今日の産業環境では、複雑な自動化アーキテクチャと多種多様な製造技術が産業システム全体に普及しており、すべて産業ネットワークを介して接続されています。産業システムの通常の動作には、安定したネットワーク接続が不可欠です。
商業環境や消費者向け環境でのイーサネットの展開とは異なり、産業用イーサネット環境では、物理的および電磁気的な追加の課題が発生します。産業用-グレードのイーサネット PHY には、温度耐性、電圧サージ、遅延要件、ネットワーク速度の点で非常に厳しい要件があります。
産業オートメーションに対する遅延の影響
産業用イーサネット システムには、遅延の原因が多数あります。一部の遅延は、物理的な接続 (通常は配線や PCB 接続) によって発生します。データは、ネットワーク接続内の PHY、MAC、スイッチ、その他のコンポーネントを通過するときにも遅延が発生します。遅延も、PHY を選択する際の重要な参考指標です。
産業オートメーション ネットワーク アーキテクチャ、TI
IEEE 802.3 シリーズの規格は進化し続けていますが、データ パケットが PHY を通過するのにかかる時間については明確な仕様はありません。ただし、レイテンシはリアルタイムのファクトリー オートメーション アプリケーションに直接影響を与える可能性があります。-レイテンシーは、IEEE 802.3 標準で指定されているイーサネットの定義値でも、イーサネットの固有の同期値または反復可能な値でもありません。したがって、イーサネットとファクトリー オートメーション アプリケーション間の切断には、イーサネット物理層デバイス (PHY) の慎重なアーキテクチャを通じて対処する必要があります。
ネットワーク トポロジや産業プロトコルに関係なく、これらのプロトコルは、産業ネットワーク上のさまざまなノードを正確に制御するという共通の目標を共有しています。これは、送受信されたパケットにタイムスタンプを付け、これらのタイムスタンプを使用してネットワーク ノード間でネットワーク時間を同期することで実現できます。-ネットワーク時間はパケット データ内のプロトコルによって共有され、各ノードのタイムスタンプ ユニットがその時間をマークします。タイムスタンプが変更されると、システムの精度が低下します。遅延が長くなると、パケットがタイムスタンプを使用できる頻度も制限され、ネットワーク内で許可されるノードの数も制限されます。したがって、遅延は可能な限り最小限に抑える必要があります。
産業用イーサネット PHY - デラ
精密な制御を必要とする産業オートメーションのモーション制御アプリケーションの場合、通常、サイクルタイムは数十マイクロ秒である必要があります。これらのレベルでは、ネットワーク内の各コンポーネントによる遅延が重要になります。イーサネット物理層 (PHY) の遅延制御は、サイクル タイムの非常に重要な制限要因です。
1000Base-T や 100Base- TX などのイーサネット規格では、動作レイテンシが低い PHY によりサイクル タイムが向上します。レイテンシが低いと、サイクル タイムがより高速な伝送速度のイーサネットと同じレベルまで向上し、ネットワーク帯域幅が効果的に増加します。現在、ほとんどの産業用イーサネット アプリケーションは 100Base-TX イーサネットで動作しますが、多くのアプリケーションはより高い帯域幅を提供する 1000Base-T に移行し始めています。レイテンシが低い PHY は、ネットワーク帯域幅を効果的に増加させ、イーサネットのより高いデータ レートへの移行も促進します。
PHY 内部設計、TI
1000Base-T や 100Base- TX などのイーサネット ネットワークでは、動作レイテンシが低い PHY によりサイクル タイムが向上します。レイテンシが低いと、サイクル タイムがより高速な伝送速度のイーサネットと同じレベルまで増加し、ネットワーク帯域幅が効果的に増加します。現在、ほとんどの産業用イーサネット アプリケーションは 100Base-TX イーサネットで動作しますが、多くのアプリケーションはより高い帯域幅を提供する 1000Base-T に移行し始めています。レイテンシの低い PHY はネットワーク帯域幅を効果的に増加させ、イーサネットのより高いデータ レートへの移行も促進します。
産業用イーサネットの進化における PHY のその他の課題
産業環境では温度を制御するのが難しく、温度条件が厳しくなると PHY 設計がさらに複雑になります。 PHY は、広い温度範囲にわたって定格パフォーマンスを発揮できなければなりません。一般に、産業用イーサネット PHY は、-40 ～ 85 度の温度範囲で動作し、最大ジャンクション温度 125 度に耐えられる必要があります。
消費電力も常に重要な要素であり、特にギガビット PHY では、消費電力がシステムの総消費電力に大きな影響を与える可能性があります。イーサネット物理層に割り当てられる電力バジェットは限られており、相互接続された各デバイスには 2 つのイーサネット物理層が必要であるため、デバイス全体の接続要件を満たすために消費電力は十分に低くなければなりません。一部のメーカーは、さらに低消費電力を実現するために、低電力 PHY に加えてデュアル電源動作を選択しています。-
まとめ
ファクトリー オートメーション システムの複雑さが増すにつれ、ノード間でより多くのデータを送信する需要が増大し、工場内で高性能の接続を維持することがますます重要になっています。{0}過酷な産業環境の影響を受けない PHY ハードウェア接続は、産業用インターネット ネットワークの実装にとって非常に価値があります。