يتحقّق عمل الأتمتة الصناعيّة فقط بالتوصيل المادّيّ بين عناصر نظام الأتمتة المتنوّعة، إذ يجب أن تنتقل الإشارات التناظريّة والرقميّة بين الأجهزة ووحدات التحكّم، ويجب أيضاً أن تنتقل المعلومات بين وحدات التحكّم وأنظمة الحاسوب عالية المستوى. يتحقّق هذا الاتّصال عبر الشبكات السلكيّة أو الشبكات اللاسلكيّة في بعض الأحيان، وفي هذا المقال سنتعرّف إلى الكابلات والموصلات الأكثر شعبيّة المُستخدمة في هذا المجال.
تعتمد الشبكات السلكيّة على الاتّصال المادّيّ من خلال الكابلات والموصلات المعياريّة، مثل الكابلات متوسّطة الجهد التي تُستخدم لتبادل المعلومات. وتتفاوت نسبة استخدام كابلات الاتّصال المختلفة في المجال، فبعضها يُستخدم أكثر من غيره، وهنا يعتمد اختيار نوع الكابل على ظروف وحالات استخدامه، ودعم مصنّع الأدوات الأصليّة OEM.
موصلات RJ45:
تمثّل موصلات RJ45 واحدة من أكثر بنى مقابس كابلات الشبكة شهرةً، وتسمّى RJ اختصاراً لمصطلح القابس المسجّل (registered jack)، وتُستخدم في واجهة المستخدم المادّيّة لتوصيل معدّات الصوت وأجهزة البيانات وبعض معدّات الاتّصال الأخرى، وهي موصلات واسعة الانتشار تستخدم في شبكات الخطّ الأرضيّ وموجّهات (راوترات) الشبكة، ومع أنّها تشتهر في البيئات التجاريّة والسكنيّة، إلّا أنّ استخدامها يشيع أكثر في تطبيقات التحكّم الصناعيّ لأنّها مثاليّة في البيئات المنتظمة.
تُبنى موصلات RJ45 وفقاً لنظام USOC، وهو نظام رمز طلب الخدمة العالميّ المُعرّف والمُدمج بوساطة أنظمة Bell، وتحدِّد المواصفات دلالات الإشارة والتوصيل والبنية المادّيّة للموصل، إذ إنّ RJ45 موصل معياريّ مزدوج الأطراف ذو ثماني وضعيّات وثماني نقاط اتّصال (8P8C).
مقارنة معايير T568A بـ معايير T568B:
يرمز المعيار T568A لموصلات RJ45 الصادر عام 1988، وعُدّل لاحقاً عام 2001 ليصبح المعيار T568B، ويحوي كلّ من هذين المعيارين أربعة أزواج من الأطراف، ولكنّ ترميزها اللونيّ يجعلها مختلفة عن بعضها، والأزواج هي:
الزوج 1: الطرفان 4 و5.
الزوج 2: الطرفان 6 و3.
الزوج 3: الطرفان 1 و2.
الزوج 4: الطرفان 7 و8.
تعطى الإشارات في كلّ طرف كما في الجدول التالي الذي يحتوي أيضاً على أنظمة الألوان لكلّ من المعايير T568A وT568B.
يوضّح الجدول التالي كلّ من معايير T568A وT568B.
Pin | Signal Name | T568A color | T568B color |
1 | TX+_D1 | White, green stripe | White, orange stripe |
2 | TX-_D1 | Green | Orange |
3 | RX+_D2 | White, orange stripe | White, green stripe |
4 | BI+_D3 | Blue | Blue |
5 | BI-_D3 | White, blue stripe | White, blue strip |
6 | RX-_D2 | Orange | Green |
7 | BI+_D4 | White, brown stripe | White, brown stripe |
8 | BI-_D4 | Brown | Brown |
TX = Transmit; RX = Receive; BI = Bidirectional; D1-D4 = Data |
الكابل المباشر والكابل المتقاطع (Standard and Crossover Cable):
تحتوي كابلات الاتّصال على موصلات في كلّ نهاية منها، ويستخدم معيار الموصل الموجود في نهاية كلّ كابل لتحديد نوع الموصل، إذ تَستخدم الموصلات المباشرة (straight-through) المعيار نفسه لكلتا النهايتين، وقد يكون T568A أو T568B، ولكن يجب أن يكون لكلّ من موصلات الكابل المعيار نفسه. أمّا في الموصلات المتقاطعة، فتَستخدم إحدى النهايات المعيار T568AK، بينما تَستخدم الأخرى T568B. تُستخدم الموصلات المباشرة عندما يكون الجهاز موصولاً بجهاز الـ (Hub) أو بمبدّل (Switch) أو موجّه (Router). أمّا في حال كانت الأجهزة متّصلة معاً دون Hub أو اتّصال نقطة بنقطة، فتُستخدم الموصلات المتقاطعة، ولا تختلف المعايير A وB في الأطراف ثُنائيّة الاتّجاه الموضحة في الجدول السابق، ولكن ينعكس كلّ من TX وRX. وفي حالة الاتّصال نقطة بنقطة، يكون إرسال الآلة الأولى استقبالاً للآلة الأخرى، والعكس صحيح. ومعظم الأجهزة الحديثة مجهزة بقدرة تحقّق آليّة، لذلك يمكن استخدام كلا النوعين من الكابلات. أمّا بالنسبة إلى بعض المعدّات القديمة، فقد تُستخدم الكابلات المتقاطعة حصراً.
إيثرنت M12:
مع أنّ استخدام موصلات RJ45 منتشر جدّاً في الأغراض التجاريّة، إلا أنّها غير مثاليّة دائماً لاستخدامها في المصانع، إذ بإمكان بيئة المصانع تدمير كابلات RJ45 بسهولة وجعلها عديمة الفائدة، فالكابلات المستخدمة في الإيثرنت الصناعيّ تتعرّض للزيوت والموادّ الكيميائيّة المخرِّبة والرطوبة والتآكل والتغيّرات في درجات الحرارة، وأيضاً فإنّ شدّ أو تحريك الكابل قد يسبّب ضغطاً عليه، خاصةً عند النهايات عندما تكون الأسلاك مكشوفة عند المقابس دون إزالة هذا الجهد عنها بطريقة صحيحة، ويجب أن يكون عدد الالتواءات الحاصلة في الكابل ضمن نطاق مقبول، لذلك تفشل كابلات RJ45 في العديد من هذه الجوانب، ولا تُلائم الاستخدام الصناعيّ.
موصلات M12 هي الأفضل للاستخدام في البيئات الصناعيّة، وهي موصل دائريّ يُستخدم على نطاق واسع لتوصيل المشغّلات والحسّاسات وتقنيّة Fieldbus في المصانع، وهي موصلات أكثر متانة من موصلات RJ45، ويمكنها تحمّل البيئات القاسية، إذ يحافظ التباعد بين أطراف موصلات M12 على سلامة الإشارة، ويولى رقم الالتواءات الملائم عند تصنيع هذا النوع من الكابلات اهتماماً خاصّاً، وهذا مهمّ في الكابلات عالية المستوى، مثل Cat6a، وCat7، لذلك تُستخدم موصلات M12 والكابلات Cat 5e في معظم التطبيقات الصناعيّة.
تحوي موصلات M12 عزقات بقياس 12 mm، وهي متوفّرة بتركيبة كلّ من الأطراف 3 و4 و5 و8 و12، إذ تُستخدم تركيبة كلّ من الطرفين 3 و4 للحسّاسات وتطبيقات الطاقة، بينما تُستخدم تركيبة الطرفين 4 و8 لبروتوكول PROFINET وتطبيقات الإيثرنت الصناعيّة، أمّا تركيبة الطرفين 4 و5، فتُستخدم للبروتوكولات DeviceNet، وCAN bus، وFieldbus، وتُستخدم تركيبة الطرف 12 خصوصاً لنقل الإشارة.
الكابلات المحوريّة:
تُصنع الكابلات المحوريّة من نواقل النحاس بحماية معدنيّة أحاديّة المركز، وتحوي بعض المكوّنات الإضافيّة لحجب التداخل الإلكترو مغناطيسيّ، إذ يَفصل عازل كهربائيّ بين ناقل النحاس والطبقة المعدنيّة، ويُستخدم عادةً البلاستيك كعازل.
تنقل الكابلات المحوريّة تردّدات الراديو من إحدى نهايات الكابل إلى الأخرى، وقد بدأ استخدام هذا النوع من الكابلات في النصف الأوّل من القرن العشرين، وكان أحد أكثر استخداماته شيوعاً حينها وصل هوائيّ الفضائيّ بالتلفاز، فترسل الإشارات عبر الموصل من خلال نواة الكابل، وتعيق الطبقات المحيطة تداخل الإشارات وتقلّل الضياعات. وتصل سرعة النقل في هذا النوع من الكابلات إلى 10 ميغابايت في الثانية، لذلك نادراً ما تُستخدم الكابلات المحوريّة في البيئات الصناعيّة بخلاف الاحتياجات المتخصّصة، ولكن قد نراها غالباً في بعض المعدّات القديمة. وتعود فعاليّة الكابلات المحوريّة لتحملها البيئات القاسية، ولرخص ثمنها، ولكنّها تحوي موصل واحد فقط ونقطة فشل وحيدة؛ لذلك من الممكن أن يخفق عمل الشبكة ببساطة.
أنواع الكابلات المحوريّة:
تختلف الكابلات المحوريّة من حيث المقاس والمقاومة، وأكثر قيم مقاوماتها شيوعاً Ω50، وΩ75، ويشير قياس الكابل المحوريّ إلى ثخانته التي تقاس برقم RG (دليل الراديو)، فكلّما قلّ الرقم ازداد ثخن الناقل المركزيّ في الكابل المحوريّ، وإحدى أكثر مقاسات الكابلات المحورية المتوفّرة شيوعاً RG-6، وRG-11، وRG-58، وRG-59، وRG-62.
تطبيقات DeviceNet:
DeviceNet هو بروتوكول مفتوح للشبكات والأجهزة في الأتمتة الصناعيّة، يسمح للمتحّكمات والأجهزة بالاتّصال مع بعضها عبر جهاز يدعى (DeviceNet) من شركة Allen-Bradley، والبروتوكول الآن محميّ من قبل مؤسّسة (Open DeviceNet Vendors Association)، التي يُرمز لها اختصاراً بـ (ODVA)، إذ إنّ DeviceNet ليس كابل ماديّ بحدّ ذاته، ولكنّه يملك متطلّبات قياسيّة فيما يتعلّق بالكابلات المقبولة لدعم مواصفات البروتوكول، ويختصر هذا البروتوكول الطاقة والإشارة في كابل واحد؛ ما يقلل الحاجة إلى استخدام المزيد من الكابلات.
يوجد خمسة أنواع من الكابلات لتطبيقات DeviceNet، ويُستخدم كل نوع بحسب المسافة والحدود المادّيّة للتطبيقات، والأنواع الخمسة من الكابلات هي:
1- مستديرة سميكة Thick Round.
2- مستديرة رفيعة Thin Round.
3- مستديرة صنف واحد Class 1 Round.
4- مسطّحة KwikLink Flat.
5- مسطّحة خفيفة KwikLink Lite Flat.
تُستخدم الكابلات المسطّحة خصوصاً في حالة trunkline، مثل نظام الهواتف أو القنوات، وتُستخدم الكابلات المستديرة صنف واحد في حالة dropline؛ أي ربط نقطة نهاية بشبكة توزيع، ويمكن استخدام الأنواع الأخرى المتبقيّة في كلتا الحالتين.
مُلخّص:
تُستخدم كابلات الاتّصال الرئيسيّة الأربعة في مجال الأتمتة الصناعيّة، بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من الكابلات النموذجيّة والبروتكولات للاتّصال الصناعيّ، وأبرزها تلك التي تتضمّن المعايير RS-232، وRS-485، ويُستخدَم كلاهما في الاتّصال المتسلسل، إذ يمثّل RS-232 المعيار القديم للاتّصال المتسلسل، أمّا المعيار RS-485، فهو المعيار الأحدث والأسرع نطاق التغطية نفسها لنقل البيانات.
ترجمة: | سها أديب |
مراجعة: | يارا قاضون |
تدقيق لغوي: | سلام أحمد |
تحرير: | محمد حنان |