در این مقاله شبکه‌های صنعتی، معماری شبکه‌های صنعتی، پروتکل‌های صنعتی و روش‌های کنترل صنعتی بررسی می‌شوند. از مدل OSI تا توپولوژی‌ها، فیلدباس و ساختارهای ارتباطی در صنعت به‌صورت کامل و سئو‑محور توضیح داده شده است.

مقدمه

شبکه‌های صنعتی یکی از مهم‌ترین زیرساخت‌های اتوماسیون و مانیتورینگ در صنایع مدرن هستند. در گذشته انتقال اطلاعات در سیستم‌های کنترل صنعتی تنها به ارسال سیگنال از یک مرکز فرمان محدود می‌شد، اما امروز تمامی کنترل‌کننده‌ها، سنسورها، محرک‌ها و تجهیزات هوشمند باید بتوانند با یکدیگر و با مرکز کنترل ارتباط برقرار کنند. این نیاز باعث شکل‌گیری معماری شبکه‌های صنعتی، توسعه پروتکل‌های صنعتی و ایجاد روش‌های کنترل صنعتی شده است. در این مقاله، ساختار این شبکه‌ها و نقش آن‌ها در اتوماسیون بررسی می‌شود.

۱. شبکه‌های صنعتی چیست و چرا اهمیت دارند؟

شبکه‌های صنعتی مجموعه‌ای از تجهیزات، پروتکل‌ها و ساختارهای ارتباطی هستند که امکان تبادل داده بین اجزای مختلف یک فرآیند صنعتی را فراهم می‌کنند. این اجزا شامل:

سنسورها
محرک‌ها
PLCها
کنترل‌کننده‌های محلی
کامپیوترهای اتاق کنترل

هستند.

چرا شبکه‌های صنعتی ضروری‌اند؟

نیاز به تبادل سریع و دقیق داده
نیاز به مانیتورینگ لحظه‌ای
کاهش حجم کابل‌کشی
افزایش قابلیت اطمینان
امکان کنترل از راه دور
یکپارچه‌سازی سیستم‌های مختلف

۲. معماری شبکه‌های صنعتی

معماری شبکه‌های صنعتی با شبکه‌های کامپیوتری عمومی تفاوت دارد. در صنعت، سرعت، پایداری، قابلیت پیش‌بینی و تحمل خطا اهمیت بسیار بیشتری دارد.

۲.۱ مدل OSI در شبکه‌های صنعتی

مدل OSI شامل ۷ لایه است، اما در شبکه‌های صنعتی معمولاً تنها سه لایه اصلی استفاده می‌شود:

۱) لایه فیزیکی (Physical Layer)

نوع کابل
نوع سیگنال
استانداردهایی مانند RS‑۲۳۲، RS‑۴۸۵، HART

۲) لایه پیوند داده (Data Link Layer)

تشخیص خطا
کنترل جریان داده
بسته‌بندی اطلاعات

۳) لایه کاربرد (Application Layer)

مدیریت ارتباط
هماهنگی بین دستگاه‌ها
رمزنگاری و فشرده‌سازی

این ساده‌سازی باعث افزایش سرعت و کاهش پیچیدگی در محیط‌های صنعتی می‌شود.

۳. سطوح ارتباطی در شبکه‌های صنعتی

شبکه‌های صنعتی در چند سطح مختلف عمل می‌کنند:

۱) سطح خبر (Enterprise Level)

اطلاعات مدیریتی
مبتنی بر TCP/IP
بدون فرآیندهای حساس به زمان

۲) سطح ناحیه (Area Level)

کنترل ماشین‌ها
ارتباطات داخلی کارخانه

۳) سطح سلول (Cell Level)

فرآیندهای حساس به زمان
مشابه اترنت صنعتی

۴) سطح میدان (Field Level)

ارتباط سنسورها و محرک‌ها
سرعت بالا، داده‌های ساده

۵) سطح محرک (Actuator Level)

پایین‌ترین سطح
استانداردهایی مانند AS‑Interface

۴. توپولوژی شبکه‌های صنعتی

توپولوژی نحوه اتصال تجهیزات به یکدیگر را مشخص می‌کند. مهم‌ترین توپولوژی‌ها عبارت‌اند از:

۴.۱ توپولوژی Bus

ساده و ارزان
توسعه آسان
عیب‌یابی دشوار
قطع کابل = توقف شبکه

۴.۲ توپولوژی Ring

قابلیت اطمینان بالا
ادامه کار در صورت قطع یک مسیر

۴.۳ توپولوژی Star

هر ایستگاه به یک هاب مرکزی وصل می‌شود
قابلیت اطمینان بالا
نیاز به کابل‌کشی زیاد

۴.۴ توپولوژی Tree

ترکیب Bus و Star
مناسب برای ابزار دقیق نزدیک به هم

۴.۵ توپولوژی Mesh / Hybrid

قابلیت اطمینان بسیار بالا
پیچیدگی زیاد
استفاده محدود

۵. روش‌های کنترل صنعتی

روش‌های کنترل در شبکه‌های صنعتی شامل موارد زیر است:

۱) کنترل مستقیم دیجیتال (DDC)

تمام ورودی/خروجی‌ها به یک کامپیوتر مرکزی می‌روند
پردازش کامل در مرکز
مشکل: وابستگی شدید به کامپیوتر مرکزی

۲) سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS)

کنترل‌کننده‌های محلی
کاهش بار مرکز
افزایش پایداری

۳) سیستم کنترل Fieldbus

کنترل توزیع‌شده در سطح فیلد
ارتباط دیجیتال دوطرفه
کاهش کابل‌کشی

۶. پروتکل‌های صنعتی

پروتکل‌های صنعتی زبان ارتباطی تجهیزات هستند. برخی از مهم‌ترین آن‌ها:

PROFIBUS
MODBUS
CANbus
DeviceNet
Interbus
ASI
HART
LonWorks

هر پروتکل برای کاربردی خاص طراحی شده و ویژگی‌های متفاوتی دارد.

۷. فیلدباس (Fieldbus)؛ ستون فقرات ارتباطات صنعتی

فیلدباس یک پروتکل دیجیتال است که امکان ارتباط دوطرفه بین تجهیزات فیلد و سیستم کنترل را فراهم می‌کند.

مزایا

کاهش کابل‌کشی
امکان ارسال چندین نوع داده
قابلیت پیکربندی از راه دور
امکان انجام کنترل محلی
افزایش قابلیت اطمینان

توپولوژی مناسب فیلدباس

بهترین گزینه: Tree
محدودیت تعداد دستگاه‌ها در هر Segment
نیاز به Terminator با امپدانس ۱۰۰Ω

۸. نمونه‌هایی از شبکه‌های صنعتی

۸.۱ AS‑Interface (ASI)

بسیار ساده
ارزان
مناسب ورودی/خروجی‌های گسسته
سرعت بالا
محدودیت در آنالوگ

۸.۲ Interbus

مناسب ماشین‌های جوشکاری، مونتاژ و کنترل مواد
آدرس‌دهی خودکار
سرعت بالا
ضعف: قطع یک اتصال = توقف شبکه

سوالات متداول (FAQ)

شبکه‌های صنعتی چه تفاوتی با شبکه‌های کامپیوتری دارند؟

شبکه‌های صنعتی باید سریع، قابل پیش‌بینی و مقاوم در برابر نویز باشند، در حالی که شبکه‌های کامپیوتری عمومی چنین الزاماتی ندارند.

چرا فیلدباس در صنعت مهم است؟

چون کابل‌کشی را کاهش می‌دهد، کنترل محلی را ممکن می‌کند و ارتباط دیجیتال دوطرفه ارائه می‌دهد.

کدام توپولوژی برای شبکه‌های صنعتی بهتر است؟

بسته به کاربرد، اما در فیلدباس معمولاً توپولوژی Tree بهترین گزینه است.

روش‌های کنترل صنعتی شامل چه مواردی است؟

DDC، DCS و Fieldbus سه روش اصلی کنترل صنعتی هستند.

جمع‌بندی

شبکه‌های صنعتی، معماری شبکه‌های صنعتی، پروتکل‌های صنعتی و روش‌های کنترل صنعتی مجموعه‌ای از فناوری‌های حیاتی هستند که امکان اتوماسیون، مانیتورینگ و کنترل دقیق فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌کنند. در صنایع مدرن، بدون این شبکه‌ها امکان مدیریت، نظارت و کنترل کارآمد وجود نخواهد داشت.