مقدمه: رویکردی نو به یکپارچه‌سازی ارتباطات صنعتی
با افزایش اتصال‌پذیری سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، سازگاری ارتباطی میان کنترل‌کننده‌ها، دستگاه‌های میدانی و تجهیزات تولید اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. کارخانه‌های امروزی اغلب تجهیزات چندین تولیدکننده را کنار هم به کار می‌گیرند؛ ازاین‌رو، پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف اترنت صنعتی در طراحی سیستم به موضوعی مهم تبدیل شده است.
در ۵ نوامبر ۲۰۲۶، شرکت Texas Instruments (TI) از دو محصول جدید ارتباطات صنعتی رونمایی کرد: ماژول ارتباطی چندپروتکلیِ سامانه‌روی‌ماژول (SoM) مدل TICS100MOD و مستر دوکانالهٔ IO-Link مدل TIOM2212.
TICS100MOD از EtherCAT، EtherNet/IP و PROFINET روی یک پلتفرم سخت‌افزاری مشترک پشتیبانی می‌کند، درحالی‌که TIOM2212 رابطی برای اتصال حسگرها و عملگرهای IO-Link به شبکه‌های صنعتیِ سطوح بالاتر فراهم می‌سازد.
این محصولات در کنار هم، سبد محصولات ارتباطات صنعتی TI را گسترش می‌دهند و یکی از چالش‌های رایج مهندسی را هدف می‌گیرند: کاهش پیچیدگی سخت‌افزار و در عین حال حفظ انعطاف‌پذیری در معماری‌های مختلف شبکه‌های صنعتی.
TICS100MOD: پشتیبانی از سه پروتکل اترنت صنعتی در یک پلتفرم
TICS100MOD یک ماژول ارتباطی چندپروتکلیِ فشرده و ازپیش‌تأییدشده است که برای پشتیبانی از سه استاندارد مطرح اترنت صنعتی طراحی شده است:
- EtherCAT
- EtherNet/IP
- PROFINET
TI آن را کوچک‌ترین ماژول سامانه‌روی‌ماژول (SoM) چندپروتکلیِ کامل در صنعت معرفی می‌کند. معماری آن بر پایهٔ میکروکنترلر (MCU) مدل AM2612 و فرستنده‌گیرندهٔ لایهٔ فیزیکی اترنت (PHY) مدل DP83826AI است.
این ماژول دو هستهٔ پردازندهٔ Arm Cortex-R5F و حافظهٔ خارجی را یکپارچه می‌کند و منابع پردازشی لازم برای اجرای پشته‌های کامل پروتکل‌های ارتباطی صنعتی را فراهم می‌آورد.
یکی از مزایای اصلی آن، امکان جابه‌جایی میان پروتکل‌های پشتیبانی‌شده از طریق به‌روزرسانی میان‌افزار هنگام راه‌اندازی است. این ویژگی به تولیدکنندگان تجهیزات امکان می‌دهد طراحی سخت‌افزاری مشترکی را حفظ کنند و در عین حال، قابلیت‌های ارتباطی را با نیازهای مشتریان یا مناطق مختلف تطبیق دهند.
برای مثال، یک سازندهٔ ماشین‌آلات که به چند کارخانه تجهیزات عرضه می‌کند، ممکن است با ترجیحات شبکه‌ای متفاوتی روبه‌رو شود. به‌جای توسعهٔ سخت‌افزار ارتباطی جداگانه برای هر پروتکل، سازنده می‌تواند از یک پلتفرم مشترک استفاده کند و پروتکل موردنیاز را از طریق میان‌افزار پیکربندی کند.
این رویکرد می‌تواند تلاش موردنیاز برای توسعهٔ سخت‌افزار را کاهش دهد، نگهداری محصول را ساده‌تر کند و تعداد گونه‌های سخت‌افزاری موردنیاز برای مدیریت را محدود سازد.
نکتهٔ مهم این است که جابه‌جایی پروتکل‌ها از طریق میان‌افزار لزوماً به این معنا نیست که هر سه پروتکل به‌طور هم‌زمان کار می‌کنند. مهندسان باید پیش از طراحی معماری کامل ارتباطات، حالت‌های کاری پشتیبانی‌شده و پیکربندی نرم‌افزار را بررسی کنند.
TIOM2212: گسترش اتصال صنعتی به حسگرها و عملگرها
TIOM2212 یک مستر IO-Link دوکاناله است که برای اتصال دستگاه‌های سطح میدانی به سامانه‌های ارتباطی صنعتی سطح بالاتر طراحی شده است.
IO-Link یک فناوری ارتباطی نقطه‌به‌نقطه استاندارد است که بین حسگرها یا عملگرها و یک مستر IO-Link به کار می‌رود. این فناوری با پشتیبانی از ارتباط دوطرفه، شناسایی دستگاه، پارامترگذاری، داده‌های فرایندی و اطلاعات تشخیصی، اطلاعات بیشتری از سیگنال‌های سوئیچینگ مرسوم ارائه می‌دهد.
TIOM2212 چندین قابلیت را برای توسعه‌دهندگان تجهیزات صنعتی ارائه می‌کند:
- معماری مستر IO-Link دوکاناله.
- یکپارچه‌سازی آنالوگ پیشرفته.
- قابلیت‌های یکپارچه محافظت از دستگاه.
- پشتیبانی از تبادل سریع داده با دستگاه‌های میدانی متصل.
- سازگاری با SoCهای شبکه صنعتی Sitara شرکت TI.
- سازگاری با میکروکنترلرهای زمان‌واقعی AM13Ex از طریق پردازنده فریم یکپارچه.
این دستگاه با یکپارچه‌سازی قابلیت مستر IO-Link در اکوسیستم گسترده‌تر پردازش صنعتی TI، به ساده‌سازی اتصال ابزارهای میدانی به سامانه‌های کنترل کارخانه کمک می‌کند.
این موضوع برای مهندسان اتوماسیون، به‌ویژه هنگام توسعه رابط‌های حسگر توزیع‌شده، سامانه‌های ورودی/خروجی هوشمند و تجهیزات صنعتی‌ای که به دسترسی متمرکز به اطلاعات دستگاه‌های میدانی نیاز دارند، اهمیت ویژه‌ای دارد.
کاهش پیچیدگی سخت‌افزار در کارخانه‌های متصل
یک مرکز تولید مدرن ممکن است شامل PLCها، ربات‌های صنعتی، درایوهای سروو، ماژول‌های ورودی/خروجی دوردست، سامانه‌های بینایی و حسگرهای هوشمند باشد. این دستگاه‌ها همیشه از یک پروتکل ارتباطی یکسان استفاده نمی‌کنند.
بنابراین، پشتیبانی از چندین استاندارد اترنت صنعتی می‌تواند هزینه‌های سخت‌افزار، نیازمندی‌های توسعه نرم‌افزار و بار کاری اعتبارسنجی سیستم را افزایش دهد.
راهبرد چندپروتکلی TI با ترکیبی از سخت‌افزار برنامه‌پذیر و پشته‌های پروتکل نرم‌افزاری دارای گواهی، این مشکل را برطرف می‌کند.
مهم‌ترین مزایای مهندسی آن عبارت‌اند از:
انعطاف‌پذیری پروتکل
پیکربندی مبتنی بر میان‌افزار به تولیدکنندگان امکان می‌دهد پروتکل‌های ارتباطی پشتیبانی‌شده را بدون طراحی مجدد پلتفرم سخت‌افزاری تغییر دهند.
ارتباطات قطعی
پردازنده‌های زمان‌واقعی و زیرسامانه‌های ارتباطی TI برای پشتیبانی از تبادل داده قابل‌پیش‌بینی و کاربردهای شبکه‌سازی صنعتی حساس به زمان طراحی شده‌اند.
سفارشی‌سازی نرم‌افزار
دسترسی به لایه کنترل دسترسی رسانه (MAC) انعطاف‌پذیری بیشتری برای پیاده‌سازی قابلیت‌های ارتباطی سفارشی در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهد.
ساده‌سازی توسعه
TI ماژول‌های ارزیابی، کیت‌های توسعه نرم‌افزار (SDK)، پشته‌های پروتکل دارای گواهی، نمونه‌های کاربردی، محتوای آموزشی و منابع عیب‌یابی ارائه می‌کند.
این منابع می‌توانند بار کاری توسعه مرتبط با یکپارچه‌سازی شبکه‌های صنعتی را کاهش دهند و به تیم‌های مهندسی کمک کنند از ارزیابی اولیه به پیاده‌سازی محصول برسند.
PRU-ICSS: مدیریت ارتباطات صنعتی زمان‌واقعی
بخش مهم دیگری از راهبرد ارتباطات صنعتی TI، واحد زمان‌واقعی برنامه‌پذیر و زیرسامانه ارتباطات صنعتی (PRU-ICSS) است.
این زیرسامانه سخت‌افزاری اختصاصی در میکروکنترلرها و سامانه‌روی‌تراشه‌های منتخب TI یکپارچه شده است. این زیرسامانه برای انجام وظایف ارتباطی صنعتی قطعی و کم‌تأخیر طراحی شده است.
در معماری‌های متداول پردازنده، پردازش ارتباطات می‌تواند برای دسترسی به منابع CPU با عملیات سطح برنامه رقابت کند. این موضوع زمانی نگران‌کننده می‌شود که شبکه‌های صنعتی به زمان پاسخ‌گویی قابل‌پیش‌بینی و تبادل داده همگام‌شده نیاز داشته باشند.
PRU-ICSS با واگذاری وظایف ارتباطی حساس به زمان به منابع پردازشی بلادرنگ اختصاصی، به این چالش رسیدگی می‌کند. در نتیجه، پردازنده Arm همه‌منظوره می‌تواند بر منطق برنامه، مدیریت سیستم و دیگر وظایف کنترلی تمرکز کند.
این معماری برای کاربردهایی اهمیت دارد که در آن‌ها زمان‌بندی ارتباطات مستقیماً بر هماهنگی ماشین‌ها، کنترل توزیع‌شده و تبادل بلادرنگ داده‌های فرایندی اثر می‌گذارد.
از دیدگاه مهندسی، جداسازی پردازش ارتباطات از پردازش عمومی برنامه، راهکاری کاربردی برای مدیریت بار کاری پردازنده‌ها با پیچیده‌تر شدن سیستم‌های صنعتی است.
گسترش مجموعه محصولات IO-Link شرکت TI
با اضافه‌شدن TIOM2212، TI پوشش سخت‌افزاری خود را در لایه‌های مختلف مجموعه محصولات IO-Link گسترش می‌دهد.
مجموعه محصولات گسترده‌تر TI شامل موارد زیر است:
- فرستنده‌گیرنده‌های IO-Link.
- کلیدهای خروجی دیجیتال.
- دستگاه‌های اصلی IO-Link با پردازنده‌های فریم یکپارچه.
این مجموعه محصولات به مهندسان امکان می‌دهد چندین قطعه سخت‌افزاری IO-Link را از یک سازنده نیمه‌رسانا تهیه کنند.
یک مجموعه قطعات یکپارچه‌تر می‌تواند انتخاب سخت‌افزار، طراحی رابط، پشتیبانی فنی و نگهداری بلندمدت محصول را ساده‌تر کند.
بااین‌حال، انتخاب قطعات از یک تأمین‌کننده نیاز به تأیید در سطح سیستم را از بین نمی‌برد. مهندسان همچنان باید سازگاری الکتریکی، الزامات کانال‌ها، ویژگی‌های حفاظتی، زمان‌بندی ارتباطات و پشتیبانی نرم‌افزاری را بررسی کنند.
منابع توسعه و موجودی محصولات
TI منابع توسعه را برای پشتیبانی از ارزیابی و پیاده‌سازی فناوری‌های ارتباطات صنعتی خود ارائه می‌دهد.
| منبع | کاربرد |
|---|---|
| کیت توسعه نرم‌افزار ارتباطات صنعتی | توسعه نرم‌افزار ارتباطات صنعتی |
| ماژول ارزیابی TIOL221 | ارزیابی فناوری IO-Link |
| پشته‌های پروتکل تأییدشده | پیاده‌سازی پروتکل اترنت صنعتی |
| نمونه‌های کاربردی | طراحی‌های مرجع و راهنمای توسعه |
طبق اعلام TI، برنامه زمان‌بندی عرضه به شرح زیر است:
| محصول | موجودی |
|---|---|
| TIOM2212 | مقادیر پیش‌تولید برای سفارش از طریق TI.com در دسترس است |
| TICS100MOD | عرضه مورد انتظار تا پایان سال 2026 |
TI همچنین مجموعه محصولات ارتباطات صنعتی خود را در نمایشگاه electronica 2026، که از 10 تا 13 نوامبر در مونیخ آلمان برگزار می‌شود، به نمایش خواهد گذاشت.
TICS100MOD در غرفه TI در سالن C4، جایگاه 159 معرفی خواهد شد و در نمایش‌ها، یکپارچه‌سازی اترنت صنعتی چندپروتکلی برجسته می‌شود.
دیدگاه مهندسی: چرا این محصولات اهمیت دارند
از نظر من، مهم‌ترین تحول صرفاً افزودن یک ماژول دیگر اترنت صنعتی یا یک مستر IO-Link نیست. بلکه تلاش برای کاهش پیچیدگی مهندسیِ پشتیبانی از چندین فناوری ارتباطی است.
برای سازندگان ماشین‌آلات و تولیدکنندگان تجهیزات اتوماسیون، حفظ طراحی‌های سخت‌افزاری متفاوت برای استانداردهای گوناگون شبکه می‌تواند چالش‌های غیرضروری در توسعه و موجودی ایجاد کند. یک پلتفرم سخت‌افزاری پیکربندی‌پذیر فرصتی فراهم می‌کند تا معماری محصول یکپارچه شود و در عین حال انعطاف‌پذیری ارتباطی حفظ شود.
ترکیب TICS100MOD و TIOM2212 همچنین بازتاب‌دهنده روند گسترده‌تری در اتوماسیون صنعتی است: یکپارچه‌سازی ارتباطات به سطح دستگاه‌های میدانی نزدیک‌تر می‌شود.
IO-Link دسترسی به اطلاعات دقیق‌تری از حسگرها و عملگرها را ممکن می‌کند، درحالی‌که اترنت صنعتی زیرساخت ارتباطی لازم برای تبادل اطلاعات میان ماشین‌ها و سامانه‌های کنترلی را فراهم می‌سازد.
با یکپارچه‌سازی درست این فناوری‌ها، تولیدکنندگان می‌توانند معماری‌های اتوماسیون شفاف‌تری بسازند و دسترسی به عیب‌یابی دستگاه‌ها و داده‌های پیکربندی را بهبود دهند.
بااین‌حال، مهندسان باید پیش از به‌کارگیری این محصولات به سه عامل توجه ویژه داشته باشند:
- الزامات پروتکل: نسخه‌های پروتکل، وضعیت گواهی‌نامه، حالت‌های عملیاتی پشتیبانی‌شده و سازگاری میان‌افزار را بررسی کنید.
- عملکرد بلادرنگ: زمان چرخه ارتباطات، همگام‌سازی شبکه و تأخیر را در شرایط واقعی کار ارزیابی کنید.
- نگهداری بلندمدت: رویه‌های به‌روزرسانی میان‌افزار، پشتیبانی از چرخه عمر نرم‌افزار، موجودبودن قطعات و سازگاری با پلتفرم‌های کنترلی موجود را در نظر بگیرید.
این عوامل در نهایت تعیین می‌کنند که آیا یک پلتفرم چندپروتکلی در کاربرد صنعتی مشخصی مزایای قابل‌اندازه‌گیری فراهم می‌کند یا خیر.
جمع‌بندی: ساخت معماری‌های ارتباطی صنعتی انعطاف‌پذیرتر
معرفی TICS100MOD و TIOM2212 از سوی تگزاس اینسترومنتس، گسترش بیشتر سبد فناوری ارتباطات صنعتی این شرکت را نشان می‌دهد.
TICS100MOD از پروتکل‌های چندگانه EtherCAT، EtherNet/IP و PROFINET از طریق یک پلتفرم سخت‌افزاری مشترک پشتیبانی می‌کند. TIOM2212 اتصال به حسگرها و عملگرهای IO-Link را گسترش می‌دهد و به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند دستگاه‌های سطح میدان را در شبکه‌های صنعتی سطح بالاتر یکپارچه کنند.
TI با ترکیب سخت‌افزار برنامه‌پذیر، قابلیت‌های پردازش بلادرنگ و نرم‌افزار توسعه، به چندین چالش عملی مرتبط با سامانه‌های ارتباطی مدرن کارخانه می‌پردازد.
با ادامه تحول اتوماسیون صنعتی، پشتیبانی انعطاف‌پذیر از پروتکل‌ها و اتصال بهتر در سطح میدان همچنان از ملاحظات مهم برای تولیدکنندگان تجهیزات، یکپارچه‌سازان سیستم و مهندسان کنترل صنعتی خواهند بود.
