Günümüzün endüstriyel ortamlarında karmaşık otomasyon mimarileri ve çok çeşitli üretim teknolojileri, tümü endüstriyel ağlar aracılığıyla birbirine bağlanan endüstriyel sistemlerde yaygındır. Endüstriyel sistemlerin normal çalışması için istikrarlı bir ağ bağlantısı kritik öneme sahiptir.
Ethernet'in ticari veya tüketici ortamlarında kullanılmasının aksine, endüstriyel Ethernet ortamları ek fiziksel ve elektromanyetik zorluklar sunar. Endüstriyel-sınıf Ethernet PHY'lerin sıcaklık toleransı, voltaj dalgalanmaları, gecikme gereksinimleri ve ağ hızı açısından son derece katı gereksinimleri vardır.
Gecikmenin endüstriyel otomasyon üzerindeki etkisi
Endüstriyel Ethernet sistemlerinde birçok gecikme kaynağı vardır. Bazı gecikmeler, genellikle kablolama ve PCB bağlantıları gibi fiziksel bağlantılardan kaynaklanır. Veriler ayrıca ağ bağlantısındaki PHY, MAC, anahtarlar ve diğer bileşenlerden geçerken de gecikmeler yaşar. Gecikme aynı zamanda bir PHY seçerken önemli bir referans göstergesidir.
Endüstriyel Otomasyon Ağ Mimarisi, TI
IEEE 802.3 standart serisi gelişmeye devam etse de, bir veri paketinin PHY'yi geçmesi için geçen süreye ilişkin açık bir spesifikasyon yoktur. Ancak gecikme, gerçek-zamanlı fabrika otomasyonu uygulamalarını doğrudan etkileyebilir. Gecikme, Ethernet için IEEE 802.3 standardında belirtilen tanımlı bir değer ya da Ethernet'in doğası gereği eşzamanlı veya tekrarlanabilir bir değer olmadığından, Ethernet ile fabrika otomasyon uygulamaları arasındaki bağlantının kesilmesi, Ethernet fiziksel katman cihazlarının (PHY'ler) dikkatli mimarisi aracılığıyla ele alınmalıdır.
Ağ topolojisi veya endüstriyel protokollerden bağımsız olarak bu protokollerin ortak bir amacı vardır: Endüstriyel bir ağdaki farklı düğümler üzerinde hassas kontrol sağlamak. Bu, iletilen ve alınan paketlere zaman-damgası basılarak ve bu zaman damgalarının ağ düğümleri arasında ağ zamanını senkronize etmek için kullanılmasıyla başarılabilir. Ağ zamanı, paket verileri içindeki protokol tarafından paylaşılır ve her düğümün zaman damgası birimi bu zamanı işaretler. Zaman damgasındaki herhangi bir değişiklik sistemin doğruluğunu azaltır. Daha uzun gecikmeler aynı zamanda paketlerin zaman damgalarını kullanabileceği sıklığı da sınırlar ve ağda izin verilen düğüm sayısını da kısıtlar. Bu nedenle gecikmelerin mümkün olduğunca en aza indirilmesi gerekiyor.
Endüstriyel Ethernet PHY - Dela
Endüstriyel otomasyonda hassas kontrol gerektiren hareket kontrol uygulamaları için çevrim sürelerinin genellikle onlarca mikrosaniye düzeyinde olması gerekir. Bu seviyelerde ağdaki her bir bileşendeki gecikme kritiktir. Ethernet fiziksel katmanının (PHY) gecikme kontrolü, döngü süresi için çok kritik bir sınırlayıcı faktördür.
1000Base-T ve 100Base-TX gibi Ethernet standartlarında, daha düşük operasyonel gecikmeye sahip PHY'ler döngü süresini iyileştirebilir. Daha düşük gecikme süresi, döngü süresini daha hızlı iletim hızı Ethernet ile aynı seviyeye yükselterek ağ bant genişliğini etkili bir şekilde artırabilir. Şu anda çoğu endüstriyel Ethernet uygulaması 100Base-TX Ethernet üzerinde çalışmaktadır, ancak birçok uygulama daha yüksek bant genişliği sunan 1000Base-T'ye geçiş yapmaya başlamaktadır. Daha düşük gecikme süresine sahip bir PHY, ağ bant genişliğini etkili bir şekilde artırır ve aynı zamanda Ethernet'in daha yüksek veri hızlarına geçişini kolaylaştırır.
PHY iç tasarımı, TI
1000Base-T ve 100Base-TX gibi Ethernet ağlarında, daha düşük operasyonel gecikmeye sahip bir PHY döngü süresini iyileştirebilir. Daha düşük gecikme süresi, döngü süresini daha hızlı iletim hızına sahip Ethernet ile aynı düzeye çıkarabilir ve bu da ağ bant genişliğini etkili bir şekilde artırır. Şu anda çoğu endüstriyel Ethernet uygulaması 100Base-TX Ethernet üzerinde çalışmaktadır, ancak birçok uygulama daha yüksek bant genişliği sunan 1000Base-T'ye geçiş yapmaya başlamaktadır. Daha düşük gecikme süreli PHY'ler, ağ bant genişliğini etkili bir şekilde artırır ve aynı zamanda Ethernet'in daha yüksek veri hızlarına geçişini kolaylaştırır.
Endüstriyel Ethernetin Evriminde PHY'nin Karşılaştığı Diğer Zorluklar
Endüstriyel ortamlarda sıcaklığın kontrol edilmesi zordur ve daha katı sıcaklık koşulları PHY tasarımının karmaşıklığını artırır. PHY'nin geniş bir sıcaklık aralığında nominal performansında performans gösterebilmesi gerekir. Genel olarak endüstriyel Ethernet PHY -40 ila 85 derece sıcaklık aralığında çalışabilmeli ve maksimum 125 derece bağlantı sıcaklığına dayanabilmelidir.
Güç tüketimi de her zaman kritik bir faktördür, özellikle güç tüketiminin sistemin toplam güç tüketimini önemli ölçüde etkileyebildiği gigabit PHY'lerde. Ethernet fiziksel katmanına tahsis edilen güç bütçesi sınırlıdır ve birbirine bağlı her cihaz iki Ethernet fiziksel katmanı gerektirir; dolayısıyla güç tüketimi, tüm cihazın bağlantı gereksinimlerini karşılayacak kadar düşük olmalıdır. Bazı üreticiler daha da düşük güç tüketimi elde etmek için düşük-güçlü PHY'lere ek olarak ikili-güçle çalışmayı tercih ediyor.
Özet
Fabrika otomasyon sistemlerinin karmaşıklığı artmaya devam ettikçe, düğümler arasında daha fazla veri aktarımına yönelik talep artıyor ve bu da fabrikalarda yüksek{0}performanslı bağlantının sürdürülmesini giderek daha önemli hale getiriyor. Zorlu endüstriyel ortamlardan etkilenmeyen PHY donanım bağlantıları, endüstriyel internet ağlarının uygulanması için oldukça değerlidir.