เมื่อระบบควบคุมอุตสาหกรรมกลายเป็นปัญหาด้านเครือข่าย

โรงงานอุตสาหกรรมสมัยใหม่ไม่ได้พึ่งพาเพียงตัวควบคุมที่แยกจากกันอีกต่อไป แต่ทำงานเสมือนระบบนิเวศดิจิทัลที่หนาแน่น ซึ่ง PLC, RTU, IED และแพลตฟอร์ม SCADA แลกเปลี่ยนข้อมูลที่มีโครงสร้างระหว่างกันอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงนี้ผลักดันให้โปรโตคอลเครือข่ายเปลี่ยนจากเรื่องที่เกี่ยวข้องกับ IT มาเป็นสาขาวิศวกรรมหลักสำหรับระบบอัตโนมัติ

ในระบบผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมกระบวนการ ทุกมิลลิวินาทีของการสื่อสารมีความสำคัญ ชั้นโปรโตคอลที่ขัดข้องอาจขัดขวางเทเลเมทรี ทำให้คำสั่งล่าช้า และทำให้ลูปควบคุมทั้งหมดไม่เสถียร

ปัจจุบันสถาปัตยกรรมระบบควบคุมพึ่งพาแบบจำลองการสื่อสารแบบหลายชั้น แทนตรรกะฮาร์ดแวร์แบบแยกส่วน

OSI และ TCP/IP วางโครงสร้างให้ทุกสัญญาณอย่างเงียบ ๆ ได้อย่างไร

โปรโตคอลอุตสาหกรรมทุกชนิดทำงานอยู่บนสแตกการสื่อสารที่มีโครงสร้าง แบบจำลอง OSI กำหนดชั้นเชิงแนวคิดไว้เจ็ดชั้น ขณะที่ TCP/IP ลดรูปให้เหลือสี่ชั้นเชิงหน้าที่

วิศวกรมักไม่เห็นแบบจำลองเหล่านี้โดยตรง แต่ทุกแพ็กเก็ตในโรงงานดำเนินไปตามตรรกะของแบบจำลองเหล่านี้ ตั้งแต่ค่าที่อ่านได้จากเซนเซอร์ไปจนถึงแดชบอร์ดบนคลาวด์ จุดข้อมูลแต่ละจุดจะผ่านชั้นการห่อหุ้มข้อมูล การกำหนดเส้นทาง และการขนส่ง

โครงสร้างนี้ช่วยให้เกิดการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตต่าง ๆ เช่น ระบบอัตโนมัติของ Siemens และ แพลตฟอร์ม PLC ของ Allen-Bradley, แม้สถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์จะแตกต่างกันอย่างมาก

จุดที่ IEC 60870-5-104 และ SNMP กำหนดความเป็นจริงของระบบอุตสาหกรรม

ในระบบไฟฟ้า IEC 60870-5-104 ได้กลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักของระบบเทเลเมทรี โปรโตคอลนี้ทำงานบน TCP/IP และกำหนดมาตรฐานวิธีที่สถานีไฟฟ้าย่อยรายงานค่าการวัด สถานะ และคำสั่งควบคุม

จุดข้อมูลแต่ละจุดมีโครงสร้างผ่านออบเจ็กต์ ASDU และการกำหนดแอดเดรส IOA สิ่งนี้ช่วยให้สามารถตีความข้อมูลได้อย่างแน่นอนสอดคล้องกันระหว่างศูนย์ควบคุมที่กระจายอยู่ตามภูมิศาสตร์

นอกจากนี้ SNMP ยังมีบทบาทที่แตกต่างออกไป SNMP ไม่ได้ควบคุมกระบวนการ แต่ตรวจสอบสถานะของเราเตอร์ สวิตช์ และอุปกรณ์เครือข่าย

ในโรงงานขนาดใหญ่ SNMP ทำหน้าที่เป็นผู้สังเกตการณ์เงียบ ๆ ที่ช่วยให้โครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารยังคงมีเสถียรภาพก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวของกระบวนการ

เหตุใดเครือข่ายอุตสาหกรรมจึงทำงานคล้ายระบบ IT ในปัจจุบัน

โปรโตคอลอย่าง HTTP, HTTPS และ FTP ได้เข้ามาอยู่ในสภาพแวดล้อม OT สิ่งเหล่านี้ช่วยให้สามารถกำหนดค่าระยะไกล อัปเดตเฟิร์มแวร์ และวินิจฉัยระบบอย่างปลอดภัยผ่านเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่ฝังอยู่ใน RTU และ PLC

ขณะเดียวกัน SFTP ก็เข้ามาแทนที่การถ่ายโอนไฟล์แบบเดิมด้วยช่องทางที่เข้ารหัส ปัจจุบันวิศวกรจัดการข้อมูลสำรองของ PLC และการตั้งค่ารีเลย์ในฐานะสินทรัพย์ดิจิทัลที่มีโครงสร้าง แทนที่จะเป็นงานบำรุงรักษาทางกายภาพ

การหลอมรวมของโพรโทคอล IT และ OT นี้ได้เปลี่ยนการบำรุงรักษาอุตสาหกรรมให้เป็นศาสตร์ที่ขับเคลื่อนด้วยซอฟต์แวร์

ทิศทางถัดไปของความซับซ้อนทางวิศวกรรม

การสื่อสารในอุตสาหกรรมกำลังมุ่งสู่สถาปัตยกรรมแบบ Ethernet รวมศูนย์ โพรโทคอลกำลังถูกทำให้เป็นนามธรรมในชั้นซอฟต์แวร์ ขณะที่ฮาร์ดแวร์มีลักษณะเป็นโมดูลมากขึ้นเรื่อย ๆ

มาตรฐานอย่าง IEC 61850 และ OPC UA กำลังขยายความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างระบบพลังงาน การผลิต และโครงสร้างพื้นฐาน สิ่งนี้ช่วยลดการผูกติดกับผู้จำหน่ายและเพิ่มความยืดหยุ่นตลอดวงจรชีวิต

การแบ่งส่วนเครือข่าย การบังคับใช้ความปลอดภัยทางไซเบอร์ และการสื่อสารแบบกำหนดเวลาแน่นอน ล้วนเป็นข้อกำหนดด้านการออกแบบ ไม่ใช่การอัปเกรดภายหลัง

ความเป็นจริงทางวิศวกรรมเบื้องหลังการทำให้โพรโทคอลเป็นมาตรฐาน

การทำให้เป็นมาตรฐานไม่ใช่เพียงเรื่องความสะดวก สิ่งนี้เป็นตัวกำหนดว่าระบบจะขยายขนาดได้หรือแตกกระจายภายใต้แรงกดดันในการปฏิบัติงาน

หากไม่มีโพรโทคอลร่วม การบูรณาการแต่ละครั้งจะกลายเป็นโครงการวิศวกรรมเฉพาะกิจ ด้วยสิ่งเหล่านี้ โรงงานจึงทำงานเสมือนโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลที่ประสานงานกัน แทนที่จะเป็นเครื่องจักรที่แยกขาดจากกัน

ผู้จัดจำหน่ายอุตสาหกรรม เช่น ส่วนประกอบเครือข่ายการสื่อสารในอุตสาหกรรม ปัจจุบันมีบทบาทสำคัญต่อการตัดสินใจด้านการออกแบบระบบ ไม่ใช่เพียงรายการจัดซื้อ

ข้อมูลเชิงลึกอุตสาหกรรม: โพรโทคอลในฐานะตรรกะการควบคุมรูปแบบใหม่

ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนจากการควบคุมที่กำหนดโดยฮาร์ดแวร์ไปสู่ความอัจฉริยะที่กำหนดโดยโพรโทคอลอย่างเงียบ ๆ ตรรกะการควบคุมกำลังถูกฝังอยู่ในวิธีที่ระบบสื่อสารกันมากขึ้นเรื่อย ๆ แทนที่จะอยู่ที่วิธีประมวลผลภายในเครื่อง

การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ความเชี่ยวชาญด้านเครือข่ายมีความสำคัญไม่แพ้การเขียนโปรแกรม PLC วิศวกรที่เข้าใจพฤติกรรมของโพรโทคอลกำลังมีอิทธิพลต่อความน่าเชื่อถือของระบบมากกว่าที่เคย

ในโรงงานแห่งอนาคต กลุ่มโพรโทคอลการสื่อสารจะกำหนดเสถียรภาพในการปฏิบัติงานไม่แพ้อัลกอริทึมควบคุม

ผู้เขียน: Daniel Mercer ผู้รายงานข่าวระบบอุตสาหกรรม | ประสบการณ์ 14 ปี อดีตวิศวกรบูรณาการระบบที่ทำงานในโครงการของ Siemens, Emerson และ Schneider Electric ครอบคลุมการผลิตไฟฟ้าและระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิต มุ่งเน้นสถาปัตยกรรมเครือข่าย OT และการออกแบบความปลอดภัยทางไซเบอร์สำหรับระบบอุตสาหกรรม