله كاربر را قادر مي سازد كه به سازنده خاصي محدود نباشد و خود باعث رقابت در ساخت دستگاهها وپايين آمدن قيمتها مي شود.

پشته پروتكل FF شامل سه بخش است:

لايه فيزيكي

لايه ارتباطات

لايه كاربرد

به منظور مدل كردن اين اجزاء ، از مدل OSI استفاده شده است.

لايه فيزيكي همان لايه يك OSI است. و FMS يا Fieldbus Message Specification (لايه تعريف پيغامهاي فيلد باس) متناظر با لايه هفتم OSI مي باشد. زير لايه FAS ارتباط بين FMS و DLL را فراهم مي كند . هر لايه header مربوط به خودش را به داده هاي كاربر اضافه مي كند تا پيغام به لايه فيزيكي برسد.

لايه فيزيكي مطابق استانداردهاي ISA و IEC ساخته شده است. لايه فيزيكي پيغام را از پشته پروتكلي در يافت كرده آنرا به سيگنالهاي قابل ارسال روي بستر ارتباطي فيلد باس تبديل مي كند. عمليات تبديل شامل اضافه و حذف كردن مقدمه، محدود كننده ابتدايي و محدود كننده انتهايي مي باشد. سيگنالها به روش Manchester- Biphase-L كد مي شوند . بنابراين اطلاعات زماني لازم براي همگام سازي در خود داده ها پنهان مي باشد.

پشته پروتكلي Foundation Fieldbus

لايه فيزيكي از دو نوع باس ، پشتيباني مي كند: فيلد باس H1 وفيلد باس H2. از فيلد باس H1 براي كاربردهاي كنترل دما، سطح و جريان استفاده مي شود. دستگاهها را مي توان مستقيما ً از طريق فيلد باس تغذيه نمود. سيگناليك H1 به اين صورت است كه بخش ارسال داده ها، جريان 10mA با سرعت 25/31 kbit/s توليد مي كند و با توجه به اينكه مقاومت ختم كننده ، 50 اهم است ولتاژي برابر يك ولت (peak to peak) روي خط مي افتد. اين سيگنال روي جريان DC مستقيم منبع تغذيه سوار مي شود. ولتاژ تغذيه بين 9 تا 32 ولت DC متغير است. طول فيلد باس به سرعت انتقال داده ها، اندازه سيم و توان باس بستگي دارد. مسير اصلي در صورتي كه از كابل زوج سيم تابيده با محافظ استفاده شود، نبايد از 1900 تجاوز كند. فيلد باس H2 براي كنترل پيشرفته فرآيند، ورودي – خروجي هاي راه دور و كاربرد هاي اتوماسيون سرعت بالاي كارخانه بكار مي رود. گر چه استاندارد لايه فيزيكي اجازه مي دهد توان از طريق فيلد باس توزيع شود، اما در بيشتر كاربردها دستگاههاي متصل به H2، منبع تغذيه جداگانه دارند يا از طريق كابل ديگري، توان دريافت مي كنند. مشخصات سيگناليك H2 به اين ترتيب است كه دستگاه ارسال داده، جريان 60mA با سرعت 2/5 مگابيت در ثانيه توليد مي كند. با توجه مقاومت 75 ختم كننده ها، ولتاژ97 روي خط القاء مي شود. اگر قرار باشد توان از طريق باس ارسال شود، سيگنالهي فيلد باس روي سيگنال توان 16Khz AC مدوله مي شوند. دستگاه هاي فيلد باس، همگي به مسير اصلي متصل مي شوند وبه كمك اتصال دهنده خاصي از طريق كوپل القايي سيگنالهاي داده و توان را در يافت مي كنند. در اين حالت نيازي به شكستن مسير اصلي باس به منظور اتصال دستگاهها نيست.

به دليل بالا بودن سرعت انتقال داده ها، تنها از توپولوژي باس پشتيباني مي شود و به علت پديده انعكاس ، نمي توان مانند H1 انشعابها را به مسيراصلي متصل نمود. تعداد كل وسايلي كه مي توان به H2 وصل نمود بستگي به مصرف توان ، نوع كابل و استفاده از تكرار كننده ها دارد. به منظور اتصال فيلد باسهاي منفرد H1 وH2 وساخت شبكه بزرگتر از پل ( bridge ) استفاده مي شود. وظيفه لايه LDD كنترل دسترسي به رسانه ارتباطي با استفاده از زمانبند مركزي بنام LAS مي باشد. اين پروتكل از تركيب استانداردهاي ISA و IEC براي لايه DLL بوجود آمده است.

دستگاههاي متصل به اين باس را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:

دستگاههايي كه قادر نيستند نقش LAS را ايفا كنند.

دستگاههاي Link Master كه مي توانند LAS هم باشند.

پلهايي كه به منظور اتصال فيلد باسهاي منفرد بكار مي روند.

LAS

LAS يك ليست حاوي زمانهاي ارسال تمام بافرهاي داده موجود در دستگاههايي كه به صورت پريوديك داده ارسال مي كنند، نگهداري مي كند. هر زمان كه نوبت يك دستگاه فرا ميرسد ، LAS يك پيغام CD به آن مي فرستد. پس از دريافت CD ، دستگاه مزبور داده هاي موجود در بافرش را روي باس منتشر مي كند. دستگاههايي كه به عنوان مشترك دريافت پيغام پيكر بندي شده اند، اين داده ها را دريافت مي كنند. اين روش به منظور ارسال منظم و چرخشي داده ها ي حلقه كنترلي بين دستگاههاي متصل به فيلد باس طراحي شده است.

**سمندون** · 15 شهریور، ۱۳۹۱

تمام دستگاههاي روي Fieldbus فرصت اين را دارند كه پيغامهاي خارج از نوبت و پيش بيني نشده را روي باس بفرستند. LAS با ارسال نشانه به يك دستگاه ، به آن اجازه استفاده از باس را مي دهد. وقتي دستگاه نشانه را مي گيرد، تا زماني كه ارسال پيغام شود يا مهلت نگهداري نشانه تمام شود، مي تواند به ارسال پيام ادامه دهد. اين پيغام به يك يا چندين مقصد ارسال مي شود. كل عمليات LAS به پنج گروه تقسيم مي شود:

1- زمانبندي پيغام CD : همانگونه كه قبلا ذكر شد ، كل عمليات LAS كنترل دستي به باس است. اين وظيفه بالاترين الويت را داراست وساير عمليات در فواصل ارسال زمانبندي شده، انجام مي شوند.

2- نگهداري ليست اعضاي فعال : اين ليست حاوي آدرس اعضايي است كه به Token دريافتي ، پاسخ مثبت مي دهند. هر لحظه ممكن است دستگاههاي جديدي به باس وصل شود. LAS به صورت پريوديك پيغامهاي PN را به آدرسهايي مي فرستد كه در ليستش موجود نيستند. اگر دستگاهي با آدرس مذ كور حاضر باشد، به PN پاسخ مي دهد و نامش به ليست موجود در LAS اضافه مي شود.

لازم است LAS ، پس از ارسال Token به همه اعضاي فعال ، حداقل يك پيغام PN به يك آدرس ارسال كند. دستگاهها تا زماني كه به پيغامهاي PT پاسخ صحيح مي دهند در ليست باقي مي مانند. اگر پس از سه مرتبه تلاش ، دستگاهي بدون استفاده از Token ، آنرا برگرداند، از ليست حذف مي شود. پس از انجام هر نوع تغييري در جدول، محتويات آن را براي همه دستگاههاي موجود روي باس ، منتشر مي شود.

3- همگام سازي در لايه DLL : LAS بصورت پريوديك پيغام اعلام زمان سراسري را روي شبكه منتشر مي كند تا زمان تمام دستگاهها در لايه DLL، يكسان باقي بماند. اين كار لازم است، زيرا ارتباطات زمان بندي شده بلوك هاي عملياتي در لايه كاربرد ، مبتني بر اطلاعات استخراج شده از اين پيغامها هستند.

4- ارسال Token : هر دستگاه با دريافت Token ، اجازه دارد پيغامهاي زمانبندي نشده اي را ارسال كند.

5- افزونگي LAS: هر فيلد باس، ممكن است چندين Link Master داشته باشد كه با از كار افتادن LAS جاري، جايگزين آن بشوند يعني فيلد باس به صورت فعال در زمان رخ دادن خطا [15] طراحي شده است.

لايه FMS به برنامه هاي كاربردي اجازه مي دهد كه به يكديگر از طريق فيلد باس و با استفاده از تعدادي پيغام با فرمت استاندارد، ارتباط داشته باشند. FMS، سرويس هاي ارتباطي ، فرمت پيغام ها و رفتار پروتكل براي ساخت پيغامهاي كاربر را تعريف مي كند.