io link

برتوكول الاتّصال الصناعي IO-Link

سنتعرّف في هذا المقال برتوكولَ (IO-Link)، وهو بروتوكولُ اتّصالٍ من النّمط نقطة بنقطة (point-to-point).

أساسيات برتوكول (IO-Link)

برتوكول (IO-Link) هو بروتوكول اتصال نقطة بنقطة، وهذا يعني أنّه يُستخدم للاتصال بين وحدتين أو عُقدتين طرفيتين يتميز بعمله بالاتجاهين ولمسافاتٍ قصيرة.

مفهوم برتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)
مفهوم برتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)


يُستخدم استخداماً أساسيّاً للاتصال بالحسّاسات والمشغلات في المعامل.

استخدامات برتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)
استخدامات برتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)

 

تُوصّل الحسّاسات والمشغلات بالمتحكّمِ عادةً باستخدام بروتوكول (Fieldbus) ممّا يمكننا وضعها في أماكنَ بعيدة.

اتصال المحركات والحسّاسات بغرفة التّحكم باستخدام بروتوكول (Fieldbus) (مصدر الصورة: موقع realpars)
اتصال المحركات والحسّاسات بغرفة التّحكم باستخدام بروتوكول (Fieldbus) (مصدر الصورة: موقع realpars)


إنَّ الأجهزةَ المختلفة مثل الحسّاسات والمشغلات تُوصّل بجهاز مخصوص بهذا البرتوكول الذي يدعى (IO-Link-Master)، وهو يتصل بالمتحكّم مثل PLC (متحكم منطقيّ قابل للبرمجة).

الجهاز الرئيسي والمتحكم (PLC) (مصدر الصورة: موقع realpars)
الجهاز الرئيسي والمتحكم (PLC) (مصدر الصورة: موقع realpars)


الاتصال بين جهاز (IO-Link-Master) وبقيةِ تجهيزات المصنع يتمّ بكبل مكوّن من ثلاثةِ أسلاك لا يزيد طوله على 20 متراً.

طريقة اتصال تجهيزات المصنع ببرتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)
طريقة اتصال تجهيزات المصنع ببرتوكول (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)


إن جهازَ (IO-Link-Master) قادرٌ على معالجة الإشاراتِ الرقميّة والقيم التناظريّة.
كما يتّسم بالمرونة، فهو قادر على التَّوافق مع الأنظمة الموجودة وقادر على التّواصل مع أنظمة (Profinet, Profibus, Modbus) وهي بروتوكولات معروفة صناعيّاً كمثال لا على سبيلِ الحصر.

شكل يوضح اتصال الأجهزة مع (IO-LINK)
شكل يوضح اتصال الأجهزة مع (IO-LINK) (مصدر الصورة: موقع realpars)

تنطوي مهمّة جهاز (IO-Link-Master) على تأسيس الاتصال بين التّجهيزات المصنعيّة التي تعتمد هذا البرتوكول ونظام التّحكم.
كأحد مكونات نظام الدخل والخرج، فإن جهاز (IO-Link-Master) يمكن أن يركبَ بخزانة معدات التّحكم أو يمكننا وضعه في أرض المصنع كوحدة دخل خرج بعيدة remote I/O .

طرق تركيب (IO-Link-Master) (مصدر الصورة: موقع realpars)
طرق تركيب (IO-Link-Master) (مصدر الصورة: موقع realpars)


يحتوي جهاز (IO-Link-Master) على عِدَّة منافذَ أو قنوات إذ يمكن لأيِّ جهاز -يعمل تبعاَ لهذا البرتوكول- الاتصالُ بأحد المنافذ؛ فهو يعمل على وَفق نمط نقطة لنقطة وليس كنمط عمل بروتوكول (Fieldbus).

الوضع الثّاني (مصدر الصورة: موقع realpars)
الوضع الثّاني (مصدر الصورة: موقع realpars)

 

ما أنماط عمل برتوكول (IO-Link)؟


إنّ بروتوكولَ (IO-Link) يسمح للمنفذ الواحد بأربعةِ أنماطِ عمل مختلفة.


نمط العمل:

وهو الوضع الأوَّل يسمح باستخدام المنفذ لاتصالات برتوكول (IO-Link).

 الوضع الأوَّلَ للتّشغيل
الوضع الأوَّلَ للتّشغيل (مصدر الصورة: موقع realpars)

نمط (DI):

الوضع الثاني ويعني أنَّ المنفذ يعمل منفذَ دخلٍ رقميّ.

الوضع الثّاني (مصدر الصورة: موقع realpars)

نمط (DQ):

الوضع الثّالث وفيه يعمل المنفذ مخرجاً رقميّاً.

الوضع الثّالث (مصدر الصورة: موقع realpars)
الوضع الثّالث (مصدر الصورة: موقع realpars)

نمط عدمِ التّفعيل:

الوضعُ الرابع ويعني أن البرتوكول لا يعمل والمنفذ غيرُ محدد للعمل على أيّ من الأوضاع الثّلاثة السّابقة ويُسند هذا النّمطُ عندما يكون المنفذ غيرَ مستخدم.

الوضع الرابع (مصدر الصورة: موقع realpars)
الوضع الرابع (مصدر الصورة: موقع realpars)

يعدُّ برتوكول (IO-Link) طريقةَ اتصال موثوقة وتُشغل بجهد 24 فولتاً.

الوضع الرابع (مصدر الصورة: موقع realpars)

قد تكون أخطاءٌ في نقل البيانات لعِدّة أسباب بشكل عام نتيجةَ خللٍ في الكبل أو بسبب تعرض إشارة البيانات لتداخلٍ مؤقت إلى مصدر مرتفع ومفاجئ للتيار أو للاستطاعة.
إذا كُشِفَ الخطأُ؛ فإن محاولة نقل المعلومات تتكرر مرّتين إضافيتين. وفي المرّة الثالثة يدرك جهازُ (IO-Link-Master) أنّ الاتصال قد أخفقَ، فيرسلُ المعلومات الخاطئة إلى متحكمٍ عالي المستوى (Higher level controller) الذي سينبه المشغلين المتواجدين أو موظفي الصيانة بالمشكلة للاهتمام بها وتصحيحِ الخطأ.

كيفية تحديد الخطأ وإرسال تنبيه إلى العامل لتصحيحِه
كيفية تحديد الخطأ وإرسال تنبيه إلى العامل لتصحيحِه (مصدر الصورة: موقع realpars)

ما أنماط النقل في ـبرتوكول (IO-Link) ؟

لبرتوكول (IO-Link) أربعةُ أنماط للنقل وهي:
بياناتُ العملية Process Data.
حالة القيمة Value Status.
بياناتُ الأجهزة Device Data.
الأحداثُ Events.


1 نمط نقل بيانات العملية:

تمثل بياناتُ العملية الحالةَ الحديثة للحساسات أو المشغلات. ومثالُ ذلك السّرعةُ: أيْ أن هذه البيانات تنتقل انتقالاً تلقائيّاً، بفواصلَ زمنيّة محددة من المتحكم عالي المستوى (Higher level controller). ويُمكن أن يعالج من المعلومات ما يصل إلى حدّ 32 بايتاً.

نمط نقل البيانات المعالجة (مصدر الصورة: موقع realpars)
نمط نقل بيانات العملية مصدر الصورة: موقع realpars)

2 نمط نقل حالة القيمة:

تشيرُ حالة القيمة إلى ما إذا كانت بيانات العملية صالحة أم غيرَ صالحة وترسل هذه القيم مع بيانات العملية إرسالاً دوريّاً.

نمط نقل قيم المعطيات (مصدر الصورة: موقع realpars)
نمط نقل قيم المعطيات (مصدر الصورة: موقع realpars)

3 نمط نقل بيانات الأجهزة:

تحمل بيانات الأجهزة المعلومات الأساسيَّة والدقيقة عن الجهاز مثل الرقم التّسلسلي ورقْم الإصدار أو معلومات أكثر تفصيلًا مثل البارامترات أو معلومات العلامات المميّزة لكلّ جهاز يعمل على وَفقِ IO-Link.
لا تنقل معلومات الجهاز تلقائياً إلا في حالِ طلبها من جهاز (IO-Link-Master). وهذه المعلومات يُمكن أن تُقرأ من الجهاز أو أن تُكتب عليه أيضاً.

طريقة نقل معلومات الأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)
طريقة نقل معلومات الأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)

4 نمط نقل الأحداث:

تتمتع الأجهزةُ بالقدرةِ على إثارة حدثٍ ما الذي ينتقلُ بشكل إشارة إلى جهاز (IO-Link-Master). ومثال هذه الأحداث رسالةُ خطأ أو تحذير لحدوث قصرٍ في الدارة أو ارتفاع درجة حرارة إحدى الأجهزة المستخدمة.
هذه المعلوماتُ يمكن أن تستخدم لإظهارِ المؤشرات أو كرسالة على شاشة (HMI) مثل رسالةِ إنذار بوقوع خطأ وليكن حدوث انقطاع في الأسلاك أو فشل الاتصال عندما يرسلُ جهاز (IO-Link-Master) المعلوماتِ إلى المتحكّم عالي المستوى.

طريقة نقل أحد الطريقة نقل أحد الأحداث كارتفاع حرارة إحدى الأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)أحداث كارتفاع حرارة إحدى الأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)
طريقة نقل أحد الأحداث كارتفاع حرارة إحدى الأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)

إنّ إرسال البارامترات وأحداث الجهاز، يُستخدم بمسارٍ منفصل عن المسار المخصوصِ بإرسال بيانات العملية. ذلك يعني أنَّ بعضَها لا تؤثر في بعضٍ. إذ يجب ألّا تُوضع الرسائلُ المهمّة في قائمة الانتظار ريثما تُرسل رسائل مخزّنة بالفعل.ك

ملخص:

– إنّ برتوكول (IO-Link) هي بروتوكول اتصال بسيط ويستخدم استخداماً أساسيّاً للاتصال بالحسّاسات والمحركات.
– الجهاز (IO-Link-Master) يتّصل ببروتوكول (Fieldbus) إلى المتحكم عالي المستوى (Higher level controller). وفي أمثلتنا، المتحكم عالي المستوى هو PLC (متحكم قابلٌ للبرمجة).
– منافذ برتوكول (IO-Link) يُمكن أن تعمل بعدّة أنماط: إمّا للإشارة إلى أنّ المنفذ غيرُ مستخدم وإمّا أن المنفذ في وضع الإدخال أو وضع الإخراج أو لاتّصالِ IO-Link.
– جهاز الذي يعمل على وَفق IO-Link يرسل بيانات العملية وحالة القيم إرسالاً منظماً وبفواصلَ زمنية محددة، وهذا ما يدعى بالمسار الدوري أمّا معلومات الأجهزة كالأحداث والعلامات المميزة فتنقلُ عند الحاجة إليها وهذا ما يدعى بمسار النقل اللادوري.


المصدر: هنا

ترجمة: يوسف حسن, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: محمد بابكر, تصميم: علي العلي, تحرير: لبانة مطر

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *