อีเธอร์เน็ตแบบคู่เดียวสำหรับอุตสาหกรรมที่แข็งแกร่งเริ่มต้นด้วยส่วนประกอบที่เหมาะสม

ระบบอัตโนมัติกำลังมาแทนที่ระบบควบคุมแบบกระจายแบบดั้งเดิม และเทคโนโลยีเชิงนวัตกรรมช่วยประหยัดพื้นที่และลดต้นทุน พร้อมทั้งให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น สำหรับโรงงานแห่งอนาคต อีเธอร์เน็ตคู่เดียว (SPE) ถือเป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นจริง

เมื่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานสำหรับอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมของสรรพสิ่ง (IIoT) SPE เป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง มาตรฐานการสื่อสารอีเทอร์เน็ตใหม่สำหรับโรงงาน อาคาร และกระบวนการอัตโนมัตินี้ช่วยให้สามารถปรับใช้กลยุทธ์แบบบูรณาการที่รวดเร็วและปลอดภัยยิ่งขึ้น

โปรโตคอลฟิลด์บัสแบบดั้งเดิมได้รับการยอมรับสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลที่มีความละเอียดอ่อนต่อเวลา ซึ่งมีความสำคัญต่อการใช้งานการควบคุมยานยนต์และอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีตัวกระตุ้นและเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้นในเครือข่าย โปรโตคอลฟิลด์บัส ดั้งเดิมจึงกลายเป็นปัญหาติดขัด และปัญหานี้จะยิ่งเลวร้ายลงเมื่อมีการเชื่อมต่อมากขึ้น เนื่องจากสายฟิลด์บัสที่มีขนาดใหญ่จะใช้พื้นที่มากเกินไป

จนถึงขณะนี้ ต้องใช้สายทองแดงสองคู่เพื่อจ่ายไฟพร้อมกันไปยังอุปกรณ์ปลายทางผ่าน Power over Data Line (PoDL) การใช้สายสี่เส้นสำหรับ PoDL ถือเป็นเรื่องในอดีตไปแล้ว เนื่องจาก SPE สามารถทำได้นอกเหนือจากการส่งข้อมูล ช่วยเปิดขอบเขตการใช้งานใหม่ๆ ให้กับ Ethernet อุตสาหกรรม

TDK Electronics เชี่ยวชาญในส่วนประกอบที่มีความสำคัญในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์และอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งที่เหมือนกันระหว่างผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีทั้งหมดเหล่านี้คือ IIoT และ SPE โดยที่อุปกรณ์ Power over Ethernet แบบคู่เดียว (SPoE), พลังงาน, อุปกรณ์จ่ายพลังงาน (PSE) และอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตของตัวควบคุมล้วนมีบทบาททั้งสิ้น

Analog Devices Inc. —เช่นเดียวกับ TDK Electronics—อยู่แนวหน้าในการทำให้ IIoT เร็วขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้นด้วยอุปกรณ์ที่ใช้LTC4296-1 ตัวควบคุม SPoE PSE 5 พอร์ต (รูปที่ 1) รวมถึงระบบรักษาความปลอดภัย ระบบเทคโนโลยีการทำงาน (OT) เครื่องมือและสวิตช์ภาคสนาม ระบบอัตโนมัติในอาคารและโรงงาน และระบบควบคุมการจราจร

รูปที่ 1: SPoE PSE ที่สอดคล้องกับ IEEE 802.3cg ที่ใช้ LTC4296-1 โดยแสดงพอร์ต 1 ใน 5 พอร์ต และละเว้นพินบางตัวเพื่อความชัดเจน (ที่มาของภาพ: Analog Devices Inc.)

LTC4296-1 เป็นตัวควบคุม PSE SPoE ห้าพอร์ตที่สอดคล้องกับ IEEE 802.3cg ที่มาในแพ็คเกจ QFN-48 (รูปที่ 2) LTC4296-1 จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานร่วมกันกับอุปกรณ์ที่ใช้เครือข่าย 802.3cg ด้วยการลดความซับซ้อนในการออกแบบและการติดตั้งด้วย SPoE และการใช้พลังงานมาตรฐานและข้อมูล Ethernet ผ่านสายเคเบิลคู่เดียว

จ่ายพลังงานโดยใช้ความต้านทานการเปิดแหล่งจ่ายกระแสต่ำภายนอก (RDS_ON ) ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์แบบ N-channel (MOSFET) LTC4296-1 รับประกันความทนทานต่อการใช้งานในขณะที่ลดแรงดันไฟตกให้เหลือน้อยที่สุด

รูปที่ 2: LTC4296-1 ได้รับการออกแบบเพื่อการทำงานร่วมกันอย่างเหมาะสมที่สุด (ที่มาของภาพ: Analog Devices Inc.)

การจำกัดกระแสแอนะล็อก (ACL) ช่วยให้สามารถป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและไฟกระชากได้อย่างมีการควบคุม โดยใช้เบรกเกอร์วงจรด้านสูงแบบพับได้ สามารถหลีกเลี่ยงความผิดพลาดจากการป้อนกลับและความผิดพลาดของกราวด์ในแอพพลิเคชั่นที่ไม่ได้แยกได้โดยใช้เบรกเกอร์วงจรด้านต่ำที่เป็นอุปกรณ์เสริม ซึ่งจะปกป้องเอาต์พุตเชิงลบ

นอกจากนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าทำงานเต็มรูปแบบจะถูกจ่ายให้กับสายเคเบิลเฉพาะเมื่อมีการจ่ายไฟ (PD) จำเป็นต้องมีการจำแนกประเภท PD ผ่านโปรโตคอลการจำแนกประเภทการสื่อสารแบบอนุกรม (SCCP) ร่วมกับการรักษาลายเซ็นแรงดันไฟฟ้าเต็มรูปแบบ (MFVS)

อุปกรณ์เช่น LTC4296-1 มอบโซลูชัน SPoE, PSE ที่หลากหลาย และสามารถผสานรวมได้อย่างง่ายดายสำหรับการใช้งานตัวควบคุมที่เหมาะสมที่สุด

บรรลุการรับส่งข้อมูลที่ปราศจากการรบกวนด้วยตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำมีหลายประเภทสำหรับการใช้งานหลายประเภท ประเภทตัวเหนี่ยวนำแอปพลิเคชัน 10BASE-T1L ได้แก่ โช้กโหมดทั่วไป (CMC) ตัวเหนี่ยวนำแบบแยก (ICI) และตัวเหนี่ยวนำโหมดต่างกัน (DMIs)

การICI70CGI ตัวเหนี่ยวนำแบบแยกซีรีส์ช่วยแก้ปัญหาการแยกกระแสไฟฟ้าระหว่าง PHY และขั้วต่อในแอปพลิเคชันบางประเภท มีอัตราส่วนการเชื่อมต่อข้อมูล 1:1 โดยมีค่าเหนี่ยวนำ 1.0mH และ 2.2mH และแรงดันไฟฟ้าแยก 2250V_DC

สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์กับ PoDL ได้ด้วยสายเพียงคู่เดียว ซึ่งทำให้สามารถส่งข้อมูลและพลังงานผ่านสายนี้ได้ ขั้วต่อใช้โช้กโหมดต่างกันพิเศษ ซึ่งเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟที่ทำหน้าที่ลดสัญญาณรบกวนความถี่สูงในวงจร โดยทำหน้าที่เป็นตัวกรองโดยลดสัญญาณรบกวนโหมดต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นสถานการณ์ที่มีหรือไม่มีการส่งพลังงานในขณะที่ใช้ PoDL เพื่อใช้งาน SPE ในอุตสาหกรรม ในการใช้งานเฉพาะ จำเป็นต้องมีการแยกไฟฟ้าระหว่าง PHY และขั้วต่อ ตัวเหนี่ยวนำแบบแยก เช่น RCM70CGI-471 (รูปที่ 3) มีอัตราส่วนความสามารถในการแปลง 1:1

การปราบปรามการรบกวนที่ไม่สมมาตรถือเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุการรับส่งข้อมูลที่ปราศจากการรบกวน RCM70CGI-471 การมีพื้นฐานมาจากมาตรฐาน IEEE 802.3cg สำหรับ 10BASE-T1L และเป็นโช้กโหมดทั่วไปที่ออกแบบมาสำหรับกระแสไฟฟ้าสูงสุด 700mA ที่ 80V โดยมีค่าเหนี่ยวนำ 470µH

รูปที่ 3: โช้กโหมดทั่วไป RCM70CGI-471 มีพื้นฐานมาจากมาตรฐาน IEEE 802.3cg (ที่มาภาพ : TDK)

เพื่อป้องกันการรบกวนในระบบ จำเป็นต้องใช้ ตัวเหนี่ยวนำโหมดต่างพิเศษ

มีเวอร์ชันต่างๆ ที่ครอบคลุมคลาสพลังงานทั้ง 6 คลาส (10 ถึง 15) ในซีรีย์ PID ตามมาตรฐาน IEEE 802.3cg และกระแสอิ่มตัวที่สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 360mA ถึง 2100mA

บอร์ดประเมินผล PoDL รับรองการเชื่อมต่อ

IIoT ต้องใช้การบูรณาการระบบทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อจากอุปกรณ์ปลายทางไปยังห้องควบคุมในการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ SPE จะทำให้เครือข่ายเรียบง่ายขึ้น โดยให้ระยะการส่งข้อมูลสูงสุด 10Mbps ในระยะทางสูงสุด 1,000m พร้อมทั้งจ่ายไฟได้พร้อมกัน

TDK มีบอร์ดทดสอบแบบ plug-and-play 10BASE-T1L ที่แตกต่างกันมากมายสำหรับคลาสพลังงานที่แตกต่างกัน 6 คลาส ซึ่งได้รับการพัฒนาเพื่อให้ตรงกับบอร์ดประเมินผลต่อไปนี้EVAL-ADIN1100EBZ(รูปที่ 4)EVAL-ADIN1110EBZ และเร่งรัดขั้นตอนการออกแบบและการทดสอบ

รูปที่ 4: SPE จะทำให้เครือข่ายเรียบง่ายขึ้น โดยให้สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะสูงสุด 10Mbps ในระยะทางสูงสุด 1,000m ดังที่แสดงในแผนผังแบบบล็อกง่ายของ EVAL-ADIN1100EBZ (ที่มาของภาพ : TDK)

บอร์ดอินเทอร์เฟซที่มีโหมดการทำงานสองโหมด

อุปกรณ์แอนะล็อกADIN1100 อีเธอร์เน็ต PHY 10BASE-T1L ที่ทนทาน, ใช้พลังงานต่ำ และออกแบบมาสำหรับอุตสาหกรรม เป็นไปตามมาตรฐาน ROHS3 มีระดับความไวต่อความชื้น (MSL) ที่ 1 (ไม่จำกัด) และสถานะ REACH Unaffected โดยมีแพลตฟอร์มที่ยืดหยุ่นสำหรับการประเมินผลอย่างรวดเร็วของ ADIN1100 ซึ่งเป็น PHY 10BASE-T1L ที่ทนทานและใช้พลังงานต่ำ

EVAL-ADIN1100EBZ (รูปที่ 5) มีลักษณะเด่นคือการเชื่อมต่อ Single Pair Ethernet (SPE) ความเร็ว 10Mbps กับอุปกรณ์ต่างๆ ในสายเคเบิลระยะทางไกลถึง 1.7km พร้อมด้วยบอร์ดประเมินผลที่มีโหมดการทำงาน 2 โหมด ซึ่งให้ความยืดหยุ่นสูงสุด สามารถเข้าถึงชุดการตั้งค่ารีจิสเตอร์ ADIN1100 แบบครบชุด เช่น การวินิจฉัยและการวินิจฉัยการตรวจสอบคุณภาพลิงค์ ได้เมื่อเชื่อมต่อกับพีซีด้วยซอฟต์แวร์ GUI ADIN1100

รูปที่ 5: บอร์ดประเมินอินเทอร์เฟซ PHY Ethernet ADIN1100 (ที่มาของภาพ: Analog Devices Inc.)

นอกจากนี้ การตั้งค่าสวิตช์การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์และลิงก์ยังทำให้บอร์ด EVAL-ADIN1100EBZ สามารถทำงานในโหมดสแตนด์อโลนได้ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจสอบสถานะ LED บนบอร์ดได้ โดยได้รับการสนับสนุนจากอินเทอร์เฟซข้อมูลและการจัดการ ADIN1100 ซึ่งสามารถกำหนดค่าได้อย่างง่ายดายเพื่อเชื่อมต่อกับตัวควบคุมโฮสต์ภายนอกโดยใช้ EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1 บอร์ดประเมินการจัดการพลังงาน PoE

สรุป

คุณภาพอีเธอร์เน็ตคู่เดียว (SPE) เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่มั่นคงและเชื่อถือได้สำหรับอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมของสรรพสิ่ง (IIoT)

TDK Electronics และ Analog Devices Inc. มีชื่อเสียงในด้านการจัดหา SPE ที่เป็นระดับสูงสุด ทำให้การสื่อสารจากคลาวด์มายังที่นี่บนโลกทำได้อย่างง่ายดาย