در حوزه اتوماسیون صنعتی، کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLCها)، به عنوان دستگاه‌های کنترل اصلی، به طور فزاینده‌ای با چالش‌هایی در عملکرد و قابلیت اطمینان کل سیستم مواجه هستند. با پیشرفت مداوم صنعت ۴.۰ و تولید هوشمند، تولیدکنندگان تقاضای بیشتری برای اتصال دستگاه‌ها، تبادل داده‌ها و همکاری هوشمند دارند. در این زمینه، ویژگی‌های فنی، سناریوهای قابل اجرا و تفاوت‌های عملکردی پروتکل‌های اصلی مانند Modbus TCP، Ethernet/IP و PROFINET به طور فزاینده‌ای توجه صنعت را به خود جلب می‌کند. انتخاب پروتکل ارتباطی مناسب نه تنها به طور قابل توجهی کارایی هماهنگی دستگاه‌ها و پاسخگویی سیستم را بهبود می‌بخشد، بلکه به طور موثری هزینه‌های عملیاتی و تأخیر سیستم را نیز کاهش می‌دهد. این امر به گامی حیاتی در تحول و ارتقاء دیجیتال و هوشمند شرکت‌ها تبدیل شده است.

هنگام انتخاب یک پروتکل ارتباطی PLC، شرکت‌ها باید چهار عامل کلیدی زیر را بر اساس الزامات واقعی برنامه در نظر بگیرند:

بلادرنگ و قطعی: در سناریوهای کنترل با دقت بالا، عملکرد بلادرنگ پروتکل و قطعی بودن زمان‌بندی آن بسیار حیاتی است. به عنوان مثال، کانال بلادرنگ ایزوکرون (IRT) پروفی‌نت (PROFINET) به همگام‌سازی در سطح میکروثانیه دست می‌یابد و پشتیبانی قابل اعتمادی را برای برنامه‌های سطح بالا مانند کنترل حرکت چند محوره و رباتیک مشارکتی فراهم می‌کند.

ظرفیت و سازگاری داده‌ها:

پروتکل‌های مختلف از نظر ساختار داده‌ها و قابلیت‌های پردازش تفاوت‌های چشمگیری دارند. اترنت/IP، مبتنی بر پروتکل CIP، در مدیریت اشیاء داده پیچیده و حجم زیادی از اطلاعات بلادرنگ برتری دارد، در حالی که Modbus TCP، با حالت خواندن و نوشتن ساده رجیستر خود، l، همچنان به طور گسترده در سیستم‌های کوچک و متوسط قابل استفاده است.

توپولوژی شبکه و مقیاس‌پذیری:

توپولوژی‌های حلقه‌ای به طور مؤثر افزونگی و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می‌بخشند، در حالی که توپولوژی‌های خطی برای اتصال آبشاری دستگاه‌های میدانی و کاهش پیچیدگی سیم‌کشی مناسب‌تر هستند. شبکه‌های صنعتی مدرن باید از توسعه انعطاف‌پذیر پشتیبانی کنند تا بتوانند تنظیمات خط تولید آینده و گسترش ظرفیت تجهیزات را در خود جای دهند.
در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، مکانیسم‌های امنیتی و کنترل هزینه باید به صورت هماهنگ در نظر گرفته شوند. پروتکل‌های مدرن، مانند PROFINET، از استاندارد امنیتی IEC 62443 پیروی می‌کنند و ویژگی‌های امنیتی اصلی مانند احراز هویت و رمزگذاری داده‌ها را ارائه می‌دهند. با این حال، استقرار آنها معمولاً به سخت‌افزار تخصصی نیاز دارد که منجر به هزینه‌های بالای پیاده‌سازی می‌شود. در مقابل، در حالی که Modbus TCP مزایای استقرار انعطاف‌پذیر و هزینه کم را ارائه می‌دهد، فاقد مکانیسم‌های امنیتی جامع داخلی است. در عمل، تقویت امنیت باید از طریق ابزارهای فنی خارجی پیاده‌سازی شود که به طور بالقوه پیچیدگی سیستم و هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد.

انتخاب استراتژیک پروتکل: همسوسازی PROFINET، Ethernet/IP و Modbus TCP با نیازهای کاربردی
بر اساس سناریوهای کاربردی، هر پروتکل مزایای منحصر به فردی ارائه می‌دهد. PROFINET در کاربردهای حیاتی و بلادرنگ مانند تولید خودرو و ماشینکاری دقیق برتری دارد. مکانیسم ارتباط چند کاناله آن، هم الزامات کنترل بلادرنگ و هم الزامات نظارت بر داده‌ها را برآورده می‌کند. Ethernet/IP برای خطوط تولید متوسط و بزرگ مناسب‌تر است، زیرا داده‌های لایه IT و OT را به طور یکپارچه ادغام می‌کند و از تبادل اطلاعات از کارگاه تا سطح سازمانی پشتیبانی می‌کند. با این حال، Modbus TCP به دلیل سهولت استقرار و هزینه کم، سهم قابل توجهی از بازار را در تجهیزات کوچک و متوسط، ارتقاء سیستم‌های قدیمی و صنایع سنتی حفظ می‌کند.

توجه به این نکته ضروری است که پروتکلی که انتخاب می‌کنید باید کاملاً با زیرساخت موجود شرکت شما سازگار باشد. به عنوان مثال، اگر یک کارخانه از قبل از تعداد زیادی دستگاه و سیستم کنترل مجهز به اترنت/IP استفاده می‌کند، اولویت دادن به همان پروتکل برای پروژه‌های جدید می‌تواند هزینه‌های ارتقاء و خطرات فنی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. علاوه بر این، در حالی که دروازه‌های پروتکل می‌توانند قابلیت همکاری بین شبکه‌های ناهمگن را فراهم کنند، این رویکرد می‌تواند تأخیر اضافی و نقاط شکست تکی را ایجاد کند. بنابراین، در صورت امکان، استفاده از یک پروتکل ارتباطی سازگار بومی، همچنان راه حل بهینه است.

ادغام پروتکل‌های PLC با IIoT و فناوری‌های ابری
با افزایش محبوبیت محاسبات لبه‌ای و اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)، پروتکل‌های ارتباطی PLC به سرعت با فناوری‌های جدیدی مانند محاسبات ابری و هوش مصنوعی همگرا می‌شوند. به عنوان مثال، کنترلرهای سری UniStream شرکت Unitronics دارای سرویس‌های ابری داخلی هستند که کاربران را قادر می‌سازد بدون نیاز به اشتراک‌های اضافی، به نظارت از راه دور، تجزیه و تحلیل داده‌ها و هشدارهای خطا دسترسی داشته باشند. این روند نشان می‌دهد که پروتکل‌های ارتباطی صنعتی آینده نه تنها باید الزامات کنترل بلادرنگ و با قابلیت اطمینان بالا را برآورده کنند، بلکه باید باز بودن، مقیاس‌پذیری و سازگاری سیستم بیشتری را نیز نشان دهند و در نتیجه سناریوهای کاربردی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی را گسترش داده و ارزش عملی بیشتری را به ارمغان بیاورند.