В области промышленной автоматизации программируемые логические контроллеры (ПЛК), являющиеся основными устройствами управления, всё чаще сталкиваются с проблемами производительности и надёжности всей системы. В условиях непрерывного развития Индустрии 4.0 и интеллектуального производства производители предъявляют всё более высокие требования к подключению устройств, обмену данными и интеллектуальному взаимодействию. В этом контексте технические характеристики, применимые сценарии и различия в производительности распространённых протоколов, таких как Modbus TCP, Ethernet/IP и PROFINET, привлекают всё большее внимание отрасли. Выбор правильного протокола связи не только значительно повышает эффективность координации устройств и скорость реагирования системы, но и эффективно снижает эксплуатационные расходы и задержки в системе. Это стало важнейшим шагом на пути цифровой и интеллектуальной трансформации и модернизации предприятий.

При выборе протокола связи PLC компаниям следует учитывать следующие четыре ключевых фактора, основанные на фактических требованиях приложения:

Реальное время и детерминированность: в сценариях высокоточного управления производительность протокола в реальном времени и детерминированность синхронизации особенно важны. Например, изохронный канал реального времени (IRT) PROFINET обеспечивает синхронизацию на уровне микросекунд, обеспечивая надежную поддержку для высокопроизводительных приложений, таких как многоосевое управление движением и коллаборативная робототехника.

Емкость данных и совместимость:

Различные протоколы существенно различаются по структуре данных и возможностям обработки. Ethernet/IP, основанный на протоколе CIP, отлично справляется с обработкой сложных объектов данных и больших объёмов информации в режиме реального времени, в то время как Modbus TCP с его простым режимом чтения и записи регистров l, по-прежнему широко применяется в малых и средних системах.

Топология сети и масштабируемость:

Кольцевые топологии эффективно повышают резервирование и надежность системы, в то время как линейные топологии больше подходят для каскадного подключения полевых устройств и упрощения проводных соединений. Современные промышленные сети должны поддерживать гибкое расширение для адаптации производственных линий в будущем и увеличения производительности оборудования.
В системах промышленной автоматизации механизмы безопасности и контроль затрат должны рассматриваться скоординированно. Современные протоколы, такие как PROFINET, соответствуют стандарту безопасности IEC 62443 и предоставляют базовые функции безопасности, такие как аутентификация личности и шифрование данных. Однако для их внедрения обычно требуется специализированное оборудование, что приводит к высоким затратам на внедрение. В отличие от этого, протокол Modbus TCP, несмотря на преимущества гибкого развертывания и низкой стоимости, не обладает комплексными встроенными механизмами безопасности. На практике усиление безопасности приходится осуществлять с помощью внешних технических средств, что потенциально увеличивает сложность системы и затраты на обслуживание.

Стратегический выбор протокола: согласование PROFINET, Ethernet/IP и Modbus TCP с потребностями приложений
В зависимости от сценария применения каждый протокол обладает уникальными преимуществами. PROFINET превосходен в критически важных приложениях реального времени, таких как автомобилестроение и прецизионная механическая обработка. Его многоканальный механизм связи отвечает требованиям как управления в реальном времени, так и мониторинга данных. Ethernet/IP больше подходит для средних и крупных производственных линий, поскольку он обеспечивает эффективную интеграцию данных на уровнях IT и OT, поддерживая обмен информацией от цеха до уровня предприятия. Однако Modbus TCP сохраняет значительную долю рынка в сфере малого и среднего оборудования, модернизации устаревших систем и традиционных отраслей благодаря простоте развертывания и низкой стоимости.

Важно отметить, что выбранный вами протокол должен быть полностью совместим с существующей инфраструктурой вашей компании. Например, если на заводе уже используется большое количество устройств и систем управления с поддержкой Ethernet/IP, приоритетное использование того же протокола для новых проектов может значительно снизить затраты на обновление и технические риски. Более того, хотя шлюзы протоколов обеспечивают взаимодействие между разнородными сетями, такой подход может привести к дополнительной задержке и появлению точек отказа. Поэтому, по возможности, использование изначально совместимого протокола связи остаётся оптимальным решением.

Интеграция протоколов PLC с IIoT и облачными технологиями
С ростом популярности периферийных вычислений и промышленного Интернета вещей (IIoT) Протоколы связи ПЛК быстро внедряются новые технологии, такие как облачные вычисления и искусственный интеллект. Например, контроллеры серии Unitronics UniStream оснащены встроенными облачными сервисами, что позволяет пользователям получать доступ к удалённому мониторингу, анализу данных и предупреждениям о неисправностях без необходимости оформления дополнительных подписок. Эта тенденция предполагает, что будущие промышленные протоколы связи должны не только отвечать требованиям высокой надёжности управления в режиме реального времени, но и демонстрировать большую открытость, масштабируемость и совместимость с системами, тем самым расширяя сферы применения систем промышленной автоматизации и повышая их практическую ценность.