شبکه‌ای جدید و یکتا برای تمامی نیازهای صنعتی؛ آرزو یا واقعیت

شبکه‌ای جدید و یکتا برای تمامی نیازهای صنعتی؛ آرزو یا واقعیت

مقدمه

استفاده از شبکه‌های مختلف در دنیای اتوماسیون صنعتی امروزه به امری عادی تبدیل شده است و کمتر ماشین یا سامانه کنترلی ساده یا پیچیده‌ای را می‌توان یافت که دست‌کم از یک نوع از شبکه‌های رایج در ساختار خود استفاده نکرده باشد. از طرف دیگر ارتباط با دنیای IT1 و همچنین رویکرد به‌سمت IIoT2 که در سال‌های اخیر بسیار فراگیر شده است، استفاده از انواع شبکه‌های صنعتی و غیرصنعتی در دنیای اتوماسیون صنعتی را در کنار هم می‌طلبد.

گوناگونی انواع شبکه‌های صنعتی موجود در صنعت و اینکه در بسیاری از سامانه‌ها یا ماشین‌آلات تولیدی با توجه به مشخصات فنی مورد نیاز بیش از یک نوع شبکه مورد نیاز است، باعث می‌شود که تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان، علاوه بر پیچیدگی نرم‌افزاری و سخت‌افزاری درگیر مسایلی چون بالا رفتن هزینه ساخت و از همه مهم‌تر نیاز به دانش و آموزش بیشتر برای راهبری تجهیزات تولیدی مواجه شوند.

در سالیان گذشته تلاش شد که حداقل در بخش صنعتی امکان تعریف شبکه‌ای که بتواند نیازهای صنعتی را پوشش دهد، وجود داشته باشد که متأسفانه به‌دلایلی که ذکر آن در انتهای مقاله خواهد آمد، تاکنون این امر میسر نشده است. لازم است یادآوری ‌شود که برای تولید و ارائه محصولی که بتواند مورد قبول عام شرکت‌ها (تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان) باشد، باید شرایط فناوری و زمانی آن فراهم شده باشد. به ‌نظر می‌رسد که در حال حاضر این شرایط برای ارائه شبکه‌ای یکپارچه به‌ نام OPC UA over TSN به وجود آمده است که می‌تواند نیازهای اشاره شده در بالا را برآورده سازد.

این تلاش از اول سال ۲۰۱۹ آغاز شد و در سال ۲۰۲۰ امید می‌رود که اولین نمونه از محصولات سازگار با این شبکه به بازار عرضه شوند. در ادامه این نوشتار به سیر تحول شبکه‌های صنعتی، OPC3 و شبکه TSN تا پیدایش این شبکه جدید اشاره مختصری شده است.

۱- نگاهی اجمالی به سیر تکامل شبکه‌های صنعتی

این بخش به دو زیر مجموعه تقسیم شده است؛ اولی در خصوص شبکه‌های سریال است که قدمت آن در صنعت اتوماسیون صنعتی به بیش از سی سال می‌رسد و دیگری شبکه‌های مبتنی بر سخت‌افزار اترنت با پروتکل‌های مختلف است که در صنعت سابقه کمتری دارد، ولی به دلایلی که ذکر خواهد شد در حال کنار زدن شبکه‌های نسل اول (سریال) می باشد. البته این به‌معنای از بین رفتن شبکه‌های سریال نیست و این گروه از محصولات با توجه به سادگی و قیمت مناسب خود نسبت به رقیب هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۱-۱- شبکه‌های سریال

استفاده از شبکه‌های صنعتی از اواخر دهه هشتاد میلادی در دنیای اتوماسیون صنعتی رایج شد و با سرعت بسیار زیادی رشد کرد و مورد توجه تولیدکنندگان و سازندگان ماشین‌آلات صنعتی قرار گرفت. همان‌طور که پیش از این نیز ذکر شد، موفقیت هر نوآوری به عوامل گوناگونی بستگی دارد که مهم‌ترین آن، ارائه آن در بهترین زمان ممکن از نظر فناوری و نیاز بازار است. دهه هشتاد شروع عصر رایانه و فناوری دیجیتال در دنیاست. انتقال اطلاعات به صورت بیت (سریال) از طریق درگاه‌های تعریف‌شده‌ای مانند RS4 232، RS422 و RS485 شگفتی به‌شمار می‌آمد و استفاده از رابط‌های انسان و ماشین۵ (HMI) در مرحله آغازین خود قرار داشت و لازمه استفاده از آنها ارتباط سریالی با سامانه‌های کنترل بود.

کم کردن هزینه کابل‌کشی بین سامانه‌های کنترلی از یک طرف و حسگرها و عملگرها از طرف دیگر، پایین آمدن زمان راه‌اندازی به دلیل کم شدن اشتباهات در کابل‌کشی و همچنین صرفه‌جویی در نفر روز کارکنان درگیر در راه‌اندازی و سایر امکانات مختلف مانند عیب‌یابی سریع باعث شد که علاوه‌بر استقبال از این فناوری، تعداد زیادی از انواع شبکه‌های صنعتی سریال به بازار عرضه شوند. درحقیقت هر سازنده تجهیزات کنترلی با توجه به نیاز خود، اقدام به تولید شبکه‌ای خاص کرد که منطبق با مشخصات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری سامانه‌ها تولیدی خود باشد.

در اوایل دهه نود میلادی تعداد قابل‌ توجهی از انواع شبکه‌های صنعتی سریال با پروتکل‌های مختلف و مشخصات سخت‌افزاری متفاوت به بازار عرضه شدند. این امر مشکلات دیگری مانند انتخاب شبکه مناسب و پشتیبانی در آینده را به‌دنبال داشت. تنوع انواع شبکه‌ها به این امر منجر شد که محصولات (شبکه‌های) ارائه‌شده توسط شرکت‌های بزرگ فعال در زمینه اتوماسیون صنعتی مانند Télémécanique, Siemens Allen_Bradley در بازار بتوانند دوام داشته باشند و در طول زمان سایر راه‌حل‌های ارائه‌شده از طرف شرکت‌های دیگر از بازار حذف شوند. در شکل ۱ نماد برخی از شبکه‌های معروف نمایش داده شده‌است.

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۱. نماد برخی از شبکه‌های سریال رایج

در همین زمان کم‌کم برای صنایع فرآیندی مانند شیمیایی، تولید برق، دارویی، نفت و گاز و پتروشیمی نیز شبکه‌های خاص با توجه به نیاز هر صنعت به بازار عرضه شد که البته تعداد آنها بسیار محدودتر از بخش اول بود.

شبکه‌های خاص برای تبادل اطلاعات بین سامانه‌های کنترلی به‌صورت سریال و با سطوح بالاتر هرم اتوماسیون صنعتی، یکی دیگر از محصولات ارائه‌ شده در این زمینه بود که به‌ علت حجم نسبتاً بالای اطلاعات نسبت به سطح فیلد، از ویژگی خاص خود مانند سرعت کمتر و پشتیبانی از لایه‌های بیشتر ساختار ۶ISO/OSI برخوردار بودند. در این بخش با توجه به اینکه طراح یا مصرف‌کننده انتخاب خود را در زمینه سامانه کنترلی قبلاً انجام داده بود، به‌ناچار مجبور به انتخاب راه‌حل‌های ارائه‌ شده توسط سازندگان سامانه‌های اتوماسیون خریداری‌شده بود و کمتر حق انتخاب دیگری را داشت.

۱-۲- شبکه اترنت

با ورود رایانه های شخصی به بازار و استفاده عمومی از آن در شرکت‌ها نیاز به داشتن شبکه‌ای خاص برای ارتباط بین این رایانه ها در داخل ساختار شرکتی احساس می‌شد که بهترین گزینه استفاده از اترنت بود.
اترنت در ابتدا با سرعت نسبتاً کم (۱Mbit/s) که برای آن دوره (دهه هفتاد میلاد) سرعتی قابل قبول بود، به‌صورت محدود به بازار عرضه شد. این شبکه در طول زمان تا به امروز تغییرات بسیار زیادی را در زمینه سخت‌افزار و نرم‌افزار خود شاهد بوده است و شاید دیگر هیچ شباهتی با نسخه اولیه خود نداشته باشد. هم‌اکنون کمتر رایانه‌ای می‌توان یافت که دارای درگاه اترنت نباشد و این فناوری بخش جدایی‌ناپذیر سخت‌افزار رایانه‌ها محسوب می‌شود.

با توجه به مشخصات اترنت و استفاده شایان توجه از PCها در دنیای اتوماسیون صنعتی، ساده‌ترین و بهترین گزینه برای ارتباط بین ۷PC‌ها و سامانه‌های کنترل استفاده از شبکه اترنت با پروتکل‌های خاص شرکت‌های سازنده سامانه‌های کنترلی مانند ۸PLC یا ۹DCS بوده است. تا اواسط دهه ۲۰۰۰ دو نوع شبکه در کنارهم وجود داشتند؛ شبکه‌های صنعتی (سریال) برای ارتباط سامانه‌های کنترلی با سطح فیلد یا به عبارت دیگر انتقال اطلاعات I/O (باینری، آنالوگ) به سامانه‌های کنترلی و شبکه دیگری به‌منظور ارتباط بین سامانه‌های کنترلی با همدیگر و همچنین سطوح بالاتر اتوماسیون مانند سامانه‌های SCADA10 ،MES11 یا ERP12.

از اواخر دهه ۹۰ و به‌ویژه در دهه اول قرن ۲۱ مفهوم دیگری به نام اینترنت به حوزه زندگی خصوصی و کاری انسان‌ها وارد شد که تحولی دیگر با خود به‌همراه داشت. ارتباط با دنیای وب و استفاده از امکانات این تارنما در اقصی نقاط دنیا و دسترسی از راه دور به کلیه داده‌ها که از شگفتی‌های قرن جدید شمرده می‌شود، به پروتکل‌های خاص و تعاریف جدیدی در دنیای نرم‌افزار نیاز داشت. بدین‌سان تولید‌کنندگان تجهیزات صنعتی، سازندگان ماشین‌آلات و شرکت‌های یکپارچه‌ساز در کنار دو شبکه عنوان‌شده، با فناوری جدید دیگری که همان اینترنت و دنیای مجازی بود، روبه‌رو شدند.

لازم به ذکر است که در دهه اول قرن بیست‌ویکم، شبکه‌های صنعتی مبتنی بر انتقال اطلاعات به‌صورت سریال و شبکه‌‌های اترنت هر دو و در دو سطح مختلف، یعنی سطح فیلد و دیگری در سطح سامانه‌های کنترل و بالاتر مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

پروتکل‌های ارتباطی برای اینترنت از مدت‌ها قبل برای اترنت و رایانه های شخصی تعریف شده بود و سرعت لازم برای برقراری ارتباط در بستر اترنت از لحاظ سخت‌افزاری باعث جایگزینی آن با درگاه‌هایی مانند RS485 ،RS422 یا RS232 می‌شد.

از اواخر این دهه رسوخ اینترنت در دنیای اتوماسیون صنعتی و ارائه امکانات جذاب در حوزه وب باعث شد که کم‌کم شبکه‌های صنعتی سریال جای خود را به شبکه‌هایی براساس سخت‌افزار اترنت بدهند، ولی با پروتکل‌های خاص که بتوانند جواب‌گوی نیازهای صنعتی مانند قابلیت بی درنگ، افزونگی و … باشند و در عین حال امکان اتصال و ارتباط با دنیای وب را ارائه دهند. در شکل شماره ۲ نماد برخی از شبکه‌های اترنت صنعتی نمایش داده شده‌ است.

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۲. نماد‌ برخی از شبکه‌های اترنت صنعتی

البته ناگفته نماند که استفاده از درگاه‌های سریال و پروتکل‌های خاص هنوز در بسیاری از کاربردهای خود از لحاظ قیمت و سادگی کار جذابیت دارد و هیچ‌گاه به‌طور صددرصد نمی‌توان آنها را جایگزین کرد؛ ولی روند به‌سمت استفاده از اترنت است.

در دهه اخیر، فناوری‌هایی مانند رایانش ابری و انقلاب نسل چهارم (IIoT وIoT)، دنیای مجازی مانند واقعیت ارزش افزوده و بسیاری دیگر از مفاهیم جدید بیش از پیش اهمیت استفاده از درگاه اترنت با پروتکل‌های منطبق با صنعت و همچنین دنیای IT و اینترنت را نمایان می‌کند و دستیابی به اطلاعات از پایین‌ترین سطح هرم اتوماسیون صنعتی تا بالاترین بخش آن از طریق وب و ذخیره و پردازش اطلاعات در سامانه‌های ابری و استفاده از اینترنت از طریق گوشی‌های موبایل یا انواع رایانه‌ها و دسترسی به تک‌تک اطلاعات مورد نیاز دیگر رویکردی تجملی به شمار نمی‌رود و به‌صورت یک واقعیت و نیاز پیش‌ روی مهندسان دنیای اتوماسیون صنعتی قرار دارد.

۲- مروری بر پروتکل OPC و امکانات آن

همان‌طور ‌که در بخش گذشته بدان اشاره شد، از اوایل دهه ۹۰ میلادی رایانه‌های شخصی به‌تدریج در زندگی روزمره انسان‌ها جای خود را باز کردند و استفاده از آنها همه‌گیر شد.
در عصر حاضر زندگی انسان بدون استفاده از رایانه‌های شخصی قابل تصور نیست. نفوذ این پدیده تنها محدود به استفاده از آنها در امور اداری و دفتری نیست و صنعت و زندگی شخصی افراد نیز بدون این معجزه قرن گذشته قابل تصور نیست. امروزه ۹۰ درصد سیستم عامل مورد استفاده در رایانه‌های شخصی محصول شرکت مایکروسافت و به‌نام ویندوز است که کلیه نرم‌افزارهای کاربردی دیگر روی این نرم‌افزار نصب می‌شود.

با توجه به یکسان بودن سیستم عامل (ویندوز) برای کلیه نرم‌افزارهای کاربردی امکان جابه‌جایی اطلاعات نرم‌افزارهای نصب‌شده، توسط قابلیت‌های نرم‌افزاری ویندوز به‌نام ۱۳DCOM و ۱۴COM امکان‌پذیر است. هم‌زمان با استفاده از رایانه‌های شخصی در صنعت و به‌خصوص در نرم‌افزار‌های SCADA و سیستم عامل ویندوز در سخت‌افزارهای رابط انسان و ماشین (HMI) مشکل انتقال داده‌های سامانه‌های کنترلی مختلف (DCS ,PLC) به نرم‌افزارهای عمومی SCADA مطرح شد. برای برقراری ارتباط با هر سازنده‌ای نیاز به نصب راه اندازهای مورد نیاز سخت‌افزار سامانه‌های کنترلی در نرم‌افزار SCADA بود.

در سال ۱۹۹۵ چندین شرکت معروف در آمریکا، فعال در زمینه‌های نرم‌افزارهای SCADA و همچنین سخت‌افزارهای کنترلی، کارگروهی تشکیل دادند تا استانداردی برای دستیابی پیوسته و تقریباً بی درنگ (دینامیکی) به اطلاعات سخت‌افزارهای مختلف کنترلی از طریق نرم‌افزارهای SCADA نصب‌شده در محیط ویندوز تعریف کنند و در سال ۱۹۹۶ اولین نسخه آن به‌نام OPC-DA15 V.1 عرضه شد.

در این استاندارد نرم‌افزار OPC به دو بخش Client و Server تقسیم می‌شود که سازندگان نرم‌افزارهای SCADA بخش Client را در نرم‌افزار خود پیاده سازی می‌کنند و تولیدکنندگان سخت‌افزار بخش Server‌ آن را در اختیار کاربر قرار می‌دهند. با نصب بخش Server در محیط ویندوز، امکان تبادل اطلاعات بدون نیاز به دانستن پروتکل یا تنظیمات خاص راه اندازهای مختلف به وجود می‌آید. این استاندارد مورد استقبال اکثر شرکت‌های سازنده نرم‌افزار و سخت‌افزار در حیطه اتوماسیون صنعتی قرار گرفت. به‌ علت کثرت شرکت‌هایی که به این استاندارد روی آوردند و آن را در محصولات خود به کار بردند، نیاز به راستی آزمایی انطباق محصولات تولیدی با استاندارد تدوین‌ شده الزامی به نظر می‌رسید.

این امر دیگر از وظایف کارگروه تشکیل‌ شده خارج بود و به همین جهت ارگانی به‌نام OPC Foundation در اواخر سال ۱۹۹۶ تأسیس شد که وظیفه رسیدگی به این امر و همچنین ادامه تکامل این استاندارد را برعهده گرفت.

با ورود اینترنت به زندگی روزمره و اهمیت روزافزون آن در اواخر دهه ۹۰ تعریف مشخصات و استانداردهایی که بتوان از طریق وب نیز با استفاده از OPC به اطلاعات دست یافت درسال ۱۹۹۸ کامل شد.

همچنین این استاندارد در سال بعدی به آلارم‌ها و رخ‌داده‌های ایجادشده در فرآیند گسترش یافت و به OPC AE16 معروف شد. درسال‌های بعد با توجه به گسترش استاندارد OPC به سایر نیازهای صنعتی، مانند دستیابی به تاریخچه اطلاعات ثبت‌ شده از فرآیند یا وارد کردن استاندارد XML به آن، به نظر می‌رسید که در مقایسه با نسخه اولیه آن یعنی OPC-DA تعداد زیادی مدول‌های نرم‌افزاری به‌وجود آمده و باید تمامی این خواسته‌ها و مدول‌های نرم‌افزاری در یک نرم‌افزار جدید OPC خلاصه و قابل ارائه باشند. در سال ۲۰۰۶ اولین نسخه این استاندارد به نام OPC UA17 عرضه شد و درسال ۲۰۰۹ اولین تجهیز فرآیندی این استاندارد را در تجهیزات خود که آنالایزر شیمیایی بود، پیاده‌سازی کرد.

OPC UA با نسل اولیه خود یعنی OPC DA یا OPC AE کاملاً متفاوت است. حتی معنی سرواژه OPC نیز تغییر یافته است و اینک Open Platform Communication جایگزین سرواژه قدیمی است.
OPC دیگر بر سیستم عامل ویندوز متکی نیست و سامانه نرم‌افزاری کاملاً مستقل و قابل یکپارچه‌سازی با نرم‌افزارهای دیگر است و کلیه اطلاعات یک سامانه کنترلی یا تجهیز را می‌توان با استفاده از پروتکل OPC UA ارسال کرد و حتی ارسال تعریف الکترونیکی تجهیزات نیز امکان‌پذیر است.
در حقیقت پروتکل OPC UA تمامی نیازهای صنعتی را در خود جمع کرده است که قابلیت یکپارچه‌سازی برروی کوچک ترین تجهیز هوشمند مانند ابزاردقیق تا سامانه‌های کنترلی را داراست و همچنین با داشتن امکان ارتباط با دنیای IT می‌تواند با فضای مجازی، فضای ابری و هر آنچه تحت عنوان IoT یا IIoT وجود دارد، ارتباط برقرار کند.
در سال ۲۰۱۲ برای پروتکل OPC UA سری استاندارد IEC-62541 تعریف شد که در حال حاضر شامل ۱۵ زیرمجموعه است که جدیدترین بخش آن IEC-62541-100 است. آخرین ویرایش OPC UA، نسخه ۱.۰۴ است که نشان می‌دهد با نسخه اولیه خود درسال ۲۰۰۶ یعنی نسخه ۱.۰ اختلاف چندانی ندارد و این خود مؤید ساختار قابل‌ اعتماد و دوراندیشی متخصصان امر در OPC Foundation در طراحی این پروتکل است.

تعداد اعضای OPC Foundation به بیش از ۷۵۰ شرکت در سال ۲۰۲۰ رسیده است که قریب به اتفاق شرکت‌های فعال در حوزه اتوماسیون صنعتی از کوچک ترین تا بزرگ‌ترین آنها را شامل می‌شود و این شرکت‌ها پروتکل OPC_UA را دست‌کم در چند محصول خود پیاده‌سازی کرده‌اند.

۳- شبکه TSN چیست؟

در مقاله‌ای جداگانه درخصوص شبکه TSN18 و مشخصات آن توضیح داده شده است؛ فقط به‌منظور یادآوری برای خوانندگانی که موفق به مطالعه آن نشده‌اند، خلاصه‌ای از مشخصات فنی این شبکه ذکر می‌شود.

TSN شبکه‌ای بر اساس اترنت است که از طریق کار گروهی در بخش استاندارد IEEE19 802.1 معرفی شده است. در حقیقت TSN تکامل‌یافته شبکه اترنت معمولی است که قابلیت‌های جدیدی مانند بی درنگ بودن، افزونگی ذاتی، اطمینان در انتقال داده‌ها، امکان سنکرون کردن زمانی تجهیزات متصل به آن و مدیریت کامل انتقال اطلاعات از طریق تخصیص پهنای باند اختصاصی به آن افزوده شده است. (شکل ۳).

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۳. چهار قابلیت مهم شبکه TSN

در ابتدا (سال ۲۰۱۲) TSN به عنوان شبکه‌ای برای انتقال بی درنگ صدا/تصویر در نظر گرفته شده بود. کارگروه ۸۰۲.۱ ادامه کار بر روی این شبکه را به عهده گرفت و نام آن به TSN تغییر یافت.

علاوه بر امکان استفاده از این شبکه در کاربردهای صنعتی و انتقال صوت و تصویر، استفاده از آن در خودرو و هواپیما، که سرعت، اطمینان در تبادل داده‌ها و افزونگی از الزامات استفاده از شبکه در این نوع از ماشین‌هاست، از کاربردهای در نظر گرفته‌ شده برای این شبکه است. برای شبکه TSN استانداردهای متنوعی از طرف انجمن IEEE تعریف شده است که فهرست این استانداردها تحت سرواژه IEEE 802.1 قابل دریافت از سایت انجمن IEEE است. در شکل شماره ۴ نماد این شبکه نشان داده شده است.

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۴. نماد شبکه TSN

تعداد سخت‌افزارهای سازگار با استاندارد TSN در حال افزایش است و در حال حاضر شرکت‌هایی مانند Hirschmann, CISCO که در زمینه ساخت سوئیچ‌های اترنت (اداری، صنعتی) صاحب‌نام‌اند، محصولات مناسب عرضه کرده‌اند.

۴- پروتکل OPC UA برروی بستر TSN

در اواخر سال ۲۰۱۸ (نمایشگاه نورنبرگ) اعلام شد که کارگروهی به نام FLC (Field Level Communication) در انجمن OPC تشکیل شده است که هدف آن ایجاد شبکه‌ای عمومی از سطح فیلد تا Cloud به‌منظور ارتباط بین تجهیزات نصب‌شده به‌صورت عمودی و افقی در هرم اتوماسیون صنعتی براساس Ethernet TSN و پروتکل OPC UA است (شکل ۵).

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۵. کاربرد OPC UA در ارتباط تجهیزات

 

چهار عامل اصلی در تشکیل چنین کارگروهی و همچنین ارائه شبکه‌ای براساس OPC UA و TSN دخیل بودند:

– OPC UA دارای ساختاری مدولار است که هر دو روش Client/Server و Publisher/Subscriber را پشتیبانی می‌کند. این بدان معنی است که در کنار پشتیبانی از پروتکل‌هایی مانند ۲۰TCP و ۲۲UDP ،۲۱MQTT یا ۲۳AMQP می‌توان از شبکه‌های جدید مانند TSN یا ۵G (نسل جدید انتقال داده‌ها از طریق شبکه موبایل) نیز استفاده کرد و همچنین امکان استفاده و بسط شبکه در سطح فیلد با استفاده از روش Pub/Sub (پشتیبانی از تعداد گره شبکه زیاد، سرعت بالا و حجم اطلاعات کم) و در سطوح کنترل و بالاتر با استفاده از Client/Server (تعداد گره کم، سرعت نسبتا کم، حجم بالای اطلاعات) وجود دارد.
– OPC UA پروتکلی است که علاوه‌ بر اطلاعات فرآیندی، سایر اطلاعات الکترونیکی یک تجهیز را نیز می‌توان با آن ارسال کرد.
– OPC UA دارای نوعی روش نرم‌افزاری است که امکان دسترسی امن، مطمئن و کنترل‌شده به اطلاعات را امکان پذیر می‌سازد.
– و اما شاید مهمترین نکته این است که انجمن OPC وابسته به شرکت خاص یا حمایت‌شده از طرف یک یا چند سازنده نیست و با داشتن بیش از ۷۵۰ عضو، انجمنی بی‌طرف را به نمایش می‌گذارد که همه اعضا از پروتکل‌های انتشارداده‌شده می‌توانند استفاده کنند. شاید یکی از معضلات و دلایل موفق نبودن شبکه‌ها و پروتکل‌های ارائه‌ شده قبلی برای استفاده در شبکه‌ های عمومی از سطح فیلد تا Cloud وابسته بودن مستقیم یا غیرمستقیم آنها به یک شرکت خاص تولید کننده بوده است (شکل ۵).

اترنت , TSN , UA OPC , افزونگی , بی درنگ

شکل ۶. ارتباط OPC UA با سایر انجمن‌های صنعتی و ارگان‌ها

البته باید در نظر گرفت که برای موفقیت هر نوآوری مانند شبکه جدید OPC_UA over TSN علاوه‌ بر موارد اشاره‌ شده، آمادگی فنی و نیاز جامعه صنعتی به وجود شبکه‌ای جدید نیز نقش بزرگی را بازی می‌کند.
باید در نظر داشت که از نقاط قوت این شبکه امکان ارتباط با حسگرهای سطح فیلد تا سطوح بالای اتوماسیون و همچنین ارتباط بین سامانه‌های کنترل با همدیگر و در آینده در شبکه ۵G است. البته هنوز برروی مشخصات فنی مورد نیاز برای استفاده در شبکه ۵G کار می‌شود و فعلاً امکان استفاده از آن در این شبکه وجود ندارد.

در کارگروه FLC، متخصصان شرکت‌هایی مانند Rockwell Automation یا Siemens بر روی استانداردهای OPC_UA برای استفاده در سطح فیلد براساس Publisher/Subscriber کار می‌کنند. همچنین به‌ منظور استفاده از این پروتکل در کاربردهای Safety یا Motion نیز سعی شده تا با ایجاد کمترین تغییرات در استانداردهای فعلی، این امکان به پروتکل OPC_UA اضافه شود.

۵- خلاصه مقاله

با توجه به امکانات و مزایای شبکه TSN و پروتکل OPC UA که با هم و به‌صورت شبکه‌ای جدید در کلیه سطوح اتوماسیون صنعتی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، امید متخصصان و استفاده‌ کنندگان به داشتن شبکه‌ای یکدست و یکپارچه برای استفاده به واقعیت نزدیک می‌شود.

البته این بدان معنی نیست که شبکه‌های دیگر به‌زودی از بین خواهند رفت؛ زیرا عمر مفید برای فناوری و سخت‌افزار در اتوماسیون صنعتی بین ۱۰ تا ۱۵ سال حدس زده می‌شود و در این بازه از زمان به‌تدریج تعداد تجهیزاتی که در سطح فیلد، کنترل و سایر سطوح سخت‌ افزاری و نرم‌ افزاری شبکه OPC_UA over TSN را پشتیبانی می‌کنند، افزایش پیدا خواهد کرد و کم‌کم جایگزین راه‌حل‌های موجود خواهد شد.

در این بین امید است که تولیدکنندگان نیز هرچه بیشتر به این محصول جدید روی بگردانند و استفاده از آن را حمایت کنند که در این صورت شاهد روش Plug & Play، که در دنیای IT برای بسیاری از تجهیزات امری طبیعی به شمار می‌رود، در صنعت خواهیم بود.

مراجع:

۱- SPS-magazin 10/2019 ، صفحه ۵۸
۲- OPC Foundation (www.opcfoundation.org)
3- TSN Task group (1.ieee802.org/tsn)

پی نویس:

[۱]. Information Technology

[2]. Industrial Internet of Things

[3]. OLE for Process Control

[4]. Recommended Standard

[5]. Human-Machine Interface

[6]. International Organization for Standardization/Open Systems Interconnection

[7]. Personal Computer

[8]. Programmable Logic Controller

[9]. Distributed Control System

[10]. Supervisory Control and Data Acquisition

[11]. Manufacturing Execution System

[12]. Enterprise resource Planning

[13]. Distributed COM

[14]. Component Object Model

[15]. OPC Data Access

[16]. OPC Alarms & Events

[17]. OPC Unified Architecture

[18]. Time-Sensitive Networking

[19]. Institute of Electrical and Electronics Engineers

[20]. Transmission Control Protocol

[21]. User Datagram Protocol

[22]. Message Queuing Telemetry Transport

[23]. Advanced message Queuing Protocol

درباره دکتر شاهین امیرقاسمی

مدیر عامل شرکت آریا تکسان

بررسی بیشتر

پاندمی COVID-19 , اتوماسیون صنعتی , رباتیک , ربات های ضدعفونی کننده

نبرد میان اتوماسیون صنعتی و پاندمی COVID-19

نبرد میان اتوماسیون صنعتی و پاندمی COVID-19 بخش دوم ربات ها و سیستم های اتوماسیون …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *