اترنت (Ethernet) به دلیل قابل اعتماد بودن و همچنین عملکرد و قابلیت همکاری ذاتی آن، به‌عنوان پروتکل ارتباطی منتخب برای سامانه‌های اتوماسیون و نظارت، برای خود جایگاهی در کارخانه‌ها پیدا کرده استبه همین دلیل در این مقاله به بررسی این موضوعمی‌پردازیم که اترنت صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟
امسال، اترنت صنعتی، سهم بازار را از پروتکل‌های فیلدباس سنتی که عموماً نیازمند چندین تأسیسات کابل‌کشی تقسیم‌شده و اختصاصی بودند، از آن خود نمود.

حتما بخوانید: آموزش صفر تا صد مفاهیم شبکه اترنت Ethernet

فهرست: 

• چهار بازیگر اصلی The Big Four

• ویژگی‌های اتصالات کابل

• مشخصات اتصالات مورد استفاده در اترنت صنعتی
• ویژگی های اتصالات M12 در اترنت صنعتی

چهار بازیگر اصلی The Big Four

برای پاسخ به این سوال که اترنت صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟ ابتدا باید بدانیم که ارتباطات صنعتی در سه سطح مسیریابی، کنترل و سنسور انجام می‌گیرند. هر کدام از این سطوح، نیازمند سطوح مختلف انتقال هم‌زمان اطلاعات، تشخیص تلاقی و تعیین کردن (اساساً باید از قبل مسیر بین دو گره تعیین شود) هستند.
با وجود آنکه پروتکل‌های اترنت صنعتی مختلفی برای پشتیبانی از انواع ملزومات ارتباطی در کارخانه‌ها وجود دارد؛ اما چهار بازیگر اصلی در این میان شایان توجه هستند که عبارتند از:

1. Modbus TCP/IP
2.  EtherCat
3. EtherNet/IP
4.  Profinet

پروتکل Modbus TCP/IP

پروتکل Modbus TCP/IP اولین پروتکل اترنت صنعتی معرفی‌ شده است و اساساً نوعی ارتباط Modbus سنتی محسوب می‌شود که در پروتکل لایه‌ی انتقال اترنت برای انتقال داده‌های مجزا بین دستگاه‌های کنترلی فشرده شده است.
از یک ارتباط ساده‌ی Slave-Master استفاده می‌کند و در این ارتباط، گره «Slave» بدون درخواست گره «Master»، داده را مخابره نمی‌کند؛ اما این پروتکل، یک پروتکل هم‌زمان تلقی نمی‌شود.

پروتکل EtherCAT

پروتکل EtherCAT ‌که در سال 2003 معرفی شد، یک پروتکل اترنت صنعتی است که ارتباط هم‌زمان را با پیکربندی Slave/Master برای سیستم‌های اتوماسیون ارائه می‌دهد.
عنصر کلیدی EtherCAT، توانایی همه‌ی گره‌های Slave‌ شبکه‌ای در استخراج فقط اطلاعات مربوطه‌ای است که از بسته‌های داده‌ای لازم دارند و همچنین تزریق این داده‌ها به چارچوب به هنگام مخابره به «پایین‌دست» (downstream) است که اغلب به آن برقراری ارتباط «on the fly» گفته می‌شود.

پروتکل Ethernet/IP

پروتکل Ethernet/IP که در سال 2000 منتشر شد، یک پروتکل اترنت صنعتی لایه «کاربرد» (application) است که در سطح گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد و مورد پشتیبانی شرکت ODVA بوده و در درجه‌ی اول اتوماسیون راکول (Rockwell Automation) آن را عرضه می‌کرده است.
این پروتکل، تنها پروتکل اترنت صنعتی کاملاً بر پایه‌ی استانداردهای اترنت است و از لایه‌های فیزیکی، پیوند داده، شبکه و انتقال اترنت استاندارد استفاده می‌کند.

حتما بخوانید: پروتکل HTTP و HTTPS چیست و چه تفاوتی با هم دارند؟

از آنجایی که از سوئیچ اترنت استاندارد بهره می‌برد، می‌تواند تعداد بی‌نهایت گره را پشتیبانی نماید؛ اما برای اجتناب از تأخیر و پشتیبانی از ارتباط هم‌زمان، به طیفی محدود نیازمند است.

پروتکل Profinet

یک بازیگر بزرگ دیگر (اساساً به این دلیل که در کنترلرهای زیمنس و GE گنجانده شده است)، Profinet، پروتکل برنامه‌ای است که توسط زیمنس و همکاری شرکت‌های عضو یک سازمان استفاده‌کننده از Profibus توسعه یافته است.
این پروتکل در اصل ارتباط کنترلر Profibus I/O را با استفاده از سوئیچ‌های مخصوصی که در دستگاه‌ها ادغام شده‌اند به اترنت بسط می‌دهد.

ویژگی‌های اتصالات کابل

زمانی که صحبت از اتصالات کابلی می‌شود که از این شبکه‌های اترنت صنعتی پشتیبانی می‌کنند، در مقایسه با اترنت تجاری LAN، تفاوت‌هایی کلیدی وجود دارد.
اول آنکه سرعت‌های مورد بحث برای اترنت صنعتی بسیار کمتر از گیگابیت و پهنای باند بیشتر مورد نیازی است که در LAN مشاهده می‌گردد؛ حدود 100 مگابایت بر ثانیه، سرعت رایجی است که در اترنت صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حتما بخوانید: شبکه محلی یا شبکه LAN

از آنجایی که محیط‌های صنعتی به کابل‌ها و اتصالاتی نیاز دارند که باید در برابر شرایط دشوار متنوعی مقاومت نمایند (ویبره، مایعات، گرد و غبار، مواد شیمیایی و اختلالات الکترومغناطیسی) کامپوننت‌ها ساختار قدرتمندتری نسبت به کامپوننت‌های مورد استفاده در LAN اداری از خود نشان می‌دهند.
مثلاً شاید کابل فقط به عملکردی در حد کابل شبکه Cat5 یا Cat5e نیاز داشته باشد، اما کابل‌های صنعتی اغلب از قطر بالاتری (معمولاً 22AWG) برخوردار هستند تا درجه حرارت‌های بالاتر را تحمل نمایند، ساختاری با پوشش محافظ در برابر نفوذ صوت دارند، رشته سیم رسانای رشته‌پیچ شده برای انعطاف‌پذیری و مواد پوششی ویژه‌ای نظیر پلی‌اورتان برای مقاومت در برابر مواد شیمیایی، روغن و مقاومت در برابر سایش و خراش ارائه می‌دهند.
مواد رسانا نیز ممکن است برای پیشگیری از خوردگی، روکشی مخصوص داشته باشند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که کابل‌های اترنت صنعتی، قیمت بسیار بالاتری نسبت به کابل‌های LAN معمولی داشته باشند.

مشخصات اتصالات مورد استفاده در اترنت صنعتی

اتصالات مورد استفاده در اترنت صنعتی نیز باید استحکام بالایی داشته باشند. با وجود آنکه ویژگی‌هایی نظیر عایق‌بندی برای دور نگاه داشتن غبار و رطوبت و مواد مقاوم در برابر مواد شیمیایی در اتصالات RJ45 تقویت‌شده موجود است که برای استفاده در محیط‌های صنعتی طراحی شده بودند؛ اما اتصالات M12 بسیار گسترده‌تر و بیشتر در اترنت صنعتی کاربرد دارند که علت آن، عامل شکل دایره‌ای کوچکتر آنها و اتصال قفل‌شونده‌ی 12 میلی‌متری است که حتی با قرارگرفتن در معرض برق و لرزش نیز اتصالی پایدار را برقرار می‌دارد.
علاوه بر آن، اتصالات M12 عموماً طیف وسیعی از گزینه‌های محافظت ورودی برای مقاومت در برابر فشار بالا و مقاومت در برابر خوردگی ارائه می‌دهند.

ویژگی های اتصالات M12 در اترنت صنعتی

رایج‌ترین اتصالات M12 که با پیکربندی مستقیم و زاویه‌دار برای انواع اتصالات دستگاهی موجود هستند، یا به صورت 4 پین یا 8 پین ارائه می‌شوند. اتصال 4 پین از اتصالات M12 100 مگابایتی که در بیشتر اترنت‌های صنعتی کاربرد دارد، پشتیبانی می‌کند و اتصال 8 پین برای اترنت گیگابیت که به همه‌ی 4 جفت برای مخابره نیازمند است، لازم است.

ختما بخوانید: فناوری POE چیست؟

زمانی که صحبت از POE در میان باشد، M12 4 پین همچنین فقط نوع 1 POE را به شکلی پشتیبانی می‌کند که برق DC به‌صورت هم‌زمان با داده‌ها از جفت‌های مشابه عبور داده می‌شود و این درحالی است که M12 8 پین برای نوع 2 به بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مونتاژ کابل‌های M12 تا RJ45 همچنین در شرایطی که تنها یک انتهای کابل باید به دستگاه‌ها و تجهیزات شبکه متصل شود و برق و ویبره موجود است، رواج بسیاری دارند.