В днешните индустриални условия сложните автоматизирани архитектури и голямото разнообразие от производствени технологии са преобладаващи в индустриалните системи, всички свързани чрез индустриални мрежи. Стабилната мрежова връзка е от решаващо значение за нормалната работа на индустриалните системи.
За разлика от внедряването на Ethernet в търговски или потребителски среди, индустриалните Ethernet среди представляват допълнителни физически и електромагнитни предизвикателства. Ethernet PHY от индустриален-клас имат изключително строги изисквания по отношение на толерантност към температура, пренапрежения на напрежението, изисквания за латентност и скорост на мрежата.
Влиянието на латентността върху индустриалната автоматизация
В индустриалните Ethernet системи има много източници на забавяне. Някои закъснения са причинени от физически връзки, обикновено кабели и PCB връзки. Данните също изпитват забавяне, докато преминават през PHY, MAC, комутатори и други компоненти в мрежовата връзка. Забавянето също е важен референтен индикатор при избора на PHY.
Мрежова архитектура за индустриална автоматизация, TI
Въпреки че серията от стандарти IEEE 802.3 продължава да се развива, няма изрична спецификация за времето, което е необходимо на пакет от данни да премине през PHY. Закъснението обаче може директно да повлияе-на приложенията за фабрична автоматизация в реално време. Тъй като латентността не е нито дефинирана стойност за Ethernet, определена от стандарта IEEE 802.3, нито присъща синхронна или повторяема стойност на Ethernet, следователно прекъсването на връзката между Ethernet и приложенията за фабрична автоматизация трябва да се адресира чрез внимателната архитектура на устройствата на физическия слой на Ethernet (PHY).
Независимо от топологията на мрежата или индустриалните протоколи, тези протоколи споделят обща цел: да осигурят прецизен контрол върху различни възли в индустриална мрежа. Това може да бъде постигнато чрез-маркиране на предавани и получени пакети и използване на тези времеви печати за синхронизиране на мрежовото време в мрежовите възли. Мрежовото време се споделя от протокола в рамките на пакета данни и единицата за клеймо на всеки възел маркира това време. Всяка промяна в клеймото за време намалява точността на системата. По-дългите закъснения също ограничават честотата, с която пакетите могат да използват времеви отпечатъци, и ограничават броя на разрешените възли в мрежата. Следователно закъсненията трябва да бъдат сведени до минимум, доколкото е възможно.
Индустриален Ethernet PHY - Dela
За приложения за управление на движението в индустриалната автоматизация, които изискват прецизен контрол, времената на цикъла обикновено трябва да бъдат в десетки микросекунди. На тези нива забавянето през всеки компонент в мрежата е критично. Контролът на забавянето на Ethernet физическия слой (PHY) е много критичен ограничаващ фактор за времето на цикъла.
В Ethernet стандарти като 1000Base-T и 100Base-TX, PHY с по-ниска работна латентност могат да подобрят времето на цикъла. По-ниската латентност може да повиши времето на цикъла до същото ниво като Ethernet с по-висока скорост на предаване, което ефективно увеличава честотната лента на мрежата. В момента повечето индустриални Ethernet приложения работят на 100Base-TX Ethernet, но много приложения започват да преминават към 1000Base-T, който предлага по-висока честотна лента. PHY с по-ниска латентност ефективно увеличава честотната лента на мрежата и също така улеснява прехода на Ethernet към по-високи скорости на данни.
PHY вътрешен дизайн, TI
В Ethernet мрежи като 1000Base-T и 100Base-TX, PHY с по-ниска работна латентност може да подобри времето на цикъла. По-ниската латентност може да увеличи времето на цикъла до същото ниво като Ethernet с по-висока скорост на предаване, което ефективно увеличава честотната лента на мрежата. В момента повечето индустриални Ethernet приложения работят на 100Base-TX Ethernet, но много приложения започват да преминават към 1000Base-T, който предлага по-висока честотна лента. PHY с по-ниска латентност ефективно увеличават честотната лента на мрежата и също така улесняват прехода на Ethernet към по-високи скорости на данни.
Други предизвикателства за PHY в еволюцията на индустриалния Ethernet
Температурата е трудна за контролиране в промишлени среди, а по-строгите температурни условия добавят към сложността на PHY дизайна. PHY трябва да може да работи при номиналната си производителност в широк температурен диапазон. Като цяло индустриалният Ethernet PHY трябва да може да работи в температурен диапазон от -40 до 85 градуса и да издържа на максимална температура на свързване от 125 градуса.
Консумацията на енергия също е критичен фактор по всяко време, особено в гигабитовите PHY, където консумацията на енергия може значително да повлияе на общата консумация на енергия на системата. Бюджетът за захранване, разпределен за физическия слой на Ethernet, е ограничен и всяко свързано устройство изисква два физически слоя на Ethernet, така че консумацията на енергия трябва да бъде достатъчно ниска, за да отговори на изискванията за свързаност на цялото устройство. Някои производители избират работа с двойно-захранване в допълнение към ниско{3}}мощните PHY, за да постигнат още по-ниска консумация на енергия.
Резюме
Тъй като сложността на системите за фабрична автоматизация продължава да расте, търсенето за предаване на повече данни между възлите се увеличава, което прави все по-важно поддържането на високо{0}}ефективна свързаност във фабриките. PHY хардуерните връзки, които не се влияят от суровите индустриални среди, са много ценни за внедряването на индустриални интернет мрежи.