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福德正神适用于恶劣工业环境下时限通信以太网

福德正神适用于恶劣工业环境下时限通信以太网

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-08-07 08:08    

  越来越众的工业编制采用以太网衔接来办理筑设商面对的工业4.0和智能工场通讯合头离间,蕴涵数据集成、同步、终端衔接和编制互操作性离间。以太网互联工场通过完毕消息本领(IT)与操作本领(OT)收集之间的衔接,可抬高临蓐率,同时抬高临蓐的轻巧性和可扩展性。如许,操纵一个援助时限通讯的无缝、和平的高带宽收集便可监控工场的悉数区域。

  范围阴谋和牢靠的通讯根本方法是互联工场的命根子。当今的收集面对着流量负载不绝伸长以及繁众答应之间互操作性的离间,这些答应必要操纵繁复且耗电的网合来转换全体工场的流量。通过向工场周围终端无缝交付合头切实定性机能,工业以太网可办理统一收集中的这些互操作性题目。过去平昔缺乏专为牢靠的工业处境打算的实用以太网物理层(PHY)。永久从此,工业通讯配置的打算职员不得不操纵针对公众墟市开辟的消费级准绳以太网PHY。正在工业4.0时期,终端节点的数目正正在加快伸长,确定性对付完毕互联工场极其紧急,是以加强的工业级工业以太网PHY至合紧急。

  因为以太网是受到广大援助的、可扩展、轻巧的高带宽通讯办理计划,因而平昔从此都是IT界限的通讯之选。其它,它还具有IEEE准绳带来的互操作性上风。然而,完毕IT和OT收集之间的衔接以及基于以太网本领的无缝衔接面对着一个合头离间,那便是怎样正在恳求时限衔接的阴毒工业处境下实行摆设。

  图1显示了智能工场中基于工业以太网衔接的互联搬动使用。众轴同步和细密运动局限对付正在智能工场中完毕高质料临蓐和加工至合紧急。跟着对临蓐才智和输出质料的恳求越来越高,伺服电机驱动器也必要更速的响当令间和更高的驱动精度。编制机能抬高恳求终端配置中操纵的伺服电机轴更严密地同步。及时100 Mb以太网广大用于当今的运动局限编制。然则,同步仅涉及收集主机和从机之间的数据通讯。

  收集必要援助跨收集界线同步到使用,从低于1 μs的年华到伺服电机局限内的PWM输出。这抬高了众轴使用的加工和临蓐精度,如采用更高数据速度的千兆工业以太网和IEEE 802.1年华敏锐收集(TSN)的机械人和数控机床。行使及时工业以太网答应,悉数配置均可衔接到一个高带宽咸集收集,以完毕周围到云衔接。

  正在工业处境中,摆设以太网的收集安置职员面对的重要离间便是妥当性和较高的处境温度。较长的电缆敷设旅途界限存正在来自电机和临蓐配置的高压瞬变,从而也许会损坏数据和配置。为得胜摆设工业以太网(如图1所示),必要一种加强型以太网PHY本领,恳求机能安谧牢靠,低功耗、低延迟,采用小型封装,而且能够正在嘈杂的高温处境下任务。本文将计划正在互联工场中摆设以太网PHY办理计划所面对的离间。

  工业以太网PHY是一种物理层收发器器件,凭据OSI收集形式收发以太网帧。正在OSI形式中,以太网笼盖第1层(物理层)和第2层(数据链道层)的一片面,并由IEEE 802.3准绳界说。物理层指定电信号类型、信号速率、介质和收集拓扑。它实行1000BASE-T (1000 Mbps)、100BASE-TX(100 Mbps,铜缆)和10BASE-T (10 Mb)准绳的以太网物理层片面。

  数据链道层指定怎样通过介质实行通讯,以及传输和给与音书的帧布局。这仅仅意味着位怎样从电线上判袂出来并进入位分列,以便从位流中提取数据。对付以太网,这称为介质访候局限(MAC),将集成至主机解决器或以太网交流机中。比方,fido5100和fido5200这两款ADI嵌入式、双端口工业以太网嵌入式交流机,用于援助众答应、及时工业以太网配置衔接的第2层衔接。

  工业使用中的以太网互联配置一样封装正在IP66/IP67密封外壳中。IP等第是指电气配置对水、污垢、尘土和沙子的耐受力。IP后面的第一个数字是IEC分派的防固体等第。正在这里,6意味着与物质直接接触8小时后,无无益的尘土或污物渗透配置中。随后是防水等第6和7。6意味着可正在巨大的喷射流中防御水渗透,而7意味着配置可浸入1米深的淡水中30分钟。

  操纵这些密封外壳后,因为外壳的导热才智降低,以太网PHY配置面对的两个重要离间便是功耗和较高的处境温度。摆设工业以太网时,必要操纵任务温度高达105℃且功耗极低的以太网PHY配置。

  规范的工业以太网收集采用线性和环形拓扑实行摆设。与星形收集比拟,这些收集拓扑裁汰了布线长度,且正在环形收集中留有冗余旅途。衔接至线性或环形收集的每个配置都必要两个以太网端口,以便沿收集通报以太网帧。正在这些用例中,以太网PHY功耗变得更为紧急,由于每个互联配置都有两个PHY。千兆PHY功耗对总功耗有宏大影响,而低功耗PHY可认为配置中的FPGA/解决器和以太网交流机供应更众的可用功耗预算。

  咱们来看图2中的示例,配置的功耗预算为2.5 W,蕴涵FPGA、DDR存储器和必要1.8 W功耗预算的以太网交流机。如许,两个PHY的可用功耗预算仅剩下700 mW。为满意配置的散热恳求,需操纵功耗

  正在临蓐配置噪音会形成高压瞬变和配置安置职员和操作职员也许带来静电放电事故的阴毒工场要求下,工业收集的电缆敷设旅途也许长达100米。是以,妥当牢靠的物理层本领对付工业以太网的得胜摆设至合紧急。

  产物通过这些准绳认证的合联本钱比拟高,要是必要实行打算迭代来满意个中任何一个准绳,那么新产物的推出一样会延迟。操纵一经通过IEC和EN准绳测试的PHY配置可明显下降新产物开辟本钱和危险。

  对付必要及时通讯的使用(如图1所示),实行正确的运动局限特殊紧急,PHY延迟亦会是一个紧急的打算标准,由于它是全体工业以太网收集周期年华的合头片面。收集周期年华是局限器搜聚和更新悉数器件的数据所需的通讯年华。下降收集周期年华可正在时限通讯中完毕更高的使用机能。低延迟以太网PHY有助于最事态部地裁汰收集周期年华,同意更众器件衔接到收集。

  因为线性和环形收集必要两个以太网端口将数据从一个配置传输至下一个配置,因而对付有两个端口(数据输入端口/数据输出端口)的配置,以太网PHY延迟的影响也会翻倍,睹图3。正在一个具有32台配置的收集(64 PHY)中,要是PHY延迟下降25%,那么这一工业以太网PHY延迟的下降将对可衔接的节点数目和工业以太网收集机能(周期年华)形成明显的影响。

  采用援助分歧数据速度的工业以太网PHY配置亦特殊紧急:10 Mb、100 Mb和1 Gb。PLC和运动局限器之间的衔接必要高带宽的千兆(1000BASE-T) TSN以太网衔接。现场级衔接采用正在100 Mb (100BASE-TX)PHY中运转工业以太网答应的以太网衔接。对付终端节点/周围节点衔接,IEEE 802.3cg/10BASE-T1L中有一个新的物理层准绳,援助正在长达1千米的单根双绞线 Mb带宽采用低功耗以太网PHY本领,而且可用于进程局限中的性质和平使用。参睹图4,懂得进程局限以太网衔接和可扩展以太网PHY数据速度(从PLC到终端节点奉行器和现场仪器仪外)的需求。

  跟着以太网本领向工业收集周围扩散,互联节点的尺寸变得越来越小。以太网互联传感器/奉行器的产物尺寸能够特殊小,是以必要将PHY置于专为工业使用开辟的小封装内。底细声明,引脚间距为0.5毫米的LFCSP/QFN封装较为牢靠,无需高贵的PCB筑设流程,并且底部裸露焊盘可用于较高的处境温度要求下,从而扩充了功耗。

  产物寿命是工业配置筑设商属意的一个题目,由于其配置一样可正在现场操纵15年以上。因而产物停产意味着必要从新打算新产物,这会带来高本钱,并且特殊耗时。工业以太网PHY配置必需具有较长的产物寿命,而消费电子、公众墟市、以太网PHY供应商一样不援助这种产物。

  正在测试和/或编制必要用户干扰时,链接断开。比方,正在应力测试后重置或重启以规复平常运转。

  ADI公司近来宣布了两款全新的工业以太网PHY,可正在处境温度高达105℃的阴毒工业要求下牢靠运转。公司平昔勉力于工业终端墟市使用,确保为工业使用开辟临蓐寿命较长的新产物。针对本文所述离间而特意开辟的ADIN1300和ADIN1200具有如下加强的PHY特色:

  ADIN1300是业界具有精巧的功耗、延迟和封装尺寸特色的10 Mbps/100 Mbps/1000 Mbps工业以太网PHY,其EMC和ESD妥当性一经过广大测试,可正在高达105℃的处境温度下运转。ADIN1300 PHY已通过EMC/ESD准绳测试,如外3所示。通过操纵已通过IEC和EN准绳广大测试的以太网PHY本领,可明显下降产物合规性测试和认证的合联本钱和年华。

  图5.带有fido5200的ADIN1200,用于及时众答应工业以太网器件衔接。

  供应用于ADIN1300和ADIN1200的客户评估板,以及用于加快评估的软件GUI。相合使用板软件GUI性能的视频教程,参睹ADIN1300和ADIN1200产物页面。图6显示了使用电道板和软件GUI。

  为完毕IT和OT收集的无缝衔接,完毕工业4.0的代价,针对工业使用而打算的加强物理层本领是一个合头的打算抉择。妥当型工业以太网PHY本领可办理功耗、福德正神延迟、办理计划尺寸、105℃处境温度、妥当性(EMC/ESD)和较长产物寿命题目,是完毕互联工场的根本。为办理本文所述离间,ADI公司近期推出了两款全新的妥当型工业以太网PHY,即ADIN1300(10 Mbps/100 Mbps/1000 Mbps)和ADIN1200(10 Mbps/100 Mbps/1000 Mbps)

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  工业使用为什么要采用以太网?越来越众的工业编制采用以太网衔接来办理筑设商面对的工业 4.0 和智能工场通讯合头离间,蕴涵数据集成、同步、终端衔接和编制互操作性离间。以太网互联工场通过完毕消息本领(IT)与操作本领(OT)收集之间的衔接,可抬高临蓐率,同时抬高临蓐的轻巧性和可扩展性。如许,操纵一个援助时限通讯的无缝、和平的高带宽收集便可监控工场的悉数区域。范围阴谋和牢靠的通讯根本方法是互联工场的命根子。当今的收集面对着流量负载不绝伸长以及繁众答应之间互操作性的离间,这些答应必要操纵繁复且耗电的网合来转换全体工场的流量。通过向工场周围终端无缝交付合头切实定性机能,工业以太网可办理统一收集中的这些互操作性题目。过去平昔缺乏专为

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