پروتکل های ارتباطی صنعتی در محصولات یاسکاوا (2025)

در این مقاله، به بررسی پروتکل های ارتباطی صنعتی در محصولات یاسکاوا خواهیم پرداخت. یاسکاوا یکی از پیشروترین شرکت‌های تولیدکننده درایوهای الکتریکی، سروو موتورها، و ربات‌های صنعتی است که در صنایع مختلف برای بهینه‌سازی کنترل و اتوماسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای دستیابی به عملکرد بهینه و یکپارچه‌سازی تجهیزات مختلف، پروتکل‌های ارتباطی نقش کلیدی ایفا می‌کنند.

مقدمه‌ای بر پروتکل‌های ارتباطی صنعتی

در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، ارتباطات بین اجزا مانند PLC، HMI، درایوهای AC، سروو موتورها و ربات‌های صنعتی اهمیت زیادی دارد. این ارتباطات معمولاً از طریق پروتکل‌های استاندارد صنعتی برقرار می‌شود که قابلیت تبادل داده بین تجهیزات مختلف را فراهم می‌کند.

شرکت یاسکاوا برای هماهنگ‌سازی محصولات خود با دیگر تجهیزات صنعتی، از چندین پروتکل استاندارد و اختصاصی استفاده می‌کند که در ادامه به بررسی مهم‌ترین آن‌ها خواهیم پرداخت.

پروتکل Modbus

پروتکل Modbus یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های ارتباطی در دنیای اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های کنترل است. این پروتکل در ابتدا در سال ۱۹۷۹ توسط شرکت Modicon (اکنون بخشی از Schneider Electric) توسعه یافت و به‌عنوان یک استاندارد باز برای ارتباط بین تجهیزات صنعتی مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

انواع پروتکل Modbus

پروتکل Modbus در سه نوع اصلی ارائه شده است که هرکدام کاربرد خاصی دارند:

1. Modbus RTU (Remote Terminal Unit)

محبوب‌ترین نسخه Modbus که بر روی RS-232 یا RS-485 اجرا می‌شود. از روش Binary Encoding برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کند که باعث افزایش سرعت و کاهش حجم پیام‌ها می‌شود. برای ارتباطات Master-Slave استفاده می‌شود؛ یعنی یک دستگاه مستر با چندین دستگاه اسلیو ارتباط برقرار می‌کند. همچنین دارای Checksum CRC برای تشخیص خطا در انتقال داده‌ها است.

2. Modbus ASCII

این پروتکل مشابه Modbus RTU است، اما از کدگذاری ASCII بهره می‌برد. به جای CRC، از LRC (Longitudinal Redundancy Check) برای تشخیص خطا استفاده می‌کند. نسبت به Modbus RTU کندتر است، اما خوانایی بیشتری دارد. معمولاً در کاربردهای خاص که نیاز به ارتباط از راه دور دارند، استفاده می‌شود.

3. Modbus TCP/IP

نسخه‌ای از Modbus که از پروتکل TCP/IP برای ارتباط در شبکه‌های Ethernet بهره می‌برد. برخلاف نسخه‌های RTU و ASCII، نیازی به آدرس‌دهی فیزیکی دستگاه‌ها ندارد. به جای استفاده از CRC یا LRC، از کنترل خطای TCP/IP استفاده می‌کند. همچنین امکان اتصال به سیستم‌های مبتنی بر اینترنت و رایانش ابری را فراهم می‌کند.

ساختار پیام در Modbus

ساختار پیام‌های Modbus بسته به نوع ارتباط مورد استفاده (RTU، ASCII، یا TCP) ممکن است متفاوت باشد، اما به طور کلی شامل بخش‌های زیر است:

قالب پیام در Modbus RTU

قالب پیام در Modbus TCP

کدهای عملکرد در Modbus

Modbus دارای مجموعه‌ای از Function Codes (کدهای عملکرد) است که مشخص می‌کنند مستر چه نوع درخواستی به اسلیو ارسال می‌کند. برخی از کدهای مهم عبارتند از:

مزایا و معایب Modbus

مزایا

• سادگی و پیاده‌سازی آسان: ساختار ساده و حداقل نیاز به پردازش داده.
• پشتیبانی گسترده: در بیشتر PLCها، سیستم‌های SCADA و تجهیزات صنعتی پشتیبانی می‌شود.
• انعطاف‌پذیری در رسانه انتقال: پشتیبانی از RS-232، RS-485 و TCP/IP.
• پروتکل متن‌باز: بدون هزینه لایسنس و به‌راحتی قابل پیاده‌سازی.

معایب

• عدم پشتیبانی از امنیت داخلی: فاقد رمزنگاری و احراز هویت قوی، که در شبکه‌های صنعتی حساس ممکن است مشکل‌ساز شود.
• محدودیت در سرعت ارتباطی: نسخه RTU و ASCII در مقایسه با پروتکل‌های مدرن مانند EtherCAT یا Profinet کندتر هستند.
• ساختار Master-Slave: در Modbus RTU و ASCII، فقط مستر می‌تواند درخواست ارسال کند، که ممکن است محدودیت‌هایی ایجاد کند.

کاربردهای Modbus

پروتکل Modbus در طیف وسیعی از صنایع و تجهیزات استفاده می‌شود، از جمله:

• اتوماسیون صنعتی: کنترل فرآیندهای تولیدی در کارخانه‌ها و صنایع
• سیستم‌های SCADA: مانیتورینگ و کنترل تجهیزات از راه دور
• سیستم‌های مدیریت انرژی: پایش و کنترل مصرف انرژی در نیروگاه‌ها و شبکه‌های توزیع
• ساختمان‌های هوشمند: کنترل سیستم‌های تهویه، نورپردازی و امنیت
• سیستم‌های اندازه‌گیری و سنسورها: دریافت داده از حسگرها و دستگاه‌های اندازه‌گیری

پروتکل MECHATROLINK

این پروتکل یک پروتکل ارتباطی صنعتی با عملکرد بالا است که برای کنترل سروو موتور‌ها، اینورترها، سنسورها و تجهیزات اتوماسیون صنعتی طراحی شده است. این پروتکل در ابتدا توسط شرکت Yaskawa Electric Corporation توسعه یافت و اکنون تحت نظارت سازمان MECHATROLINK Members Association (MMA) مدیریت می‌شود.

انواع پروتکل MECHATROLINK

MECHATROLINK در دو نسخه اصلی ارائه شده است:

MECHATROLINK-II

• از پروتکل RS-485 برای انتقال داده استفاده می‌کند
• سرعت انتقال داده بین ۲.۵ تا ۱۰ مگابیت بر ثانیه است
• پشتیبانی از حداکثر ۳۰ نود (دستگاه) در یک شبکه
• دارای تأخیر پایین برای کنترل دقیق سرووها و سیستم‌های حرکتی
• قابلیت پیکربندی داده‌های ارسال‌شده بر اساس نیاز کاربر

MECHATROLINK-III

• بر پایه Ethernet صنعتی (با کابل Cat5e/Cat6) کار می‌کند
• سرعت ارتباطی ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه (Full Duplex)
• پشتیبانی از حداکثر ۶۲ نود (دستگاه) در یک شبکه
• استفاده از ساختار Daisy Chain یا Ring برای افزایش انعطاف‌پذیری
• تأخیر بسیار کم (در حد چند میکروثانیه) برای کنترل بلادرنگ دقیق
• امکان ترکیب PLC، HMI، سروو موتورها و سنسورها در یک شبکه یکپارچه

معماری و ساختار ارتباطی در MECHATROLINK

MECHATROLINK یک پروتکل Master-Slave است، به این معنی که یک دستگاه Master (مانند یک کنترلر حرکت یا PLC) مسئول ارسال دستورات و هماهنگی داده‌ها بین دستگاه‌های Slave (مانند درایوهای سروو، اینورترها و ورودی/خروجی‌ها) است.

• MECHATROLINK-II: ارتباط از طریق RS-485 با توپولوژی خطی (Daisy Chain)
• MECHATROLINK-III: مبتنی بر Ethernet صنعتی با توپولوژی حلقه (Ring) یا زنجیره‌ای برای افزایش قابلیت اطمینان

چرخه زمانی (Cyclic Communication) در MECHATROLINK

یکی از ویژگی‌های مهم MECHATROLINK استفاده از ارتباطات چرخه‌ای (Cyclic Communication) است که باعث می‌شود داده‌ها در فواصل زمانی ثابت و قابل پیش‌بینی بین مستر و اسلیوها تبادل شوند.

• چرخه زمانی قابل تنظیم (۰.۲۵ تا ۸ میلی‌ثانیه) برای کاهش تأخیر در سیستم‌های کنترل حرکت.
• قابلیت ارسال داده‌های هم‌زمان و غیرهم‌زمان برای افزایش کارایی.
• کاهش بار پردازشی در مستر و بهبود زمان پاسخگویی سیستم.

ساختار پیام در MECHATROLINK

ساختار پیام‌های MECHATROLINK بر اساس بسته‌های Cyclic Data Exchange و Message Communications تعریف می‌شود.

قالب پیام در MECHATROLINK-II

قالب پیام در MECHATROLINK-III

مزایا و معایب MECHATROLINK

مزایای MECHATROLINK

• ارتباط بلادرنگ با تأخیر پایین: مناسب برای کنترل دقیق حرکت و اتوماسیون پیشرفته
• ساختار شبکه‌ای انعطاف‌پذیر: پشتیبانی از RS-485 (برای نسخه II) و Ethernet (برای نسخه III)
• قابلیت اتصال تعداد زیادی دستگاه: تا ۳۰ نود در MECHATROLINK-II و ۶۲ نود در MECHATROLINK-III
• پشتیبانی از ارتباطات چرخه‌ای و غیرهم‌زمان برای تبادل داده‌های بلادرنگ و تنظیمات داینامیک
• افزایش دقت و پایداری در سیستم‌های سروو و درایو موتور

معایب MECHATROLINK

• کمتر رایج بودن نسبت به پروتکل‌های دیگر مانند EtherCAT و PROFINET
• وابستگی به تجهیزات Yaskawa و برخی سازندگان خاص
• پیچیدگی در پیکربندی اولیه در مقایسه با پروتکل‌های ساده‌تر مانند Modbus

کاربردهای MECHATROLINK

پروتکل MECHATROLINK در سیستم‌های کنترل حرکت پیشرفته و اتوماسیون صنعتی به کار می‌رود. برخی از کاربردهای آن عبارتند از:

• رباتیک صنعتی: کنترل سروو موتورها و هماهنگی حرکتی دقیق
• ماشین‌آلات CNC: کنترل سرعت، موقعیت و مسیر ابزارهای برش و فرز
• اتوماسیون کارخانه‌ای: هماهنگی عملکرد درایوهای سروو، سنسورها و کنترلرهای PLC
• سیستم‌های مونتاژ خودکار: کنترل روبات‌ها و بازوهای مکانیکی در خطوط تولید
• صنایع نیمه‌هادی و تولید الکترونیک: کنترل حرکت در دستگاه‌های دقیق تولیدی

مقایسه MECHATROLINK با سایر پروتکل‌ها

پروتکل PROFINET

پروتکل PROFINET یکی از پیشرفته‌ترین پروتکل‌های ارتباطی صنعتی مبتنی بر Ethernet است که برای اتوماسیون کارخانه‌ای، کنترل حرکت، پردازش داده‌های سنسورها و مدیریت تجهیزات صنعتی طراحی شده است.

این پروتکل توسط سازمان PROFIBUS & PROFINET International (PI) توسعه یافته و جایگزین PROFIBUS شده است. PROFINET با فراهم کردن ارتباطات بلادرنگ (Real-Time Communication – RTC)، یکپارچگی با IT صنعتی و امنیت بالا، به یکی از استانداردهای اصلی در صنایع خودکار، رباتیک و کارخانه‌های هوشمند تبدیل شده است.

در این مقاله، به بررسی ساختار PROFINET، انواع آن، مزایا و معایب، نحوه عملکرد و مقایسه آن با سایر پروتکل‌های صنعتی خواهیم پرداخت.

انواع پروتکل PROFINET

پروتکل PROFINET به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود که هر یک برای کاربردهای خاصی در نظر گرفته شده‌اند:

1. PROFINET RT (Real-Time)

• ارتباطات بلادرنگ برای کنترل استاندارد اتوماسیون صنعتی
• تأخیر کمتر از ۱۰ میلی‌ثانیه
• جایگزینی مناسب برای PROFIBUS DP
• کاربرد در PLCها، HMIها و اینورترها

2. PROFINET IRT (Isochronous Real-Time)

• ارتباطات فوق سریع برای کنترل حرکت و سروو موتورهای دقیق
• تأخیر کمتر از ۱ میلی‌ثانیه
• استفاده از سوئیچ‌های سخت‌افزاری اختصاصی برای کاهش تأخیر
• مناسب برای رباتیک، CNC و سیستم‌های با دقت بالا

3. PROFINET IO (Input/Output Communication)

• استانداردی برای مدیریت ورودی‌ها و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ در شبکه‌های صنعتی
• امکان اتصال سنسورها، محرک‌ها و ماژول‌های I/O به PLCها.
• پشتیبانی از تشخیص خطا و عیب‌یابی آنلاین

معماری و نحوه عملکرد PROFINET

PROFINET بر اساس مدل مرجع OSI طراحی شده و از TCP/IP و Ethernet صنعتی برای ارتباطات خود استفاده می‌کند.

ساختار ارتباطی PROFINET

• لایه فیزیکی: مبتنی بر Ethernet استاندارد (کابل‌های Cat5e/Cat6)
• مدل ارتباطی: دارای دو حالت ارتباطی Master-Slave و Peer-to-Peer
• پروتکل‌های انتقال داده: استفاده از UDP/IP و Real-Time Ethernet برای کاهش تأخیر

اجزای اصلی در PROFINET

ساختار پیام و پروتکل‌های PROFINET

PROFINET از ترکیب Ethernet استاندارد، پروتکل‌های UDP/IP و مکانیسم‌های Real-Time برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده می‌کند.

قالب پیام در PROFINET RT

قالب پیام در PROFINET IRT

PROFINET IRT از یک مکانیسم زمان‌بندی سخت‌افزاری برای کاهش تأخیر و اطمینان از هم‌زمانی پیام‌ها استفاده می‌کند. در این روش، بسته‌های IRT دارای زمان‌بندی ثابت بوده و بسته‌های استاندارد TCP/IP در فضای باقی‌مانده شبکه ارسال می‌شوند.

مزایا و معایب PROFINET

مزایای PROFINET

• سرعت بالا و تأخیر پایین: PROFINET IRT قابلیت کنترل بلادرنگ در حد میکروثانیه را فراهم می‌کند.
• یکپارچگی با شبکه‌های IT: امکان ادغام با شبکه‌های TCP/IP و اینترنت صنعتی.
• پشتیبانی از تعداد زیادی دستگاه: اتصال هزاران نود در یک شبکه بدون کاهش عملکرد.
• عیب‌یابی و مانیتورینگ پیشرفته: تشخیص خطاها و پشتیبانی از SNMP، LLDP و VLAN.
• انعطاف‌پذیری در توپولوژی: امکان استفاده از خطی، حلقه‌ای و ستاره‌ای.
• امنیت بالا: پشتیبانی از TLS، IPsec و مکانیسم‌های احراز هویت برای جلوگیری از حملات سایبری.

معایب PROFINET

• پیچیدگی در پیاده‌سازی: نیاز به دانش فنی بالا و پیکربندی دقیق شبکه
• هزینه سخت‌افزار بالا: تجهیزات PROFINET (مانند سوئیچ‌های صنعتی و IO-Devices) گران‌تر از پروتکل‌های ساده‌تر مانند Modbus TCP هستند
• نیاز به سوئیچ‌های صنعتی اختصاصی برای PROFINET IRT

مقایسه PROFINET با سایر پروتکل‌ها

کاربردهای PROFINET

این پروتکل در صنایع مختلفی به کار گرفته می‌شود، از جمله:

• رباتیک صنعتی: هماهنگی دقیق بین بازوهای رباتیک و سروو موتورها
• سیستم‌های CNC: کنترل حرکت دقیق ماشین‌آلات صنعتی
• اتوماسیون کارخانه‌ای: مانیتورینگ و کنترل ماشین‌آلات تولیدی
• صنایع خودروسازی: یکپارچه‌سازی خطوط تولید مدرن
• سیستم‌های IoT صنعتی: تبادل داده‌های سنسورها در شبکه‌های هوشمند

پروتکل EtherCAT

یک پروتکل صنعتی بلادرنگ (Real-Time Industrial Ethernet) است که برای کنترل حرکت، سیستم‌های CNC، رباتیک، پردازش داده‌های سنسورها و اتوماسیون کارخانه‌ای توسعه یافته است.

این پروتکل توسط شرکت Beckhoff Automation طراحی شد و اکنون تحت نظارت سازمان EtherCAT Technology Group (ETG) قرار دارد. EtherCAT از فریم‌های Ethernet استاندارد استفاده می‌کند اما از یک مکانیسم پردازش منحصر‌به‌فرد داده‌ها در حین عبور (Processing on the fly) بهره می‌برد که باعث کاهش تأخیر به حد میکروثانیه و افزایش بهره‌وری شبکه می‌شود.

در این مقاله، به بررسی ساختار EtherCAT، نحوه عملکرد، مزایا و معایب، مقایسه آن با سایر پروتکل‌های صنعتی و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

معماری و نحوه عملکرد EtherCAT

اصول کاری EtherCAT

برخلاف سایر پروتکل‌های مبتنی بر Ethernet صنعتی که از روش‌های استاندارد TCP/IP استفاده می‌کنند، EtherCAT از یک روش نوآورانه برای پردازش داده‌ها در حین عبور از دستگاه‌ها استفاده می‌کند.

ساختار Master-Slave:

• در این معماری، یک دستگاه Master (مانند یک PLC یا کامپیوتر صنعتی) مسئول مدیریت ارتباطات است
• دستگاه‌های Slave (مانند سروو درایوها، I/Oها، سنسورها و محرک‌ها) تنها زمانی که داده به آنها می‌رسد، اطلاعات را پردازش کرده و بدون تأخیر اضافی، آن را به دستگاه بعدی ارسال می‌کنند

روش پردازش داده در حین عبور:

• در پروتکل‌های سنتی، هر نود (Slave) باید یک پیام را دریافت کرده، پردازش کند و سپس پاسخ را ارسال کند
• در EtherCAT، فریم داده‌ها از تمام دستگاه‌های Slave عبور می‌کند و هر نود فقط بخش مربوط به خودش را پردازش کرده و داده جدید را در همان فریم جایگزین می‌کند، بدون نیاز به تأخیر اضافی

ارتباط بدون استفاده از TCP/IP:

• EtherCAT از لایه Data Link (MAC Layer) در Ethernet استفاده کرده و نیازی به لایه‌های بالاتر (TCP/IP) ندارد که باعث کاهش تأخیر شبکه و افزایش سرعت پردازش می‌شود.

توپولوژی‌های EtherCAT

EtherCAT از توپولوژی‌های متنوعی پشتیبانی می‌کند، از جمله:

• خطی (Daisy Chain): ساده‌ترین و متداول‌ترین توپولوژی
• حلقه‌ای (Ring): برای افزایش افزونگی (Redundancy) و جلوگیری از قطع ارتباط در صورت خرابی یک دستگاه
• ستاره‌ای (Star) و درختی (Tree): برای انعطاف‌پذیری بیشتر در ارتباطات

ساختار فریم‌های EtherCAT

پروتکل EtherCAT از فریم‌های استاندارد Ethernet برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کند، اما ساختار آن بسیار کارآمدتر از سایر پروتکل‌های صنعتی است.

قالب پیام EtherCAT

ویژگی کلیدی: هر بسته می‌تواند داده‌های چندین نود را در یک فریم واحد جای دهد که باعث کاهش مصرف پهنای باند و تأخیر شبکه می‌شود.

مزایا و معایب EtherCAT

مزایای EtherCAT

• سرعت بسیار بالا: پردازش داده در حد میکروثانیه با نرخ تأخیر کمتر از ۱۰۰ نانوثانیه بین نودها
  حداکثر بهره‌وری از پهنای باند Ethernet: استفاده از حداکثر ۹۰٪ پهنای باند شبکه، در حالی که سایر پروتکل‌ها معمولاً زیر ۵۰٪ بهره می‌برند
• عدم نیاز به سوئیچ‌های Ethernet صنعتی: کاهش هزینه‌های سخت‌افزاری و نصب آسان
• زمان‌بندی دقیق و همگام‌سازی نودها: استفاده از Distributed Clocks (DC) برای همگام‌سازی سنسورها و سروو موتورها با دقت نانوثانیه
• افزونگی (Redundancy) و تشخیص خطا: در توپولوژی حلقه‌ای (Ring)، در صورت خرابی یک مسیر، ارتباط از مسیر دیگر ادامه پیدا می‌کند
• سازگاری با پروتکل‌های دیگر: امکان ارتباط با PROFINET، Modbus TCP و سایر پروتکل‌های صنعتی

معایب EtherCAT

• وابستگی به سخت‌افزار خاص: برای عملکرد IRT (Isynchronous Real-Time) نیاز به چیپ‌های اختصاصی EtherCAT در دستگاه‌های Slave است.
• پیچیدگی در پیاده‌سازی: نیاز به پیکربندی دقیق و دانش فنی بالا در تنظیمات Master و Slave.
• عدم سازگاری کامل با Ethernet استاندارد: اگرچه از Ethernet استفاده می‌کند، اما نمی‌توان آن را مستقیماً با TCP/IP ترکیب کرد.

مقایسه EtherCAT با سایر پروتکل‌های صنعتی

کاربردهای EtherCAT

پروتکل EtherCAT در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• رباتیک صنعتی: کنترل سریع و دقیق بازوهای رباتیک و سروو موتورها.
• ماشین‌آلات CNC: تنظیم موقعیت و سرعت ابزارهای برش و فرز با دقت بالا
• سیستم‌های مانیتورینگ صنعتی: پردازش بلادرنگ داده‌های سنسورها
• صنایع خودروسازی: هماهنگی دقیق تجهیزات تولیدی و ربات‌های مونتاژ
• سیستم‌های IoT صنعتی: پردازش داده‌های بلادرنگ در کارخانه‌های هوشمند

پروتکل DeviceNet

DeviceNet یکی از پروتکل‌های صنعتی مبتنی بر CAN (Controller Area Network) است که برای ارتباط بین سنسورها، اکچویتورها، کنترلرها و سایر تجهیزات صنعتی طراحی شده است. این پروتکل توسط شرکت Rockwell Automation توسعه داده شد و اکنون تحت نظارت ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) قرار دارد.

معماری و نحوه عملکرد DeviceNet

مدل ارتباطی DeviceNet

DeviceNet از مدل ارتباطی Master-Slave یا Peer-to-Peer استفاده می‌کند، جایی که:

• Master (مدیر): معمولاً یک PLC یا کنترلر صنعتی است که مسئول مدیریت داده‌ها و ارسال دستورات به دستگاه‌های Slave است.
• Slave (تابع): شامل سنسورها، درایوها، ماژول‌های I/O و تجهیزات دیگر است که داده‌های خود را به Master ارسال می‌کنند.

این پروتکل از لایه فیزیکی و پروتکل ارتباطی CAN بهره می‌برد که باعث کاهش تأخیر و افزایش قابلیت اطمینان در محیط‌های صنعتی می‌شود.

لایه‌های پروتکل DeviceNet

DeviceNet از سه لایه اصلی در مدل OSI استفاده می‌کند:

• لایه فیزیکی: مبتنی بر استاندارد CAN با دو زوج سیم (داده و تغذیه).
• لایه Data Link: استفاده از پروتکل CAN برای ارسال و دریافت داده‌ها.
• لایه Application: تعریف قوانین و ساختار پیام‌ها برای ارتباط بین دستگاه‌ها.

توپولوژی‌های شبکه DeviceNet

DeviceNet از توپولوژی‌های مختلفی پشتیبانی می‌کند:

• خطی (Daisy Chain) – پرکاربردترین روش
• درختی (Tree) – انعطاف‌پذیری بیشتر برای اضافه کردن نودها
• ستاره‌ای (Star) – کمتر رایج اما مناسب برای شبکه‌های گسترده

ساختار پیام و پروتکل‌های DeviceNet

انواع پیام‌های DeviceNet

قالب پیام در DeviceNet

DeviceNet از قالب پیام استاندارد CAN استفاده می‌کند که شامل موارد زیر است:

مزایا و معایب DeviceNet

مزایای DeviceNet

کاهش هزینه‌های سیم‌کشی: امکان ارسال تغذیه و داده از طریق یک کابل واحد
قابلیت اطمینان بالا: استفاده از پروتکل CAN که به دلیل مکانیسم تشخیص و اصلاح خطا، بسیار پایدار است
انعطاف‌پذیری در ارتباطات: پشتیبانی از ارتباطات Master-Slave و Peer-to-Peer
پشتیبانی از مدیریت انرژی: امکان خاموش کردن بخش‌هایی از شبکه برای صرفه‌جویی در مصرف برق
سازگاری با سایر پروتکل‌های ODVA: امکان اتصال به Ethernet/IP و ControlNet

معایب DeviceNet

• محدودیت در طول کابل: حداکثر طول کابل ۵۰۰ متر (با سرعت ۱۲۵ kbps)، که برای برخی صنایع چالش ایجاد می‌کند.
• پهنای باند کم: سرعت ۵۰۰ kbps در مقایسه با پروتکل‌های مبتنی بر Ethernet، پایین است.
• پیچیدگی در پیکربندی: نیاز به تنظیم دقیق پارامترهای شبکه برای عملکرد بهینه.
• حساسیت به نویز الکترومغناطیسی (EMI): در محیط‌های صنعتی پرتراکم، ممکن است مشکلات نویزی ایجاد شود.

مقایسه DeviceNet با سایر پروتکل‌های صنعتی

کاربردهای DeviceNet

پروتکل DeviceNet در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• اتوماسیون صنعتی: ارتباط سریع و قابل اعتماد بین سنسورها، محرک‌ها و PLCها
• ماشین‌آلات تولیدی: کنترل تجهیزات مانند موتورهای الکتریکی و درایوهای صنعتی
• صنایع خودروسازی: یکپارچه‌سازی ربات‌های تولیدی و تجهیزات مونتاژ
• سیستم‌های حمل‌ونقل: کنترل و نظارت بر تجهیزات الکترونیکی و مکانیکی
• سیستم‌های انرژی و برق: مدیریت تجهیزات شبکه‌های برق صنعتی

پروتکل EtherNet/IP

EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) یکی از پروتکل‌های صنعتی پرکاربرد و استاندارد جهانی برای ارتباطات بلادرنگ در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است. این پروتکل توسط Rockwell Automation توسعه داده شده و اکنون تحت مدیریت ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) قرار دارد.

EtherNet/IP از لایه‌های استاندارد Ethernet و مدل TCP/IP برای ارتباط بین کنترلرها، سنسورها، اکچویتورها و تجهیزات صنعتی استفاده می‌کند و مبتنی بر CIP (Common Industrial Protocol) است. در این مقاله، به بررسی ساختار، عملکرد، مزایا و معایب، مقایسه با سایر پروتکل‌های صنعتی و کاربردهای EtherNet/IP خواهیم پرداخت.

معماری و نحوه عملکرد EtherNet/IP

مدل ارتباطی EtherNet/IP

• EtherNet/IP از مدل Client-Server (Master-Slave) و Publisher-Subscriber پشتیبانی می‌کند، که باعث انعطاف‌پذیری بالا در ارتباطات صنعتی می‌شود.
• Client-Server (Master-Slave): کنترلر (مانند PLC یا PAC) به عنوان Master (Client) عمل کرده و داده‌ها را از دستگاه‌های Slave (مانند سنسورها، درایوها و ماژول‌های I/O) درخواست می‌کند.
• Publisher-Subscriber: داده‌ها به‌صورت بلادرنگ منتشر شده و دستگاه‌های مختلف می‌توانند هم‌زمان آن را دریافت کنند. این روش برای کنترل‌های حساس به زمان مانند سروو درایوها بسیار مفید است.

لایه‌های پروتکل EtherNet/IP

EtherNet/IP از لایه‌های استاندارد TCP/IP و Ethernet استفاده می‌کند و مدل آن شامل موارد زیر است:

پروتکل CIP (Common Industrial Protocol)

پروتکل CIP هسته اصلی EtherNet/IP است که ساختار پیام‌ها و مدل ارتباطی دستگاه‌های صنعتی را تعریف می‌کند.

ویژگی‌های CIP

• مدل شیءگرا (Object-Oriented Model): دستگاه‌ها به‌صورت Object تعریف می‌شوند که دارای ویژگی‌ها، دستورات و رویدادها هستند
• ارتباط بلادرنگ (Real-Time Communication): از UDP برای ارتباط سریع و TCP برای انتقال داده‌های دقیق استفاده می‌کند
• پشتیبانی از دستگاه‌های متنوع: امکان اتصال سنسورها، سروو موتورها، HMI، ربات‌ها و PLCها به یک شبکه واحد

ساختار پیام و فریم‌های EtherNet/IP

قالب پیام در EtherNet/IP

هر پیام شامل بخش‌های زیر است:

انواع پیام‌ها در EtherNet/IP

مزایا و معایب EtherNet/IP

مزایای EtherNet/IP

• پشتیبانی از استاندارد Ethernet: به راحتی روی بسترهای شبکه استاندارد قابل پیاده‌سازی است
• سرعت بالا و تأخیر کم: استفاده از UDP برای انتقال بلادرنگ داده‌ها
• مقیاس‌پذیری بالا: امکان اتصال هزاران دستگاه به یک شبکه واحد
• امنیت و قابلیت اطمینان بالا: پشتیبانی از فایروال‌ها، VLAN و پروتکل‌های امنیتی مانند TLS
• یکپارچگی با سایر پروتکل‌های صنعتی: امکان ارتباط با DeviceNet و ControlNet

معایب EtherNet/IP

• پیچیدگی در پیاده‌سازی: نیاز به مدیریت صحیح آدرس‌های IP و تنظیمات شبکه
• نیاز به سخت‌افزارهای قوی‌تر: برخی دستگاه‌های قدیمی توانایی پردازش سریع داده‌ها را ندارند
• هزینه بالاتر نسبت به فیلدباس‌های سنتی: تجهیزات مبتنی بر Ethernet معمولاً گران‌تر از DeviceNet یا Modbus RTU هستند

مقایسه EtherNet/IP با سایر پروتکل‌های صنعتی

کاربردهای EtherNet/IP

پروتکل EtherNet/IP در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• اتوماسیون کارخانه‌ای: ارتباط بین PLCها، ربات‌ها، سنسورها و درایوهای موتوری
• صنایع خودروسازی: کنترل خط تولید و سیستم‌های تست کیفیت
• سیستم‌های کنترل حرکت (Motion Control): هماهنگی بین سروو موتورها و کنترلرها
• سیستم‌های مانیتورینگ و HMI: انتقال سریع داده‌ها به سیستم‌های نظارت و کنترل
• اتوماسیون انرژی و شبکه‌های برق: مدیریت تجهیزات توزیع و تولید برق

پروتکل CC-Link

CC-Link (Control & Communication Link) یک پروتکل صنعتی باز و پرکاربرد است که توسط Mitsubishi Electric توسعه داده شده و اکنون تحت مدیریت CLPA (CC-Link Partner Association) قرار دارد. این پروتکل برای ارتباطات سریع و هماهنگ در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی به کار می‌رود و در آسیا، اروپا و آمریکا به‌طور گسترده استفاده می‌شود.

CC-Link دارای چندین نسخه، از جمله CC-Link، CC-Link IE، CC-Link Safety و CC-Link LT است که هرکدام برای کاربردهای خاصی در صنایع مختلف طراحی شده‌اند. در این مقاله، به بررسی معماری، عملکرد، مزایا و معایب، مقایسه با سایر پروتکل‌های صنعتی و کاربردهای CC-Link خواهیم پرداخت.

معماری و نحوه عملکرد CC-Link

مدل ارتباطی CC-Link

CC-Link از مدل ارتباطی Master-Slave استفاده می‌کند که در آن:

• Master (مدیر): معمولاً یک PLC یا کنترلر صنعتی است که مسئول مدیریت ارتباطات و ارسال داده‌ها به تجهیزات دیگر است.
• Slave (تابع): شامل سنسورها، درایوهای موتور، ربات‌ها و ماژول‌های I/O است که داده‌ها را دریافت کرده و در صورت نیاز به Master ارسال می‌کنند.

در نسخه‌های جدید مانند CC-Link IE (Industrial Ethernet) از مدل ارتباطی Full-Duplex و Peer-to-Peer نیز پشتیبانی می‌شود که باعث کاهش تأخیر و افزایش عملکرد سیستم می‌شود.

نسخه‌های مختلف CC-Link

ساختار پیام و فریم‌های CC-Link

قالب پیام در CC-Link

هر پیام در CC-Link شامل فیلدهای زیر است:

روش‌های ارسال داده در CC-Link

مزایا و معایب CC-Link

مزایای CC-Link

• سرعت بالا و زمان پاسخ‌گویی کم: در نسخه CC-Link IE سرعت انتقال داده‌ها ۱ گیگابیت بر ثانیه است که برای کاربردهای حساس مانند کنترل حرکت و رباتیک ایده‌آل است.
• مقیاس‌پذیری بالا: امکان اتصال تا ۶۴ نود در نسخه فیلدباس و بیش از ۱۰۰۰ نود در نسخه‌های مبتنی بر Ethernet.
• پایداری و قابلیت اطمینان بالا: پروتکل دارای مکانیسم‌های تشخیص خطا و تصحیح داده‌ها است که در محیط‌های صنعتی باعث کاهش تأثیر نویز الکترومغناطیسی (EMI) می‌شود.
• پشتیبانی از ارتباط ایمن (CC-Link Safety): مناسب برای سیستم‌های ایمنی صنعتی و استانداردهای SIL.
• یکپارچگی با سیستم‌های Mitsubishi: اگر از تجهیزات Mitsubishi Electric استفاده می‌کنید، CC-Link بهترین گزینه برای یکپارچه‌سازی سیستم است.

معایب CC-Link

• وابستگی به Mitsubishi: اگرچه یک پروتکل باز است، اما بهترین عملکرد را در سیستم‌های Mitsubishi دارد و ممکن است با تجهیزات سایر برندها سازگاری کامل نداشته باشد.
• پیچیدگی در پیاده‌سازی: تنظیمات اولیه CC-Link نیاز به پیکربندی دقیق و دانش فنی بالا دارد.
• هزینه سخت‌افزار نسبتاً بالا: تجهیزات CC-Link IE نسبت به برخی پروتکل‌های دیگر گران‌تر هستند.

مقایسه CC-Link با سایر پروتکل‌های صنعتی

کاربردهای CC-Link

• اتوماسیون صنعتی: کنترل و نظارت بر خطوط تولید، ماشین‌آلات و تجهیزات اتوماسیون.
• رباتیک: ارتباط سریع و هماهنگ بین کنترلرهای ربات و سنسورها.
• سیستم‌های کنترل حرکت (Motion Control): مناسب برای سروو موتورها و درایوهای پرسرعت.
• صنایع خودروسازی: کنترل دستگاه‌های جوشکاری، مونتاژ و تست کیفیت.
• صنایع غذایی و دارویی: نظارت دقیق بر ماشین‌آلات بسته‌بندی و تولید.

مقاله پیشنهادی: اینورترهای یاسکاوا چگونه باعث کاهش مصرف انرژی در صنایع می‌شوند؟

نتیجه‌گیری

پروتکل‌های ارتباطی در محصولات یاسکاوا به کاربران این امکان را می‌دهند تا به مدیریت، کنترل و هماهنگ‌سازی تجهیزات صنعتی بپردازند زیرا هر پروتکل دارای ویژگی‌های خاص خود است و به همین دلیل بسته به نوع سیستم، سرعت مورد نیاز و میزان داده‌های تبادلی، می‌توان از پروتکل مناسب استفاده کرد بنابراین اگر در زمینه انتخاب پروتکل مناسب برای تجهیزات یاسکاوا نیاز به مشاوره دارید، می‌توانید نه‌تنها با متخصصان اتوماسیون صنعتی مشورت کنید.