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2020OEM機械設計技術研討會云會議
工業以太網

針對惡劣工業環境選擇以太網的三大注意事項

  2020年04月15日  

  自問世以來,以太網取得了突飛猛進的發展,現已在商業和企業市場上得到了大量的應用。由于它具有定義明確的標準和易于部署的特性,以太網在工業世界中的廣泛傳播也是合乎常理的。然而,要在惡劣的工業環境中滿足以太網的要求仍需要大量洞察和努力。

  如圖1所示,工業環境和商業環境完全不同,自身會面臨一系列挑戰。工業環境往往包括許多惡劣的條件,如更高的溫度范圍和電壓、更高的噪聲、機械應力等。工業級以太網物理層(PHY)必須根據以太網協議的要求執行。在本文中,我將簡要描述為您的系統選擇以太網物理層時要考慮的三個更重要的因素。

圖1:通過無線和有線連接(包括以太網)的現代工業設置

  1.低延遲。延遲是指數據包從源傳輸到目標所需的時間。網絡中的不同部分將導致總的網絡延遲。工業網絡中的通信對時間要求嚴格,這意味著延遲應該是最小的和確定的。較高的延遲和不同的數據包到達時間會降低系統性能。

  標準以太網具有不確定性。IEEE 802.3標準沒有指定以太網物理層的最大延遲數。然而,對于工業環境中的以太網收發器來說,具有低且確定的延遲變得非常重要。低且確定的延遲能夠加快響應時間并提高可預測性。低延遲可以讓應用更快地運行,因為信息通過網絡傳播時等待時間的更短,而確定性延時由于延時保持不變而提高了不同網絡的同步性。

  2.EMI/EMC。電磁干擾(EMI)是系統無意間產生的電磁能量。另一方面,電磁兼容性(EMC)是指系統能夠在其他系統產生電磁能量的環境中運行。電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)是工業環境中的重要參數,因為其可能具有多種電磁能量來源??闺姶鸥蓴_性能差的系統會輻射大量能量,會擾亂附近的敏感器件并降低效率,因為能量在輻射中被浪費。電磁兼容性差的設計會使系統高度敏感并導致性能問題。電磁兼容設計差的系統的性能會受其他典型輻射源影響,如Wi-Fi、手機等。

  存在不同的EMI/EMC標準,如歐洲標準化委員會(EN)、國際無線電干擾特別委員會(CISPR)、美國聯邦通信委員會(FCC)等,這些標準會因地區和預期市場而變化。設備在獲得使用認證前,必須滿足這些標準規定的要求。這些標準隨設備的最終應用而變化。工業市場的EMI/EMC標準較商業市場更為嚴格。

  3.ESD保護。靜電放電(ESD)是一種突然進入系統的電流,它與帶電體接觸。靜電放電事件很短,但它們可以向系統注入大量能量。如果設備的設計不能承受此類事件,其結果對設備來說很可能是毀滅性的,通常會導致設備毀壞。由于靜電放電并不總是留下明顯的損壞跡象,因此在復雜的系統中很難找到損壞的設備。作為一個如此重要的參數,諸如國際電工委員會 (IEC) 61000-4-2的ESD標準已經制定,以設定器件必須滿足的最低要求,--哪些設備必須滿足,這取決于它們的最終應用。與EMI/EMC類似,工業市場的ESD要求比商業市場更為嚴格。

  工業級以太網物理層應具有低的確定性延遲,符合嚴格的EMI/EMC標準,并能抵抗ESD事件。TI的以太網產品組合旨在滿足這些要求,并已在世界各地的許多惡劣工業環境中投入使用,并且包括DP83867工業千兆位以太網物理層和DP83826E 10/100以太網物理層等設備。

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