Ethernet זוג יחיד‏ תעשייתי איתן מתחיל עם הרכיבים הנכונים

אוטומציה מחליפה מערכות בקרה מבוזרות מסורתיות, וטכנולוגיה חדשנית מספקת חיסכון מקום והפחתת עלויות תוך כדי הצעת ביצועים משופרים. עבור המפעל העתידי, Ethernet זוג יחיד (Single Pair Ethernet‏ (SPE))‏ הוא רכיב‏ חיוני כדי ליישם את זה.

כשבונים תשתית עבור האינטרנט של דברים התעשייתי (IIoT), ‏SPE הוא הכרחי לחלוטין. תקן תקשורת Ethernet‏ חדש זה עבור מפעל, בניין ואוטומציה של תהליכים מאפשר את הפריסה של אסטרטגיות משולבות שהן מהירות ומאובטחות יותר.

פרוטוקולים של Fieldbus מסורתיים מזוהים עבור ההעברה הרגישה לזמן של מידע קריטי ליישומי בקרה תעשייתית ושל כלי-רכב. עם זאת, עם הגידול במספר המפעילים (actuators) והחיישנים ברשת, פרוטוקולים של Fieldbus מסורתיים מהווים עכשיו‏ צוואר בקבוק, וזה רק מחמיר ככל שיותר קישורים מוצגים מאחר וכבלי Fieldbus מגושמים תופסים יותר מדי מקום.

עד עכשיו‏, שני זוגות חוטי נחושת היו נדרשים עבור ההעברה הבו-זמנית של אספקת-כוח להתקני קצה באמצעות Power over Data Line‏ (PoDL). עתה הצורך בארבעה חוטים עבור PoDL הוא נחלת העבר, מאחר ו-SPE יכול לעשות את זה בנוסף להעברת נתונים, ובכך לפתוח תחומי יישום חדשים לחלוטין עבור Ethernet תעשייתי.

TDK Electronics מתמחה ברכיבים שהם חיוניים במגזרי הרכב והאלקטרוניקה התעשייתית. חוט מקשר בין כל המוצרים והטכנולוגיות הללו הוא ה-IIoT ו-SPE, מתוכם אספקת-כוח על Ethernet זוג יחיד (SPoE), כוח, ציוד מיקור כוח (PSE) והתקני בקר Ethernet, כולם משחקים תפקיד.

Analog Devices Inc.‎—כמו TDK Electronics—נמצאת בחוד החנית של הפיכת IIoT למהיר ואמין יותר באמצעות ציוד המשתמש בבקר ה-SPoE PSE‏ 5-יציאות LTC4296-1‏ (איור 1‏), כולל מערכות אבטחה; מערכות טכנולוגיות תפעוליות (OT‏); מכשירי ומתגי שדה; מערכות אוטומציה של בניין ומפעל; ומערכות בקרת תעבורה.

איור 1‏: SPoE PSE תואם IEEE 802.3cg‏ המשתמש ב-LTC4296-1, עם אחת מחמש היציאות מוצגת וכמה פינים מושמטים עבור בהירות. (מקור תמונה: .Analog Devices Inc‏)

ה-LTC4296-1‏ הוא תואם‏ IEEE 802.3cg‏, חמש יציאות, SPoE‏, בקר PSE, המגיע במארז QFN-48 (איור 2‏). על ידי פישוט התכנון וההתקנה באמצעות SPoE‏ ושימוש באספקת-כוח סטנדרטית ונתוני Ethernet‏ על כבל זוג יחיד, ה-LTC4296-1‏ מתאים היטב עבור תפעוליות-בינית (Interoperability) עם התקנים מוזנים 802.3cg.

על ידי אספקת כוח באמצעות טרנזיסטורי MOSFET תעלת-N חיצוניים, בעלי התנגדות מצב מופעל שפך-מקור (RDS_ON) נמוכה, ה-LTC4296-1 מבטיח קשיחות יישום תוך מזעור נפילות מתח.

איור 2:‏ ה-LTC4296-1‏ מתוכנן לתפעוליות-בינית (Interoperability) אופטימלית. (מקור תמונה: .Analog Devices Inc‏)

מגביל זרם אנלוגי (ACL‏) יכול לספק הגנת קצר-מעגל וזרם התנעה מבוקר על ידי שימוש במפסקי זרם צד-גבוה עם Foldback. ניתן למנוע תקלות בהזנה אחורית ותקלות הארקה ביישומים שאינם מבודדים באמצעות מפסק זרם צד-נמוך אופציונלי, להגנת היציאה השלילית.

כמו כן, כדי להבטיח שמלוא מתח הפעולה מוחל על הכבל רק כאשר אספקת הכוח (PD) נוכחת, נדרש סיווג PD דרך פרוטוקול הסיווג של תקשורת טורית (SCCP) ביחד עם שמירה על חתימת מתח מלאה (MFVS‏).

התקנים כמו ה-LTC4296-1 מספקים פתרון SPoE,‏ PSE רב-תכליתי, וניתנים לשילוב בקלות עבור יישום בקר אופטימלי.

השגת תעבורת נתונים ללא הפרעות באמצעות משרנים

ישנם משרנים שונים עבור יישומים מרובים. סוגי המשרנים ליישום 10BASE-T1L‏ כוללים משנקי אות-משותף (CMCs), משרני בידוד (IC) ומשרני אות הפרשי (DMIs‏).

משרני בידוד מסדרת ה-ICI70CGI פותרים את הבעיה של בידוד גלווני בין PHY ומחבר ביישומים מסוימים. הם מציעים יחס ‏צימוד נתונים של‏ 1:1 עם ערכי השראות של‏ ‎1.0 mH‏ ו-‎2.2 mH‏ ומתח בידוד של‏ ‎2250 V_DC.

אפשר לחבר חיישנים ומפעילים (Actuators‏) עם PoDL באמצעות זוג‏ חוטים אחד, למימוש העברת נתונים ואספקת-כוח דרך קו זה. המחבר משתמש במשנקי אות הפרשי מיוחדים, רכיב אלקטרוני פסיבי המדכא רעש תדר-גבוה במעגלים, מתפקד כמסנן על ידי הנחתת רעש אות הפרשי. בין אם זה מצב הכולל העברת אספקת-כוח או לא תוך שימוש ב-PoDL כדי ליישם SPE תעשייתי, ביישומים ספציפיים דרוש בידוד גלווני בין ה-PHY והמחבר. משרני בידוד גלווני כמו ה-RCM70CGI-471 (איור 3‏) מציעים יכולת יחס‏ טרנספורמציה של‏ 1:1.

הדיכוי של הפרעות אסימטריות הוא קריטי כדי להשיג תעבורת נתונים חופשית מהפרעות. ה-RCM70CGI-471‏ מבוסס על תקן ה-IEEE 802.3cg‏ עבור 10BASE-T1L‏, והוא משנק אות-משותף המתוכנן עבור‏ זרם מקסימלי של‏ ‎700 mA‏ ב-‎80 V‏, עם ערך השראות של ‏‎470 µH‏.

איור 3‏: משנק אות-משותף RCM70CGI-471 מבוסס על תקן ה-IEEE 802.3cg. (מקור תמונה: TDK)

כדי לדכא הפרעות במערכות, דרוש משנק אות-הפרשי מיוחד.

ישנן גרסאות שונות המכסות את כל שש קטגוריות הכוח (‏10 עד ‏15‏) בסדרת ה-PID, לפי IEEE 802.3cg‏, וזרמי רוויה היכולים לנוע מ-‎360 mA‏ עד 2100‎ mA‏‏.

לוחות הערכה PoDL מבטיחות חיבוריות

IIoT‏ דורש אינטגרציית מערכת שלמה, להבטיח חיבוריות מהתקני קצה עד חדר הבקרה בהעברת נתוני זמן-אמת. SPE יפשט רשתות, תוך אפשור תחומי העברה עד ‎10 Mbps‏ למרחקים עד 1,000 מ', תוך כדי אספקת כוח בו-זמנית.

ל-TDK יש מגוון לוחות בדיקה חבר-והפעל‏ 10BASE-T1L‏ שונים עבור שש קטגוריות כוח שונות שפותחו כדי להתאים ללוחות ההערכה הבאים מ-EVAL-ADIN1100EBZ (איור 4‏), EVAL-ADIN1110EBZ ולהאיץ את שלב התכנון והבדיקה.

איור 4: SPE יפשט רשתות, מאפשר תחומי העברה עד ‎10 Mbps‏ למרחקים עד 1,000 מ', מוצג כאן בדיאגרמת בלוקים מפושטת EVAL-ADIN1100EBZ זו. (מקור תמונה: TDK)

לוחות ממשק עם שני אופני פעולה

10BASE-T1L Ethernet PHY הספק-נמוך, תעשייתי, חסון, ADIN1100 של Analog Devices הוא תואם RoHS3, יש לו רמת רגישות לרטיבות (MSL)‏ 1 (בלתי-מוגבלת), וסטטוס בלתי מושפע REACH הכולל פלטפורמה גמישה להערכה מהירה של‏ ה-ADIN1100, ‏10BASE-T1L PHY הספק-נמוך, איתן.

ה-EVAL-ADIN1100EBZ (איור 5‏) כולל חיבורי Ethernet זוג יחיד (SPE)‏ ‎10 Mbps עם התקנים במרחק‏ משמעותי של‏ 1.7 ק"מ‏ כבל, עם‏ לוח הערכה שיש לו שני אופני פעולה ומספק גמישות מקסימלית. ניתן לגשת לסט השלם של הגדרות אוגר ADIN1100‏, כמו דיאגנוסטיקה ודיאגנוסטיקת ניטור איכות קישור, כשמחוברים למחשב אישי (PC) עם תוכנת ה-ADIN1100 GUI.

איור 5: לוח הערכה ממשק ADIN1100 Ethernet PHY. (מקור תמונה: .Analog Devices Inc‏)

לחלופין, על-ידי הגדרת בוררים וקישורים של תצורת חומרה, לוח ה-EVAL-ADIN1100EBZ יכול לפעול באופן עצמאי. מפעילים יכולים לנטר נוריות LED משולבות עבור סטטוס, בסיוע ממשקי נתונים וניהול של ADIN1100, שניתנים להגדרת תצורה בקלות כדי להתחבר לבקר מארח חיצוני, תוך שימוש בלוח הערכה ניהול אספקת כוח ‏PoE ‏EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1.

סיכום

Ethernet זוג יחיד (SPE) איכותי הוא חיוני לבניית תשתית אמינה ויציבה עבור האינטרנט של דברים התעשייתי (IIoT).

חברת TDK Electronics, ביחד עם Analog Devices Inc.‎, יש להן את המוניטין של ספקיות SPE מהשורה הראשונה, כך יכולה להיות תקשורת קלה מהענן לכאן למטה על כדור הארץ‏.