با توسعه سریع فناوری شبکه های کامپیوتری، ارتباطات شبکه به بخشی ضروری از سیستم های کنترل اتوماسیون صنعتی مدرن تبدیل شده است. در میان پروتکلهای ارتباطی شبکهای متعدد، پروتکلهای کنترل انتقال (TCP)، پروتکل اینترنت (IP) و ارتباطات بستر باز (OPC) کاربرد گستردهای در زمینه اتوماسیون صنعتی پیدا کردهاند. این مقاله یک تحلیل فنی دقیق از پروتکلهای TCP/IP و OPC ارائه میکند و مزایا و محدودیتهای آنها را در کاربردهای عملی بررسی میکند.
I. پروتکل TCP/IP
1.1 مقدمه ای بر پروتکل TCP/IP
پروتکل TCP/IP پروتکل اصلی اینترنت است و از دو جزء تشکیل شده است: پروتکل کنترل انتقال (TCP) و پروتکل اینترنت (IP). TCP مسئول ایجاد ارتباط قابل اعتماد بین فرستنده و گیرنده داده، تضمین انتقال قابل اعتماد داده است. از طرف دیگر IP وظیفه انتقال بسته های داده از آدرس مبدا به آدرس مقصد را بر عهده دارد. پروتکل TCP/IP یک پروتکل ارتباطی-مطابقت، قابل اعتماد، مبتنی بر بایت{3}}جریان- مبتنی بر لایه انتقال است که به طور گسترده در شبکه های محلی (LAN)، شبکه های گسترده (WAN) و اینترنت استفاده می شود.
1.2 پروتکل TCP/IP چگونه کار می کند
عملکرد پروتکل TCP/IP را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد:
(1) کپسوله سازی داده ها: هنگامی که یک برنامه نیاز به ارسال داده دارد، ابتدا داده ها را در یک بخش TCP کپسوله می کند، که سپس به عنوان دیتاگرام IP منتقل می شود.
(2) مسیریابی: در طول انتقال، دیتاگرام های IP باید از مسیریاب های متعدد برای ارسال عبور کنند. روترها بر اساس آدرس مقصد دیتاگرام IP، مسیر مناسب را برای ارسال انتخاب می کنند.
(3) انتقال داده: در طول انتقال، بخشهای TCP برای اطمینان از انتقال دادههای قابل اطمینان، مورد تأیید فیلدهایی مانند اعداد ترتیبی و اعداد تأیید قرار میگیرند.
(4) کپسولهسازی دادهها: وقتی دادهها به آدرس مقصد میرسند، بخش TCP ابتدا از دیتاگرام IP استخراج میشود و سپس دادههای اصلی از بخش TCP استخراج میشوند.
1.3 مزایا و محدودیت های پروتکل TCP/IP
مزایای پروتکل TCP/IP عمدتاً در جنبه های زیر منعکس می شود:
(1) تطبیق پذیری: پروتکل TCP/IP یک پروتکل ارتباطی شبکه جهانی است که می تواند در محیط های مختلف شبکه اعمال شود.
(2) قابلیت اطمینان: پروتکل TCP/IP مکانیزم انتقال داده قابل اعتمادی را فراهم می کند و اطمینان می دهد که داده ها به طور دقیق و بدون خطا به مقصد منتقل می شوند.
(3) انعطاف پذیری: پروتکل TCP/IP از توپولوژی های شبکه های متعدد پشتیبانی می کند و می تواند به طور انعطاف پذیر بر اساس نیازهای واقعی پیکربندی شود.
با این حال، پروتکل TCP/IP نیز دارای محدودیتهای خاصی است:
(1) قابلیتهای{1}زمان واقعی: از آنجایی که پروتکل TCP/IP از یک روش ارتباطی{2}} جهتگیری استفاده میکند، از نظر عملکرد زمان واقعی دارای محدودیتهای خاصی است.
(2) استفاده از پهنای باند: برای اطمینان از انتقال داده قابل اعتماد، پروتکل TCP/IP از مکانیسم های افزونگی خاصی استفاده می کند که می تواند منجر به کاهش استفاده از پهنای باند شود.
II. پروتکل OPC
2.1 مقدمه ای بر پروتکل OPC
پروتکل OPC (Open Platform Communication) یک پروتکل ارتباطی است که در سیستم های کنترل اتوماسیون صنعتی استفاده می شود. اساساً برای تسهیل تبادل داده و به اشتراک گذاری اطلاعات بین دستگاه های مختلف طراحی شده است. پروتکل OPC مبتنی بر فناوری COM/DCOM مایکروسافت است و از میان افزار برای فعال کردن ارتباط بین دستگاه ها استفاده می کند.
2.2 چگونه پروتکل OPC کار می کند
عملکرد پروتکل OPC را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد:
(1) ایجاد یک سرور OPC: ابتدا یک سرور OPC باید در سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی ایجاد شود تا داده های دستگاه را ذخیره و مدیریت کند.
(2) پیکربندی سرور OPC: سرور OPC را پیکربندی کنید، از جمله افزودن دستگاه ها و تنظیم پارامترهای دستگاه.
(3) ایجاد یک سرویس گیرنده OPC: یک سرویس گیرنده OPC در برنامه ایجاد می شود که نیاز به دسترسی به داده های دستگاه دارد و به عنوان رابط برای ارتباط با سرور OPC عمل می کند.
(4) خواندن داده های دستگاه: داده های دستگاه از سرور OPC از طریق سرویس گیرنده OPC بازیابی شده و بر این اساس پردازش می شود.
2.3 مزایا و محدودیت های پروتکل OPC
مزایای پروتکل OPC در درجه اول در جنبه های زیر منعکس می شود:
(1) سهولت یکپارچه سازی: بر اساس فناوری COM/DCOM، پروتکل OPC را می توان به راحتی با برنامه های کاربردی مختلف ادغام کرد.
(2)-قابلیتهای زمان واقعی: پروتکل OPC امکان تبادل-زمان واقعی دادههای دستگاه را فراهم میکند، که نیازمندیهای-زمان واقعی سیستمهای کنترل اتوماسیون صنعتی را برآورده میکند.
(3) قابلیت همکاری: پروتکل OPC یک استاندارد یکپارچه را اتخاذ می کند که امکان همکاری بین دستگاه های مختلف را فراهم می کند.