เนื่องจากมีการขยายตัวของงานออโตเมชั่นมากในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ทำให้เทคโนโลยีการสื่อสารข้อมูลทางด้านอุตสาหกรรม (Industrial communication) มีความสำคัญมากขึ้น โดยจุดประสงค์เพื่อจัดการการสื่อสารข้อมูลที่มากและซับซ้อนของแต่ละลำดับชั้น ให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด ซึ่งจากแนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีที่ได้กล่าวมาแล้วนั้น คือ ได้มีการนำเทคโนโลยีระบบบัส (Bus system) มาใช้เพื่อให้บรรลุจุดประสงค์ที่ต้องการ

        โดยทั่วไประบบบัสสำหรับงานอุตสากรรม (Industrial bus system) มีมากมายหลายชนิด ซึ่งในที่นี้จะขอจำแนกตามลำดับขั้นการติดต่อสื่อสารข้อมูลเป็น 3 ระดับ ดังนี้

1.             ระดับ Factory level ซึ่งจะครอบคลุมระดับออโตเมชันระดับ Factory manage และ coordinating

2.             ระดับ Cell level ซึ่งจะครอบคลุมระดับออโตเมชันระดับ System และ Control

3.             ระดับ Field level ซึ่งจะครอบคลุมระดับออโตเมชัน ระดับ Sensor actuator

       ซึ่งเราสามารถสรุปเป็นตารางได้ดังนี้

ลำดับชั้นของการควบคุมระบบออโตเมชั่น

             คำว่า “Automation hierarchy” นั้นกล่าวถึงระดับของการควบคุมงานออโตเมชั่น พื้นที่ที่ใช้งาน ความสามารถในการทำงานและทิศทางการไหลของข้อมูล ทั้งนี้เพื่อประโยชน์ในการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อนของระบบออโตเมชัน ซึ่ง Automation hierarchy จะถูกแบ่งเป็น 5 ระดับชั้นด้วยกันดังนี้

  ระดับที่ 1 : Factory management level เป็นระดับที่สูงสุดโดยมีความสำคัญในการตัดสินใจเกี่ยวกับการวางแผนและความคุมการผลิต (Planning and Production Control : PPC) ซึ่งจำเป็นที่จะต้องนำข้อมูลจากทุกฝ่าย เช่น ฝ่ายขาย ฝ่ายบัญชี ฝ่ายต้นทุน ฝ่ายวัสดุ เป็นต้น มาทำการประมวลผลเพื่อการตัดสินใจ

ระดับที่ 2: Coordinating level เป็นระดับที่มีหน้าที่รับคำสั่งมาจากระดับที่ 1 จากนั้นก็จะทำการแจกจ่ายงานไปยังหน่วยการผลิต (work cell) เช่น การสั่งงานไปที่หน่วยประกอบ (Assembly cell) หน่วยสโตร์ (Store cell) หน่วยการขึ้นรูป (Machine tool cell) จากนั้นก็จะมีการรายงานผลไปยังระดับที่ 1 เพื่อใช้ในการประมวลผลต่อไป

ระดับที่ 3: System level เป็นระดับหน่วยการผลิต (Cell level) ซึ่งจะทำหน้าที่ดูแลหน่วยการผลิตนั้น ๆ ในทุก ๆ เรื่องอย่างเช่น การกำหนดขึ้นตอนการผลิตการซ่อมบำรุง (Maintenance) การวิเคราะห์งาน (Diagnostic) การควบคุมคุณภาพ

ระดับที่ 4: Control level เป็นระดับของคอนโทรลเลอร์เช่น RC (Robotic Controller), CNC, PLC (Programmable logic Controller)

ระดับที่ 5: Sensor actuator level เป็นระดับของอุปกรณ์ทำงานและเซนเซอร์ซึ่งเป็นระดับล่างสุด

ลำดับการควบคุมระบบออโตเมชั่นในงานต่าง ๆ

Factory level

          EtherNet TCP/IP เป็นโปรโตคอลที่คนส่วนใหญ่จะคุ้นเคยดีในเรื่องของ Internet อุปกรณ์ทั้งซอฟแวร์ และฮาร์ดแวร์ก็เป็นสิ่งที่ทุกคนคุ้นเคยอยู่แล้วเพราะว่าใช้กันทั่วไปในสำนักงาน โดยทั่วไปแล้วเราจะใช้เทคโนโลยีอันนี้เพื่อเป็นการควบคุมระดับสูงสุดในโรงงาน   

         ประวัติของ TCP/IP นั้นมีกำเนิดมาจากระบบเครือข่าย ชื่อ ARPANET ในปี 1970 ซึ่งได้รับการสนับสนุนการวิจัยจากกระทรวงกลาโหมประเทศสหรัฐอเมริกา ต่อมาได้มีการพัฒนาจนเป็นมาตราฐานในการรับ-ส่งข้อมูลผ่านระบบเครือข่ายอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 1 มกราคม ค.ศ. 1983 ซึ่งปรากฏจำนวนระบบเครือข่าย และผู้ใช้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนเป็นที่รู้จัก ซึ่งถูกเรียกว่าเป็นระบบอินเตอร์เน็ต (Internet)

Control level

                ARCNET (Attached Resource Computer Network)

ARCNET ถูกพัฒนาตั้งแต่ปี 1977 โดยบริษัท SMC ประเทศสหรัฐอเมริกา

Control Net ถูกพัฒนาโดยบริษัท Allen-Bradley ในปี 1995 เพื่อใช้ในงานควบคุมระดับ Control level                

PROFIBUS-FMS  (Profibus Fieldbus Message Specification) ถูกพัฒนาโดยบริษัท Siemens ประเทศเยอรมนี ในปี 1987 ในชื่อของ PROFIBUS (Process Fieldbus) และนำออกสู่ตลาดในปี 1992

Field level ในงาน Process automation

              FOUNDATION field bus ได้ถูกพัฒนาบนพื้นฐานของมาตรฐาน IEC โดยได้รับการร่วมมือกันของ Noen World FIP และ ISP Foundation โดยจุดประสงค์เพื่อสร้างมาตรฐานฟิลด์บัสเพื่อให้สามารถใช้งานได้กับทุกยี่ห้อ

             HART (Highway Addressable Remote Transducer) ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1984 เป็นโปรโตคอลสำหรับอุปกรณ์ระดับฟิลด์ที่ใช้มาตรฐาน 4-20 mA

              LON (Local Operating Network) เป็นระบบเน็ตเวิร์ดสำหรับงานออโตเมชันโดยใช้พื้นฐานของชิพ “neuron” ซึ่งถูกแนะนำออกสู่ตลาดในปี 1990 โดยบริษัท Echelon ของประเทศสหรัฐอเมริกา

             PROFIBUS-PA (Profibus Process Automation) เป็น PROFIBUS ที่ใช้สำหรับงานควบคุมกระบวนการผลิต (Process control) โดยเฉพาะซึ่งจำเป็นต้องมีความปลอดภัยสูงมาก

             World FIP (World Factory Instrumentation Protocol) เป็นมาตรฐานเปิด (Open system) ตามมาตรฐาน UTE 46 ซึ่งถูกเสนอให้เป็นมาตรฐานตาม IEC และ ISA สมาคมผู้ใช้เทคโนโลยี FIP ถูกตั้งขึ้นในปี 1993 โดยแกนนำหลัก ๆ คือ บริษัท tloneywell และ Bailey จากนั้นอีก 2 ปี (ต.ค. 1994) ได้รวมตัวกับสมาคมผู้ใช้เทคโนโลยี ISP (Interoperable System Project) โดยมีแกนนำหลัก ๆ คือ บริษัท Fisher – Rosemount, Siemens และ Yokogawa) รวมกันเป็นสมาคมฟิลด์บัส (Fieldbus Foundation)

Field level ในงาน Factory automation

Byte data

               BITBUS ถูกพัฒนาโดยบริษัท INTEL และถูกใช้งานตั้งแต่ปี 1984 เป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 1118

               CAN ( Controller Area Network) เริ่มต้นในปี 1980 โดยบริษัท Bosch เพื่อลดปริมาณสายไฟในรถเมอร์ซีดิส-เบนซ์ จากนั้นโปรโตคอลนี้ได้ถูกพัฒนาเพื่อการใช้งานที่มากขึ้น

               CAN open อยู่ในตระกูล CAN ถูกพัฒนาโดยองค์การ CiA (CAN in Automation) ในปี 1993 เพื่อพัฒนาให้โปรโตคอล CAN มีความสามารถมากขึ้น จุดเด่นของ CAN open อยู่ต่างกับระบบ Fielbbus อื่น ๆ ก็คือ แต่ละโหนด (node) สามารถติดต่อกับโหนดโดยตรงได้โดยไม่จำเป็นต้องติดต่อผ่านตัวแม่ Master เป็นการลดจำนวนการติดต่อสื่อสารได้มาก

               Device Net เป็นมาตราฐานที่ถูกพัฒนามาจาก CAN โดยบริษัท Allen-Bradley ในปี 1994

               INTERBUS-S ถูกพัฒนาโดยบริษัท Phoenix Contact ในปี 1984 เป็นระบบ Field bus ทีได้รับความนิยมเนื่องจากความเร็ว การวิเคราะห์ จุดบกพร่อง การกำหนด address โดยอัตโนมัติ

               PROFIBUS-DP (Profibus Distributed Peripheral) เป็น PROFIBUS ที่ใช้สำหรับงานควบคุมเครื่องจักร (Factory automation) จากข้อมูลการตลาด PROFIBUS ถือได้ว่าเป็นผู้นำทางด้าน Field bus เลยก็ว่าได้เพราะมีคนนิยมใช้มากกว่าครั้งหนึ่งของตลาด field bus

                SDS (Smart Distributed System) ถูกพัฒนาโดยบริษัท Honeywell ซึ่งมีพื้นฐานมาจาก CAN

Bit data

                As interface 

                INTERBUS LOOP เป็น INTERBUS ที่ใช้งานระดับ Actuator sensor เพื่อติดต่อสื่อสารข้อมูลไม่กี่บิต

                Seriplex เป็นระบบบัสที่ใช้ควบคุมอุปกรณ์ระดับ Actuator sensor ถูกพัฒนาโดยบริษัท APC (Automated Process Control)

Open Systems Interconnection (OSI) Reference Model

หลายคนอาจสงสัยว่า OSI คืออะไร ? เหมือน ISO มั้ย ? เกี่ยวข้องกับ Networking ตรงไหน? เอาเป็นว่าเรามารู้จัก OSI Model กันเลยดีกว่า

OSI Model เป็นมาตรฐานที่ใช้อ้างอิงถึงวิธีการในการส่งข้อมูลจาก Computer เครื่องหนึ่งผ่านNetwork ไปยัง Computer อีกเครื่องหนึ่ง ซึ่งหากไม่มีการกำหนดมาตรฐานกลางแล้ว การพัฒนาและใช้งานที่เกี่ยวกับ Network ทั้ง Hardware และ Software ของผู้ผลิตที่เป็นคนละยี่ห้อ อาจเกิดปัญหาเนื่องจากการไม่ compatible กัน

OSI เป็น model ในระดับแนวคิด ประกอบด้วย Layer ต่างๆ 7 ชั้น แต่ละ Layer จะอธิบายถึงหน้าที่การทำงานกับข้อมูล

OSI Model พัฒนาโดย International Organization for Standardization (ISO) ในปี 1984 และเป็นสถาปัตยกรรมโมเดลหลักที่ใช้อ้างอิงในการสื่อสาระหว่าง Computer โดยข้อดีของ OSI Model คือแต่ละ Layer จะมีการทำงานที่เป็นอิสระจากกัน ดังนั้นจึงสามารถออกแบบอุปกรณ์ของแต่ละ Layer แยกจากกันได้ และการปรับปรุงใน Layer หนึ่งจะไม่มีผลกระทบกับ Layer อื่นๆ

7 Layer ของ OSI Model สามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ upper layers และ lower layers

Upper layers โดยทั่วไปจะเป็นส่วนที่พัฒนาใน Software Application โดยประกอบด้วย Application Layer, Presentation Layer และ Session Layer

Lower Layer จะเป็นส่วนที่ทำหน้าที่ในการสื่อสารข้อมูลซึ่งอาจจะพัฒนาได้ทั้งแบบเป็น Software และ Hardware

OSI Model ประกอบด้วย 7 Layer คือ

ข้อมูลข่าวสารที่ส่งจาก Application บน Computer เครื่องหนึ่ง ไปยัง Application บน Computer จะต้องส่งผ่านแต่ละ Layer ของ OSI Model ตามลำดับ ดังรูป

โดย Layer แต่ละ Layer จะสามารถสื่อสารได้กับ Layer ข้างเคียงในขั้นสูงกว่าและต่ำกว่า และ Layer เดียวกันในอีกระบบ Computer เท่านั้น

Data ที่จะส่งจะถูกเพิ่ม header ของแต่ละชั้นเข้าไป เมื่อมีการรับข้อมูลที่ปลายทางแล้ว header จะถูกถอดออกตามลำดับชั้น

ตัวอย่าง ในการส่ง Mail จะถูกประกบ header เข้าไป 3 ชั้นเรียงจากบนลงมาคือ

ชั้น Transport จะใส่เบอร์ Port ของ Mail คือ Port 25

ชั้น Network จะถูกใส่ต้นทางและปลายทางโดย Router

ชั้น Datalink จะใส่เป็น Mac Address โดย Switch

โดยแต่ละ Layer ของ OSI Model จะมีหน้าที่ต่างกันดังนี้

Physical Layer

ชั้น Physical เป็นการอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น คุณสมบัติทางไฟฟ้า และกลไกต่างๆ ของวัสุที่ใช้เป็นสื่อกลาง ตลอดจนสัญญาณที่ใช้ในการส่งข้อมูล คุณสมบัติที่กำหนดไว้ในชั้นนี้ประกอบด้วยคุณลักษณะทางกายภาพของสาย, อุปกรณ์เชื่อมต่อ (Connector), ระดับความตางศักย์ของไฟฟ้า (Voltage) และอื่นๆ เช่น อธิบายถึงคุณสมบัติของสาย Unshield Twisted Pair (UTP)

Datalink Layer

ชั้น Datalink เป็นชั้นที่อธิบายถึงการส่งข้อมูลไปบนสื่อกลาง ชั้นนี้ยังได้ถูกแบ่งออกเป็นชั้นย่อย (SubLayer) คือ Logical Link Control (LLC) และ Media Access Control (MAC) การแบ่งแยกเช่นนี้จะทำให้ชั้น LLC ชั้นเดียวสามารถจะใช้ชั้น MAC ที่แตกต่างกันออกไปได้หลายชั้น ชั้น MAC นั้นเป็นการดำเนินการเกี่ยวกับแอดเดรสทางกายภาพอย่างที่ใช้ในมาตรฐานอีเทอร์เน็ตและโทเคนริง แอดเดรสทางกายภาพนี้จะถูกฝังมาในการ์ดเครือข่ายโดยบริษัทผู้ผลิตการ์ดนั้น แอดเดรสทางกายภาพนั้นเป็นคนละอย่างกับแอดเดรสทางตรรกะ เช่น IP Address ที่จะถูกใช้งานในชั้น Network เพื่อความชัดเจนครบถ้วนสมบูรณ์ของการใช้ชั้น Data-Link นี้

Network Layer

ในขณะที่ชั้น Data-Link ให้ความสนใจกับแอดเดรสทางกายภาพ แต่การทำงานในชั้น Network จะให้ความสนใจกับแอดเดรสทางตรรกะ การทำงานในชั้นนี้จะเป็นการเชื่อมต่อและการเลือกเส้นทางนำพาข้อมูลระหวางเครื่องสองเครื่องในเครือข่าย

ชั้น Network ยังให้บริการเชื่อมต่อในแบบ "Connection Oriented" อย่างเช่น X.25 หรือบริการแบบ "Connectionless" เช่น Internet Protocol ซึ่งใช้งานโดยชั้น Transport ตัวอย่างของบริการหลักที่ชั้น Network มีให้คือ การเลือกส้นทางนำพาข้อมูลไปยังปลายทางที่เรียกว่า Routing

ตัวอย่างของโปรโตคอลในชั้นนี้ประกอบด้วย Internet Protocol (IP) และ Internet Control Message Protocol (ICMP)

Transport Layer

ในชั้นนี้มีบางโปรดตคอลจะให้บริการที่ค่อนข้างคล้ายกับที่มีในชั้น Network โดยมีบริากรด้านคุณภาพที่ทำให้เกิดความน่าเชื่อถือ แต่ในบางโปรโตคอลที่ไม่มีการดูแลเรื่องคุณภาพดังกล่าวจะอาศัยการทำงานในชั้น Transport นี้เพื่อเข้ามาช่วยดูแลเรื่องคุณภาพแทน เหตุผลที่สนับสนุนการใช้งานชั้นนี้ก็คือ ในบางสถานการณ์ของชั้นในระดับล่างทั้งสาม (คือชั้น Physical, Data-Link และ Network) ดำเนินการโดยผู้ให้บริการโทรคมนาคม การจะเพิ่มความมั่นใจในคุณภาพให้กับผู้ใช้บริการก็ด้วยการใช้ชั้น Transport นี้

"Transmission Control Protocol (TCP) เป็นโปรโตคอลในชั้น Transport ที่มีการใช้งานกันมากที่สุด"

Session Layer

ชั้น Session ทำหน้าที่สร้างการเชื่อมต่อ, การจัดการระหว่างการเชื่อมต่อ และการตัดการเชื่อมต่อคำว่า "เซสชัน" (Session) นั้หมายถึงการเชื่อมต่อกันในเชิงตรรกะ (Logic) ระหว่างปลายทางทั้งสองด้าน (เครื่อง 2 เครื่อง) ชั้นนี้อาจไม่จำเป็นต้องถูกใช้งานเสมอไป อย่างเช่นถ้าการสื่อสารนั้นเป็นไปในแบบ "Connectionless" ที่ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อ เป็นต้น ระหว่างการสื่อสารในแบบ "Connection-less" ทุกๆ แพ็กเก็ต (Packet) ของข้อมูลจะมีข้อมูลเกี่ยวกับเครื่องปลายทางที่เป็นผู้รับติดอยู่อย่างสมบูรณ์ในลักษณะของจดหมายที่มีการจ่าหน้าซองอย่างถูกต้องครบถ้วน ส่วนการสื่อสารในแบบ "Connection Oriented" จะต้องมีการดำเนินการบางอย่างเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อ หรือเกิดเป็นวงจรในเชิงตรรกะขึ้นมาก่อนที่การรับ/ส่งข้อมูลจะเริ่มต้นขึ้น แล้วเมื่อการรับ/ส่งข้อมูลดำเนินไปจนเสร็จสิ้นก็ต้องมีการดำเนินการบางอย่างเพื่อที่จะตัดการเชื่อมต่อลง ตัวอย่างของการเชื่อมต่อแบบนี้ได้แก่การใช้โทรศัพท์ที่ต้องมีการกดหมายเลขปลายทาง จากนั้นก็ต้องมีการดำเนินการบางอย่างของระบบจนกระทั่งเครื่องปลายทางมีเสียงดังขึ้น การสื่อสารจะเริ่มขึ้นจริงเมือ่มีการทักทายกันของคู่สนทนา จากนั้นเมื่อคู่สนทนาฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งวางหูก็ต้องมีการดำเนินการบางอย่างที่จะตัดการเชื่อมต่อลงชั้น Session นี้มีระบบการติดตามด้วยว่าฝั่งใดที่ส่งข้อมูลซีงเรียกว่า "Dialog Management"

Simple Mail Transport Protocol (SMTP), File Transfer Protocol (FTP) และ Telnet เป็นตัวอย่างของโปรโตคอลที่นิยมใช้ และมีการทำงานครอบคลุมในชั้น Session, Presentation และ Application

Presentation Layer

ชั้น Presentation ให้บริการทำการตกลงกันระหว่างสองโปรโตคอลถึงไวยากรณ์ (Syntax) ที่จะใช้ในการรับ/ส่งข้อมูล เนื่องจากว่าไม่มีการรับรองถึงไวยากรณ์ที่จะใช้ร่วมกัน การทำงานในชั้นนี้จึงมีบริการในการแปลข้อมูลตามที่ได้รับการร้องขอด้วย

Application Layer

ชั้น Application เป็นชั้นบนสุดของแบบจำลอง ISO/OSI เป็นชั้นที่ใช้บริการของชั้น Presentation (และชั้นอื่นๆ ในทางอ้อมด้วย) เพื่อประยุกต์ใช้งานต่างๆ เช่น การทำ E-mail Exchange (การรับ/ส่งอีเมล์), การโอนย้ายไฟล์ หรือการประยุกต์ใช้งานทางด้านเครือข่ายอื่น ๆ

เป็นอย่างไรบ้าง OSI Model ถือเป็นพื้นฐานของ Network เลยทีเดียว ซึ่งหากเราเข้าใจหลักการทำงานของมันแล้ว เราจะสามารถออกแบบและวิเคราะห์ Network ต่างๆ ได้ง่ายขึ้น

แถมความรู้อีกนิดละกันเกี่ยวกับหน่วยของข้อมูลต่างๆ ที่เราเคยได้ยินว่าแต่ละแบบคืออะไร

ข้อมูลที่ส่งในระบบเครือข่ายมีหลายรูปแบบที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับการออกแบบของแต่ละ Application หรือแต่ละผู้ผลิต แต่รูปแบบทั่วไปที่เรียกข้อมูลได้แก่