انواع شبکه صنعتی و معرفی مهم‌ترین پروتکل های ارتباطی

در دنیا اتوماسیون صنعتی و بیشتر کارخانه‌ها، سرعت و دقت در انتقال داده‌ها و اطلاعات بسیار مهم است. برای انتقال داده‌ها و امنیت دیتاها، نیاز به یک راه ارتباطی مشترک بین دستگاه‌ها است که از طریق شبکه صنعتی انجام می‌شود. شبکه صنعتی مانند گردش خون اطلاعاتی عمل می‌کند و اطلاعات و داده‌ها را بلادرنگ و بدون وقفه بین دستگاه‌های دیگر انتقال می‌دهد. در این مقاله می‌خواهیم انواع شبکه صنعتی و همچنین انواع پروتکل ارتباطی را با هم بررسی می‌کنیم. در نهایت ویژگی هر کدام از پروتکل های ارتباطی را با هم مقایسه می‌کنیم. پس تا انتها این مقاله با ما همراه باشید.

شبکه صنعتی چیست؟

همان طور که اشاره کردیم، شبکه صنعتی (Industrial Network) برای انتقال داده و اطلاعات استفاده می‌شود و با توجه به نوع داده، حجم داده، طول کابل ارتباطی و … به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. شبکه صنعتی می‌تواند با کمترین میزان سیم کشی در فضاهای کوچک و بزرگ، اطلاعات زیادی را بین کنترلرهای مختلف جابه‌جا کرد. اتصالات شبکه صنعتی از طریق دو روش زیر انجام می‌شود:

• شبکه صنعتی LAN: شبکه محلی (Local Area Network) محدود به یک منطقه خاص می‌شود.
• شبکه صنعتی WAN: شبکه گسترده (Wide Area Network) شبکه گسترده یک سیستم ارتباطی جهانی محسوب می‌شود

استانداردهای زیادی برای ارتباط شبکه‌ها با دستگاه‌های مختلف اتوماسیون صنعتی وجود دارد اما بیشترین انتخاب مربوط به استاندارد OSI است که هر جفت تجهیز و دستگاه اتوماسیون صنعتی به هم متصل می‌شوند و بدون در نظر گرفتن سازنده ان‌ها با هم ارتباط برقرار می‌کنند. آشنایی با انواع شبکه های صنعتی برای اجرا پروژه اتوماسیون صنعتی لازم و ضروری است.

معرفی انواع سطوح شبکه های صنعتی

شبکه های صنعتی برای مدیریت و انتقال اطلاعات بین دستگاه‌های مختلف به 3 سطح تقسیم‌بندی می‌شوند. این تقسیم‌بندی سطوح شامل سطح دستگاه، سطح کنترل و سطح اطلاعات می‌شود.

سطح دستگاه (Device Level)

این قیمت مربوط به پایین‌ترین سطح دستگاه است که شامل سنسورها، عملگرها در اتوماسیون صنعتی می‌شود. این بخش وظیفه انتقال دیتا و اطلاعات بین تجهیزات و سیستم کنترلی مانند PLC را دارد. انتقال دیتا و داده‌ها می‌تواند به‌صورت آنالوگ، دیجیتال یا هر دو باشد. پروتکل ارتباطی در سطح دستگاه مربوط به پروتکل ارتباطی RS یا Recommended Standard است. به طور مثال استانداردهای پروتکل ارتباطی در این سطح شامل RS232، RS485 و RS422 می‌شود. انواع فیلدباس، ControlNET، DeviceNET هارت در سطح دستگاه کاربرد دارد. در ادامه انواع پروتکل ارتباطی را بیشتر توضیح می‌دهیم اصلا نگران نباشید.

سطح کنترل (Control Level)

سطح کنترل همان طور که از نامش مشخص است؛ مربوط به کنترلرهای صنعتی مانند PLC و سیستم کامپیوتری است. این سطح وظیفه نظارت و کنترل بر کارایی، تنظیم متغیرهای مختلف و پیکربندی دستگاه‌های اتوماسیون صنعتی و … را دارد. از ویژگی‌های سطح کنترل می‌توان به سرعت بالا انتقال داده، زمان کوتاه در پاسخ‌دهی و طول کم داده‌ها اشاره کرد. پروتکل پروفی باس، شبکه اترنت TCP/IP و کنترل نت از شبکه های صنعتی سطح کنترل به شمار می‌رود.

سطح اطلاعات (Information Level)

سطح اطلاعات بالاترین سطح در شبکه‌های صنعتی و اتوماسیون صنعتی است که اطلاعات را از سطح متوسط یعنی سطح کنترل می‌گیرد و در واقع سطح اطلاعات با حجم زیادی از دیتا و داده کار می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه توصیه می‌کنیم که در دوره شبکه صنعتی شرکت کنید تا بهترین پروتکل های ارتباطی را برای پروژه خود انتخاب کنید. اتصال سطح‌های محتلف شبکه صنعتی از پروتکل‌های ارتباطی خاصی استفاده می‌شود که در ادامه آن را توضیح می‌دهیم.

انواع شبکه های صنعتی و رایج‌ترین پروتکل ارتباطی آن

شبکه صنعتی و انواع پروتکل ارتباطی بین کنترل‌کننده‌ها، نرم افزارهای مرتبط اتوماسیون صنعتی و دستگاه‌های میدانی استفاده می‌شود. پروتکل ارتباطی در واقع بین دو یا چند دستگاه با قوانین خاصی بین داده‌ها، ارتباط برقرار می‌کنند. پروتکل ارتباطی دارای 3 بخش مهم بادریت (سرعت شبکه)، طول شبکه و تعداد نودها مهم است. Baud Rate بادریت به‌عنوان سرعت ارتباطات در پروتکل ارتباطی شناخته می‌شود. در واقع بدون پروتکل ارتباطی و شبکه صنعتی، دستگاه به هم متصل هستند اما نمی‌توانند دیتا و اطلاعات را به هم منتقل کنند. به همین دلیل آشنایی با انواع پروتکل ارتباطی و شبکه صنعتی بسیار مهم است.

رایج‌ترین و مهم‌ترین شبکه صنعتی را می‌توان به‌صورت زیر نام برد:

• ارتباطات سریال
• پروتکل هارت HART
• پروتکل اترنت Ethernet
• پروتکل اترکت EtherCAT
• پروتکل مدباس Modbus
• پروتکل فیلدباس Fieldbus
• پروتکل پروفینت Profinet
• پروتکل CANopen
• پروتکل UART
• کنترل نت Control NET
• دیوایس نت DeviceNET

در ادامه هر کدام از آن‌ها را به‌صورت کامل توضیح می‌دهیم.

ارتباطات سریال شبکه صنعتی و لایه فیزیکی

این لایه‌های فیزیکی و پورت ارتباطی برای هر کنترلری استفاده می‌شود؛ مانند RS232، RS485، RS422 و Ethernet اجرا می‌شود. پروتکل‌های ارتباطی روی این پورت‌ها اجرا می‌شود یعنی برای انتقال داده از طریق پروتکل ارتباطی، نیاز به بک واسطه وجود دارد. این ارتباطات سریال در CPU قرار دارند یا به‌صورت ماژول ارتباطی داشته باشند. پورت ارتباطی RS232 برای پشتیبانی دو طرفه یعنی یک فرستنده و یک گیرنده کاربرد دارد. پورت ارتباطی RS485 و پورت ارتباطی RS422 بین یک PC و تعداد زیادی PLC و کنترلر ارتباط برقرار می‌کنند.

پروتکل و شبکه صنعتی HART هارت

پروتکل ارتباطی HART تنها شبکه صنعتی است که ارتباطات دیجیتال و آنالوگ را همزمان از طریق یک کابل را برقرار می‌کند. این پروتکل HART در نرم افزار اسکادا SCADA استفاده می‌شود.

پروتکل فیلد باس Fieldbus

با پیشرفت تکنولوژی، پروتکل ارتباطی فیلدباس (Fieldbus) در اتوماسیون صنعتی بیشترین کاربرد را دارد؛ زیرا می‌تواند به‌صورت Multidrop عمل کند و چندین دستگاه را با یک مسیر ارتباطی مشترک متصل کند. همین موضوع باعث کاهش هزینه و صرفه جویی در کابل می‌شود.

پروتکل پروفی نت Profinet

با گذراندن آموزش شبکه پروفی نت زیمنس تمامی تفاوت‌های بین پروتکل های ارتباطی پروفی باس و پروفی نت را درک می‌کنید و به‌صورت عملی با پروتکل ارتباطی پروفی نت کار می‌کنید.

پروتکل پروفی باس Profibus

شبکه پروفی باس یکی از شبکه‌های صنعتی Open Field (میدان باز) است. پروتکل پروفی باس برا کارهای حساس زمانی و پیچیده بسیار مناسب است و در کارخانه و فرایندای اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شود. شبکه پروفیباس به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:

• پروتکل Profibus-DP
• شبکه Profibus-PA
• پروتکل Profibus-FMS

همان‌طور که می‌دانید پروتکل ارتباطی پروفی باس مربوط به برند زیمنس است. با شرکت در دوره آموزش شبکه پروفی باس زیمنس، دیگر نگران اجرا شبکه های PROFIBUS نباشید.

پروتکل مدباس Modbus

پروتکل مدباس یکی ار شبکه‌های صنعتی Open  System (سیستم باز) است که روی لایه‌های فیزیکی RS232 و RS485 اجرا می‌شود. این شبکه مد باس از مدل MASTER/SLAVE برای ارتباط بین دستگاه‌های دیگر استفاده می‌کند. از قابلیت‌های شبکه مدباس می‌توان به انعطاف پذیری بالا، سازگاری زیاد و راحتی ان اشاره کرد و از همه مهم‌تر قیمت پروتکل مدباس اقتصادی و مقرون به صرفه است. پروتکل Modbus انواع مختلفی دارد که شامل موارد زیر است:

• Modbus RTU
• Modbus TCP
• Modbus ASCII
• Modbus PLUS

برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید در دوره شبکه MODBUS دلتا شرکت کنید.

شبکه صنعتی Control NET کنترل نت

پروتکل کنترل نت یکی از شبکه های صنعتی Open Control (کنترل باز) است که انتقال دیتاها را Real-time یا بلادرنگ انجام می‌دهد. پروتکل کنترل نت برای دیتاهای مهم از نظر زمانی Time-Critical و همچنین دیتاهای غیر مهم از نظر زمانی NON Time-Critical کاربرد دارد. اگر طول شبکه بیشتر از 25 کیلومتر است، باید از پروتکل Control NET استفاده کرد.

شبکه صنعتی Device NET دیوایس نت

پروتکل ارتباطی Device NET در سطح دستگاه استفاده می‌شود و برای اتصال دستگاه‌های میدانی مانند سوئیچ‌ها، سنسورها و … برای ارتباط با کنترلر PLC استفاده می‌شود. این کابل 4 سیمه همزمان برق و دیتا را جابه‌جا می‌کند و شبکه صنعتی دیوایس نت در کاهش هزینه‌ها بسیار تاثیرگذار است.

پروتکل CANopen

شبکه CANopen یک پروتکل ارتباطی برای کارهای پیچیده استفاده می‌شود. پروتکل CANopen دارایارتباطات شی گرا است و به‌صورت بلادرنگ (Real Time) عمل می‌کند. برای یادگیری بیشتر و تخصصی‌تر، آموزش شبکه CANopen دلتا را تهیه کنید تا به‌صورت تخصصی و عملی با این پروتکل ارتباطی CANopen کار کنید.

پروتکل اترنت Ethernet

پروتکل اترنت قابلیت ارتباطی پرسرعت با پهنا باند زیاد از 10 MB/S تا 10 GB/S برقرار می‌کند. سازگار پذیری بالا با چندین دستگاه و قابلیت مقیاس پذیری را دارد. شبکه اترنت قابلیت جمع‌آوری و کنترل داده‌های اسکادا و نظارت از راه دور بر فرایند اتوماسیون صنعتی را دارد. شبکه اترنت با پروتکل Ethernet TCP/IP به عنوان شبکه سطح کنترل به شمار می‌رود. اگر می‌خواهید با سرعت بالا داده‌ها و دیتاها را انتقال دهید اترنت بهترین انتخاب خواهد بود.

جمع بندی و مقایسه انواع شبکه صنعتی

در این مقاله به بررسی مفهوم شبکه صنعتی پرداختیم و مهم‌ترین انواع شبکه صنعتی و پرونکل ارتباطی را با هم بررسی کردیم. با توجه به نوع پروژه و برند آن باید پروتکل ارتباطی خود را انتخاب کنید. حتما نیاز هر سطح شبکه صنعتی را با انتخاب پروتکل ارتباطی مد در نظر داشته باشید. در ادامه مقایسه‌ای از انواع پروتکل ارتیاطی را در جدول زیر آورده‌ایم:

راه‌های ارتباطی نیک صنعت

• شماره تماس: 87700210-021(30 خط)
• واحد فروش: 09197872783
• واحد آموزش: 09197872786
• واحد تعمیرات: 09197872789
• واحد پروژه: 09197872784
• ایمیل: info@nicsanat.com
• آدرس شرکت: تهران، خیابان بهشتی، خیابان میرعماد، کوچه پیمانی(یازدهم)، پلاک 17