في مجال الأتمتة الصناعية، تواجه وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، باعتبارها أجهزة تحكم أساسية، تحديات متزايدة في أداء وموثوقية النظام بأكمله. مع التقدم المستمر للصناعة 4.0 والتصنيع الذكي، يتزايد الطلب من قِبل المُصنِّعين على اتصال الأجهزة وتبادل البيانات والتعاون الذكي. في هذا السياق، تكتسب الخصائص التقنية، والسيناريوهات القابلة للتطبيق، وفروقات الأداء للبروتوكولات الرئيسية مثل Modbus TCP وEthernet/IP وPROFINET اهتمامًا متزايدًا من قِبل الصناعة. إن اختيار بروتوكول الاتصال المناسب لا يُحسّن كفاءة تنسيق الأجهزة واستجابة النظام بشكل كبير فحسب، بل يُقلل أيضًا من تكاليف التشغيل وزمن وصول النظام بشكل فعال. وقد أصبح هذا البروتوكول خطوةً حاسمةً في التحول الرقمي والذكي للمؤسسات وترقياتها.

عند اختيار بروتوكول اتصال PLC، ينبغي للشركات أن تأخذ في الاعتبار العوامل الأربعة الرئيسية التالية بناءً على متطلبات التطبيق الفعلية:

الوقت الحقيقي والحتمية: في سيناريوهات التحكم عالية الدقة، يُعدّ أداء البروتوكول في الوقت الحقيقي وحتمية التوقيت أمرًا بالغ الأهمية. على سبيل المثال، تُحقق قناة PROFINET للوقت الحقيقي المتزامن (IRT) مزامنةً على مستوى الميكروثانية، مما يوفر دعمًا موثوقًا للتطبيقات المتقدمة مثل التحكم في الحركة متعدد المحاور والروبوتات التعاونية.

سعة البيانات والتوافق:

تختلف البروتوكولات المختلفة اختلافًا كبيرًا في بنية البيانات وقدرات المعالجة. يتميز Ethernet/IP، المستند إلى بروتوكول CIP، بمعالجة كائنات البيانات المعقدة وكميات هائلة من المعلومات الآنية، بينما يتميز Modbus TCP، بوضع قراءة وكتابة بسيط للسجلات. لا يزال من الممكن تطبيقه على نطاق واسع في الأنظمة الصغيرة والمتوسطة الحجم.

طوبولوجيا الشبكة وقابلية التوسع:

تُحسّن طوبولوجيات الحلقات بشكل فعّال من تكرار النظام وموثوقيته، بينما تُعدّ الطوبولوجيات الخطية أكثر ملاءمةً لأجهزة الحقل المتتالية وتقليل تعقيد الأسلاك. يجب أن تدعم الشبكات الصناعية الحديثة التوسع المرن لاستيعاب تعديلات خطوط الإنتاج المستقبلية وزيادة سعة المعدات.
في أنظمة الأتمتة الصناعية، يجب مراعاة آليات الأمن وضبط التكاليف بشكل منسق. تلتزم البروتوكولات الحديثة، مثل PROFINET، بمعيار الأمن IEC 62443، وتوفر ميزات أمان أساسية مثل مصادقة الهوية وتشفير البيانات. ومع ذلك، يتطلب نشرها عادةً أجهزة متخصصة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التنفيذ. في المقابل، بينما يوفر بروتوكول Modbus TCP مزايا النشر المرن والتكلفة المنخفضة، يفتقر البروتوكول إلى آليات أمان مدمجة شاملة. عمليًا، يجب تعزيز الأمن من خلال وسائل تقنية خارجية، مما قد يزيد من تعقيد النظام وتكاليف الصيانة.

اختيار البروتوكول الاستراتيجي: مواءمة PROFINET وEthernet/IP وModbus TCP مع احتياجات التطبيق
بناءً على سيناريوهات التطبيق، يوفر كل بروتوكول مزايا فريدة. يتفوق بروتوكول PROFINET في التطبيقات الحرجة آنيًا، مثل تصنيع السيارات والتشغيل الآلي الدقيق. تلبي آلية الاتصال متعددة القنوات الخاصة به متطلبات التحكم آنيًا ومراقبة البيانات. يُعدّ Ethernet/IP أكثر ملاءمة لخطوط الإنتاج المتوسطة والكبيرة، إذ يدمج بسلاسة بيانات طبقة تكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا التشغيل، مما يدعم تبادل المعلومات من المصنع إلى مستوى المؤسسة. مع ذلك، يحتفظ بروتوكول Modbus TCP بحصة سوقية كبيرة في المعدات الصغيرة والمتوسطة، وترقيات الأنظمة القديمة، والصناعات التقليدية، نظرًا لسهولة نشره وانخفاض تكلفته.

من المهم ملاحظة أن البروتوكول الذي تختاره يجب أن يكون متوافقًا تمامًا مع البنية التحتية الحالية لشركتك. على سبيل المثال، إذا كان المصنع يستخدم بالفعل عددًا كبيرًا من الأجهزة وأنظمة التحكم التي تدعم Ethernet/IP، فإن إعطاء الأولوية لنفس البروتوكول للمشاريع الجديدة يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف الترقية والمخاطر التقنية. علاوة على ذلك، بينما تتيح بوابات البروتوكول التوافق بين الشبكات غير المتجانسة، إلا أن هذا النهج قد يؤدي إلى تأخير إضافي ونقاط فشل واحدة. لذلك، يبقى استخدام بروتوكول اتصال متوافق أصليًا هو الحل الأمثل، كلما أمكن.

دمج بروتوكولات PLC مع تقنيات IIoT والسحابة
مع تزايد شعبية الحوسبة الحافة وإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، بروتوكولات اتصال PLC تتقارب التقنيات الحديثة بسرعة مع التقنيات الجديدة، مثل الحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي. على سبيل المثال، تتميز وحدات تحكم سلسلة UniStream من Unitronics بخدمات سحابية مدمجة، مما يُمكّن المستخدمين من الوصول إلى المراقبة عن بُعد، وتحليل البيانات، وتحذيرات الأعطال دون الحاجة إلى اشتراكات إضافية. يشير هذا التوجه إلى أن بروتوكولات الاتصالات الصناعية المستقبلية يجب ألا تلبي متطلبات التحكم الفوري والموثوقية العالية فحسب، بل يجب أن تُظهر أيضًا انفتاحًا وقابلية للتوسع وتوافقًا أكبر مع النظام، مما يُوسّع نطاق تطبيقات أنظمة الأتمتة الصناعية ويحقق قيمة عملية أكبر.