探索工业应用中边缘连接的未来

作者: [db:作者]   点击次数:    发布时间: 2024-12-27 08:34

咱们的天下正变得愈加智能且严密相连，楼宇跟工场正从前所未有的方法实现主动化。为了确保这些新体系无效运转，牢靠的信息通讯至关主要——这不只表现在产业把持面板外部，也包含遍及全部场合的种种装备之间的通讯。本文援用地点：直到近来，产业收集还很庞杂，可能须要应用种种协定跟网关。这可能既昂贵又弗成靠，难以确保应有的互联互通才能。但是，跟着10BASE-T1S以太网的呈现，一场变更正在产生。这一翻新尺度代替了传统的现场总线技巧，为古代收集情况供给了多种上风，并打消了对网关的需要。支撑新尺度的一系列装备，如安森美的产业 10BASE- T1S 以太网把持器，为衔接双绞线 (TP) 供给了牢靠无效的单芯片处理计划。产业利用中的牢靠衔接固然产业机柜内的间隔绝对较短，但要在产业利用中供给牢靠的衔接却极具挑衅性，特殊是因为存在大批的电气噪声。年夜型配电盘、电机跟很多其余年夜电流/高电压装备都市发生必定水平的电磁烦扰，从而损坏收集通讯。在办公利用中，因为中止形成的数据传输迟缓会令人懊丧或方便。但是，在产业利用中，数据的实时传输至关主要，尤其是来自把持呆板运转的近程传感器数据。假如数据耽误或不准确，可能会违背流程参数，更有甚者会破坏出产装备。出于同样的起因，实时传输数据变得尤为主要。这就不实用于那些基于随机超时来协商总线拜访权限的协定。10BASE-T1S怎样应答最新的产业衔接挑衅收集基本设备常被描述为一个 "客栈"，最底层是物理实现（布线/媒体），其上是日益庞杂的软件。在工场 4.0 利用中，人工智能 (AI)、呆板进修 (ML)、计划、履行、主动化、跟踪、库存把持、监视把持等位于顶层。最底层（物理层）是工场车间，包含呆板人、履行器、活动传感器跟阀门在内的边沿节点在这里履行实体系造任务，平日笼罩多条拆卸线。图1 10BASE-T1S打消了对非以太网协定跟相干网关的需要客栈顶层的通讯平日是经由过程多千兆位以太网局域网停止的。但是，工场车间的通讯每每是由多点收集现场总线协定（包含 HART、RS-485、Mod-bus、DeviceNet、Profi-Bus 跟 CAN）构成的零碎收集，经由过程一对双绞线（可能是屏障线或非屏障线）以兆位或更低的速度运转。为了使其成为一个同一的收集来任务，须要在以太网局部跟其余协定之间装置网关，这会招致通讯碎片化，增添了本钱跟庞杂性。 一种新型以太网将明显加强智能楼宇跟工场利用中的边沿衔接。2019年IEEE 802.3cg标准的同意带来了10BASE-T1S。该尺度基于尺度以太网，但有多少点主要差别，供给了10Mb/s的吞吐量、存在断定性抵触处置机制的多点操纵。该尺度能在非屏障单对双绞线（SPE）上运转，从而极年夜简化了装置进程并下降了本钱。断定性操纵对及时体系至关主要，由于及时体系必需在已知时光内传输信息。传统以太网应用的 CSMA/CD （载波监听多路拜访/抵触检测），采取随机时光周期，因而无奈保障通讯时光确实定性。10BASE-T1S 应用一种称为 PLCA（物理层抵触防止）的新体系，可防止总线上的数据抵触。在 PLCA 下，由节点0（和谐器）发送2.0µs信标同步收集中的各个节点。而后，节点0取得传输机遇。假如不传输数据，则在默许尺度 3.2 微秒内将机遇通报给节点 1。如斯轮回来去，每个节点顺次取得一次发送机遇。轮回停止后，和谐器收回信标旌旗灯号，新的轮回开端。假如某个节点试图传输的数据超越容许的帧巨细，那么 "jabber "功效就会中止传输并将传输机遇通报给下一个节点，从而确保总线不会被梗阻。 经由过程应用PLCA，最坏情形下的媒体拜访耽误能够经由过程以后节点数目与最年夜收集帧巨细的乘积来盘算，这是能够调剂的。很多产业利用都处于恶劣的电磁情况中，开关装备、电机跟其余年夜型装备会发生辐射跟传导噪声。只管应用的长短屏障双绞线，但与现有的以太网协定比拟，10BASE-T1S供给了杰出的电磁兼容性（EMC）机能。这局部归功于 PLCA 的利用。因为总线已知是无抵触的，当情况中存在高程度噪声时，物理层接受器可能应用庞杂的算法来检测或规复旌旗灯号。安森美的以太网把持器：加强衔接性跟着 10BASE-T1S 协定的推出，新器件针对 10BASE-T1S 停止了优化，使计划职员可能充足应用新特征。比方，安森美的 NCN26010 是一款合乎 IEEE 802.3cg 尺度的以太网收发器，它集成了媒体拜访把持器 (MAC)、PLCA 协调子层 (PLCA-RS) 跟实用于产业多点以太网的 10BASE-T1S 物理层。该器件内置了经由过程单根非屏障双绞线收发数据所需的全部物理层功效。图2 NCN26010基础框图，标示了外部元器件只管集成了MAC、PLCA跟PHY（包含TX+RX），该器件却可封装在一个玲珑的4mm x 4mm QFN32封装内，而且仅需单一的3.3V电源供电。其时序是由外部25MHz晶体振荡器或外部25MHz时钟源驱动。与主机的通讯则经由过程Open Alliance界说的OA SPI接口停止。别的，NCN26010 还存在加强抗噪（ENI）功效，可将抗噪才能进步到高于 10BASE-T1S 标准请求的程度。这年夜年夜进步了喧闹产业情况中的收集机能。安森美于 2024 年 4 月宣布了专为产业以太网计划的 NCN26000 10BASE-T1S 以太网收发器 (PHY)。它与晚期的 NCN26010 有良多雷同之处，包含合乎 IEEE802.3cg 尺度，可经由过程 SPE 实现多点、半双工 10 Mb/s 数据传输速度。图3 NCN26000具体外部框图这两款器件的重要差别在于，NCN26000 在一个 5mm x 5mm QFN 封装中仅包括 PLCA-RS 跟 PHY（TX + RX）。NCN26000 还须要 3.3 V 电源跟 25MHz 外部时钟。NCN26000存在合乎IEEE802.3尺度的媒体自力接口（MII），可能衔接至任何存在CRS跟COL引脚的CSMA/CD半双工功效的MAC，MII 还可用于设置跟监测器件（称为 MDIO）。这两款器件都集成了安森美的 ENI 功效，可明显进步 10BASE-T1S 多点利用在电噪声情况中的机能。在试验室停止测试时，这两款器件轻松超越了 25 米内 8 个节点的最低请求。现实上，进一步的测试标明，ENI 可在 25 米处支撑约 40 个节点，在 50 米处支撑 16 个节点，在 60 米处支撑 6 个节点，轻松超越了 IEEE 标准的请求。利用跟安排场景10BASE-T1S 不只存在断定性任务的特色，其基于非屏障单对以太网（SPE）线缆，安排本钱绝对较低。10BASE-T1S 的更低本钱跟更简略的集成有助于为从前受估算或封装限度的利用带来普遍的可能性。此中一个例子是，在庞杂的产业主动化中，经由过程将从前自力的传感器节点停止进级，衔接到会合的收集体系。从前可用的衔接方式可能过于昂贵或难以集成，而 10BASE-T1S 则战胜了这些阻碍。在新的呆板人或主动化处理计划的计划进程中，也会碰到相似的本钱跟封装挑衅，10BASE-T1S 能够再次辅助实现更高的互连性，而不会影响机能或增添估算。跟着楼宇主动化范畴的一直开展，10BASE-T1S 可用于把持面板、人机界面 (HMI)、传感器、履行器跟照明等利用，为全部楼宇供给高速牢靠的骨干网。在产业利用中，机能跟本钱很主要，而抗噪声才能则尤为主要。在这里，10BASE-T1S 可用于衔接从把持柜到可编程逻辑把持器 (PLC)、传感器、打仗器跟其余任何恰当装备 10BASE-T1S 接口的器件。论断直到近来，因为边沿装备常用的种种协定彼此之间不兼容，主动化工场的收集须要在边沿装备跟主以太网收集之间装置很多网关。平日情形下，这些现场总线协定包含 HART、RS-485、Mod-bus、DeviceNet、Profi-Bus 跟 CAN，每种协定都须要各自的网关。这就增添了本钱跟庞杂性，尤其是每个网关都须要软件更新跟保护。跟着 10BASE-T1S 的呈现，产业收集得以简化，同时机能也失掉了进步。不再须要网关的存在，边沿衔接也从低于 1Mb/s 的现场总线协定改变为10Mb/s 确实定性以太网。安森美领有一系列实用于新协定的产物，此中包含两款合乎 IEEE 802.3cg 尺度的把持器。凭仗其奇特的 ENI 功效，它们可能胜利地安排在乐音最年夜的情况中，乃至能够在 25 米的线路上衔接多达 40 个节点，是尺度请求的四倍。 　　申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->