EtherNet/IP

🟦 مطلب آموزشی

EtherNet/IP

خلاصه: اترنت صنعتی EtherNet/IP (مخفف Ethernet Industrial Protocol) یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطی در شبکه‌های اتوماسیون صنعتی است که برای تبادل داده میان کنترلرهای صنعتی، تجهیزات ورودی/خروجی، درایوها، سیستم‌های نظارتی و سایر دستگاه‌های هوشمند در محیط‌های صنعتی به کار می‌رود. این پروتکل توسط سازمان ODVA توسعه یافته و بر پایه چارچوب ارتباطی Common Industrial Protocol (CIP) و زیرساخت استاندارد اترنت (IEEE 802.3) عمل می‌کند. EtherNet/IP امکان ارتباط زمان‌واقعی، مقیاس‌پذیری بالا، استفاده از تجهیزات شبکه استاندارد و یکپارچگی میان سامانه‌های فناوری اطلاعات و فناوری عملیاتی را فراهم می‌سازد و به همین دلیل در بسیاری از کارخانه‌های مدرن، خطوط تولید خودکار، سیستم‌های کنترل فرایند و کاربردهای اینترنت اشیای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

موضوعات مرتبط: اتوماسیون صنعتی، شبکه صنعتی، اترنت صنعتی، Common Industrial Protocol، ODVA، PLC، SCADA، DeviceNet، ControlNet، IIoT

سطح مطلب: تخصصی

نویسنده: تیم تحریریه لاله زار آنلاین

EtherNet/IP در اتوماسیون صنعتی

EtherNet/IP (مخفف Ethernet Industrial Protocol) یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطی در حوزهٔ اتوماسیون صنعتی است که برای تبادل داده میان کنترلرها، تجهیزات ورودی/خروجی، درایوها، سیستم‌های اسکادا و سایر تجهیزات صنعتی طراحی شده است. این پروتکل بر بستر Ethernet استاندارد (IEEE 802.3) اجرا می‌شود و از معماری TCP/IP برای انتقال داده بهره می‌برد.

EtherNet/IP توسط سازمان ODVA توسعه داده شده و بر پایهٔ چارچوب ارتباطی CIP ساخته شده است. هدف اصلی از توسعه این پروتکل، فراهم کردن یک شبکه صنعتی استاندارد با سرعت بالا، مقیاس‌پذیری مناسب و قابلیت یکپارچه‌سازی با زیرساخت‌های شبکه‌ای رایج در فناوری اطلاعات است.

تاریخچه

با گسترش شبکه‌های اترنت در دههٔ ۱۹۹۰، بسیاری از شرکت‌های صنعتی به دنبال راهکاری برای استفاده از زیرساخت اترنت در محیط‌های صنعتی بودند. سازمان ODVA که پیش‌تر پروتکل‌هایی مانند DeviceNet و ControlNet را معرفی کرده بود، در اوایل دههٔ ۲۰۰۰ نسخهٔ مبتنی بر اترنت از پروتکل CIP را تحت عنوان EtherNet/IP ارائه داد.

این فناوری امکان انتقال همان مدل ارتباطی مورد استفاده در DeviceNet و ControlNet را بر بستر شبکهٔ اترنت فراهم کرد و به سرعت در صنایع تولیدی، خودروسازی، نفت و گاز، صنایع غذایی و بسیاری از حوزه‌های دیگر مورد استفاده قرار گرفت.

ساختار و معماری

EtherNet/IP ترکیبی از فناوری اترنت استاندارد و پروتکل CIP است. در این ساختار، لایه‌های مختلف شبکه به شکل زیر تعریف می‌شوند:

• لایه فیزیکی و لینک داده

بر پایهٔ استانداردهای اترنت IEEE 802.3 و تجهیزات رایج شبکه مانند سوئیچ‌ها و کابل‌های اترنت.

• لایه شبکه و انتقال

استفاده از پروتکل‌های IP، TCP و UDP برای مدیریت انتقال داده.

• لایه کاربرد

پیاده‌سازی CIP برای مدیریت ارتباط میان دستگاه‌های صنعتی.

این معماری باعث می‌شود EtherNet/IP بتواند از زیرساخت‌های استاندارد شبکه استفاده کند و در عین حال قابلیت‌های لازم برای کاربردهای صنعتی را ارائه دهد.

پروتکل CIP

Common Industrial Protocol یا CIP چارچوب اصلی ارتباطی در EtherNet/IP است. این پروتکل یک مدل شی‌گرا برای تبادل داده میان تجهیزات صنعتی ارائه می‌دهد و مفاهیم مهمی مانند اشیاء، خدمات (Services) و ویژگی‌ها (Attributes) را تعریف می‌کند.

در این مدل، هر دستگاه صنعتی مجموعه‌ای از اشیاء را در اختیار شبکه قرار می‌دهد که می‌توانند برای کنترل، مانیتورینگ یا پیکربندی مورد استفاده قرار گیرند.

از مهم‌ترین انواع پیام‌ها در CIP می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Explicit Messaging برای انتقال داده‌های غیرزمان‌حساس مانند پیکربندی یا تشخیص خطا
• Implicit Messaging برای تبادل داده‌های زمان‌واقعی مانند سیگنال‌های کنترلی

ویژگی‌های فنی

پروتکل EtherNet/IP مجموعه‌ای از ویژگی‌های فنی مهم را برای کاربردهای صنعتی فراهم می‌کند:

• استفاده از زیرساخت استاندارد اترنت
• قابلیت ارتباط در شبکه‌های گسترده کارخانه‌ای
• پشتیبانی از ارتباطات زمان‌واقعی
• امکان اتصال هزاران دستگاه در یک شبکه
• سازگاری با تجهیزات شبکهٔ تجاری
• امکان استفاده از سوئیچ‌ها، روترها و ابزارهای مدیریتی استاندارد شبکه

علاوه بر این، EtherNet/IP از فناوری‌هایی مانند Quality of Service (QoS) و IGMP Snooping برای بهینه‌سازی ترافیک شبکه استفاده می‌کند.

توپولوژی‌های شبکه

در شبکه‌های مبتنی بر EtherNet/IP می‌توان از توپولوژی‌های مختلف استفاده کرد، از جمله:

• توپولوژی ستاره‌ای (Star)
• توپولوژی خطی (Linear)
• توپولوژی حلقه‌ای (Ring)
• توپولوژی درختی (Tree)

یکی از فناوری‌های مهم در این حوزه Device Level Ring (DLR) است که امکان ایجاد شبکه‌های حلقه‌ای با زمان بازیابی بسیار سریع را فراهم می‌کند.

کاربردها در صنعت

EtherNet/IP در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• ارتباط میان PLC و ماژول‌های I/O
• کنترل درایوهای الکتریکی و سرووموتورها
• سیستم‌های SCADA و مانیتورینگ صنعتی
• خطوط تولید خودکار
• ربات‌های صنعتی
• سیستم‌های بسته‌بندی و فرآوری

این پروتکل به دلیل سرعت بالا و انعطاف‌پذیری مناسب، در صنایع خودروسازی، پتروشیمی، داروسازی، غذایی و لجستیک کاربرد گسترده‌ای دارد.

مزایا

از مهم‌ترین مزایای EtherNet/IP در محیط‌های صنعتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از فناوری استاندارد و گستردهٔ اترنت
• سرعت بالای انتقال داده
• مقیاس‌پذیری بالا در شبکه‌های بزرگ صنعتی
• کاهش هزینه‌های زیرساخت شبکه
• امکان یکپارچه‌سازی شبکه‌های IT و OT
• پشتیبانی گسترده توسط تولیدکنندگان تجهیزات اتوماسیون

مقایسه با سایر پروتکل‌های صنعتی

در حوزهٔ شبکه‌های صنعتی، پروتکل‌های مختلفی برای ارتباط میان تجهیزات استفاده می‌شوند. EtherNet/IP یکی از مهم‌ترین آن‌ها است، اما در کنار آن پروتکل‌های دیگری نیز وجود دارند:

• PROFINET
• Modbus TCP
• EtherCAT
• POWERLINK

هر یک از این پروتکل‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال EtherCAT در کاربردهای بسیار سریع و زمان‌حساس مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حالی که EtherNet/IP به دلیل سازگاری گسترده با تجهیزات اترنت و ساختار انعطاف‌پذیر، در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون کارخانه‌ای رایج است.

امنیت در EtherNet/IP

با گسترش اتصال شبکه‌های صنعتی به زیرساخت‌های IT، موضوع امنیت سایبری اهمیت زیادی پیدا کرده است. در این راستا نسخه‌های جدید EtherNet/IP از مکانیزم‌هایی برای افزایش امنیت ارتباطات استفاده می‌کنند، از جمله:

• احراز هویت دستگاه‌ها
• رمزنگاری ارتباطات
• مدیریت دسترسی کاربران

این قابلیت‌ها در قالب استاندارد CIP Security ارائه شده‌اند.

جمع‌بندی

EtherNet/IP یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین پروتکل‌های ارتباطی در اتوماسیون صنعتی مدرن است که با ترکیب فناوری اترنت استاندارد و چارچوب ارتباطی CIP، امکان ایجاد شبکه‌های صنعتی سریع، انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر را فراهم می‌کند.

پشتیبانی گسترده توسط تولیدکنندگان تجهیزات صنعتی، سازگاری با زیرساخت‌های شبکهٔ متداول و قابلیت استفاده در کاربردهای متنوع باعث شده است EtherNet/IP به یکی از گزینه‌های اصلی برای پیاده‌سازی شبکه‌های صنعتی در کارخانه‌های هوشمند تبدیل شود.

منابع

• ODVA. EtherNet/IP Specification.
• Industrial Communication Networks – Fieldbus Specifications.
• ODVA Publications and Technical Documentation.