У сучасних промислових умовах складні архітектури автоматизації та широкий спектр виробничих технологій поширені в промислових системах, усі з’єднані через промислові мережі. Стабільне підключення до мережі має вирішальне значення для нормальної роботи промислових систем.
На відміну від розгортання Ethernet у комерційних або побутових середовищах, промислові середовища Ethernet створюють додаткові фізичні та електромагнітні проблеми. Ethernet PHY промислового -класу мають надзвичайно суворі вимоги щодо стійкості до температури, стрибків напруги, вимог до затримки та швидкості мережі.
Вплив затримки на промислову автоматизацію
У промислових системах Ethernet існує багато джерел затримки. Деякі затримки спричинені фізичними з’єднаннями, як правило, з’єднаннями електропроводки та друкованої плати. Дані також затримуються, коли вони проходять через PHY, MAC, комутатори та інші компоненти мережевого з’єднання. Затримка також є важливим орієнтовним показником при виборі PHY.
Мережна архітектура промислової автоматизації, TI
Незважаючи на те, що серія стандартів IEEE 802.3 продовжує розвиватися, немає чіткої специфікації часу, який потрібен пакету даних для проходження PHY. Однак затримка може безпосередньо впливати-на програми автоматизації заводу в реальному часі. Оскільки затримка не є ані визначеним значенням для Ethernet, визначеним стандартом IEEE 802.3, ані властивим синхронним або повторюваним значенням Ethernet, тому роз’єднання між Ethernet і додатками автоматизації заводу необхідно вирішувати за допомогою ретельної архітектури пристроїв фізичного рівня Ethernet (PHY).
Незалежно від топології мережі чи промислових протоколів, ці протоколи мають спільну мету: забезпечити точний контроль над різними вузлами промислової мережі. Цього можна досягти шляхом-штампування переданих і отриманих пакетів і використання цих позначок часу для синхронізації мережевого часу між вузлами мережі. Мережевий час розподіляється протоколом у пакетних даних, і цей час позначається міткою часу кожного вузла. Будь-яка зміна мітки часу знижує точність системи. Більш тривалі затримки також обмежують частоту, з якою пакети можуть використовувати мітки часу, і кількість вузлів, дозволених у мережі. Тому затримки повинні бути максимально зведені до мінімуму.
Industrial Ethernet PHY - Dela
Для додатків керування рухом у промисловій автоматизації, які потребують точного керування, тривалість циклу зазвичай має складати десятки мікросекунд. На цих рівнях затримка кожного компонента в мережі є критичною. Контроль затримки фізичного рівня Ethernet (PHY) є дуже критичним обмежуючим фактором для часу циклу.
У стандартах Ethernet, таких як 1000Base-T і 100Base-TX, PHY з меншою робочою затримкою можуть зменшити час циклу. Менша затримка може збільшити час циклу до рівня Ethernet з вищою швидкістю передачі, ефективно збільшуючи пропускну здатність мережі. Наразі більшість промислових програм Ethernet працюють на 100Base-TX Ethernet, але багато програм починають перехід на 1000Base-T, який пропонує вищу пропускну здатність. PHY із меншою затримкою ефективно збільшує пропускну здатність мережі, а також полегшує перехід Ethernet на вищу швидкість передачі даних.
PHY внутрішній дизайн, TI
У мережах Ethernet, таких як 1000Base-T і 100Base-TX, PHY із меншою робочою затримкою може зменшити час циклу. Менша затримка може збільшити час циклу до такого ж рівня, як і Ethernet з вищою швидкістю передачі, що ефективно збільшує пропускну здатність мережі. Наразі більшість промислових програм Ethernet працюють на 100Base-TX Ethernet, але багато програм починають перехід на 1000Base-T, який пропонує вищу пропускну здатність. Менші затримки PHY ефективно збільшують пропускну здатність мережі, а також полегшують перехід Ethernet на більш високу швидкість передачі даних.
Інші виклики для PHY в еволюції промислового Ethernet
Температуру важко контролювати в промислових умовах, а більш суворі температурні умови ускладнюють проектування PHY. PHY має працювати з номінальною продуктивністю в широкому діапазоні температур. Загалом промисловий Ethernet PHY має працювати в діапазоні температур від -40 до 85 градусів і витримувати максимальну температуру з’єднання 125 градусів.
Енергоспоживання також завжди є критичним фактором, особливо в гігабітних PHY, де енергоспоживання може значно вплинути на загальне енергоспоживання системи. Бюджет живлення, призначений для фізичного рівня Ethernet, обмежений, і для кожного підключеного пристрою потрібні два фізичні рівні Ethernet, тому енергоспоживання має бути достатньо низьким, щоб задовольнити вимоги підключення всього пристрою. Деякі виробники обирають роботу з подвійним-потужністю на додаток до низько-потужних PHY, щоб досягти ще нижчого енергоспоживання.
Резюме
У міру того як складність систем автоматизації виробництва продовжує зростати, зростає потреба в передачі більшої кількості даних між вузлами, що робить дедалі важливішим підтримувати високо-з’єднання на підприємствах. Апаратні з’єднання PHY, на які не впливає суворе промислове середовище, дуже цінні для реалізації промислових мереж Інтернету.