Dalam lingkungan industri saat ini, arsitektur otomasi yang kompleks dan beragam teknologi manufaktur lazim terjadi di seluruh sistem industri, semuanya terhubung melalui jaringan industri. Koneksi jaringan yang stabil sangat penting untuk pengoperasian normal sistem industri.
Tidak seperti penerapan Ethernet di lingkungan komersial atau konsumen, lingkungan Ethernet industri menghadirkan tantangan fisik dan elektromagnetik tambahan. PHY Ethernet kelas industri-memiliki persyaratan yang sangat ketat dalam hal toleransi suhu, lonjakan voltase, persyaratan latensi, dan kecepatan jaringan.
Dampak latensi pada otomasi industri
Dalam sistem Ethernet industri, ada banyak sumber penundaan. Beberapa penundaan disebabkan oleh sambungan fisik, biasanya sambungan kabel dan PCB. Data juga mengalami penundaan saat melewati PHY, MAC, switch, dan komponen lain dalam koneksi jaringan. Keterlambatan juga merupakan indikator acuan penting ketika memilih PHY.
Arsitektur Jaringan Otomasi Industri, TI
Meskipun seri standar IEEE 802.3 terus berkembang, tidak ada spesifikasi eksplisit mengenai waktu yang dibutuhkan paket data untuk melintasi PHY. Namun, latensi dapat berdampak langsung-aplikasi otomatisasi pabrik secara real-time. Karena latensi bukanlah nilai yang ditentukan untuk Ethernet yang ditentukan oleh standar IEEE 802.3 atau merupakan nilai Ethernet yang sinkron atau dapat diulang, Oleh karena itu, pemutusan antara Ethernet dan aplikasi otomasi pabrik harus diatasi melalui arsitektur perangkat lapisan fisik Ethernet (PHY) yang cermat.
Terlepas dari topologi jaringan atau protokol industri, protokol-protokol ini memiliki tujuan yang sama: untuk memberikan kontrol yang tepat atas berbagai node di jaringan industri. Hal ini dapat dicapai dengan memberi cap waktu pada paket yang dikirim dan diterima dan menggunakan stempel waktu ini untuk menyinkronkan waktu jaringan di seluruh node jaringan. Waktu jaringan dibagikan oleh protokol dalam paket data, dan unit stempel waktu setiap node menandai waktu tersebut. Setiap perubahan pada stempel waktu akan mengurangi keakuratan sistem. Penundaan yang lebih lama juga membatasi frekuensi paket dapat menggunakan stempel waktu dan membatasi jumlah node yang diperbolehkan dalam jaringan. Oleh karena itu, penundaan harus diminimalkan semaksimal mungkin.
Ethernet Industri PHY - Dela
Untuk aplikasi kontrol gerak dalam otomasi industri yang memerlukan kontrol presisi, waktu siklus biasanya harus dalam puluhan mikrodetik. Pada tingkat ini, penundaan melalui setiap komponen dalam jaringan sangatlah penting. Kontrol penundaan lapisan fisik Ethernet (PHY) merupakan faktor pembatas yang sangat penting untuk waktu siklus.
Dalam standar Ethernet seperti 1000Base-T dan 100Base-TX, PHY dengan latensi operasional yang lebih rendah dapat meningkatkan waktu siklus. Latensi yang lebih rendah dapat meningkatkan waktu siklus ke tingkat yang sama dengan laju transmisi Ethernet yang lebih cepat, sehingga secara efektif meningkatkan bandwidth jaringan. Saat ini, sebagian besar aplikasi Ethernet industri beroperasi pada 100Base-TX Ethernet, namun banyak aplikasi mulai beralih ke 1000Base-T, yang menawarkan bandwidth lebih tinggi. PHY dengan latensi lebih rendah secara efektif meningkatkan bandwidth jaringan dan juga memfasilitasi transisi Ethernet ke kecepatan data yang lebih tinggi.
Desain internal PHY, TI
Dalam jaringan Ethernet seperti 1000Base-T dan 100Base-TX, PHY dengan latensi operasional lebih rendah dapat meningkatkan waktu siklus. Latensi yang lebih rendah dapat meningkatkan waktu siklus ke tingkat yang sama dengan kecepatan transmisi Ethernet yang lebih cepat, yang secara efektif meningkatkan bandwidth jaringan. Saat ini, sebagian besar aplikasi Ethernet industri beroperasi pada 100Base-TX Ethernet, namun banyak aplikasi mulai beralih ke 1000Base-T, yang menawarkan bandwidth lebih tinggi. PHY dengan latensi lebih rendah secara efektif meningkatkan bandwidth jaringan dan juga memfasilitasi transisi Ethernet ke kecepatan data yang lebih tinggi.
Tantangan Lain untuk PHY dalam Evolusi Ethernet Industri
Suhu sulit dikendalikan di lingkungan industri, dan kondisi suhu yang lebih ketat menambah kompleksitas desain PHY. PHY harus mampu bekerja pada kinerja terukurnya pada rentang suhu yang luas. Umumnya, Ethernet PHY industri harus mampu beroperasi pada kisaran suhu -40 hingga 85 derajat dan tahan terhadap suhu sambungan maksimum 125 derajat.
Konsumsi daya juga merupakan faktor penting setiap saat, terutama pada PHY gigabit, dimana konsumsi daya dapat berdampak signifikan terhadap total konsumsi daya sistem. Anggaran daya yang dialokasikan ke lapisan fisik Ethernet terbatas, dan setiap perangkat yang saling terhubung memerlukan dua lapisan fisik Ethernet, sehingga konsumsi daya harus cukup rendah untuk memenuhi persyaratan konektivitas seluruh perangkat. Beberapa produsen memilih operasi-daya ganda selain-PHY berdaya rendah untuk mencapai konsumsi daya yang lebih rendah lagi.
Ringkasan
Seiring dengan meningkatnya kompleksitas sistem otomasi pabrik, permintaan untuk mengirimkan lebih banyak data antar node meningkat, sehingga semakin penting untuk menjaga konektivitas{0}berperforma tinggi di dalam pabrik. Koneksi perangkat keras PHY yang tidak terpengaruh oleh lingkungan industri yang keras sangat berharga untuk penerapan jaringan internet industri.