ما هي البروتوكولات التي تدعمها المفاتيح الصناعية؟

تدعم المحولات الصناعية نطاقًا واسعًا من البروتوكولات المصممة لضمان اتصال قوي وموثوق وفعال في البيئات الصناعية. تساعد هذه البروتوكولات في التكرار وإدارة الشبكة والأتمتة وتبادل البيانات في الوقت الفعلي، وهي أمور بالغة الأهمية في البيئات الصناعية مثل التصنيع والطاقة والنقل والمرافق العامة. فيما يلي وصف تفصيلي للبروتوكولات الأساسية التي تدعمها المحولات الصناعية:

1. بروتوكولات التكرار وتجاوز الفشل

في البيئات الصناعية، يعد التوفر العالي والحد الأدنى من فترات التوقف عن العمل أمرًا ضروريًا. تساعد بروتوكولات التكرار في الحفاظ على اتصال الشبكة حتى في حالة حدوث فشل في جزء واحد من الشبكة. تتضمن بعض بروتوكولات التكرار الرئيسية ما يلي:

أ. بروتوكول الشجرة الممتدة (STP)

إيي 802.1 د: يمنع STP الحلقات في شبكات Ethernet عن طريق إنشاء بنية شجرة خالية من الحلقات. في حالة فشل الارتباط، يقوم STP بإعادة تكوين الشبكة عن طريق تنشيط مسارات النسخ الاحتياطي.

بروتوكول الشجرة الممتدة السريع (RSTP): IEEE 802.1w هو إصدار محسّن من STP يوفر أوقات تقارب أسرع (عادةً في بضع ثوانٍ) بعد فشل الارتباط.

بروتوكول الشجرة الممتدة المتعددة (MSTP): يسمح IEEE 802.1s بتنشيط عدة أشجار ممتدة في وقت واحد، مما يجعلها أكثر كفاءة لبيئات VLAN.

ب. تبديل حماية حلقة إيثرنت (ERPS)

ITU-T G.8032: ERPS هو بروتوكول تكراري قائم على الحلقة يستخدم في الشبكات الصناعية. وهو يوفر أوقات استرداد سريعة، عادة أقل من 50 مللي ثانية، عن طريق إعادة توجيه حركة المرور حول نقطة الفشل في طبولوجيا الحلقة.

ج. بروتوكول تكرار الوسائط (MRP)

إيك 62439-2: تم تصميم MRP لشبكات Ethernet الصناعية التي تستخدم طوبولوجيا الحلقة. فهو يوفر التكرار مع استعادة الشبكة بسرعة كبيرة (أقل من 10 مللي ثانية)، ويستخدم بشكل شائع في شبكات التشغيل الآلي مع PROFINET.

2. بروتوكولات الأتمتة والتحكم الصناعي

تدعم المحولات الصناعية العديد من البروتوكولات التي تتيح الاتصال بين أجهزة التشغيل الآلي، مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، وواجهات الإنسان والآلة (HMIs)، وأنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA). تضمن هذه البروتوكولات الاتصال الموثوق به وفي الوقت المناسب في أنظمة التشغيل الآلي:

أ. مودبوس تكب

--- Modbus TCP/IP هو بروتوكول قائم على Ethernet يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الأتمتة الصناعية. فهو يسمح للأجهزة مثل أجهزة الاستشعار والمحركات ووحدات التحكم بالاتصال عبر شبكة قائمة على IP. تتيح المفاتيح الصناعية الاتصال السلس بين أجهزة Modbus TCP.

ب. إيثرنت/IP

--- يُعرف CIP (البروتوكول الصناعي المشترك) عبر Ethernet باسم EtherNet/IP. يتم استخدامه بشكل شائع في أتمتة المصانع والتحكم في العمليات. تعد المحولات الصناعية التي تدعم EtherNet/IP مثالية للشبكات التي يكون فيها تبادل البيانات في الوقت الفعلي بين PLCs والأجهزة الأخرى أمرًا بالغ الأهمية.

ج. بروفينت

--- PROFINET هو بروتوكول قائم على Ethernet يُستخدم في الأتمتة الصناعية للتحكم والأتمتة في الوقت الفعلي. يوفر اتصالاً سريعًا وحتميًا بين الأجهزة الميدانية (أجهزة الاستشعار والمحركات) وأنظمة التحكم (PLCs). غالبًا ما يتم استخدام المحولات الصناعية التي تدعم PROFINET في بيئات التشغيل الآلي للمصانع.

د. باك نت/IP

--- BACnet/IP هو بروتوكول اتصال لشبكات التشغيل الآلي والتحكم في المباني (BACnet)، يُستخدم في تطبيقات مثل التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، والتحكم في الإضاءة، وأنظمة الأمان. يمكن للمفاتيح الصناعية تمكين الاتصال السلس بين أجهزة BACnet عبر شبكات Ethernet.

ه. بروتوكول الوقت الدقيق (PTP)

--- IEEE 1588 (PTP) هو بروتوكول يسمح بمزامنة الوقت بدقة بين الأجهزة في الشبكة. وهذا أمر ضروري في تطبيقات مثل التحكم في الحركة، والروبوتات، وإدارة الطاقة، حيث تعد دقة التوقيت أمرًا بالغ الأهمية. تضمن المفاتيح الصناعية التي تدعم PTP مزامنة أقل من ميكروثانية عبر الأجهزة.

3. جودة الخدمة (QoS) وتحديد أولويات حركة المرور

في الشبكات الصناعية، يجب إعطاء الأولوية لأنواع معينة من البيانات، مثل إشارات التحكم في الوقت الفعلي، على البيانات الأقل أهمية. تستخدم المحولات الصناعية بروتوكولات جودة الخدمة (QoS) لإدارة حركة مرور الشبكة وتحديد أولوياتها بشكل فعال:

إيي 802.1p: يحدد هذا المعيار أولويات حركة المرور، مما يسمح للمحولات بإعطاء الأولوية لأنواع معينة من حركة مرور الشبكة، مثل إشارات التحكم أو تدفقات الفيديو، على البيانات الأقل أهمية.

--- DiffServ (الخدمات المتنوعة): DiffServ هي آلية جودة الخدمة التي تصنف وتدير حركة مرور الشبكة لضمان تسليم حركة المرور ذات الأولوية العالية (مثل إشارات التحكم الصناعية) بأقل قدر من الكمون.

4. بروتوكولات الشبكة المحلية الافتراضية (VLAN).

غالبًا ما تدعم المحولات الصناعية الشبكات المحلية الافتراضية (VLANs) لفصل وإدارة حركة مرور الشبكة بشكل فعال. يعد هذا مفيدًا بشكل خاص في البيئات التي تحتوي على أقسام أو أنظمة متعددة:

IEEE 802.1Q (وضع علامات على VLAN): يسمح هذا المعيار بتقسيم حركة المرور إلى شبكات افتراضية منفصلة، مما يؤدي إلى عزل حركة المرور الصناعية الهامة (مثل أنظمة التحكم) عن حركة مرور الشبكة العامة (مثل بيانات المكتب).

شبكات VLAN الخاصة: تدعم بعض المحولات الصناعية شبكات VLAN الخاصة لمزيد من تجزئة الشبكة وأمانها، مما يضمن عزل الأجهزة أو التطبيقات الحساسة عن الوصول غير المصرح به.

5. ربط بروتوكولات التجميع

تُستخدم بروتوكولات تجميع الارتباطات لزيادة عرض النطاق الترددي وتوفير التكرار من خلال دمج روابط الشبكة المتعددة في اتصال منطقي واحد:

IEEE 802.3ad (بروتوكول التحكم في تجميع الارتباط - LACP): يسمح LACP بدمج روابط Ethernet المادية المتعددة في رابط منطقي واحد، مما يوفر نطاقًا تردديًا أكبر وتكرارًا أكبر. إذا فشل أحد الروابط، تستمر الروابط الأخرى في نقل حركة المرور.

6. بروتوكولات إدارة الشبكة

توفر المحولات الصناعية عادةً ميزات إدارة قوية لمراقبة الشبكة والتحكم فيها. تتضمن بروتوكولات الإدارة الرئيسية ما يلي:

أ. بروتوكول إدارة الشبكة البسيط (SNMP)

--- SNMP (v1، v2، v3) هو بروتوكول مستخدم على نطاق واسع لإدارة الشبكة. فهو يسمح للمسؤولين بمراقبة أداء الشبكة وتكوين الإعدادات واستكشاف المشكلات وإصلاحها عن بُعد. يضيف SNMPv3 التشفير والمصادقة للإدارة الآمنة.

ب. مراقبة الشبكة عن بعد (RMON)

--- يوفر RMON مراقبة مفصلة لحركة المرور وجمع البيانات على مستوى الشبكة. تسمح المحولات الصناعية التي تدعم RMON للمسؤولين بجمع بيانات شاملة حول أداء الشبكة وأنماط الاستخدام والمشكلات المحتملة.

ج. واجهة ويب HTTP/HTTPS

--- تتميز العديد من المحولات الصناعية بواجهات إدارة قائمة على الويب لسهولة التكوين والمراقبة عبر المتصفح. يضمن دعم HTTPS الوصول الآمن إلى واجهة إدارة المحول.

د. واجهة سطر الأوامر (CLI)

--- غالبًا ما تأتي المحولات الصناعية مزودة بوصول CLI عبر SSH أو Telnet، مما يتيح للمسؤولين إدارة الشبكة وتكوينها باستخدام الأوامر النصية.

7. بروتوكولات الأمان

يعد الأمن أمرًا بالغ الأهمية في الشبكات الصناعية، حيث يمكن أن يؤدي الوصول غير المصرح به أو الهجمات إلى عواقب وخيمة. تدعم المحولات الصناعية بروتوكولات الأمان المختلفة للحماية من الوصول غير المصرح به وانتهاكات البيانات والهجمات:

أ. قوائم التحكم بالوصول (ACLs)

--- تُستخدم قوائم ACL لتصفية حركة مرور الشبكة بناءً على عناوين IP أو البروتوكولات أو عناوين MAC. يمكن للمحولات الصناعية التي تدعم قوائم ACL منع الأجهزة أو المستخدمين غير المصرح لهم من الوصول إلى الشبكة.

ب. IEEE 802.1X (التحكم في الوصول إلى الشبكة عبر المنفذ)

--- 802.1X هو بروتوكول للتحكم في الوصول إلى الشبكة يقوم بتوثيق الأجهزة قبل السماح لها بالاتصال بالشبكة. تضمن المحولات الصناعية التي تدعم 802.1X أن الأجهزة المعتمدة فقط هي التي يمكنها الوصول إلى الشبكة، مما يعزز الأمان.

ج. التطفل على DHCP

--- يمنع DHCP Snooping خوادم DHCP غير المصرح بها أو المارقة من تعيين عناوين IP داخل الشبكة. كما يسمح للمحول بمراقبة وتصفية حركة مرور DHCP، مما يضمن أن الأجهزة الشرعية فقط هي التي تتلقى عناوين IP.

د. حارس مصدر IP

--- يساعد IP Source Guard على منع انتحال عنوان IP من خلال ضمان استخدام عناوين IP المعتمدة فقط على الشبكة. وهو يعمل عن طريق ربط عناوين IP بمنافذ أو عناوين MAC محددة، مما يضيف طبقة من الأمان.

8. بروتوكولات البث المتعدد والبث المباشر

بالنسبة لتطبيقات مثل المراقبة بالفيديو أو البث في البيئات الصناعية، تعد بروتوكولات البث المتعدد ضرورية لنقل البيانات بكفاءة إلى أجهزة متعددة:

أ. بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت (IGMP)

--- يتم استخدام IGMP Snooping لإدارة حركة البث المتعدد في الشبكة. تضمن المحولات الصناعية المزودة بتقنية IGMP التطفلية أن حركة مرور البث المتعدد، مثل تدفقات الفيديو من كاميرات IP، يتم إرسالها فقط إلى الأجهزة التي تحتاج إليها، مما يحافظ على عرض النطاق الترددي.

ب. بروتوكول الوقت الدقيق (PTP)

--- يعد IEEE 1588v2 (PTP) أمرًا بالغ الأهمية في البيئات التي تتطلب مزامنة دقيقة للساعات عبر أجهزة الشبكة. تُستخدم المفاتيح الصناعية التي تدعم PTP في الأتمتة والروبوتات وإدارة شبكة الطاقة، حيث تعد دقة التوقيت أمرًا بالغ الأهمية.

9. الشبكات الحساسة للوقت (TSN)

--- الشبكات الحساسة للوقت (TSN) هي مجموعة من معايير Ethernet التي تضمن الاتصال الحتمي في الوقت الفعلي. تم تصميم TSN لتوفير اتصال متزامن وزمن وصول منخفض مضمون للتطبيقات الصناعية مثل التحكم في الحركة والروبوتات وتصنيع السيارات. فهو يسمح للمفاتيح الصناعية بمعالجة بيانات التحكم الهامة جنبًا إلى جنب مع حركة مرور الشبكة العادية دون تدخل أو تأخير.

خاتمة

تدعم المحولات الصناعية مجموعة واسعة من البروتوكولات المصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الفريدة للبيئات الصناعية، بما في ذلك التكرار والأتمتة والاتصالات في الوقت الفعلي وتعزيز الأمان. توفر البروتوكولات الرئيسية مثل RSTP وERPS وModbus TCP الموثوقية والأداء في أنظمة التشغيل الآلي، بينما تعمل SNMP وQoS وVLANs على تحسين إدارة الشبكة وأمنها. عند اختيار محول صناعي أو تكوينه، من المهم التأكد من أنه يدعم البروتوكولات التي يتطلبها تطبيقك الصناعي المحدد، مما يضمن تشغيل الشبكة بشكل قوي وسلس.