Communication Protocols: औद्योगिक ऑटोमेशन में डेटा एक्सचेंज के माध्यम |

Industrial Communication Protocols

Communication protocol एक set of rules और conventions हैं, जो devices और systems के बीच communication को organize, regulate और standardize करते हैं, ये protocols, data को transmit करने, exchange करने और interpret करने के लिए प्रयोग होते हैं।

Communication protocols, devices या systems के communication के अलग-अलग aspects, जैसे data format, encoding, transmission methods, error detection और correction, addressing, routing, authentication, और security को define करते हैं। ये protocols, communication के सारे parties (devices, networks, applications) के लिए एक consistent और interoperable framework provide करते हैं।

एक communication protocol, sender और receiver के बीच communication के लिए एक common language का role play करता है, ये protocols specify करते हैं कि data कैसे organize किया जाए, किस format में transmit किया जाए, और किस तरह से  error detect और correct किया जाए, और किस तरह से  communication के endpoints को identify किया जाए।

हर communication protocol अपने set of rules और formats define करता है, जो typically layers में organize किए जाते हैं, जो common example है, TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), जो internet communication के लिए बहुत ज्यादा इस्तेमाल होते हैं। TCP/IP protocol multiple layers को suite करता है, जैसे कि  network layer (IP), transport layer (TCP/UDP), और application layer (HTTP, FTP, SMTP, etc.) को define करता है। कुछ popular communication protocols नीचे दिए गए हैं :

MODBUS

Modbus एक प्रसिद्ध industrial communication protocol है जो data exchange और communication के लिए इस्तेमाल होता है, यह protocol Modicon (Modbus-compatible) programmable logic controllers (PLCs) के लिए पहले से ही विकसित किया गया था, लेकिन अब ये बहुत से दूसरे devices और systems में भी उपयोग होता है।

Modbus का उपयोग mainly industrial automation applications में होता है जैसे कि monitoring systems, process control systems, और building automation systems. इस प्रोटोकॉल का मुख्य उद्देश्य devices के बीच में data exchange और communication करने की सुविधा प्रदान करना है।

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Modbus communication master-slave architecture पर काम करता है, इसमें एक master device (जैसे कि PLC) दूसरे devices को control करने के लिए commands भेजता है,जो slave devices (जैसे कि sensors, actuators, या दूसरे controllers) होते हैं, Master device slave devices से data read कर सकता है और उन्हें commands भेज सकता है।

Modbus के दो मुख्य  variants होते हैं:

• Modbus RTU (Remote Terminal Unit): इस variant में data serial communication के through transmit होता है, इसमें data binary format में होता है और devices के बीच में RS-232 या RS-485 जैसे serial communication protocols का उपयोग होता है।

• Modbus TCP (Transmission Control Protocol): यह variant Ethernet-based TCP/IP network पर काम करता है, इसमें  data TCP/IP packets में encapsulate होता है और devices के बीच में Ethernet network का उपयोग होता है।

Modbus के advantages में शामिल है कि ये simple, robust, और widely supported है, इसका implementation और integration आसान है, और इसमें केवल कम bandwidth की आवश्यकता होती है, इसके अलावा Modbus के कुछ limitations भी हैं जैसे कि limited data transfer speed, lack of encryption, और limited error checking.

Modbus protocol के कुछ प्रमुख features हैं:

• Simple Structure: Modbus का structure simple है, जिसकी वजह से इसे आसानी से  implement किया जा सकता है, इसमें data को function codes के साथ भेजा जाता है, जिनसे data का प्रकार और प्रबंध किया जाता है।

• Versatility: Modbus protocol multiple devices के साथ काम कर सकता है। एक master device, multiple slave devices से data exchange कर सकता है, और slave devices भी master device को data provide कर सकते हैं।

• Interoperability: Modbus protocol केवल एक company या manufacturer के devices तक सीमित नहीं है, इससे compatible device आसानी से integrate किए जा सकते हैं, जिससे interoperation कि सुविधा मिलती है।

• Data Types: Modbus protocol में कई प्रकार के data types support किए जाते हैं, जैसे कि binary, integer, floating point, coils, registers, etc.

Overall, Modbus एक प्रसिद्ध industrial communication protocol है जो devices के बीच में data exchange और communication को संभव करता है।

PROFINET (PROcess FIeld NETwork)

PROFINET (Process Field Network) एक industry-standard Ethernet-based communication protocol है जो industrial automation applications के लिए प्रयोग किया जाता है, PROFINET, field devices और automation systems के बीच data exchange और control communication को possible बनाता है।

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PROFINET, Siemens AG द्वारा develop किया गया है और IEC 61158 और IEC 61784 standards के तहत define किया गया है, ये protocol manufacturing, process control, packaging, robotics, और दूसरे industrial automation domain में widely इस्तेमाल होता है।

PROFINET, Ethernet पर काम करता है जिससे existing Ethernet infrastructure का इस्तेमाल करके communication network बनाया जा सकता है. ये high-speed data transfer और real-time control के लिए optimized है, PROFINET में TCP/IP protocol stack का इस्तेमाल किया जाता है , जिससे standard Ethernet switches और routers के साथ compatibility बनी रहती है।

PROFINET के through, sensors, actuators, motor drives, PLCs (Programmable Logic Controllers), I/O modules, और दूसरे automation devices को नेटवर्क के साथ जोड़ा जाता है, ये devices real-time data exchange कर सकते हैं और control commands को एक दूसरे तक पहुंचा सकते हैं। PROFINET में device configuration और monitoring भी possible है।

PROFINET के feature में high-speed data exchange, determinism (जिससे time-critical applications handle किया जा सकता है), diagnostics, device redundancy, और flexibility शामिल है ये protocol flexible topology support करता है जैसे कि, star, ring, और line topology.

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Overall, PROFINET industrial automation के लिए एक reliable, scalable, और interoperable communication solution है, जो Ethernet technology का इस्तेमाल करके communication को enhance करता है।

EtherNet/IP

EtherNet IP जो कि EtherNet Industrial Protocol कहते हैं, एक promate standard है जो industrial automation के लिए design किया गया है, ये protocol EtherNet network पर data exchange करने के लिए प्रयोग किया जाता है, जिससे industrial device और system को एक unified network infrastructure provide होती है।

EtherNet/IP के नाम में EtherNet technology का reference है जो कि widely used local area network (LAN) technology है, इसका प्रयोग डाटा communication के लिए किया जाता है,'IP', standard EtherNet hardware और TCP/IP (Transmission Control Protocol) suite का प्रयोग करके data communication का एक layer provide करता है।

EtherNet/IP primarily industrial automation application में प्रयोग होता है, जैसे कि manufacturing plants, process control system, और industrial machinery, इसका प्रयोग किया जाता है data exchange करने के लिए industrial devices जैसे कि programmable logic controllers (PLCs), human - machine interfaces (HMIs), motion controllers, और sensors के बीच।

EtherNet IP के through, devices एक दूसरे से data share कर सकते हैं, commands exchange कर सकते हैं और real time monitoring और exchange और control के लिए communicate कर सकते हैं, ये protocol high-speed, deterministic, और reliable communication provide करता है, जिससे industrial automation system को improve करने और optimize करने में मदद मिलती है।

इसके साथ ही, EtherNet/IP standard TCP/IP suite के features का भी benefit लेता है, जैसे कि IP addressing, device discovery, network configuration और security features इसका प्रयोग करके, industrial devices और system को existing EtherNet infrastructure से integrate करना आसान हो जाता है, और interoperability को बढ़ाया जा सकता है।

EtherNet/IP के मुख्य features हैं:

• Ethernet के high-speed, high-bandwidth advantages का उपयोग करके real-time data exchange और control.

• TCP/IP के flexible और scalable nature का फायदा उठाकर multiple devices के बीच communication.

• CIP (Common Industrial Protocol) का उपयोग करके seamless integration with other industrial networks और devices.

• Standard Ethernet hardware और infrastructure के उपयोग से  cost-effective implementation.

• Plug-and-play capabilities, जिसकी वजह से devices को network में आसानी से जोड़ा जा सकता है।

Overall, EtherNet/IP एक industrial communication protocol है, जो Ethernet technology और TCP/IP suite का उपयोग करके industrial automation systems में data exchange और communication को facilitate करता है।

DeviceNet

DeviceNet, एक industrial automation network है जो manufacturing, process control, और अन्य industrial applications में प्रयोग होता है, DeviceNet, Allen-Bradley (Rockwell Automation) द्वारा develop किया गया है, ये network multiple devices, जैसे sensors, actuators, motor drives, switches, और अन्य industrial equipment को connect करने के लिए design किया गया है।

DeviceNet का प्रयोग किसी specific industry sector में devices को interconnect करने के लिए होता है, network high-speed communication provide करता है और ये  devices को एक common network पर communicate करने की capability देता है, DeviceNet, CAN (Controller Area Network) protocol पर based है।

DeviceNet network में, एक central controller (जैसे कि programmable logic controller या distributed control system) होता है जो सारे connected devices को control करता है,ये network twisted-pair wiring पर based होता है जिसमे devices को daisy-chain topology में connect किया जाता है।

DeviceNet के through, devices एक दूसरे से data exchange कर सकते हैं, commands receive और transmit कर सकते हैं, diagnostics information share कर सकते हैं, और coordinated operations perform कर सकते हैं इसके अलावा DeviceNet network devices को power भी provide करता है जिससे उन्हें अलग से power source की जरूरत न हो।

DeviceNet network का उपयोग manufacturing plants, assembly lines, conveyor systems, process industries, automotive industries, और दूसरे industrial environments में किया जाता है ये network devices को reliable communication, easy installation, और interoperability provide करता है, जो industrial automation में मुख्य factors होते हैं।

PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) एक industry-standard communication protocol है जो manufacturing, automation, और process control applications में प्रयोग होता है, PROFIBUS के through, data और signals को exchange किया जाता है, industrial devices, such as programmable logic controllers (PLCs), sensors, actuators, और अन्य field devices के बीच।

PROFIBUS को Siemens AG ने develop किया था, और ये एक open standard है जिसकी specifications PROFIBUS International (PI) organization maintain करती है, PROFIBUS के multiple variations हैं, जिनमे से दो popular variations हैं:

• PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals): ये variation process control और manufacturing automation के लिए designed है। इसमें, central controller (जैसे की PLC) और distributed peripherals (जैसे की sensors और actuators) के बीच high-speed communication होती है, PROFIBUS DP twisted-pair cables और RS-485 serial communication standard का प्रयोग करता है।

• PROFIBUS PA (Process Automation): ये variation process automation applications, जैसे कि oil refining, chemical plants, और pharmaceutical industries के लिए designed है, PROFIBUS PA devices की communication के लिए, bus-powered instruments और intrinsic safety techniques का इस्तेमाल होता हैं|

PROFIBUS के कुछ मुख्य लाभ हैं:

• High-Speed Communication: PROFIBUS high-speed data transmission allow करता है, जिससे real-time control और monitoring possible होता है।

• Scalability: PROFIBUS flexible और scalable है जिसके through आप अपने automation network को as per requirement expand या modify कर सकते हैं।

• Robustness: ये protocol noise और interference tolerant है, जिससे reliable communication और operation मिलता है।

• Interoperability: PROFIBUS के द्वारा अलग अलग manufacturers के devices एक दूसरे के साथ compatible हो सकते हैं, जिससे आपको flexibility और choice मिलता है।

PROFIBUS का एक मुख्य benefit है कि ये reliable, robust, और high-speed communication provide करता है industrial environments में इसका प्रयोग field devices के data exchange, process monitoring, control, और diagnostics के लिए किया जाता है। PROFIBUS के through, real-time data और commands को devices के बीच efficiently share किया जा सकता है, जिससे overall system efficiency और productivity improve होती है।

Overall, PROFIBUS एक widely used industrial communication protocol है जो manufacturing और process control industries में data exchange और automation को facilitate करता है।

CANopen

CANopen (Controller Area Network open) एक industrial automation में प्रयोग होने वाला communication protocol है. ये protocol, real-time communication और network management capabilities provide करता है, जिसके through devices एक network पर communicate कर सकते हैं।

CANopen initially automotive industry में develop किया गया था लेकिन आज कल ये  industrial automation, medical devices, maritime applications, और दूसरे domains में भी इस्तेमाल होता है, ये protocol CAN bus (Controller Area Network) पर काम करता है, जो एक reliable, robust, और low-cost serial communication network हैं।

CANopen protocol, एक standardized messaging scheme provide करता है, जिसमें messages nodes (devices) के बीच exchange किए जाते हैं, ये messages data, commands, और status information ko carry कर सकते हैं, इस protocol में, हर node को unique identifier होता है जिससे उनको network पर identify किया जा सकता है।

CANopen protocol के कुछ important features हैं:

ये protocol एक common database हैं, जिसमें nodes के parameters, configurations, और functionalities define किए जाते हैं, Object Dictionary, dynamic object mapping allow करता है, जिससे devices network के साथ interact कर सकते हैं।

• Network Management: CANopen में network management features होते हैं जैसे device monitoring, configuration, heartbeat monitoring, error handling, और synchronization.

• Device Profiles: CANopen में predefined device profile होते हैं, जिससे devices को define किया जा सकता है, ये profiles, specific device types और functionalities के लिए standardized communication interfaces provide करते हैं।

• Real-time Communication: CANopen real-time communication को support करता हैं, जिससे critical data और commands को reliable तरीके से transmit किया जा सकता है।

Overall, CANopen protocol, distributed control systems और networked devices के लिए एक powerful और flexible communication solution है, जिसके through devices एक reliable और standardized तरीके से communicate कर सकते हैं।

OPC (OLE for Process Control)

• OPC Server: OPC server एक software application होता है, जो industrial data को collect, process, और distribute करता है, ये server, field devices से data collect करता है और उसे OPC protocol के through connected client applications को provide करता है, OPC server, data को standard OPC format में expose करता है, जिसे client applications easily interpret और utilize कर सकते हैं।

• OPC Client: OPC client application, OPC server से data retrieve करने के लिए प्रयोग किया जाता है, ये  application, OPC server से data read कर सकता है, commands send कर सकता है और real-time control actions perform कर सकता है, OPC client, visualizations, data logging, analysis, और decision-making tasks के लिए data का उपयोग करता है।

OPC protocol, various industry standard communication protocols (जैसे कि OPC DA, OPC UA, OPC HDA) को support करता है, ये protocols, Ethernet, TCP/IP, serial communication, और अन्य network protocols पर based हो सकते हैं।

Overall, OPC protocol industrial automation systems के लिए एक standardized और interoperable communication framework provide करता है, जिससे devices और software applications seamlessly interact कर सकते हैं।

MOTT (Message Queuing Telemetry Transport)

MOTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol एक lightweight messaging protocol है, जो IoT (Internet of Things) devices के communication के लिए design किया गया है, MOTT protocol, low-bandwidth, high-latency, और unreliable networks पर efficient communication को support करता है।

MOTT protocol, publish-subscribe messaging pattern पर आधारित है इसमें , publishers (data senders) messages को topics (subjects) पर publish करते हैं, और subscribers (data receivers) उस topic पर subscribe करके messages को receive करते है।

MOTT protocol TCP/IP और MQTT-SN (Message Queuing Telemetry Transport for Sensor Networks) को combine करता है, ये protocol TCP/IP के upper layer पर कार्य करता है, जिससे devices को reliable connection establishment, session maintenance, और message delivery की सुविधा मिलती है।

MOTT protocol का main focus lightweight communication है. ये बहुत कम network bandwidth और  resources का इस्तेमाल करता है, जिससे इसे resource-constrained IoT devices पर भी आसानी से deploy किया जा सकता है, इसकी simplicity और scalability इसे popular बनाती है IoT applications में।

MOTT protocol का उपयोग अलग- अलग IoT use cases में होता है, जैसे कि home automation, industrial automation, smart energy systems, vehicle tracking, और remote monitoring. इसका इस्तेमाल data collection, real-time monitoring, और control applications के लिए किया जाता है।

Overall, MOTT protocol, IoT devices के लिए optimized messaging solution है, जो low-bandwidth और unreliable networks पर भी efficient communication provide करता है।

WirelessHART

WirelessHART (Highway Addressable Remote Transducer) protocol एक end-to-end wireless communication protocol हैं, जो industrial automation systems में प्रयोग होता है ये  protocol HART Communication Foundation (HCF) द्वारा develop किया गया है, जो कि एक industry-standard organization है और HART protocol का wireless extension provide करता है।

HART (Highway Addressable Remote Transducer) protocol एक traditional wired communication protocol है जो industrial field devices, such as sensors, transmitters, और actuators के बीच communication establish करने के लिए प्रयोग होता है, WirelessHART protocol इसे wireless environment में extend करता है, जिससे devices को wireless communication capability provide होती है।

WirelessHART protocol wireless mesh network का प्रयोग करता है, जिसमें multiple wireless devices एक दूसरे से communicate कर सकते हैं, हर device mesh network का भाग होता है और devices के साथ communication relay करता है,इस तरह, robust and reliable wireless communication establish की जा सकती हैं, और devices को real-time data exchange, monitoring, और control करने की capability मिलती हैं 

WirelessHART protocol के features में security, reliability, scalability, और compatibility शामिल होते हैं, ये protocol multiple frequency bands, encryption techniques, और authentication mechanisms का प्रयोग करता है जिससे data security ensure किया जाता है, इसके अलावा, ये protocol self-healing capabilities भी provide करता है,जिससे network के failure cases में communication continuity maintain की जा सकती है।

WirelessHART protocol के प्रयोग से industrial automation systems में flexibility, cost-effectiveness, और ease of installation achieve की जा सकती है,इससे existing HART-enabled devices wireless environment में integrate करने में मदद मिलती है  monitoring और control systems को wireless connectivity provide की जा सकती है।

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