بالنسبة لتطبيقات المستشعرات والمشغلات، يُفضل استخدام الموصلات الدائرية M12 ذات الرمز A. سواء كان ينقل الإشارات أو البيانات أو الطاقة، أصبح موصل M12 واجهة لا غنى عنها كواجهة لشبكات الجهاز.
أصبح الموصل الدائري M12 هو المعيار العالمي لاتصالات المكونات الصناعية. تقدم العديد من الشركات المصنعة هذه الواجهة المدمجة والموحدة، مما يجعلها جذابة للتطبيقات الصناعية التي تتراوح من نقل الإشارات والبيانات إلى نقل الطاقة. تم تسمية موصل M12 القوي والمقاوم ميكانيكيًا وبيئيًا بخيط القفل الخاص به بقطر اسمي يبلغ 12 مم. ينعكس النطاق الواسع من تطبيقات موصلات M12 في عدد الترميز الميكانيكي (خطوط الإسكان الميكانيكية الفريدة الخاصة بالتطبيقات) التي تتوافق مع المعايير الخاصة بمنطقة التطبيق المعنية.
لن يؤدي الغبار والسوائل إلى إتلاف الموصلات الدائرية M12-A من Würth Elektronik eiSos. الموصلات حاصلة على تصنيف IP67 وIP68 للاستخدام في البيئات القاسية.
الشكل الميكانيكي للكود A هو أصل جميع رموز M12؛ تم تطوير جميع أنظمة القفل الميكانيكية الأخرى منه، ولهذا السبب توجد رموز مختلفة (A، D، L، X، S، وما إلى ذلك)، ولكل منها عدد مختلف من جهات الاتصال المتاحة. على الرغم من أن واجهات M12 يمكن أن تحتوي على من 2 إلى 17 جهة اتصال، إلا أنه من الناحية العملية، يتم استخدام 3 أو 4 أو 5 أو 8 أو 12 طرفًا بشكل شائع. يعتمد عدد المسامير على المتطلبات المختلفة. على سبيل المثال، تتطلب تطبيقات المستشعر والطاقة 3 و4 دبابيس، بينما تتطلب تطبيقات Profinet وEthernet 4 و8 دبابيس، وتتطلب Fieldbus وCAN Bus وDeviceNet عادةً 4 و5 دبابيس. مطلوب 12 دبابيس للإشارة المعقدة. يوضح الجدول 1 البروتوكولات وعدد دبابيس الموصل المطلوبة على المستوى المادي.
الجدول 1: نظرة عامة على الطبقة المادية لتشفير M12-A. توفر شركة Würth Elektronik موصلات دائرية مشفرة M12-A تحتوي على 4 أو 5 أو 8 دبابيس.
نظام اتصال متطور
يمثل M12-A الإشارة مع خيار طاقة التيار المستمر وهو مناسب بشكل خاص لتطبيقات ناقل المجال في الأتمتة الصناعية. تتميز سلسلة WR-CIRCM12 بمبيتات قفل لولبي وتجميعات كابلات، وهي متوفرة في 4 أو 5 أو 8 سنون. وتشمل مجالات التطبيق البيئات الصناعية، وخاصة الأتمتة والروبوتات، فضلا عن مجالات الطاقة المتجددة وتكنولوجيا الاتصالات والهندسة الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإصدارات القابلة للربط باللوحة والمجال من موصل M12 معتمدة من cULus (UL2238). توفر جميع موصلات M12 الحد الأدنى من الحماية IP67 أو IP68 ضد الغبار والأوساخ ودخول الماء.
ضمان اتصالات إيثرنت موثوقة
تعتمد تطبيقات المستشعرات والمشغلات على نقل سريع وخالي من الأخطاء للإشارات الرقمية عبر الكابلات. الأساس هو Ethernet Twisted Pair (EOTP)، والذي يعتبر أحد أهم الطبقات المادية لشبكة Ethernet. وهو الأساس لبروتوكولات EtherCAT وEtherNet/IP وProfinet وCC-Link IE وPowerlink وSercos III وModbus TCP.
على الرغم من أن M12A ليس هو الموصل الأصلي الذي تم تطوير واجهة EOTP من أجله، إلا أنه لا يزال من الممكن استخدام الموصل بطرق مختلفة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الموصل الدائري M12 ذو 8 سنون كبديل لـ RJ45 في أنظمة الكابلات ANSI/TIA-568 الفئة 3 لواجهة Ethernet 10BASE-T بسرعة 10 ميجابت/ثانية. يتكون كابل Cat 3 من أربعة أزواج ملتوية ذات مقاومة تفاضلية نموذجية تبلغ 100 أوم. يوضح الشكل 1 المهمة الموصى بها عند توصيل الأسلاك RJ45 (قابس معياري 8P8C) باستخدام موصلات دائرية مشفرة M12 A. من ناحية أخرى، عند توصيل موصل دائري مرمز M12 A إلى موصل دائري مرمز M12 A، فمن المستحسن استخدام تعيين الدبوس الموضح في الشكل 2.
يقلل تعيين الدبوس هذا من انحراف التأخير بين نفس زوج جهات الاتصال. هذه الأسلاك عبارة عن تكوين مستخدم على نطاق واسع لأسلاك M12 EOTP المشفرة بـ A. على الرغم من أن 10BASE-T يستخدم زوجين فقط للإشارة، إلا أنه لا يوصى بوجود زوجين فقط في الكابل أو استخدام موصلات دائرية ذات أربعة أقطاب مشفرة على شكل حرف A، لأن هذا قد يسبب ارتباكًا مع التطبيقات الأخرى المستخدمة على نطاق واسع. ومن ناحية أخرى، يوصى باستخدام موصلات ذات ترميز D لزوجين من كابلات EOTP M12. من الممكن أيضًا استخدام متغيرات Fast Ethernet الأخرى، لا سيما 100Base-T للتطبيقات التي تصل سرعتها إلى 100 ميجابت/ثانية والتي تتطلب موصلات دائرية مشفرة بـ D مع زوجين من الكابلات، أو أعلى لـ Base-T لمعدلات بيانات تصل إلى 10 جيجابت/ثانية. ومع ذلك، بالنسبة للأخيرة، يلزم وجود موصل دائري مرمز بـ X مع أربعة أزواج من الكابلات.
هل من الممكن تنفيذ معيار EOTP مسجل أعلى بالتناوب باستخدام تشفير M12-A دون المساس بالسرعة وسلامة الإشارة؟ بالنسبة لمعيار EOTP بسرعة 100 ميجابت/ثانية، يمكن إنشاء واجهة بموصل دائري مشفر بـ A بنفس تخصيص الدبوس كما هو الحال في 10-BASE-T. ويجب مراعاة سلامة الإشارة عند تصميم مثل هذه الواجهات. يجب أن تتوافق مجموعة الكابلات بأكملها، بما في ذلك الموصلات، مع معايير ANSI/TIA-568. يتمتع كل زوج من المكونات/المقابس والكابل نفسه بميزانية خسارة وتداخل لا يمكن تجاوزها. يوصى باختبار معلمات S لهذه الواجهة، اعتمادًا بشكل أساسي على فئة الكابل وطول الكابل. حتى بمعدلات بيانات تصل إلى 10 جيجابت/ثانية، من الممكن إنشاء دوائر M12 بتشفير A من خلال تنفيذ نفس تعيينات الدبوس وتطبيق نفس اعتبارات سلامة الإشارة مثل واجهة الموصل 10-BASE-T و100-BASE-T. عادةً ما يكون طول الكابل لهذا النوع من الواجهة أقصر بكثير.
مجموعة واسعة من التطبيقات
وهذا ليس بأي حال من الأحوال نهاية نطاق التطبيقات للموصل الدائري M12-A القوي. على سبيل المثال، يمكن استخدام نظام الاتصالات IO-Link لتوصيل أجهزة الاستشعار والمشغلات الذكية بأنظمة التشغيل الآلي بشكل أنيق وفقًا للمواصفة IEC 61131-9 - باستخدام موصل دائري M12 ذو 5 سنون مرمز A ومتصل بموصل ثلاثي أو خماسي النواة. كابل أساسي 20 متر. تسمى الاتصالات على الكابلات ذات الثلاثة أسلاك "الفئة أ" وتسمى الاتصالات على الكابلات ذات خمسة أسلاك "الفئة ب". يمكن أن تكون اتصالات الجهاز عبارة عن كبلات ثابتة أو 4 أو 5 سنون M12 A مشفرة، اعتمادًا على التوافق المتبادل المطلوب.
يمكن لـ M12-A أيضًا التعامل مع اتصالات USB. ومع إصدار USB 2.0، يمكن استخدامه كمصدر للطاقة وناقل بيانات عالي السرعة. تعتبر الموصلات الدائرية M12-A مناسبة لصنع مجموعات كابلات USB القوية. في مجموعة الكابلات الخاصة بـ USB 2.0، يجب أن تأخذ في الاعتبار توصيلي طاقة لـ V-bus وGND، بالإضافة إلى زوج ملتوي بمقاومة تفاضلية تبلغ 90 أوم لإشارة USB. إذا كان الاتصال عبارة عن قابس صغير أو micro-USB، فيمكن توصيل دبابيس المعرف بهذه الطريقة بقابس دائري ذي خمسة دبابيس M12 A. الموصل محمي بضفيرة درع الكابل. تتراوح أطوال كابل USB عادة بين 1 متر و3 أمتار.
تعتبر تقنية الاتصال M12 مناسبة بشكل مثالي كحلقة وسيطة في أنظمة الحافلات الصناعية، ولا سيما CANbus وRS-485 وProfibus والطبقات المادية RS-422 وRS-423 وRS-232. على الرغم من أن CANbus تم تصميمه في الأصل للاستخدام مع موصلات D-SUB الصغيرة، إلا أن الموصل الدائري المشفر M12-A ذو الخمسة سنون هو الواجهة الشائعة لـ CANbus. مطلوب فقط أزواج الإشارات CAN_H وCAN_L المتصلة بالدبابيس 4 و5. في هذا التكوين، يمكن للجهاز توفير الطاقة. تُستخدم أزواج الأسلاك الملتوية ذات المعاوقة الاسمية البالغة 120 أوم لنقل الكهرباء.
تُستخدم الطبقة المادية RS-485 بشكل شائع للبروتوكولات الصناعية Modbus وOSDP وSSCP وSCSI-2 وSCSI-3 وProfibus وNanoréseau وDMX 512 وAES 3. ويبين الشكل 3 دبوس RS-485 النموذجي لـ 5- كابل مرمز بالقطب A. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام كابل محمي رباعي النواة. تعتمد الأسلاك بشكل كبير على الطاقة المطلوبة، ولكنها تتضمن دائمًا على الأقل أزواج TxD/RxD المتماثلة في الموضعين 2 و4 لتقليل زمن الوصول.
Profibus يدعم المفهوم اللامركزي. إن حقيقة إمكانية تكييف Profibus مع تطبيقات مختلفة باستخدام مبادئ معيارية تجعل هذه التكنولوجيا أيضًا جذابة في أتمتة الإنتاج وصناعات العمليات. تقنية الاتصال M12 ضرورية هنا. يتم استخدام المتغير المرمز A لإمدادات الطاقة، في حين أن الموصل الدائري المرمز B مخصص لنقل إشارة Profibus (الشكل 4).
أنظمة الحافلات الصناعية الأخرى التي تستخدم موصلات دائرية M12-A تشمل RS-411، RS-423 وRS-232. تعتبر الموصلات ذات 8 سنون و5 سنون و4 سنون مناسبة لهذا الغرض. تعتمد الأسلاك بشكل أساسي على الإشارات المطلوبة والطاقة والتأريض المطلوب.