ثلاثة اعتبارات لاختيار إيثرنت للبيئات الصناعية القاسية

“منذ نشأتها ، نمت شبكة إيثرنت بسرعة فائقة وهي تُستخدم الآن على نطاق واسع في الأسواق التجارية والشركات. نظرًا لمعاييرها المحددة جيدًا وسهولة نشرها ، فإن الانتشار الواسع لشبكة إيثرنت في العالم الصناعي أمر منطقي أيضًا. ومع ذلك ، لا يزال الأمر يتطلب الكثير من البصيرة والجهد لتلبية متطلبات Ethernet في البيئات الصناعية القاسية.

“

منذ نشأتها ، نمت شبكة إيثرنت بسرعة فائقة وهي تُستخدم الآن على نطاق واسع في الأسواق التجارية والشركات. نظرًا لمعاييرها المحددة جيدًا وسهولة نشرها ، فإن الانتشار الواسع لشبكة إيثرنت في العالم الصناعي أمر منطقي أيضًا. ومع ذلك ، لا يزال الأمر يتطلب الكثير من البصيرة والجهد لتلبية متطلبات Ethernet في البيئات الصناعية القاسية.

كما هو موضح في الشكل 1 ، البيئات الصناعية والتجارية مختلفة تمامًا وتواجه مجموعة من التحديات الخاصة بها. تميل البيئات الصناعية إلى تضمين العديد من الظروف القاسية مثل نطاقات درجات الحرارة المرتفعة والفولتية ، والضوضاء المرتفعة ، والضغط الميكانيكي ، والمزيد. يجب أن تعمل الطبقة المادية للإيثرنت الصناعي (PHY) وفقًا لمتطلبات بروتوكول Ethernet. في هذه المقالة ، سأصف بإيجاز ثلاثة من العوامل الأكثر أهمية التي يجب مراعاتها عند اختيار طبقة Ethernet المادية لنظامك.

الشكل 1: الإعداد الصناعي الحديث عبر التوصيلات السلكية واللاسلكية (بما في ذلك إيثرنت)

1. زمن انتقال منخفض. يشير الكمون إلى الوقت الذي تستغرقه الحزمة للسفر من المصدر إلى الوجهة. ستساهم أجزاء مختلفة من الشبكة في إجمالي زمن انتقال الشبكة. يعد الاتصال في الشبكات الصناعية أمرًا حاسمًا بالنسبة للوقت ، مما يعني أن التأخيرات يجب أن تكون في حدها الأدنى وحتمية. يمكن أن يؤدي ارتفاع زمن الوصول وأوقات وصول الحزم المختلفة إلى تدهور أداء النظام.

الإيثرنت القياسي غير حتمي. لا يحدد معيار IEEE 802.3 الحد الأقصى لعدد التأخيرات لطبقة Ethernet المادية. ومع ذلك ، يصبح من المهم جدًا لأجهزة الإرسال والاستقبال Ethernet في البيئات الصناعية أن يكون لها زمن انتقال منخفض وحتمي. الكمون الحتمي المنخفض يسرع وقت الاستجابة ويحسن القدرة على التنبؤ. يسمح زمن الانتقال البطيء للتطبيقات بالعمل بشكل أسرع نظرًا لوجود زمن انتقال أقل لنشر المعلومات عبر الشبكة ، كما يعمل زمن الانتقال الحتمي على تحسين المزامنة بين الشبكات المختلفة لأن زمن الانتقال يظل كما هو.

2. EMI / EMC. التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) هو طاقة كهرومغناطيسية يتم إنشاؤها عن غير قصد بواسطة نظام. من ناحية أخرى ، يشير التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) إلى قدرة النظام على العمل في بيئة تولد فيها الأنظمة الأخرى طاقة كهرومغناطيسية. يعد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والتوافق الكهرومغناطيسي (EMC) معلمتين مهمتين في البيئات الصناعية بسبب إمكانية وجود مصادر متعددة للطاقة الكهرومغناطيسية. الأنظمة ذات المناعة الضعيفة ضد التداخل الكهرومغناطيسي تشع كميات كبيرة من الطاقة ، والتي يمكن أن تعطل الأجهزة الحساسة القريبة وتقلل الكفاءة بسبب إهدار الطاقة في الإشعاع. يمكن أن يجعل التصميم ذو التوافق الكهرومغناطيسي الضعيف النظام شديد الحساسية ويسبب مشاكل في الأداء. يمكن أن يتأثر أداء الأنظمة ذات تصميم EMC السيئ بمصادر الإشعاع النموذجية الأخرى ، مثل Wi-Fi والهواتف المحمولة وما إلى ذلك.

توجد معايير مختلفة لـ EMI / EMC ، مثل اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي (EN) ، واللجنة الدولية الخاصة للتداخل اللاسلكي (CISPR) ، ولجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) ، وما إلى ذلك ، والتي تختلف حسب المنطقة والسوق المقصود. يجب أن تفي الأجهزة بالمتطلبات المحددة في هذه المعايير قبل اعتمادها للاستخدام. تختلف هذه المعايير مع التطبيق النهائي للجهاز. معايير EMI / EMC في السوق الصناعية أكثر صرامة من السوق التجاري.

3. حماية ESD. التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) هو تيار كهربائي يدخل فجأة إلى نظام ويتلامس مع جسم مشحون. تعتبر أحداث ESD قصيرة العمر ، لكنها يمكن أن تضخ الكثير من الطاقة في النظام. إذا لم يكن الجهاز مصممًا لتحمل مثل هذا الحدث ، فمن المحتمل أن تكون النتيجة مدمرة للجهاز ، مما يؤدي غالبًا إلى تدميره. نظرًا لأن التفريغ الكهروستاتيكي لا يترك دائمًا علامات تلف واضحة ، فقد يكون من الصعب العثور على المعدات التالفة في الأنظمة المعقدة. بصفتها معلمة مهمة ، تم تطوير معايير ESD مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) 61000-4-2 لتعيين الحد الأدنى من المتطلبات التي يجب أن تلبيها الأجهزة – والتي يجب أن تلبيها الأجهزة ، اعتمادًا على تطبيقها النهائي. على غرار EMI / EMC ، تعد متطلبات ESD في السوق الصناعية أكثر صرامة منها في السوق التجاري.

يجب أن تتمتع PHYs الصناعية في Ethernet بزمن انتقال حتمي منخفض ، وتفي بمعايير EMI / EMC الصارمة ، وأن تكون مقاومة لأحداث ESD. تم تصميم حافظة Ethernet الخاصة بشركة TI لتلبية هذه المتطلبات ويتم استخدامها في العديد من البيئات الصناعية القاسية حول العالم ، وتتضمن أجهزة مثل DP83867 Industrial Gigabit Ethernet PHY و DP83826E 10/100 Ethernet PHY.