پروتکل‌های ارتباطی صنعتی: معرفی، مقایسه و راهنمای انتخاب مناسب‌ترین پروتکل برای سیستم شما
دسته‌بندی پروتکل‌های ارتباطی صنعتی
- پروتکل‌های سریال سنتی: RS-232، RS-485، RS-422
- پروتکل‌های Fieldbus: Modbus RTU، Profibus DP/PA، CANopen، DeviceNet
- پروتکل‌های مبتنی بر شبکه اترنت: Modbus TCP، Profinet، EtherCAT، Ethernet/IP
- پروتکل‌های سطح بالا یا IoT محور: OPC UA، MQTT، DNP3، IEC 60870-5-104
بررسی پروتکل‌های ارتباطی صنعتی
Modbus RTU / TCP
یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین پروتکل‌ها در جهان ابزار دقیق. نسخه RTU مبتنی بر RS-485 و نسخه TCP بر پایه شبکه اترنت عمل می‌کند. ساختار ساده Master/Slave دارد و در بسیاری از تجهیزات مانند فلومتر، سنسور فشار، PLC و دیتالاگر استفاده می‌شود.
Profibus DP / PA
پروتکلی استاندارد در اتوماسیون صنعتی اروپا، با سرعت بالا در نسخه DP برای کنترل و نسخه PA برای تجهیزات فرایندی مانند ترنسمیترها. پایداری، زمان پاسخ مناسب و قابلیت تشخیص خطا از مزایای آن است.
Profinet
نسخه مبتنی بر اترنت پروفی‌باس با قابلیت Real-Time و تعیین اولویت بسته‌ها. مناسب برای خطوط تولید سریع و شبکه‌های پیچیده صنعتی. از ساختار Client/Server بهره می‌برد.
EtherCAT
پروتکلی بسیار سریع برای کاربردهای زمان‌حقیقی سخت (Hard Real-Time). مناسب برای CNC، رباتیک و ماشین‌آلات با سیکل‌های کنترلی کوتاه.
Ethernet/IP
پروتکل شرکت Rockwell (Allen-Bradley) برای شبکه‌های صنعتی مبتنی بر اترنت. از ساختار Producer/Consumer بهره می‌برد و در صنایع آمریکای شمالی بسیار رایج است.
CANopen
مبتنی بر شبکه CAN، مناسب برای سیستم‌های توکار (embedded) و شبکه‌های کوچک صنعتی. کم‌هزینه، مقاوم در برابر نویز و بسیار پایدار.
DeviceNet
نسخه‌ای از CANopen با پشتیبانی از تجهیزات بیشتر، مناسب برای انتقال داده‌های ساده از حسگرها و عملگرها. توسط Rockwell Automation توسعه داده شده.
OPC DA / UA
OPC Classic (DA) مبتنی بر COM/DCOM ویندوز است؛ اما OPC UA مستقل از پلتفرم، ایمن و قابل توسعه برای IIoT است. برای ارتباط بین نرم‌افزارهای مانیتورینگ و تجهیزات بسیار مناسب است.
MQTT
پروتکلی سبک و امن برای انتقال داده در سیستم‌های IoT و IIoT. ساختار Publish/Subscribe دارد و مناسب برای ارتباط از راه دور با مصرف پهنای باند کم است.
DNP3
پروتکلی مقاوم، با ساختار layered برای کاربردهای SCADA در برق و انرژی. مناسب برای محیط‌های مخابراتی با تأخیر بالا یا نویز زیاد.
همچنین بخوانید “کشف پروتکل‌های ارتباطی صنعتی: DNP3، Modbus TCP و IEC104”
IEC 60870-5-101 / 104
پروتکل استاندارد اروپا در سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل پست‌های برق. نسخه 101 مبتنی بر سریال و 104 مبتنی بر TCP/IP است. مناسب برای تله‌متری، اسکادا و سیستم‌های حفاظتی.
HART و WirelessHART
HART یک پروتکل Hybrid است که سیگنال دیجیتال را روی جریان 4-20mA منتقل می‌کند. WirelessHART نسخه بی‌سیم آن با امنیت بالا و مصرف انرژی پایین است.
LoRa / LoRaWAN
پروتکلی بی‌سیم، با برد بلند و توان مصرفی بسیار کم. برای جمع‌آوری داده از سنسورهای پراکنده و دوردست مناسب است.
مقایسه پروتکل‌های ارتباطی صنعتی
| پروتکل | نوع بستر | ساختار | Real-Time | امنیت | کاربرد رایج |
|---|---|---|---|---|---|
| Modbus RTU | RS-485 | Master/Slave | نسبی | کم | فلومتر، PLC |
| Profinet | Ethernet | Client/Server | بالا | متوسط | اتوماسیون سریع |
| MQTT | TCP/IP | Pub/Sub | خیر | بالا | IIoT، مانیتورینگ از راه دور |
| OPC UA | TCP/IP | Client/Server | نسبی | بسیار بالا | نرم‌افزارهای مانیتورینگ |
| IEC 104 | TCP/IP | Client/Server | نسبی | بالا | پست برق، اسکادا |
سؤالات متداول
- کدام پروتکل‌های ارتباطی صنعتی برای ارتباط با اسکادا مناسب‌تر است؟
برای پروژه‌های برق: IEC 104 یا DNP3. برای پروژه‌های صنعتی عمومی: OPC UA. - تفاوت Modbus RTU با TCP چیست؟
RTU روی بستر سریال (RS-485) کار می‌کند و سرعت پایین‌تری دارد. TCP روی شبکه اترنت است و پیکربندی ساده‌تری دارد. - OPC UA امن‌تر است یا MQTT؟
هر دو پروتکل قابلیت رمزنگاری دارند، اما OPC UA سطح امنیت سازمانی و کنترل دسترسی دقیق‌تری دارد. - آیا می‌توان چند پروتکل را همزمان در یک سیستم استفاده کرد؟
بله، با استفاده از Gateway یا OPC Server می‌توان چندین پروتکل را یکپارچه کرد. - آیا WirelessHART قابل اعتماد است؟
بله، مخصوصاً در محیط‌هایی که کابل‌کشی دشوار است. از رمزنگاری 128-bit AES استفاده می‌کند.