โปรโตคอลเครือข่ายอุตสาหกรรม: เสาหลักของระบบควบคุมสมัยใหม่

เมื่อการควบคุมอุตสาหกรรมกลายเป็นปัญหาเครือข่าย

โรงงานอุตสาหกรรมสมัยใหม่ไม่พึ่งพาคอนโทรลเลอร์แยกส่วนอีกต่อไป พวกเขาทำงานเหมือนระบบนิเวศดิจิทัลหนาแน่นที่ PLC, RTU, IED และแพลตฟอร์ม SCADA แลกเปลี่ยนข้อมูลที่มีโครงสร้างอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงนี้ได้ผลักดันโปรโตคอลเครือข่ายจากเรื่องของ IT สู่สาขาวิศวกรรมหลักสำหรับระบบอัตโนมัติ

ในอุตสาหกรรมการผลิตไฟฟ้าและกระบวนการ ทุกมิลลิวินาทีของการสื่อสารมีความสำคัญ ชั้นโปรโตคอลที่เสียหายสามารถขัดจังหวะโทรเมทรี ล่าช้าคำสั่ง และทำให้วงจรควบคุมทั้งหมดไม่เสถียร

สถาปัตยกรรมการควบคุมตอนนี้ขึ้นอยู่กับโมเดลการสื่อสารแบบชั้นๆ แทนตรรกะฮาร์ดแวร์แยกส่วน

วิธีที่ OSI และ TCP/IP จัดโครงสร้างสัญญาณทุกตัวอย่างเงียบๆ

โปรโตคอลอุตสาหกรรมทุกตัวตั้งอยู่บนสแต็กการสื่อสารที่มีโครงสร้าง โมเดล OSI กำหนดเจ็ดชั้นแนวคิด ขณะที่ TCP/IP ทำให้ง่ายขึ้นเป็นสี่ชั้นฟังก์ชัน

วิศวกรแทบจะไม่เห็นโมเดลเหล่านี้โดยตรง แต่แพ็กเก็ตทุกชิ้นในโรงงานปฏิบัติตามตรรกะเหล่านี้ จากการอ่านเซ็นเซอร์ไปยังแดชบอร์ดบนคลาวด์ แต่ละจุดข้อมูลผ่านชั้นการห่อหุ้ม การกำหนดเส้นทาง และการขนส่ง

โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถทำงานร่วมกันระหว่างผู้ขายเช่น ระบบอัตโนมัติของ Siemens และ แพลตฟอร์ม PLC ของ Allen-Bradley , แม้ว่าโครงสร้างฮาร์ดแวร์จะแตกต่างกันอย่างมาก

ที่ที่ IEC 60870-5-104 และ SNMP กำหนดความเป็นจริงในอุตสาหกรรม

ในระบบไฟฟ้า IEC 60870-5-104 กลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานโทรเมทรีที่สำคัญ มันทำงานบน TCP/IP และมาตรฐานวิธีที่สถานีย่อยรายงานการวัดสถานะ และคำสั่งควบคุม

แต่ละจุดข้อมูลถูกจัดโครงสร้างผ่านวัตถุ ASDU และที่อยู่ IOA สิ่งนี้ช่วยให้การตีความเป็นไปอย่างแน่นอนในศูนย์ควบคุมที่กระจายอยู่ทางภูมิศาสตร์

ควบคู่ไปกับมัน SNMP มีบทบาทที่แตกต่างออกไป มันไม่ได้ควบคุมกระบวนการ แต่ตรวจสอบสุขภาพของเราเตอร์ สวิตช์ และอุปกรณ์เครือข่าย

ในโรงงานขนาดใหญ่ SNMP กลายเป็นผู้สังเกตการณ์เงียบที่ช่วยให้โครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารยังคงเสถียรก่อนเกิดความล้มเหลวของกระบวนการ

ทำไมเครือข่ายอุตสาหกรรมจึงทำงานเหมือนระบบ IT ในปัจจุบัน

โปรโตคอลเช่น HTTP, HTTPS และ FTP ได้เข้าสู่สภาพแวดล้อม OT แล้ว โปรโตคอลเหล่านี้ช่วยให้สามารถกำหนดค่าระยะไกล อัปเดตเฟิร์มแวร์ และวินิจฉัยที่ปลอดภัยผ่านเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่ฝังอยู่ใน RTU และ PLC

ในเวลาเดียวกัน SFTP ได้แทนที่การโอนย้ายไฟล์แบบเก่าด้วยช่องทางที่เข้ารหัส วิศวกรตอนนี้จัดการการสำรองข้อมูล PLC และการตั้งค่าระบบรีเลย์ในฐานะสินทรัพย์ดิจิทัลที่มีโครงสร้าง แทนที่จะเป็นงานบำรุงรักษาทางกายภาพ

การรวมกันของโปรโตคอล IT และ OT นี้ได้เปลี่ยนการบำรุงรักษาในอุตสาหกรรมให้กลายเป็นวินัยที่ขับเคลื่อนด้วยซอฟต์แวร์

ความซับซ้อนทางวิศวกรรมกำลังมุ่งหน้าไปที่ไหนต่อ

การสื่อสารในอุตสาหกรรมกำลังมุ่งสู่สถาปัตยกรรมแบบอีเธอร์เน็ตที่เป็นเอกภาพ โปรโตคอลกำลังถูกแปลงเป็นชั้นซอฟต์แวร์ในขณะที่ฮาร์ดแวร์กลายเป็นโมดูลาร์มากขึ้น

มาตรฐานเช่น IEC 61850 และ OPC UA กำลังขยายความสามารถในการทำงานร่วมกันข้ามระบบพลังงาน การผลิต และโครงสร้างพื้นฐาน สิ่งนี้ช่วยลดการผูกขาดกับผู้ขายและเพิ่มความยืดหยุ่นตลอดอายุการใช้งาน

การแบ่งส่วนเครือข่าย การบังคับใช้ความปลอดภัยไซเบอร์ และการสื่อสารที่มีความแน่นอนกลายเป็นข้อกำหนดในการออกแบบ ไม่ใช่แค่การอัปเกรด

ความเป็นจริงทางวิศวกรรมเบื้องหลังการมาตรฐานโปรโตคอล

การมาตรฐานไม่ใช่แค่ความสะดวกสบาย มันกำหนดว่าระบบจะขยายตัวหรือแตกแยกภายใต้แรงกดดันในการดำเนินงาน

หากไม่มีโปรโตคอลร่วม การบูรณาการแต่ละครั้งจะกลายเป็นโครงการวิศวกรรมเฉพาะ ด้วยโปรโตคอลเหล่านี้ โรงงานจึงทำงานเหมือนโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลที่ประสานงานกัน แทนที่จะเป็นเครื่องจักรแยกส่วน

ซัพพลายเออร์ในอุตสาหกรรมเช่น ส่วนประกอบเครือข่ายการสื่อสารในอุตสาหกรรม ตอนนี้เป็นศูนย์กลางของการตัดสินใจออกแบบระบบ ไม่ใช่แค่รายการจัดซื้อเท่านั้น

ข้อมูลเชิงลึกอุตสาหกรรม: โปรโตคอลในฐานะตรรกะการควบคุมรูปแบบใหม่

ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนแปลงอย่างเงียบ ๆ จากการควบคุมที่กำหนดโดยฮาร์ดแวร์ไปสู่ความชาญฉลาดที่กำหนดโดยโปรโตคอล ตรรกะของการควบคุมถูกฝังอยู่ในวิธีที่ระบบสื่อสารกันมากกว่าการประมวลผลภายในเครื่อง

วิวัฒนาการนี้ทำให้ความเชี่ยวชาญด้านเครือข่ายมีความสำคัญเทียบเท่ากับการเขียนโปรแกรม PLC เอง วิศวกรที่เข้าใจพฤติกรรมของโปรโตคอลในตอนนี้มีอิทธิพลต่อความน่าเชื่อถือของระบบมากกว่าที่เคย

ในโรงงานแห่งอนาคต ชุดการสื่อสารจะกำหนดความมั่นคงในการดำเนินงานเทียบเท่ากับอัลกอริทึมการควบคุม

ผู้เขียน: Daniel Mercer ผู้รายงานระบบอุตสาหกรรม | ประสบการณ์ 14 ปี อดีตวิศวกรระบบบูรณาการที่ทำงานกับโครงการของ Siemens, Emerson และ Schneider Electric ในด้านการผลิตพลังงานและระบบอัตโนมัติกระบวนการ มุ่งเน้นที่สถาปัตยกรรมเครือข่าย OT และการออกแบบความปลอดภัยไซเบอร์ในอุตสาหกรรม