U današnjim industrijskim okruženjima, složene automatizirane arhitekture i širok izbor proizvodnih tehnologija prevladavaju u industrijskim sustavima, a svi su povezani industrijskim mrežama. Stabilna mrežna veza ključna je za normalan rad industrijskih sustava.
Za razliku od postavljanja Etherneta u komercijalna ili potrošačka okruženja, industrijska Ethernet okruženja predstavljaju dodatne fizičke i elektromagnetske izazove. Industrijski-Ethernet PHY imaju izuzetno stroge zahtjeve u pogledu temperaturne tolerancije, naponskih udara, zahtjeva za kašnjenjem i brzine mreže.
Utjecaj latencije na industrijsku automatizaciju
U industrijskim Ethernet sustavima postoji mnogo izvora kašnjenja. Neka su kašnjenja uzrokovana fizičkim vezama, obično ožičenjem i PCB vezama. Podaci također doživljavaju kašnjenja dok prolaze kroz PHY, MAC, preklopnike i druge komponente u mrežnoj vezi. Kašnjenje je također važan referentni pokazatelj pri odabiru PHY.
Mrežna arhitektura industrijske automatizacije, TI
Iako se serija standarda IEEE 802.3 nastavlja razvijati, ne postoji eksplicitna specifikacija za vrijeme koje je potrebno paketu podataka da prijeđe PHY. Međutim, latencija može izravno utjecati-na aplikacije tvorničke automatizacije u stvarnom vremenu. Budući da latencija nije definirana vrijednost za Ethernet određena standardom IEEE 802.3 niti inherentna sinkrona ili ponovljiva vrijednost Etherneta, stoga se prekid veze između Etherneta i tvorničkih aplikacija za automatizaciju mora riješiti kroz pažljivu arhitekturu uređaja fizičkog sloja Etherneta (PHY).
Bez obzira na topologiju mreže ili industrijske protokole, ovi protokoli dijele zajednički cilj: pružiti preciznu kontrolu nad različitim čvorovima u industrijskoj mreži. To se može postići vremenskim-žigosanjem poslanih i primljenih paketa i upotrebom tih vremenskih oznaka za sinkronizaciju mrežnog vremena među mrežnim čvorovima. Mrežno vrijeme dijeli protokol unutar paketa podataka, a jedinica vremenske oznake svakog čvora označava to vrijeme. Svaka promjena vremenske oznake smanjuje točnost sustava. Dulja kašnjenja također ograničavaju učestalost na kojoj paketi mogu koristiti vremenske oznake i ograničavaju broj dopuštenih čvorova u mreži. Stoga se kašnjenja moraju svesti na najmanju moguću mjeru.
Industrijski Ethernet PHY - Dela
Za aplikacije kontrole kretanja u industrijskoj automatizaciji koje zahtijevaju preciznu kontrolu, vremena ciklusa obično moraju biti u desecima mikrosekundi. Na ovim razinama, kašnjenje kroz svaku komponentu u mreži je kritično. Kontrola kašnjenja Ethernet fizičkog sloja (PHY) vrlo je kritičan ograničavajući faktor za vrijeme ciklusa.
U Ethernet standardima kao što su 1000Base-T i 100Base-TX, PHY s nižom radnom latencijom mogu poboljšati vrijeme ciklusa. Niža latencija može podići vrijeme ciklusa na istu razinu kao i brža brzina prijenosa Etherneta, učinkovito povećavajući propusnost mreže. Trenutačno većina industrijskih Ethernet aplikacija radi na 100Base-TX Ethernetu, ali mnoge aplikacije počinju prelaziti na 1000Base-T, koji nudi veću propusnost. PHY s nižom latencijom učinkovito povećava propusnost mreže i također olakšava prijelaz Etherneta na veće brzine prijenosa podataka.
PHY unutarnji dizajn, TI
U Ethernet mrežama kao što su 1000Base-T i 100Base-TX, PHY s nižom radnom latencijom može poboljšati vrijeme ciklusa. Niža latencija može produžiti vrijeme ciklusa na istu razinu kao i brža brzina prijenosa Etherneta, što učinkovito povećava propusnost mreže. Trenutačno većina industrijskih Ethernet aplikacija radi na 100Base-TX Ethernetu, ali mnoge aplikacije počinju prelaziti na 1000Base-T, koji nudi veću propusnost. Niža latencija PHY učinkovito povećava propusnost mreže i također olakšava prijelaz Etherneta na veće brzine prijenosa podataka.
Drugi izazovi za PHY u evoluciji industrijskog Etherneta
Temperaturu je teško kontrolirati u industrijskim okruženjima, a stroži temperaturni uvjeti doprinose složenosti PHY dizajna. PHY mora biti u stanju raditi sa svojim nazivnim performansama u širokom temperaturnom rasponu. Općenito, industrijski Ethernet PHY trebao bi moći raditi u temperaturnom rasponu od -40 do 85 stupnjeva i izdržati maksimalnu temperaturu spoja od 125 stupnjeva.
Potrošnja energije je također kritičan faktor u svakom trenutku, posebno u gigabitnim PHY, gdje potrošnja energije može značajno utjecati na ukupnu potrošnju energije sustava. Proračun za napajanje dodijeljen fizičkom sloju Etherneta je ograničen, a svaki međusobno povezani uređaj zahtijeva dva fizička sloja Etherneta, tako da potrošnja energije mora biti dovoljno niska da zadovolji zahtjeve povezivanja cijelog uređaja. Neki se proizvođači odlučuju za rad s dvostrukom-napajanjem uz PHY niske-snage kako bi postigli još nižu potrošnju energije.
Sažetak
Kako složenost tvorničkih automatiziranih sustava nastavlja rasti, povećava se potražnja za prijenosom više podataka između čvorova, zbog čega je sve važnije održavati visoko{0}}povezivost unutar tvornica. PHY hardverske veze na koje ne utječu oštra industrijska okruženja vrlo su vrijedne za implementaciju industrijskih internetskih mreža.