I. مقدمه
اترنت صنعتی یک فناوری حیاتی در زمینه اتوماسیون صنعتی است. این ترکیبی از پهنای باند بالا، قابلیت اطمینان بالا و مقیاس پذیری فن آوری اترنت سنتی است و در عین حال برای پاسخگویی به نیازهای خاص اتوماسیون صنعتی بهینه و ارتقا یافته است. از طریق پروتکلهای ارتباطی استاندارد و رابطهای سختافزاری، اترنت صنعتی اتصال و تبادل اطلاعات بین دستگاهها را امکانپذیر میکند و به طور قابل توجهی توسعه اتوماسیون صنعتی را پیش میبرد. این مقاله یک نمای کلی از پروتکلهای اترنت صنعتی مربوطه و ویژگیهای آنها ارائه میکند و به خوانندگان اجازه میدهد تا درک عمیقتری از این زمینه به دست آورند.
II. مروری بر پروتکل های اترنت صنعتی
پروتکل های اترنت صنعتی به پروتکل های ارتباطی مبتنی بر فناوری اترنت مورد استفاده در بخش اتوماسیون صنعتی اشاره دارد. این پروتکل ها در درجه اول عملکردهایی مانند انتقال داده بین دستگاه های صنعتی، کنترل تجهیزات و نظارت بر سیستم را تسهیل می کنند. همانطور که اتوماسیون صنعتی تکامل می یابد، پروتکل های اترنت صنعتی به توسعه و بلوغ خود ادامه می دهند، که منجر به ظهور پروتکل ها و مجموعه پروتکل های مختلف متمایز می شود.
III. پروتکل های اترنت صنعتی اولیه و ویژگی های آنها
Modbus TCP/IP
Modbus TCP/IP یک پروتکل ارتباطی Modbus بر اساس TCP/IP است. این فریمهای Modbus را در فریمهای TCP تعبیه میکند و Modbus را با اترنت و TCP/IP یکپارچه میکند تا انتقال پروتکل Modbus را از طریق شبکههای اترنت فعال کند. Modbus TCP/IP که با سادگی، سهولت استفاده و قابلیت اطمینان مشخص می شود، به طور گسترده برای ارتباطات دستگاه و انتقال داده در سیستم های کنترل اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. از حالتهای ارتباطی اصلی{3}}همراه با روشهای ارتباطی رایگیری و هم با رویداد{4}} پشتیبانی میکند و نیازهای برنامههای کاربردی متنوع را برآورده میکند.
اترنت/IP
Ethernet/IP یک پروتکل شبکه اتوماسیون صنعتی مبتنی بر اترنت است که توسط ODVA (Open Device Networking Alliance) توسعه یافته است. این پروتکل از CIP (پروتکل کنترل و اطلاعات) به عنوان پروتکل لایه کاربردی خود استفاده می کند و راه حلی استاندارد برای برقراری ارتباط{2}زمان واقعی بین دستگاه های اتوماسیون صنعتی ارائه می دهد. اترنت/IP که با سرعت بالا، قابلیت اطمینان و امنیت مشخص می شود، از کنترل و نظارت بر زمان واقعی-، یافتن کاربردهای گسترده در خطوط تولید، اتوماسیون کارخانه و سناریوهای مشابه پشتیبانی می کند. این پروتکل که بر اساس پروتکلهای اترنت و TCP/IP ساخته شده است، دادهها را با کپسولهسازی بستههای CIP منتقل میکند و امکان یکپارچهسازی یکپارچه و اشتراکگذاری اطلاعات بین دستگاهها را فراهم میکند.
PROFINET
PROFINET یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر اترنت است که توسط PROFIBUS International (PI) توسعه یافته است. در درجه اول برای انتقال داده ها و کنترل دستگاه در سیستم های کنترل اتوماسیون و تولید صنعتی استفاده می شود. PROFINET سرعت، قابلیت اطمینان و انعطافپذیری بالا را ارائه میکند و از ارتباطات زمان واقعی و کنترل توزیعشده پشتیبانی میکند تا نیازهای سیستمهای اتوماسیون صنعتی برای انتقال داده و کنترل دستگاه را برآورده کند. از چندین روش ارتباطی از جمله TCP/IP و UDP/IP پشتیبانی میکند و در عین حال قابلیتهای مدیریت دستگاه و مدیریت شبکه گسترده را ارائه میدهد.
EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) یک پروتکل ارتباطی اترنت در زمان واقعی است که توسط Beckhoff توسعه یافته است. از یک مدل ارتباطی اصلی-برای انتقال دادهها و فرمانهای کنترل از طریق اترنت استفاده میکند که مزایایی مانند انتقال-سرعت بالا، تأخیر کم و کنترل توزیعشده را ارائه میدهد. EtherCAT برای سیستم های کنترلی که نیاز به پاسخ سریع و هماهنگ سازی دارند، مانند کنترل رباتیک و ساخت دقیق، مناسب است. از رابطهای سختافزاری تخصصی و مکانیزمهای انتقال داده برای دستیابی به-انتقال داده با سرعت بالا و کنترل{7}}در زمان واقعی استفاده میکند.
CANopen روی EtherCAT (CoE)
CANopen over EtherCAT (CoE) یک پروتکل ارتباطی CANopen بر اساس پروتکل ارتباطی EtherCAT است که برای کنترل{0}زمان واقعی و انتقال داده طراحی شده است. این پروتکل CANopen را با پروتکل EtherCAT ترکیب می کند و امکان یکپارچه سازی یکپارچه دستگاه های CANopen را در شبکه های EtherCAT فراهم می کند. CoE دارای عملکرد عالی{3}در زمان واقعی، قابلیت اطمینان بالا و انعطاف پذیری قوی است که آن را برای کنترل توزیع شده و اتصال به دستگاه در سیستم های اتوماسیون صنعتی مناسب می کند.
CC-پیوند IE
CC-Link IE یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر اترنت- است که توسط Mitsubishi Electric توسعه یافته است. CC{4}}لینک IE که عمدتاً برای-ارتباطات بلادرنگ و کنترل دستگاه در سیستمهای اتوماسیون صنعتی استفاده میشود، سرعت، قابلیت اطمینان و امنیت بالایی را ارائه میدهد. از انتقال دادهها در زمان واقعی و کنترل دستگاه پشتیبانی میکند و کاربرد گستردهای در بخشهای تولید، انرژی و نیرو پیدا میکند. این سیستم که بر اساس پروتکلهای اترنت و TCP/IP ساخته شده است، از طریق مکانیسمهای ارتباطی تخصصی و پشتههای پروتکل{8} به ارتباطات و مدیریت دستگاه در زمان واقعی دست مییابد.
IV. خلاصه مشخصات پروتکل اترنت صنعتی
پروتکل های اترنت صنعتی دارای ویژگی های مشترک زیر هستند:
قابلیت-زمان واقعی:پروتکلهای اترنت صنعتی نیازمندیهای{0}زمان واقعی سیستمهای اتوماسیون صنعتی را برآورده میکنند و از انتقال و پردازش به موقع دادهها و فرمانهای کنترل اطمینان میدهند.
قابلیت اطمینان:پروتکلهای اترنت صنعتی از فناوریها و مکانیسمهای متعددی برای افزایش قابلیت اطمینان ارتباطات مانند ارتباطات اضافی، نرخهای انتقال تطبیقی و مکانیسمهای تصحیح خطا استفاده میکنند.
امنیت:پروتکلهای اترنت صنعتی از مکانیزمهای رمزگذاری و احراز هویت پشتیبانی میکنند و از شبکههای صنعتی در برابر تهدیدات امنیتی مانند نشت داده، دستکاری و دسترسی غیرمجاز محافظت میکنند.
مقیاس پذیری:پروتکلهای اترنت صنعتی از توپولوژیهای شبکه انعطافپذیر و روشهای اتصال دستگاه پشتیبانی میکنند و امکان گسترش آسان و اصلاح مقیاس و توپولوژی شبکه را فراهم میکنند.
قابلیت همکاری:پروتکلهای اترنت صنعتی سازگاری قوی با اترنت سنتی نشان میدهند و امکان یکپارچهسازی یکپارچه با دستگاهها و فناوریهای اترنت موجود را برای افزایش اتصال شبکه صنعتی فراهم میکنند.
V. نتیجه گیری
پروتکل های اترنت صنعتی نشان دهنده یک فناوری حیاتی در اتوماسیون صنعتی است که راه حل های استانداردی برای اتصال دستگاه ها و تبادل اطلاعات ارائه می دهد. پروتکلهای اترنت صنعتی مختلف دارای ویژگیهای متمایز و سناریوهای قابل اجرا هستند که انتخاب پروتکلهای مناسب را برای افزایش عملکرد سیستمهای اتوماسیون صنعتی ضروری میسازد. همانطور که فناوری اتوماسیون صنعتی به تکامل و پیشرفت خود ادامه می دهد، پروتکل های اترنت صنعتی نیز تحت اصلاح و بهینه سازی مستمر قرار خواهند گرفت و شتاب جدیدی را به توسعه حوزه اتوماسیون صنعتی تزریق می کنند.