اترنت صنعتی چیست؟ پروتکل و تفاوت با اترنت تجاری

اترنت اساساً یک پروتکل ارتباطی لایه فیزیکی است که برای انتقال داده بین دستگاه‌ها در شبکه‌های محلی یا گسترده استفاده می‌شود. پس از سال‌ها توسعه، تکامل یافته است تا سطوح بالاتری از عملکرد را ارائه دهد. و در عین حال سازگاری، قابلیت اطمینان و هزینه‌های نسبتاً کمتر را حفظ کند. به طور همزمان، سبک‌های مختلفی را برای محیط‌های خاص طراحی می‌کند. با دو نوع برجسته اترنت صنعتی و اترنت تجاری. پروتکل های اترنت صنعتی نقشی حیاتی در تضمین ارتباطات قابل اعتماد و کارآمد در سیستم های اتوماسیون صنعتی ایفا می کنند.

آنها استانداردها و دستورالعمل‌های لازم را برای تعامل مؤثر دستگاه‌ها ارائه می‌کنند. این امر امکان یکپارچه‌سازی، تبادل بی‌درنگ داده‌ها، و افزایش قابلیت‌های کنترل و نظارت را فراهم می‌کند.

در این مقاله بررسی می کنیم که اترنت صنعتی چیست و شباهت، تفاوت آن با اترنت تجاری کدام است. همچنین تمام آنچه را که باید در مورد پروتکل های اترنت صنعتی بدانید، تعریف پروتکل های محبوب و عواملی که باید هنگام انتخاب پروتکل در نظر بگیرید، توضیح می دهد.

اترنت صنعتی چیست؟

اترنت صنعتی به استفاده از شبکه های مبتنی بر اترنت در محیط های صنعتی برای اتوماسیون و کنترل اشاره دارد. برخلاف اترنت استاندارد که در محیط‌های تجاری و اداری استفاده می‌شود، اترنت صنعتی به گونه‌ای طراحی شده است که در شرایط سخت، از جمله دماهای شدید، رطوبت، تداخل الکترومغناطیسی و خطرات فیزیکی به طور قابل اعتماد کار کند.

مزایای فناوری اترنت، مانند انتقال داده با سرعت بالا و قابلیت همکاری، با استحکام و قابلیت اطمینان مورد نیاز برای کاربردهای صنعتی را ترکیب می کند. برای اینکه با مفهوم اترنت آشنا شوید، مقاله اترنت چیست را مطالعه نمایید.

پروتکل های اترنت صنعتی چیست؟

پروتکل‌های اترنت صنعتی مجموعه‌ای استاندارد از قوانین و رویه‌های حاکم بر ارتباطات و تبادل داده در شبکه‌های اترنت صنعتی هستند. آنها نحوه ارتباط دستگاه ها، انتقال و دریافت داده ها، رسیدگی به خطاها و همگام سازی عملیات را تعریف می کنند و از تبادل داده های قابل اعتماد و کارآمد اطمینان حاصل می کنند.
در اتوماسیون صنعتی، ارتباطات موثر برای عملیات بدون درز و کنترل فرآیند کارآمد بسیار مهم است.

اترنت صنعتی انتقال و مدیریت داده ها را در محیط های صنعتی متحول کرده است، اما ستون فقرات آن در پروتکل های آن نهفته است.

این پروتکل‌ها، مانند EtherNet/IP، PROFINET، Modbus TCP و EtherCAT، ساختار و قوانین تبادل داده‌ها را فراهم می‌کنند که نیازمندی‌های صنعتی خاص را برآورده می‌کنند. رابطه همزیستی بین اترنت صنعتی و پروتکل‌های آن، وابستگی متقابل آنها و مزایایی را که برای چشم‌انداز صنعتی به ارمغان می‌آورند برجسته می‌کند.

مقایسه پروتکل های اترنت صنعتی

در دنیای اتوماسیون محور امروزی، پروتکل های اترنت صنعتی خطوط حیاتی شبکه های ارتباطی در تنظیمات صنعتی هستند. هر پروتکل دارای ویژگی ها و مزایای منحصر به فرد خود است، که انتخاب مناسب برای نیازهای شبکه خاص شما را ضروری می کند. در این بخش به مقایسه چهار پروتکل اترنت صنعتی پرکاربرد می پردازیم: EtherNet/IP، PROFINET، Modbus TCP و EtherCAT.
با اینکه که آنها شباهت های مشترکی دارند، اما تفاوت های متمایز نیز دارند که آنها را متمایز می کند. در اینجا تفاوت های اصلی هر پروتکل وجود دارد:

پروتکل Rockwell Automation: EtherNet/IP

EtherNet/IP، توسعه یافته توسط Rockwell Automation، یک پروتکل اترنت صنعتی لایه کاربردی است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. انعطاف پذیری و سازگاری آن ناشی از استفاده از اجزای خارج از قفسه و طراحی شی گرا است. دستگاه های شبکه را به عنوان مجموعه ای از اشیاء تعریف می کند و منحصر به فرد است که کاملاً بر اساس استانداردهای اترنت است.

• اصل عملیات: اترنت/IP نیز مبتنی بر اترنت است و از فناوری استاندارد اترنت استفاده می کند.
• ارتباط بلادرنگ: از ارتباطات بی‌درنگ و غیرواقعی پشتیبانی می‌کند و نرخ انتقال داده‌های بالایی را ارائه می‌کند.
• یکپارچه سازی: اترنت/IP ادغام دستگاه های صنعتی، سیستم های کنترل و شبکه های فناوری اطلاعات را تسهیل می کند.
• پروفایل های دستگاه و توپولوژی های شبکه: نمایه های دستگاه گسترده ای را ارائه می دهد و از توپولوژی شبکه پشتیبانی می کند که امکان استقرار و مقیاس پذیری آسان را فراهم می کند.

پروتکل زیمنس: PROFINET

PROFINET یک پروتکل اترنت صنعتی سریع است که توسط زیمنس توسعه یافته و به طور گسترده در سیستم های کنترل آن استفاده می شود. در حالی که شبکه‌های PROFINET معمولاً سرعت‌های بالاتری را در مقایسه با سایر پروتکل‌های اترنت صنعتی ارائه می‌دهند، ارتقاء می‌تواند در هنگام ادغام محصولات برندهای دیگر انعطاف‌پذیرتر باشد.

• اصل عملیات: PROFINET یک پروتکل مبتنی بر اترنت است که از شبکه های استاندارد TCP/IP استفاده می کند.
• ارتباط بلادرنگ: قابلیت های ارتباطی بلادرنگ با نرخ داده بالا را ارائه می دهد.
• جبرگرایی: PROFINET از ارتباطات قطعی و غیر قطعی پشتیبانی می کند و آن را برای کاربردهای مختلف انعطاف پذیر می کند.
• یکپارچه سازی: یکپارچه سازی یکپارچه با سیستم های موجود دارد و طیف وسیعی از دستگاه ها را پشتیبانی می کند.
• توپولوژی شبکه: PROFINET به توپولوژی های شبکه منعطف اجازه می دهد و امکان استقرار و مقیاس پذیری آسان را فراهم می کند.

پروتکل اشنایدر الکتریک: Modbus TCP

Modbus TCP/IP اولین پروتکل صنعتی اترنت بود که معرفی شد. اساساً ارتباطات سنتی Modbus را در یک پروتکل لایه انتقال اترنت کپسوله می کند و انتقال داده های گسسته بین دستگاه های کنترل را تسهیل می کند.

• اصل عملیات: Modbus TCP از شبکه های اترنت استاندارد برای ارتباط استفاده می کند.
• سادگی: به دلیل سادگی و سهولت اجرا شناخته شده است و آن را به یک انتخاب محبوب تبدیل کرده است.
• سازگاری: Modbus TCP با دستگاه ها و سیستم های مختلف سازگار است.
• ارتباط بلادرنگ: از ارتباطات بی‌درنگ و غیرواقعی پشتیبانی می‌کند، اما با نرخ‌های انتقال داده متوسط.

پروتکل Beckhoff: EtherCAT

EtherCAT یک پروتکل اترنت صنعتی است که برای ارتباطات بلادرنگ در پیکربندی های master/slave برای سیستم های اتوماسیون طراحی شده است. EtherCAT که به دلیل سرعت و انعطاف پذیری بالا شناخته شده است، از قالب استاندارد فریم اترنت استفاده می کند که ادغام آسان در شبکه های اترنت موجود را تسهیل می کند.

• اصل عملیات: EtherCAT یک پروتکل اترنت صنعتی است.
• ارتباطات بلادرنگ: در کاربردهای سخت و حساس به زمان برتری دارد و ارتباطات بلادرنگ را با تاخیر کم و سرعت انتقال داده بالا ارائه می دهد.
• معماری Master-Slave : EtherCAT از معماری master-slave استفاده می کند که دستگاه اصلی ارتباطات شبکه را کنترل و همگام می کند.
• مقیاس پذیری و کارایی: از دستگاه های مختلف پشتیبانی می کند و مقیاس پذیری را ارائه می دهد که امکان تبادل سریع و هماهنگ داده ها را فراهم می کند.

مقایسه اترنت صنعتی و تجاری

اترنت تجاری، اغلب اترنت استاندارد نامیده می شود. فناوری شبکه ای است که در همه جا موجود در تنظیمات اداری معمولی یافت می شود. همچنین انتقال داده و ارتباط بین دستگاه ها را تسهیل می کند. این نوع اترنت به طور خاص برای محیط‌های غیرصنعتی طراحی شده است. و بر ارائه سرعت و پهنای باند کافی برای پاسخگویی به فعالیت‌های تجاری روزانه و استفاده‌های مصرف‌کننده، مانند ارتباطات اینترنتی، اشتراک‌گذاری فایل، سرگرمی‌های چندرسانه‌ای و غیره تمرکز دارد.

در مقایسه با اترنت تجاری، اترنت صنعتی به فناوری اترنت اطلاق می‌شود که به طور خاص برای برآوردن نیازهای کاربردهای صنعتی طراحی شده است. این بر اساس اترنت سنتی بهینه شده و بهبود یافته است. تا عملیات قابل اعتماد در محیط های صنعتی را ارائه دهد. اترنت صنعتی بر مقاومت قوی در برابر دماهای شدید، ارتعاشات، رطوبت و تداخل الکترومغناطیسی تاکید دارد. این پروتکل‌های پیشرفته ارتباطی داده‌های بلادرنگ را پشتیبانی می‌کند. و از انتقال به موقع و دقیق داده اطمینان می‌دهد که در کنترل اتوماسیون و زمینه‌های نظارت بر فرآیند بسیار مهم است.

اترنت صنعتی و شباهتش با تجاری

هر دو اترنت تجاری و صنعتی از فناوری اترنت برای انتقال داده استفاده می کنند. آنها با استفاده از پروتکل های TCP/IP برای ارتباط، اصول و مفاهیم اساسی مشترکی دارند.

علاوه بر این، هر دو نوع راه حل های اتصال را با استفاده از انواع سوئیچ شبکه، روترها و کابل شبکه ارائه می دهند. با این حال، کلید در کاربرد آنها و محیط هایی است که برای آنها بهینه شده اند.

اترنت صنعتی و تفاوتش با تجاری

تمایز بین نوع صنعتی و تجاری در درجه اول در چشم اندازهای کاربرد آنها نهفته است. اترنت صنعتی جای خود را در بخش‌هایی مانند تولید، اتوماسیون، انرژی و حمل‌ونقل پیدا می‌کند، جایی که قابلیت اطمینان، ارتباطات بلادرنگ و استحکام در برابر شرایط سخت از اهمیت بالایی برخوردار است. برعکس، اترنت تجاری در محیط های اداری غالب است و نیازهای عمومی انتقال داده را بدون نیازهای سختگیرانه تنظیمات صنعتی پشتیبانی می کند.

ثبات و قابلیت اطمینان

اترنت سنتی در ابتدا برای کاربردهای صنعتی طراحی نشده بود و شرایط کاری سخت موجود در محیط های صنعتی را در نظر نمی گرفت. علاوه بر این، عملکرد ضد پارازیت اترنت (EMI) بسیار ضعیف است، و فاقد ویژگی‌های ایمنی ذاتی در هنگام استفاده در موقعیت‌های خطرناک است.

در مقابل، سخت‌افزار و زیرساخت اترنت صنعتی، از جمله سوئیچ‌های صنعتی، روترها و کابل‌ها، طوری طراحی شده‌اند که در برابر دماهای شدید، نویز الکتریکی، گرد و غبار و تنش‌های فیزیکی مقاومت کنند. این قطعات مستحکم دارای قابلیت اطمینان، قابلیت بازیابی و نگهداری خوبی هستند و تضمین می کنند که خرابی هر یک از اجزای سیستم شبکه منجر به خرابی برنامه، سیستم عامل یا شبکه نمی شود. این تضاد آشکار بر انعطاف پذیری ضروری اترنت صنعتی در تنظیمات صنعتی در مقایسه با همتای تجاری آن تاکید می کند.

ارتباطات غیرواقعی

در محیط های صنعتی، ارتباطات بلادرنگ اغلب برای فرآیندهایی مانند روباتیک، اتوماسیون یا سیستم های کنترل بسیار مهم است. اترنت صنعتی تضمین می کند که داده ها در بازه های زمانی دقیق منتقل می شوند و امکان کنترل و نظارت در زمان واقعی را فراهم می کند. در مقابل، اترنت تجاری معمولاً ارتباطات بلادرنگ را اولویت بندی نمی کند. در شبکه های اداری یا خانگی، انتقال داده ممکن است سریع باشد، اما تحویل آنی داده ها را تضمین نمی کند، که ممکن است برای اکثر برنامه های کاربردی در این تنظیمات حیاتی نباشد.

ملاحظات امنیتی

امنیت در محیط‌های صنعتی به دلیل تأثیر بالقوه حملات سایبری بر زیرساخت‌های حیاتی از اهمیت بالایی برخوردار است. پروتکل های اترنت صنعتی اغلب اقدامات امنیتی سختگیرانه ای مانند رمزگذاری، احراز هویت و کنترل دسترسی را برای محافظت در برابر دسترسی یا دستکاری غیرمجاز اجرا می کنند. امنیت در شبکه‌های اترنت تجاری نیز مهم است، اما سطح اجرای امنیت ممکن است متفاوت باشد. در تنظیمات معمولی اداری یا خانگی، اقدامات امنیتی ممکن است در مقایسه با شبکه‌های صنعتی جامع نباشد و به طور بالقوه آنها را در برابر تهدیدات سایبری آسیب‌پذیرتر کند.

استانداردها و پروتکل ها

اترنت صنعتی به استانداردها و پروتکل‌های خاص متناسب با نیازهای صنعتی مانند PROFINET، EtherNet/IP و Modbus TCP/IP پایبند است و از قابلیت همکاری بین دستگاه‌های صنعتی اطمینان می‌دهد. با این حال، پروتکل ارتباطی اصلی مورد استفاده در اترنت تجاری، پروتکل استاندارد IEEE 802.3 است که قوانین و فرمت‌های انتقال داده در اترنت را تعریف می‌کند و ارتباط روان بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را تضمین می‌کند. اما پیاده سازی و پیکربندی آن ممکن است بسته به نیازهای شبکه خاص محیط اداری متفاوت باشد.

مشکلات منبع تغذیه

در برخی از کاربردهای صنعتی، منبع تغذیه از طریق اترنت (PoE) برای تغذیه دستگاه ها از طریق کابل اترنت استفاده می شود. با این حال، در محیط‌های ناهموارتر، جایی که نیازهای برق ممکن است بیشتر یا شرایط محیطی سخت‌تر باشد، اطمینان از منبع تغذیه ثابت و قابل اعتماد از طریق گذرگاه اترنت می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. PoE همچنین در تنظیمات تجاری برای تامین انرژی دستگاه‌هایی مانند دوربین‌های IP، تلفن‌های VoIP و غیره استفاده می‌شود. با این حال، نیازهای برق و شرایط محیطی معمولاً در مقایسه با محیط‌های صنعتی قابل پیش‌بینی و مدیریت‌تر هستند.

بیشتر بدانید: POE چیست

نتیجه گیری

اترنت صنعتی و اترنت تجاری اهداف متمایزی را انجام می دهند که بر اساس نیازهای منحصر به فرد محیط مربوطه آنها دیکته می شود. در حالی که اترنت صنعتی، با اجزای تخصصی خود مانند سوئیچ صنعتی، در تنظیمات صنعتی ناهموار که قابلیت اطمینان، عملکرد و امنیت را تضمین می‌کند، پیشرفت می‌کند، اترنت تجاری همچنان گزینه‌ای است که برای نیازهای عمومی شبکه اداری انتخاب می‌شود. درک تفاوت‌های آن‌ها در انتخاب زیرساخت‌های اترنت مناسب برای برنامه‌های خاص، حصول اطمینان از عملیات بهینه و قابلیت اطمینان در دنیای به هم پیوسته امروزی، حیاتی است.