إيثرنت/آي بي: البروتوكول القياسي للاتصال في الشبكات الصناعية

يُعدّ بروتوكول EtherNet/IP ناقل بيانات ميداني شائع الاستخدام قائم على الإيثرنت لتطبيق تقنية الإيثرنت القياسية في الأتمتة الصناعية. ولكن ما هو بروتوكول EtherNet/IP تحديدًا؟ وكيف يعمل؟ وما هي مزاياه؟

يوفر لك بروتوكول EtherNet/IP المزايا التالية:

• التحكم المتزامن في الشبكة وتكوينها وجمع البيانات فيها
• التوافق مع بروتوكول الإيثرنت
• نقل عالي

مقدمة عن التكنولوجيا

طُرحت تقنية EtherNet/IP™ في عام 2001، وهي اليوم الحل الأمثل والأكثر تطورًا وشمولية لشبكات إيثرنت الصناعية المتاحة لأتمتة عمليات التصنيع. تنتمي EtherNet/IP إلى عائلة من الشبكات التي تُطبّق بروتوكول CIP™ الصناعي الموحد في طبقاتها العليا. يشمل CIP مجموعة شاملة من الرسائل والخدمات لتطبيقات متنوعة في مجال أتمتة عمليات التصنيع، بما في ذلك التحكم، والسلامة، والأمن، والطاقة، والمزامنة، والحركة، والتكوين، والمعلومات. وباعتباره بروتوكولًا مستقلًا تمامًا عن الوسائط، مدعومًا من قِبل مئات الموردين حول العالم، يوفر CIP للمستخدمين بنية اتصالات موحدة في جميع أنحاء المؤسسة الصناعية.

تعتمد الأنظمة الصناعية بشكل متزايد على تقنية إيثرنت لحلّ التحديات الرئيسية التي تواجه المصنّعين في مجال الاتصالات ضمن الثورة الصناعية الرابعة والمصانع الذكية. تشمل هذه التحديات تكامل البيانات، والمزامنة، والاتصال الطرفي، وقابلية التشغيل البيني للأنظمة. تُمكّن المصانع المتصلة بشبكة إيثرنت من رفع إنتاجية التصنيع، وتوفير مرونة وقابلية توسع أكبر في عمليات التصنيع، وذلك من خلال ربط شبكات تكنولوجيا المعلومات (IT) وشبكات تكنولوجيا التشغيل (OT). يتيح ذلك مراقبة جميع مناطق المصنع والتحكم بها عبر شبكة واحدة سلسة وآمنة وعالية النطاق الترددي، تدعم الاتصالات الحساسة للوقت. تُعدّ الحوسبة واسعة النطاق وبنية الاتصالات المتينة أساس المصنع المتصل. تعاني الشبكات الحالية من تزايد أحمال البيانات وتحديات قابلية التشغيل البيني عبر بروتوكولات متعددة تتطلب بوابات معقدة تستهلك طاقة عالية لترجمة البيانات في جميع أنحاء المصنع. يحلّ إيثرنت الصناعي هذه المشكلات المتعلقة بقابلية التشغيل البيني على شبكة واحدة، من خلال توفير أداء حتمي ودقيق بسلاسة حتى حافة المصنع.

مزايا بروتوكول إيثرنت/آي بي:

• موحد ومتطور باستمرار
• تكامل بسيط
• سرعة عالية
• نطاق ترددي عالٍ / حزم بيانات كبيرة
• قدرة عالية على معالجة البيانات (أجهزة أكثر على مسافات أكبر)
• التشخيص
• اتصال أسهل بالمؤسسة – تقارب أفضل.
• متوفر على نطاق واسع / بتكلفة أقل
• تقليل التدريب (الاستفادة من المعرفة التقنية)

 

---

لماذا لدينا هذا الخيار مع أجهزة الاستشعار الخاصة بنا؟

أولًا، يُعدّ بروتوكول Ethernet/IP بروتوكولًا مدعومًا على نطاق واسع، ويمكن استخدامه مع مئات الأجهزة. على سبيل المثال، يُتيح Ethernet/IP إمكانية بناء نظام أتمتة، مع سهولة تواصل جميع مكوناته مع بعضها البعض. ولأن هذا البروتوكول مُعتمد على نطاق واسع في مختلف القطاعات، يُمكن اختيار أفضل المكونات من بين خيارات عديدة لمهمة مُحددة، بدلًا من الاقتصار على أجهزة من مُصنّعين مُعينين. إضافةً إلى ذلك، يُوفر Ethernet/IP مرونة قصوى لتوسيع النظام مستقبلًا، بما في ذلك إمكانية إضافة وحدات إدخال/إخراج رقمية أو مُستشعرات عن بُعد في أي وقت.

يُساعد استخدام بروتوكول Ethernet/IP الشركات على توفير الوقت والمال عند تصميم وتطوير الأنظمة. إذ يُمكن لبروتوكول Ethernet/IP التحكم وإدارة التكوين، بالإضافة إلى تبادل البيانات، بينما تقتصر بعض البروتوكولات الأخرى على تبادل البيانات فقط. ولا يتطلب الاتصال سوى كابلات Ethernet، مما يُقلل بشكل كبير من كمية الأسلاك المطلوبة للنظام، وبالتالي يُخفض تكاليف التوصيلات، ويُوفر الوقت والمال عند تصميمها، فضلاً عن توفير تكاليف العمالة اللازمة لتمديدها.

يُتيح بروتوكول Ethernet/IP للمصنّعين جمع المزيد من المعلومات من أجهزتهم. على سبيل المثال، يُمكن استخدام Ethernet/IP لنقل بيانات استهلاك الطاقة أو درجة حرارة المحرك. يُمكن استخدام هذه البيانات لتحسين التشخيص أو الصيانة التنبؤية، مما يُساعد على تطوير آلات أكثر ذكاءً ذات وقت تشغيل أطول، وبالتالي تحقيق وفورات إضافية في التكاليف.

يُستخدم بروتوكول إيثرنت/آي بي في العديد من الأنظمة لكونه أحد أكثر البروتوكولات الصناعية شمولية وفعالية من حيث التكلفة، وذلك لأسباب عديدة. ولتوفير الوقت والتكاليف، من المهم الحصول على إشارات سريعة ودقيقة قدر الإمكان.

ملخص:

• يمكن الوصول إلى البيانات على الفور لمنح قادة الأعمال رؤية فورية لنظام الأتمتة الخاص بهم.
• يمكن توزيع البيانات من أجهزة القياس الخاصة بك في جميع أنحاء المؤسسة الإنتاجية.
• تحليل عمليات الإنتاج لتحديد المشاكل المحتملة والقادمة وتحسين الأداء العام.

---

سهولة التكامل والصيانة

تكامل وتكوين مرن

• الاتصال بجميع أنظمة EtherNet/IP (PLC، PAC، DCS)
• ملف وصف الجهاز الغني (EDS) للوصول الشامل إلى معلمات الجهاز
• تجميعات إدخال خاصة بالتطبيق لاختيار المعلومات المناسبة التي تحتاجها، دون زيادة حمل الشبكة بلا داعٍ
• تتيح الرسائل الضمنية والصريحة الوصول إلى التشخيص والتحقق والمراقبة بالإضافة إلى الوظائف المتقدمة، مثل التجميع أو قياس التركيز.
• يستغرق دمج الأجهزة الجديدة في نظام التحكم وقتًا أقل لأنه لا توجد حاجة إلى مهارات خاصة للتوصيل، ويمكن للفني استخدام أي كابل إيثرنت صناعي.
• بما أن معظم الأجهزة الميدانية التجارية تستخدم نفس البروتوكول، فإن التوافق بين العلامات التجارية والأجهزة أمر ممكن.
• مستخدمو Rheonics يمكن لأجهزة الاستشعار مراقبة ما يصل إلى 22 معلمة مثل اللزوجة والكثافة ودرجة الحرارة والتركيز واللزوجة الحركية وغيرها، وكل ذلك في الوقت الفعلي باستخدام Ethernet/IP.
• بفضل الخوارزمية الذكية الداخلية، يمكن للعميل تحديد نظافة المستشعر وحالته أثناء التشغيل، وهذه المعلومات متاحة دائمًا عبر Ethernet/IP.

صيانة مبسطة

• تحسين عمليات الصيانة، على سبيل المثال، من خلال الوصول المباشر إلى تشخيصات الجهاز باستخدام خادم الويب المتكامل.
• قلل وقت استبدال الجهاز باستخدام التكوين التلقائي للجهاز (ADC).
• باستخدام Rheonics بفضل أجهزة الاستشعار، يستطيع الفنيون اكتشاف سبب أي خطأ في القياسات بسرعة من خلال مراقبة السلامة الداخلية للمسبار.
• مراقبة حالة مصدر الطاقة في الوقت الفعلي، مما يسمح باستكشاف أي مشكلة في القياسات وإصلاحها.

---

فوائد هذا البروتوكول

للمهندسين

• تحسين كفاءة الهندسة، على سبيل المثال، باستخدام برامج تشغيل الأجهزة (EDS) المدمجة مباشرة وإلغاء الحاجة إلى بوابات إضافية.
• تقليل وقت التشغيل، على سبيل المثال، عن طريق تكوين جميع الأجهزة مباشرة من النظام واستخدام مجموعات التكوين لتمكين عمليات التوصيل والتشغيل.

للمشغلين وموظفي الصيانة

• تحسين الأداء التشغيلي، على سبيل المثال، من خلال توفير بيانات أكثر ثراءً في الوقت الفعلي لدعم عملية صنع القرار
• تحسينات على عمليات الصيانة، مثل الوصول المباشر إلى التشخيصات عبر خادم الويب المدمج واستبدال الأجهزة بسهولة تامة.

يسلط الضوء على:

• التوافق التشغيلي المشترك مع أنظمة التحكم من روكويل/ألين برادلي
• توافر الأجهزة بسهولة (وحدات الإدخال/الإخراج، وأجهزة التحكم، ومحركات الأقراص، والبوابات، وما إلى ذلك)
• استخدام أجهزة إيثرنت جاهزة مثل أجهزة التوجيه والمحولات والكابلات)
• سهولة تكامل النظام باستخدام بروتوكول CIP (البروتوكول الصناعي المشترك)
• يُعدّ EtherNet/IP™ معيارًا. وتضمن المجموعة التي تُدير EIP، وهي جمعية موردي Open DeviceNet (ODVA)، معيارًا متسقًا وشاملًا ينطبق على جميع موردي ومنتجات EtherNet/IP™.
• التعرف الفوري على الجهاز كعقدة شبكة
• ملف تكامل النظام (EDS) قابل للتحميل مباشرة من الجهاز
• لا حاجة لرسم خرائط البيانات، يتم التعبئة التلقائية
• دعم الصيانة التنبؤية من خلال بيانات تشخيصية موثوقة
• خادم ويب متكامل للتشخيص والوصول عن بُعد
• تقنية FDT/DTM لتكوين الأجهزة الموسع، ومعلومات الأصول، وإدارة حالة الأصول.

يوفر بروتوكول EtherNet/IP للمستخدمين الصناعيين حلاً شبكياً واحداً وقابلاً للتوسع لتطبيقات عالية الأداء وفي الوقت الفعلي.

---

Rheonics الخبرة

بعض التطبيقات النموذجية التي قمنا فيها بتطبيق بروتوكول EtherNet/IP هي:

• باستخدام مستشعر SRD المزود بتقنية Ethernet/IP، يمكننا تغذية قياسات الكثافة إلى مقياس آخر يتطلب تحديثات دورية للكثافة من أجل تحديد متغيرات أخرى من خلال خوارزمية.
• لزوجة خليط العجين الذي يُستخدم في تحضير مختلف أنواع المقبلات.
• تصنيع غراء الخشب الرقائقي
• قياس اللزوجة في عملية تصنيع الحبر المائي
• إمداد الغازات الوقودية
• مصانع معالجة الأغذية وكذلك في صناعة المشروبات ومنتجات الألبان
• الأتمتة والتحكم في معالجة المياه/مياه الصرف الصحي
• منتجات غذائية للمقبلات
• مواد لاصقة
• المياه القائمة على الحبر

التنفيذ (مستوى عالٍ، عرض الشبكة)

المصدر: إيثرنت/آي بي إيثرنت الصناعية لإنترنت الأشياء | https://indico.cern.ch/event/611566/attachments/1412034/2162094/PUB00295R3_EtherNet-IP_Seminar_EN_CERN.pdf

وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ومنصات الأتمتة التي يتم فيها استخدام بروتوكول EtherNet/IP مع:

• ألين برادلي بي إل سي - ستوديو 5000
• شركة أومرون بي إل سي - إن سي ستوديو
• شركة واجو بي إل سي – كودسيس

---

عن المنظمة

تأسست ODVA عام 1995، وهي جمعية عالمية تضم في عضويتها كبرى شركات الأتمتة في العالم. وتتمثل مهمة ODVA في تطوير تقنيات المعلومات والاتصالات المفتوحة والقابلة للتشغيل البيني في مجال الأتمتة الصناعية. وتعتبر ODVA بروتوكول الشبكة المستقل عن الوسائط، المعروف باسم البروتوكول الصناعي المشترك (CIP)، بالإضافة إلى تطبيقاته الشبكية - مثل EtherNet/IP وDeviceNet وCompoNet وControlNet - بمثابة تقنيتها الأساسية والمصلحة المشتركة الرئيسية لأعضائها. ولضمان قابلية التشغيل البيني لأنظمة الإنتاج وتكاملها مع الأنظمة الأخرى في المستقبل، تتبنى ODVA استخدام تقنيات الإنترنت والإيثرنت الجاهزة للاستخدام (COTS) والمعيارية وغير المعدلة كمبدأ توجيهي كلما أمكن ذلك. ويتجلى هذا المبدأ في EtherNet/IP، الشبكة الصناعية الرائدة عالميًا في مجال الإيثرنت.