Ethernet یکی از بهترین رسانه‌های ارتباطی موجود برای اتوماسیون صنعتی است. به دلیل سرعت بالای انتقال داده، سهولت در پیکربندی، و دسترسی آسان، اترنت به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان سخت‌افزار ترجیحی برای پروتکل‌های ارتباطی صنعتی استفاده می‌شود. دو پروتکل پرکاربرد در این زمینه Ethernet/IP و EtherCAT هستند. اگرچه نام‌های مشابهی دارند، اما تفاوت‌های اساسی بین آن‌ها وجود دارد که مهندسان باید قبل از انتخاب پروتکل مناسب با آن‌ها آشنا شوند. در این مقاله، تفاوت‌های بین Ethernet/IP و EtherCAT را از نظر طراحی پروتکل، سرعت، و عملکرد در اتوماسیون صنعتی بررسی می‌کنیم و مثال‌های کاربردی بیشتری ارائه می‌دهیم.

پروتکل Ethernet/IP چیست؟

Ethernet/IP (اترنت صنعتی) پروتکلی است که توسط شرکت Rockwell Automation و انجمن ODVA (Open DeviceNet Vendors Association) توسعه یافته است. این پروتکل بر روی سخت‌افزار اترنت کار می‌کند و بر پایه پروتکل صنعتی مشترک (CIP – Common Industrial Protocol) مدیریت می‌شود. Ethernet/IP از مکانیزم تولیدکننده-مصرف‌کننده (Producer-Consumer) استفاده می‌کند. در این مدل، دستگاه تولیدکننده (Slave) داده‌ها را به‌صورت دوره‌ای یا بر اساس رویداد در شبکه ارسال می‌کند، بدون توجه به اینکه دستگاه مصرف‌کننده (Master) در شبکه حضور دارد یا خیر. اگر مصرف‌کننده در شبکه باشد، داده‌ها را دریافت کرده و بر اساس تنظیمات برنامه خود از آن‌ها استفاده می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود ارتباط در زمان واقعی (Real-Time) انجام شود و انتقال داده با سرعت بالا و بدون تأخیر (Latency) صورت گیرد، حتی اگر Master بعداً به شبکه متصل شود. ( تفاوت بین Ethernet/IP و EtherCAT )

از آنجا که Ethernet/IP از پروتکل CIP استفاده می‌کند، پیام‌های ارسالی شامل اشیاء (Objects)، کلاس‌ها (Classes) و ویژگی‌ها (Attributes) هستند. این ساختار امکان انتقال حجم زیادی از داده‌ها با حداقل تأخیر شبکه را فراهم می‌کند. برای استفاده از دستگاه‌های Slave در Ethernet/IP، نیاز به نصب فایل‌های EDS (Electronic Data Sheet) است که از وب‌سایت‌های مربوطه قابل دانلود هستند.  ( تفاوت بین Ethernet/IP و EtherCAT )

پروتکل EtherCAT چیست؟

EtherCAT (اتوماسیون کنترل اترنت) توسط شرکت Beckhoff Automation توسعه یافته است. این پروتکل نیز بر روی سخت‌افزار اترنت کار می‌کند، اما برخلاف Ethernet/IP، از پروتکل‌های TCP یا UDP استفاده نمی‌کند. EtherCAT بر اساس فناوری Master-Slave عمل می‌کند و از یک ویژگی خاص به نام “پردازش در حین حرکت” (Processing on the Fly) بهره می‌برد که محدودیت‌های مدل درخواست-پاسخ سنتی را دور می‌زند.

در این مدل، دستگاه Master فریم درخواستی را به شبکه ارسال می‌کند که به تمام گره‌های Slave می‌رسد. هر گره Slave فریم را دریافت کرده و بررسی می‌کند که آیا داده‌ای از آن مورد نیاز است یا خیر. اگر نیاز باشد، داده‌های خود را فوراً در فریم بارگذاری کرده و آن را به گره بعدی منتقل می‌کند. اگر داده‌ای لازم نباشد، فریم را بدون تغییر به گره بعدی ارسال می‌کند. این فرآیند مانند قطاری است که هر گره به‌عنوان یک ایستگاه عمل می‌کند و داده‌ها را در حین حرکت بارگذاری می‌کند. این مدل باعث کاهش چشمگیر تأخیر شبکه و افزایش سرعت انتقال داده می‌شود.

نکته مهم این است که EtherCAT از پروتکل‌های TCP یا UDP استفاده نمی‌کند و به آدرس IP نیازی ندارد. در عوض، از آدرس‌دهی منطقی، ترتیب فیزیکی دستگاه‌ها، و کشف خودکار (Auto-Discovery) در زمان راه‌اندازی استفاده می‌کند. این پروتکل مستقیماً در لایه دوم مدل OSI (لایه پیوند داده) عمل می‌کند و لایه‌های شبکه و انتقال (که در Ethernet/IP استفاده می‌شوند) را دور می‌زند.

مقایسه Ethernet/IP و EtherCAT

• سرعت و تأخیر شبکه: EtherCAT به دلیل فناوری “پردازش در حین حرکت”، بسیار سریع‌تر از Ethernet/IP است. با دور زدن لایه‌های بالاتر مدل OSI، تأخیر شبکه به حداقل می‌رسد و پهنای باند داده بالاتر است.
• ساختار بسته‌های داده: Ethernet/IP هر بسته اترنت شامل سربار (Overhead) خاص خود است که حجم داده را افزایش می‌دهد. در مقابل، EtherCAT از فریم‌های مشترک استفاده می‌کند که مصرف داده را بهینه‌تر می‌کند.
• نیاز به سخت‌افزار: EtherCAT نیاز به دستگاه‌های Slave خاص با کنترل‌کننده‌های EtherCAT دارد، که هزینه پیاده‌سازی را افزایش می‌دهد. Ethernet/IP با دستگاه‌های استاندارد اترنت کار می‌کند و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
• توپولوژی شبکه: Ethernet/IP معمولاً از توپولوژی‌های ستاره‌ای (Star) و درختی (Tree) استفاده می‌کند، در حالی که EtherCAT از توپولوژی‌های خطی (Line)، زنجیره‌ای (Daisy Chain) یا حلقه‌ای (Ring) پشتیبانی می‌کند.
• ساختار پیام‌ها: Ethernet/IP از اشیاء، کلاس‌ها و ویژگی‌ها برای پیام‌رسانی استفاده می‌کند، در حالی که EtherCAT از دستورات خواندن/نوشتن، آدرس، طول داده و داده‌های خواندن/نوشتن (مشابه Modbus) استفاده می‌کند.
• کاربردها و انعطاف‌پذیری: Ethernet/IP برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف‌پذیری بالا و ادغام با سیستم‌های متنوع دارند مناسب است، در حالی که EtherCAT برای کاربردهای نیازمند سرعت بالا و هماهنگی دقیق، مانند رباتیک، ایده‌آل است.

کدام پروتکل مناسب‌تر است؟

انتخاب بین Ethernet/IP و EtherCAT به نیازهای پروژه بستگی دارد:

• Ethernet/IP: اگر بودجه محدود است، دستگاه‌های استاندارد اترنت در دسترس هستند و انعطاف‌پذیری در ادغام با سیستم‌های مختلف اهمیت دارد، این پروتکل گزینه بهتری است.
• EtherCAT: اگر سرعت بالا، تأخیر کم و هماهنگی دقیق (مانند کنترل حرکت در رباتیک) مورد نیاز است، EtherCAT انتخاب بهتری خواهد بود، هرچند هزینه اولیه بالاتری دارد.