В современных промышленных условиях в промышленных системах преобладают сложные архитектуры автоматизации и широкое разнообразие производственных технологий, связанных между собой промышленными сетями. Стабильное сетевое соединение имеет решающее значение для нормальной работы промышленных систем.
В отличие от развертывания Ethernet в коммерческих или потребительских средах, промышленные среды Ethernet создают дополнительные физические и электромагнитные проблемы. К физическим уровням Ethernet -класса предъявляются чрезвычайно строгие требования с точки зрения устойчивости к температуре, скачкам напряжения, требованиям к задержке и скорости сети.
Влияние задержки на промышленную автоматизацию
В промышленных системах Ethernet существует множество источников задержек. Некоторые задержки вызваны физическими соединениями, обычно проводкой и соединениями печатной платы. Данные также испытывают задержки при прохождении через PHY, MAC, коммутаторы и другие компоненты сетевого подключения. Задержка также является важным ориентиром при выборе PHY.
Сетевая архитектура промышленной автоматизации, TI
Хотя серия стандартов IEEE 802.3 продолжает развиваться, не существует четкого указания времени, которое требуется пакету данных для прохождения PHY. Однако задержка может напрямую повлиять на работу приложений автоматизации производства,-работающих в режиме реального времени. Поскольку задержка не является ни определенным значением для Ethernet, указанным в стандарте IEEE 802.3, ни присущей Ethernet или повторяемой величиной, поэтому разрыв между Ethernet и приложениями промышленной автоматизации должен быть решен с помощью тщательной архитектуры устройств физического уровня Ethernet (PHY).
Независимо от топологии сети или промышленных протоколов, эти протоколы имеют общую цель: обеспечить точный контроль над различными узлами промышленной сети. Этого можно достичь путем-отметки времени переданных и полученных пакетов и использования этих отметок времени для синхронизации сетевого времени между сетевыми узлами. Сетевое время разделяется протоколом в пакетных данных, и это время отмечается единицей временной метки каждого узла. Любое изменение временной метки снижает точность системы. Более длительные задержки также ограничивают частоту, с которой пакеты могут использовать временные метки, и ограничивают количество узлов, разрешенных в сети. Поэтому задержки должны быть сведены к минимуму.
Промышленный Ethernet PHY - Дела
Для приложений управления движением в промышленной автоматизации, требующих точного управления, время цикла обычно должно составлять десятки микросекунд. На этих уровнях задержка на каждом компоненте сети имеет решающее значение. Управление задержкой физического уровня Ethernet (PHY) является очень важным фактором, ограничивающим время цикла.
В стандартах Ethernet, таких как 1000Base-T и 100Base-TX, PHY с меньшей задержкой в работе могут сократить время цикла. Более низкая задержка может увеличить время цикла до того же уровня, что и более высокая скорость передачи данных Ethernet, эффективно увеличивая пропускную способность сети. В настоящее время большинство промышленных приложений Ethernet работают на 100Base-TX Ethernet, но многие приложения начинают переходить на 1000Base-T, который обеспечивает более высокую пропускную способность. PHY с меньшей задержкой эффективно увеличивает пропускную способность сети, а также облегчает переход Ethernet на более высокие скорости передачи данных.
Внутренний дизайн PHY, TI
В сетях Ethernet, таких как 1000Base-T и 100Base-TX, PHY с меньшей рабочей задержкой может сократить время цикла. Более низкая задержка может увеличить время цикла до того же уровня, что и более высокая скорость передачи данных Ethernet, что эффективно увеличивает пропускную способность сети. В настоящее время большинство промышленных приложений Ethernet работают на 100Base-TX Ethernet, но многие приложения начинают переходить на 1000Base-T, который обеспечивает более высокую пропускную способность. PHY с более низкой задержкой эффективно увеличивают пропускную способность сети, а также облегчают переход Ethernet на более высокие скорости передачи данных.
Другие проблемы PHY в эволюции промышленного Ethernet
Температуру трудно контролировать в промышленных условиях, а более строгие температурные условия усложняют проектирование PHY. PHY должен быть в состоянии работать с номинальной производительностью в широком диапазоне температур. Как правило, PHY промышленного Ethernet должен работать в диапазоне температур от -40 до 85 градусов и выдерживать максимальную температуру перехода 125 градусов.
Потребление энергии также всегда является критическим фактором, особенно в гигабитных PHY, где энергопотребление может существенно повлиять на общее энергопотребление системы. Бюджет мощности, выделяемый физическому уровню Ethernet, ограничен, и для каждого взаимосвязанного устройства требуется два физических уровня Ethernet, поэтому энергопотребление должно быть достаточно низким, чтобы удовлетворить требования к подключению всего устройства. Некоторые производители выбирают режим двойного-питания в дополнение к физическим уровням-с низким энергопотреблением, чтобы добиться еще более низкого энергопотребления.
Краткое содержание
Поскольку сложность систем автоматизации производства продолжает расти, потребность в передаче большего количества данных между узлами возрастает, поэтому все более важно поддерживать высокопроизводительную связь на предприятиях. Аппаратные соединения PHY, на которые не влияют суровые промышленные условия, очень ценны для реализации промышленных интернет-сетей.