ما هو بروتوكول (DeviceNet)

ما هو بروتوكول (DeviceNet)؟

برتوكول (DEVICENET) برتوكولٌ يعمل في طبقة التّطبيقات (application) ويُستخدم في مجال الأتمتة الصناعية.وهو أداة الاتصال بين مختلف الأجهزة مثل (المحرّكات وسير الحركة ومقاييس التّدفق والحساسات) بالمتحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC).

يسمح بروتوكولُ DeviceNet للأجهزة بالاتصال بـ PLC عبرَ جهاز يدعى (DEVICENET SCANNER) عوضاً عن اتصال مباشر بين وحدات الدخل والخرج والـ PLC.

طورت شركةُ (ألين برادلي – Allen Bradley) التي تعمل بالعلامةِ التّجارية لشركة Rockwell Automation البرتوكول DeviceNet.

قرّرتِ الشركة مشاركةَ هذه التكنولوجيا والأخرين، فجعلت هذه الفكرة مفتوحةَ المصدر أمامَ المستخدمين للتّطوير والاستفادة.

الشبكة المفتوحة
الشبكة المفتوحة (مصدر الصورة: موقع realpars)

تنظم جمعية مزودي البروتوكول (ODVA: Open DeviceNet Vendors Association) عملَ البرتوكول. وهي منظمة تطوّر مواصفات قياسية وتسمح للبائعين من جهة خارجية باستخدام البروتوكول.

1 – بروتوكول DeviceNet ونموذج OSI:

يبتع البرتوكول نموذجَ (OSI) الذي يقسم إلى سبع طبقات وهي الطبقة الفيزيائية (Physical) وطبقةُ ربط البيانات (Datalink) وطبقةُ الشبكة (Network) وطبقة النّقلِ (Transport) وطبقة الجلسةِ (Session) وطبقة العرضِ (Presentation) وطبقة التّطبيقات (Application).

بُنِيَ برتوكول DeviceNet اعتماداً على بروتوكولات (CIP: Common Industrial Protocol)، وهو يستخدم الطبقات الثلاث العليا لبروتوكول (CIP). بدءاً من طبقة الجلسة، في حين بنيتِ الطبقات الأربع الأولى خصّيصى لهذا البرتوكول.

مستويات بروتوكول (DEVICENET)
مستويات بروتوكول (DEVICENET) (مصدر الصورة: موقع realpars)

تتضمن الطبقة الفيزيائية للبرتوكول مجموعةً من الكابلات والعقد ونقط الإرسال ومقاومات الطرفيّة (termination resistors)  (تستخدم في نهاية خطوط النقل لمنع حدوث إشارات منعكسة) في  طوبولوجيا   trunkline–dropline topology (طريقة لتوصيل الأجهزة حيث يوجد كبل أساسي تنبق منه وصلاتٌ هابطة لكل جهاز).
سنتوسعُ في شرح الطبقة الفيزيائية  لبروتوكول DEVICENET في الفِقَرِ التالية.

يستخدم بروتوكول (DeviceNet) في طبقة ربط البيانات (datalink) معاييرController Area Network  التي تعرف اختصاراً بـ CAN المسؤولة عن معالجة الرسائل بين المتحكم  والأجهزة.
الطبقات (الشبكة والنقل) للبروتوكول ينشآن اتصالاً مع الأجهزة باستخدام معرفات اتصال
(connection IDs) للعقد متضمنة (MAC ID) و (Message-ID).

مستوى النقل والشَّبكة وإنشاء اتصال بالأجهزة
مستوى النقل والشَّبكة وإنشاء اتصال بالأجهزة (مصدر الصورة: موقع realpars)

المجال المُتاح لعناوين العُقد الخاصّة بـ DeviceNet هو ضمن ( 0 إلى  63). الأمر الذي يؤمّن إجماليّاً 64 اتصالاً ممكناً.
من إيجابيات معرفات الاتصال أنّها تمكّن بروتوكول DeviceNet من اكتشاف العناوين المتكررة بالنظر إلى عنوان MAC واشعار المستخدم بالحاجة إلى إصلاحه.
الآن، بعد التعرّف بنيةَ طبقات بروتوكول DeviceNet؛ سنمضي قدماً في تعرّف أجزائه المهمّة.

2 الوسائط الفيزيائية لبرتوكول DeviceNet:

  1-2 – الكابلات:

العبقريّة الموجودة في البرتوكول تظهر في استخدام كبل واحد للتّغذية الكهربائية ولنقل الإشارة، ممّا سيوفّر المال ويقلل الحاجة إلى عدد كبير من الكابلات التي تتطلب مساحة كبرى.

استخدام الكبل للتغذية ونقل الإشارة
استخدام الكبل للتغذية ونقل الإشارة (مصدر الصورة: موقع realpars)

هناك خمسةُ أنواع من الكابلات المستخدمة في شبكة الأجهزة ثلاثة منها مدوّرة واثنان مسطحة وهي:
1 – سميك مدوّر Thick Round.
2 – رقيق مدوّر Thin Round.
3 –مدوّر فئة أولى Class 1 Round.
4 – كويك لينك مسطح Kwiklink Flat.
5 – كويك لينك خفيف مسطح   KwikLink Lite Flat.

يتحدد نوع الكابلات المُراد استخدامُها تبعًا للمسافة والقيود المادية للتّطبيق.
يمكن أن نستخدم الكابلات المسطح والمدوّر (السّميك والرّقيق) لخط التوزيع الأساسي (trunk) وبالإضافة إلى المدور السّابقين المدور فئة أولى للخطوط الهابطة (Drop).

الخطوط الهابطة وخطوط التحويل والأنواع المستخدمة في الكابلات
الخطوط الهابطة وخطوط التحويل والأنواع المستخدمة في الكابلات (مصدر الصورة: موقع realpars)

تتكون هذه الكابلات من أكبال مجدولة (ثنائية)، أحد أزواج الأكبال يستخدم لتأمينِ تغذية.

24V DC والزوج الآخر لنقلِ الإشارة ويوجد سلك للحماية يستخدم في عملية التأريض.

إنّ اختيار الكبل المناسب للتطبيقات يعتمد بشكل أساسي على المسافة، لأنه يوجد قيود خاصّة للطول تؤثر على معدل نقل المعلومات.

تقاس هذه المسافة بالاعتماد على أحد المتغيرين التاليين:

  • مسافة خط التوزيع الأساسي (Trunkline).
  • مجموع أطول الخطوط الهابطة (dropline).

إن معدل نقل المعلومات هو 125 و250 و500 كيلوبت بالثانية، إن كان هناك حاجة إلى وجود كبل أطول؛ فذلك سيجعل نقل المعلومات أبطأ.

اختلاف السّرعة في اختلاف طول الكبل
اختلاف السّرعة في اختلاف طول الكبل (مصدر الصورة: موقع realpars)

1-1-2 : معدل نقل المعلومات تبعًا لطول كبل التوزيع الأساسي (Trunkline):

في الكابلات من النوع السّميك والمدوّر وعند الطول الأعظمي 1640 قدماً يكون معدل نقل المعلومات بمعدل 125 كيلوبتاً بالثانية، وعند طول 328 قدماً يكون معدل نقل المعلومات بحدود 500 كيلوبتٍ بالثانية.

أمّا في الكابلات من النوع الرقيق والمدور وعند الطول الأعظمي  328قدم؛ فيكون معدل نقل المعلومات يتراوح بين (500 ,  250, 125) كيلوبتا بالثّانية.

في الكابلات من النوع (Kwiklink) المسطحة تتراوح معدل نقل المعلومات بين 125 كيلوبتاً بالثانية لطول مقدارُه 1378 قدماً، و 500 كيلوبت بالثانية لطول 246 قدماً.

وفي الكابلات من النوع (Kwiklink lite) المسطحة يتراوح معدل نقل المعلومات بين 125 كيلوبتاً لطول 1148 قدماً و500 كيلوبت بالثانية لطول 180 قدماً.

الكابلات وتغيرات سرعة نقل المعلومات باختلاف النوع والطول
الكابلات وتغيرات سرعة نقل المعلومات باختلاف النوع والطول (مصدر الصورة: موقع realpars)

لا يوجد طول محدد سابقاً للكبل المرادِ استخدامُه، حيث يمكن وصل الأجهزة باستخدام الكابلات المسطحة بأيّ طريقة وبأيّ خط، وهذا يعطي إمكانية كبيرة لاختيار المكان المناسب للأجهزة.

2-1-2 – معدل نقل المعلومات وطول الخط الهابط للكابلات:

الخطوط الهابطة تصل الأجهزة إلى الخط الأساسي(trunkline)  حيث يتعلق معدل نقل البيانات بتحديد الطول الكليّ للخطوط الهابطة المطلوبة.

يوجد قيد كبير فيما يختصّ بالكابلات الهابطة وهو أنّ المسافة الكبرى بين أيِّ جهاز وخط trunkline هو 20 قدماً، حيث يبلغ معدل نقل المعلومات 125 كيلوبتاً بالثانية لمجموع طول خطوط الهابطة بحدود 512 قدماً.  ويكون 250 كيلوبتاً بالثانية لطول 256 قدماً و 500 كيلوبت بالثانية لطول 128 قدماً.

نلاحظ أن معدلَ نقل المعلومات يكون أكبر حين يكون طول الخطوط الهابطة وخط trunkline أقصر.

2-2 – المقاومات الطرفية (Terminating Resistors):

تحتاج خطوط trunkline إلى مقاومة 121 أوماً، باستطاعة 0.25 واطاً أو أكبر. توصل المقاومات الطرفية عند نهايتي الخط مباشرة بخطّ الإشارة.

تخفف المقاومات من الضجيج الكهربائي. ومن دون وضعها في المكان المناسب لن يتم الاتصال غالباً.

أماكن توضّع المقاومات الحديّة
أماكن توضّع المقاومات الحديّة (مصدر الصورة: موقع realpars)

3-2 – معدات الربط والتوصيل:

يمكنك توصيلُ الأجهزة إلى خط trunkline  باستخدام أنواع مختلفة من معدات الربط والوصل.

توصل الأجهزة باستخدام هذه المعدات إما بشكل مباشر وإمَّا بشكل تفرعات أو وصلات حلقية.

أشكال توصيل الأجهزة بالموصلات والمرسلات
أشكال توصيل الأجهزة بالموصلات والمرسلات (مصدر الصورة: موقع realpars)

اختيار طريقة الوصل سيؤثر على الطول الكليِّ للخطوط الهابطة، حيث عند اختيار وصل مباشر يعني خط هبوط مساوياً للصفر. وفي حالة وصلة من نوع تفرعات والوصلات الحلقية يزداد الطول.

تصمم هذه الوصلات بحيث تسمح باستبدال الأجهزة من دون أن تسبب انقطاع في الشَّبكة.

4-2 – برنامج RSNetworks:

لقد حصلنا على نظرة عامة للمكوّنات الماديّة للبرتكول والآن لنتعرّف الجزءَ البرمجيَّ.

طورت شركة (ألين برادلي) برنامجَ (RSNETWORX) للعمل مع البرتوكول من حيث تخطيط جميع الأجهزة الموجودة في الشبكة وعنونتها.

آلية عمل (RSNETWORX)
آلية عمل (RSNETWORX) (مصدر الصورة: موقع realpars)

يستخدم البرنامج للتخطيط إما نماذج صوريّة (يظهر تمثيل للأجهزة والكابلات كما في أرض الواقع) وإمَّا جداول رقمية وبعدها نهيئ الأجهزة ثم تحمل على الماسح (DeviceNet scanner).

التصميمين المعتمدين في (RSNETWORX)
التصميمين المعتمدين في (RSNETWORX) (مصدر الصورة: موقع realpars)

الماسح جهاز يوضع بالقرب من الـ (PLC) ويتواصل معها بمأخذ تواصل إلكترونيّة.

ماسح الأجهزة وطريقة اتصاله مع الـ (PLC)
ماسح الأجهزة وطريقة اتصاله مع الـ (PLC) (مصدر الصورة: موقع realpars)

يستخدم البروتكول ملفاتاً تسمى (EDS: Electronic Data Sheets) وهي ملفات نصيَّة بسيطة تساعد على ugldm تعريف الأجهزة على الشبكة.

3 – ميزات البرتوكول وعيوبها:

مزيَّاته هي التكلفة المنخفضة والانتشار الواسع والموثوقيّة العالية والكفاية في استخدام عرض الحزمة والطاقة في الشّبكة.

مساوئ هذا البروتوكول هي عرض الموجة المحدود وحجم الرسائل المحدود وطول كابلات محدد.

معظم الشكاوي في برتوكول DeviceNet تتعلق بأمر من اثنين:

  • الطول المحدد للكابلات.
  • لا يمتلك ملفاتَ التّعريف EDS الصحيحة للأجهزة في (RSNETWORX).

المصدر: هنا

ترجمة: يوسف حسن, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: محمد بابكر, تصميم: علي العلي, تحرير: قحطان غانم.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.