پروتکل‌های صنعتی مجموعه‌ای از قوانین و استانداردها هستند که ارتباط و تبادل داده‌ها بین دستگاه‌ها، ماشین‌آلات و سیستم‌های مختلف در محیط‌های صنعتی را مدیریت می‌کنند. این پروتکل‌ها به‌ویژه در صنایع خودکارسازی، تولید و کنترل فرآیندها کاربرد دارند و برای انتقال داده‌ها و فرمان‌ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر طراحی شده‌اند. هدف اصلی پروتکل‌های صنعتی این است که دستگاه‌های مختلف که معمولاً از برندها و تکنولوژی‌های مختلف هستند، به‌طور مؤثر و بدون خطا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

 a)ویژگی‌های پروتکل‌های صنعتی

1. 1. قوانین ارتباطی: این پروتکل‌ها نحوه ارسال و دریافت داده‌ها، دستورالعمل‌ها، و اطلاعات را بین دستگاه‌ها و سیستم‌های صنعتی مشخص می‌کنند.
   2. اطمینان از یکپارچگی داده‌ها: پروتکل‌های صنعتی می‌بایست داده‌ها را به‌درستی و بدون تغییرات اشتباهی منتقل کنند.
   3. امنیت ارتباطات: در بسیاری از موارد، حفاظت از داده‌های ارسالی و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز از اهمیت بالایی برخوردار است.
   4. قابلیت استفاده در شبکه‌های گسترده: پروتکل‌های صنعتی اغلب باید بتوانند با شبکه‌های پیچیده و بزرگی که شامل هزاران دستگاه و سنسور هستند، تعامل کنند.

b)کاربردها

این پروتکل‌ها در صنایع مختلف مانند تولید، نفت و گاز، خودروسازی و انرژی به کار می‌روند و به بهینه‌سازی ارتباطات و کنترل سیستم‌های صنعتی کمک می‌کنند.

 

c)انواع پروتکل‌های صنعتی

دقیقاً نمی‌توان یک عدد مشخص برای تعداد انواع پروتکل‌های صنعتی ارائه داد، زیرا این تعداد بسته به نحوه دسته‌بندی و تعریف “پروتکل صنعتی” متغیر است. به طور کلی، پروتکل‌های صنعتی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد:

بر اساس نوع ارتباط:

• • سریال: مانند MODBUS RTU/ASCII

• • شبکه‌ای: مانند Ethernet/IP، PROFINET

• • بی‌سیم: مانند WirelessHART، ISA100.11a

• • بر اساس لایه OSI: پروتکل‌ها در لایه‌های مختلف مدل OSI (مانند لایه‌های فیزیکی، پیوند داده، شبکه، کاربرد) عمل می‌کنند.

بر اساس کاربرد:

• • کنترل: مانند PROFIBUS، CANopen

• • اندازه‌گیری: مانند HART، Foundation Fieldbus

• • انتقال داده: مانند MQTT، OPC UA

با توجه به این دسته‌بندی‌ها، می‌توان گفت که صدها پروتکل صنعتی مختلف وجود دارد که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برخی از این پروتکل‌ها بسیار رایج و پرکاربرد هستند (مانند MODBUS و Ethernet/IP)، در حالی که برخی دیگر تخصصی‌تر بوده و در صنایع خاصی استفاده می‌شوند.

 

d)پروتکل‌های ارتباطی رایج در صنایع:

1. 1. Modbus:
      • • یکی از قدیمی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین پروتکل‌ها است که در اتوماسیون صنعتی برای ارتباط میان دستگاه‌ها استفاده می‌شود. این پروتکل معمولاً برای ارتباطات سریال (RS-485) یا|( RS-232) ‌به کار می‌رود و به‌طور گسترده در سیستم‌های SCADA و PLCها استفاده می‌شود.
      • • نسخه‌های اصلی آن شامل Modbus RTU (برای ارتباطات سریال) و Modbus TCP برای ارتباطات شبکه‌ای مبتنی بر  TCP/IPهستند.

2. 2. Profibus (Process Field Bus):
      • • یک پروتکل ارتباطی برای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است که برای اتصال تجهیزات کنترل و نظارت استفاده می‌شود. Profibus برای کنترل فرآیندهای صنعتی، دستگاه‌های اندازه‌گیری و ابزار دقیق طراحی شده است.
      • • این پروتکل شامل دو نسخه اصلی است: Profibus DP (برای ارتباط با دستگاه‌های ورودی/خروجی) و Profibus PA  برای استفاده در محیط‌های صنعتی با شرایط سخت.

3. 3. Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol):
      • • یک پروتکل شبکه‌ای است که از تکنولوژی Ethernet برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های صنعتی استفاده می‌کند. این پروتکل در بسیاری از صنایع برای ارتباط دستگاه‌های کنترل و نظارت به‌کار می‌رود.
      • • Ethernet/IP معمولاً برای پیوند دستگاه‌های تولید، مانند ماشین‌آلات و حسگرها، در شبکه‌های صنعتی بزرگ استفاده می‌شود.

4. 4. OPC (OLE for Process Control):
      • • این پروتکل بیشتر برای یکپارچه‌سازی سیستم‌های مختلف در اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شود. OPC استانداردی است که از ارتباط بین نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای مختلف صنعتی پشتیبانی می‌کند.
      • • OPC DA (Data Access) برای انتقال داده‌ها، OPC HDA (Historical Data Access) برای داده‌های تاریخی و OPC UA (Unified Architecture) برای دسترسی به داده‌ها از طریق شبکه استفاده می‌شود.

5. 5. CANopen (Controller Area Network):
      • • یک پروتکل ارتباطی برای اتوماسیون و سیستم‌های کنترل است که معمولاً در ماشین‌آلات صنعتی، تجهیزات خودرویی و سیستم‌های کنترل اتوماسیون استفاده می‌شود.
      • • این پروتکل معمولاً برای دستگاه‌هایی با ارتباطات سریع و با تأخیر کم به‌کار می‌رود.

6. 6. DeviceNet:
      • • پروتکلی مبتنی بر CANbus است که برای اتصال دستگاه‌های مختلف صنعتی مانند سنسورها، عملگرها و PLCها استفاده می‌شود.
      • • DeviceNet برای ارتباطات سریع و انتقال داده‌ها در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی طراحی شده است.

7. 7. Profinet:
      • • یک پروتکل مبتنی بر Ethernet است که برای کاربردهای صنعتی طراحی شده است و نسخه پیشرفته‌تری از Profibus به‌شمار می‌رود.
      • • Profinet سرعت بالا و قابلیت مقیاس‌پذیری را برای استفاده در محیط‌های صنعتی پیچیده و با تعداد زیاد دستگاه‌ها فراهم می‌کند.

8. 8. BACnet (Building Automation and Control Network):
      • • این پروتکل عمدتاً برای کنترل سیستم‌های اتوماسیون ساختمان مانند سیستم‌های گرمایش، تهویه، سرمایش و نورپردازی استفاده می‌شود.
      • • BACnet به‌طور خاص در ساختمان‌های بزرگ و سیستم‌های مدیریت انرژی کاربرد دارد.

9. 9. HART (Highway Addressable Remote Transducer):
      • • این پروتکل برای ارتباط با ابزار دقیق و سنسورها در فرآیندهای صنعتی طراحی شده است. HART از دو فناوری (آنالوگ و دیجیتال) برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند.
      • • این پروتکل معمولاً در فرآیندهایی که نیاز به دقت بالا دارند، مانند صنعت نفت و گاز، کاربرد دارد.

10. 10. ZigBee:
        • • یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم است که بطور معمول در شبکه‌های حسگر بی‌سیم صنعتی استفاده می‌شود.
        • • این پروتکل برای محیط‌های صنعتی که نیاز به ارتباط بی‌سیم دارند، طراحی شده است و در کاربردهای کنترل و نظارت از راه دور استفاده می‌شود.

 

نتیجه‌گیری

پروتکل‌های صنعتی برای بهبود عملکرد سیستم‌های اتوماسیون و کنترل در صنایع مختلف طراحی شده‌اند و هرکدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. انتخاب پروتکل مناسب بستگی به نیازهای خاص هر صنعت و سیستم خاص دارد. این پروتکل‌ها با کمک به ارتباط دستگاه‌ها و کاهش پیچیدگی‌های ارتباطی، بهره‌وری و دقت را در فرآیندهای صنعتی افزایش می‌دهند