เครือข่ายอุตสาหกรรมสามารถควบคุมอุปกรณ์โรงงานโรงงาน ส่งข้อมูลและภาพไปยังจอระยะไกล และบรรลุการสื่อสารและการสื่อสารข้อมูลได้อย่างต่อเนื่อง ทั้งในท้องถิ่นและระยะไกลตลอดหลายปี, the Ethernet technology used in this network has evolved from 10BASE-T systems capable of transmitting 10 Mbps to wired Ethernet and wireless 5G transmission networks capable of supporting up to 400 Gbpsความก้าวหน้านี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเครือข่ายที่เชื่อมต่ออุปกรณ์กับเครือข่ายพื้นที่ท้องถิ่น (LAN) ผ่านสาย Ethernet เพื่อปรับปรุงการส่งสัญญาณและบริหารการไหลของข้อมูล
ผู้ออกแบบสามารถเลือกอุปกรณ์เครือข่ายอุตสาหกรรมแต่ละชิ้น หรือรวมองค์ประกอบที่ดีที่สุดเป็นสินค้าที่ใช้ได้ง่ายการเข้าใจตัวเลือกต่าง ๆ เป็นขั้นตอนแรกในการนําเครือข่ายอุตสาหกรรมที่มุ่งหน้าไปสู่อนาคต.
องค์ประกอบในการบรรลุความเชื่อมโยงทางอุตสาหกรรม
ในเครือข่ายอุตสาหกรรม, ทุกอุปกรณ์มีชั้นทางกายภาพ (PHY) ซึ่งเป็นชิปอีเทอร์เน็ตที่ฝังอยู่ในพับวงจร (PCB) ของมัน. PHY บริหารการสื่อสารสองทิศระหว่างอุปกรณ์.
ข้อมูลที่ออกจากอุปกรณ์มักจะถูกส่งผ่านสื่อทางกายภาพ เช่น สาย Ethernet สายเคเบิลและ PHY ร่วมกันกําหนดความเร็วในการส่งข้อมูลอุปกรณ์ใหม่ส่วนใหญ่รองรับอย่างน้อย 1000BASE-T Ethernetซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์สามารถส่งหรือรับข้อมูลในความเร็วสูงสุด 1000 Mbps (หรือ 1 Gb/s) ผ่านสายข้อมูลที่ประกอบด้วยสายเคเบิลคู่บิดหลายสาย
โมดูลเชื่อมรวม (ICM) ตั้งอยู่ระหว่าง PHY และสื่อการถ่ายทอด ทําให้สามารถสื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างทั้งสอง ICM ต้องให้บริการ Media Related Interface (MDI)เช่นแจ็ค Ethernet RJ45 มาตรฐานสําหรับการใส่สายไฟ. ICM ยังต้องตรงกับอุปสรรคของ PHY และสายไฟฟ้า และให้ความแยกกันไฟฟ้าเพื่อปกป้องการเชื่อมต่อจากการกระจายไฟฟ้า, ลุปพื้นดิน และเสียงสัญญาณในที่สุดการรับรองความสอดคล้องทางไฟฟ้าแม่เหล็ก (EMC) ภายในระบบ.
อีเอ็มซีมีตัวประกอบใน 1:1 transformer will also be used to isolate the direct current (DC) bias used to operate the PHY from the DC bias used to transmit data or power to connected devices via Power over Ethernet (PoE) technology.
ICM บริหาร PoE โดยการรับรองความคัดค้าน DC ระหว่างสายไฟฟ้าคู่บิดสองสายที่ใช้ในการส่งข้อมูลหรือระหว่างสายไฟฟ้าคู่บิดสองสายที่ไม่ใช้ในสายไฟฟ้า EthernetPoE สามารถทําให้การเชื่อมต่อของแอพพลิเคชั่นโรงงานงานงานง่ายขึ้นมาก, แต่การคัดเลือกสายไฟฟ้า, ICM และองค์ประกอบเครือข่ายอื่น ๆ ให้ละเอียดต้องทําให้ EMI น้อยที่สุด
รับบทเป็น PoE
เพื่อนํา PoE มาใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม วิศวกรจําเป็นต้องใช้เครื่องแปลง LAN เช่น Pulse Electronics' PulseChip LAN Transformer TCxG series (รูป 1)อุปกรณ์เหล่านี้สามารถส่งข้อมูลในอัตราเบสเบนด์ 1 Gbps, 2.5 Gbps, 5 Gbps, หรือ 10 Gbps, รวมถึง 0 ถึง 90 W ของพลังงาน DC, ผ่านสี่คู่ของสายไฟคู่บิด.
เครื่องแปลง LAN ของ PulseChip TCxG จาก Pulse Electronics
รูปที่ 1: เครื่องแปลง LAN ซีรี่ย์ PulseChip TCxG ที่คู่กับเครื่องกดแม่เหล็กสามารถลดเสียงสัญญาณและให้ PoE DC 0 W ถึง 90 W และอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 10 Gbps (แหล่งภาพ: Pulse Electronics)
เครื่องปรับเปลี่ยนแกนเหล็กที่ติดตั้งบนพื้นผิว (SMD) มีความสามารถในการแยกไฟฟ้า 1500 VRMS เพื่อลดเสียงและ EMIซีรี่ย์ TCxG ตอบสนองหรือเกินความต้องการไฟฟ้าสําหรับอุปกรณ์สื่อสาร Ethernet และ Wi-Fi ในสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) 802.3 รายละเอียด, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 1G, 2.5G, 5G, และ 10GBASE-T ความต้องการการส่ง Ethernet, เช่นเดียวกับความต้องการการใช้งาน IEEE 802.3bt Class 4 6/8 PoE.
เครื่องแปลงเครือข่ายซีรีส์ TCxG ใช้แกนแม่เหล็กตามมาตรฐาน 1812 (4732) และการออกแบบของมันมีความเหมาะสมกับการวางแผน PCB หกแผ่นมาตรฐานซีรี่ย์ TCxG00P ประสบความสามารถในการจัดการ PoE 60 W ภายใน 4.70 ± 0.25 mm x 3.20 mm แพคเกจ แทรนซฟอร์เมอร์ซีรีส์ TCxG001P สามารถส่งพลังงาน 90 W และถูกออกแบบในแพคเกจ 4.60 ± 0.25 mm x 3.40 mm โดยเฉพาะสําหรับการวางแผนแกนแม่เหล็กขนาดเล็กวิศวกรของ Pulse Electronics แนะนําให้ปล่อยพื้นที่เพิ่มเติมบนด้านเคเบิลของเครื่องแปลงเพื่อลดการเพิ่มอุณหภูมิที่พลังงานสูงอุณหภูมิการทํางานของทรานฟอร์มนี้คือ -40 ° C ถึง + 85 ° C รวมถึงการเพิ่มอุณหภูมิที่เกิดจากส่วนประกอบที่ทําความร้อนด้วยตนเอง
การออกแบบทั้งสองแบบมีความสูญเสียการใส่ที่ต่ํากว่า -1 dB ในความถี่สูงถึง 200 MHz เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณมากขึ้นเครื่องแปลงซีรีส์ TCxG ได้ถูกออกแบบโดยเฉพาะเจาะจงเพื่อใช้กับ SMT magnetic chokes, เช่น Pulse Electronics PE-0805GCMC ซีรีส์. สายโค้ลกัดเหล่านี้ช่วยกรองเสียงเสียงอิเล็กทรอนิกส์ในสัญญาณและใช้ร่วมกันกับแปรแปลง LAN ในอัตราการส่งข้อมูลเพื่อให้แน่ใจว่าการสมอง impedance.เครื่องกัดกรองนี้เหมาะสําหรับแกนแม่เหล็กขนาดเล็ก 0805 (2012) (2.00 mm x 1.2 mm) และสามารถวางได้อย่างยืดหยุ่นในการออกแบบ PCB เนื่องจากไม่มีข้อจํากัดด้านขั้วโลก
เครื่องแปลง TCxG และเครื่องกดกดคู่ของมันมีโครงสร้างแบบโมดูลแบบยืดหยุ่น พร้อมกับการสนับสนุนฟังก์ชันปั๊มพลังงาน PoEทําให้มันเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสําหรับการใช้งาน เช่น อินเตอร์เฟซมนุษย์เครื่อง (HMI), เครื่องสวิทช์ LAN Ethernet อุตสาหกรรม, รูเตอร์และเซอร์เวอร์ รวมถึงจุดการเข้าถึงไร้สาย 5G และ Wi-Fi (WAP)
การรวมความเชื่อมต่อกับ ICM
แม้การระบุแปลง LAN และการกดแม่เหล็กแยกแยกจะมีความยืดหยุ่น การใช้งานหลาย ๆ อย่างต้องการการแก้ไขที่บูรณาการICM รวมแปลง LAN กับเครื่องกดแม่เหล็ก และโซเกต RJ45 สําหรับพล็อกเคเบิลอีเทอร์เน็ตโดยยังคงให้ความเข้ากันได้กับชิป PHY ที่ใช้กันทั่วไป
ใน Pulse Electronics' Pulsejack JXT7 ซีรีส์ Ethernet ICM (รูป 2) ส่วนประกอบเหล่านี้ทํางานร่วมกันเพื่อบรรลุอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 10 Gbps ตามที่ระบุโดย IEEE 802.3an หรือการทํางานหลายอัตราของ 2.5 Gbps และ 5 Gbps ตามที่ระบุใน IEEE 802.3bz ซีรี่ย์นี้ยังสามารถให้พลังงาน DC ถึง 140 W ตามที่ระบุโดย IEEE 802.3bt ผ่านสาย UTP ยาว 100 ฟุต (เช่นสาย Cat5e หรือ Cat6)
Pulsejack JXT7 ซีรี่ย์ ICM จาก Pulse Electronics
รูปที่ 2: เครื่อง ICM ของ Pulsejack ซีรีย์ JXT7 ประกอบด้วย แทรนฟอร์เมอร์ LAN, เครื่องกดแม่เหล็ก และโซเกต RJ45 รองรับอัตราการส่งข้อมูล 1 Gbps ถึง 10 Gbps และสูงสุด 140 W DC PoEมันถูกบรรจุในกล่อง SMD ที่แข็งแรงและทนทาน, ทําให้มันเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสําหรับ WAP. (แหล่งภาพ: Pulse Electronics)
ขนาดรวมของ JXT7 ICM คือ 34.29 มิลลิเมตรลึก, 16.51 มิลลิเมตรกว้าง, และ 13.33 มิลลิเมตรสูง.3 A. ซีรี่ย์นี้มีการออกแบบการป้องกันไฟฟ้าแม่เหล็กที่ครบถ้วน, รวมถึงแผ่นสปริง EMI ด้านบนและด้านล่าง, รวมถึงแผ่นการติดดินเพิ่มเติม. JXT7 ICM แข็งแรงและทนทานเหมาะสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและภายนอกในช่วงอุณหภูมิ -40 °C ถึง + 85 °C.
ยกการสร้างเครือข่ายขึ้นสู่ระดับใหม่
ICM เป็นองค์ประกอบสําคัญในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ส่วนตัวกับเครือข่าย Ethernet อุตสาหกรรม แต่การสร้างเครือข่ายนี้ต้องใช้สวิตช์ รูเตอร์และแอนเทนน่าที่สามารถตรงกับอัตราการส่งข้อมูลของอุปกรณ์เพื่อที่จะรักษาการใช้พื้นที่โรงงานที่ทําการทํางานที่ประสบความสําเร็จด้วยเทคโนโลยี ICM และ PoE ที่คอมพัคต์, อุปกรณ์เครือข่ายเหล่านี้จําเป็นต้องปรับตัวให้เข้ากับการวางแผน PCB ที่มีอยู่
หนึ่งในวิธีการในการบรรลุอัตราการใช้งานนี้คือการใช้ Ball Grid Array (BGA) ซึ่งสามารถบรรจุองค์ประกอบเครือข่ายความหนาแน่นสูงในอุปกรณ์ SMD ได้โมดูล LAN SMD BGA Ethernet ขนาด 1 GB ของ Pulse Electronics (รูป 3) รองรับการเชื่อมต่อ Ethernet จาก 10BASE-T ถึง 1000BASE-T, ขณะที่ให้ความแรงต่อเนื่อง PoE สูงสุดถึง 70 W ในความหนาแน่นต่ํากว่า 140 mm2 ต่อประตู
โมดูล LAN SMD BGA Ethernet 1 Gb ของ Pulse Electronics
รูปที่ 3: โมดูล LAN SMD BGA Ethernet ขนาด 1 GB ของ Pulse Electronics เป็นสวิตช์เครือข่ายที่สามารถปรับปรุงได้ ซึ่งรองรับ PoE ที่ก้าวหน้าในขณะเดียวกันยังรองรับอัตราการโอนข้อมูลสูงถึง 1 Gbps (แหล่งภาพ:อิเล็กทรอนิกส์กระแทก)
หน่วยเหล่านี้สามารถติดตั้งได้ในสถานที่ที่รองรับองค์ประกอบเก่า ๆ ที่มีอัตราการส่งข้อมูลต่ํากว่าหรือพลังงานต่ํากว่า และสามารถติดตั้งได้ในพื้นที่หลังตัวเชื่อม 2xN ที่มีสองแถวของพอร์ตแต่ละแถวที่มี 1 ถึง 8 ท่าอุณหภูมิการทํางานที่ระบุของโมดูลที่ออกแบบสําหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมคือ -40 ° C ถึง + 80 ° C
โมดูลความหนาแน่นสูงเหล่านี้ยังรองรับการเพิ่มแอนเทนเนส 5G สําหรับการสื่อสารวีดีโอไร้สายการแก้ไขแอนเทนเนียการใช้งาน 5G เช่น แอนเทนเนียของ Pulse Electronics (รูป 4) สามารถติดตั้งภายในอุปกรณ์บน PCB หรือแผ่นวงจรยืดหยุ่น (FPC), หรือภายนอกผ่านฮาร์ดแวร์หรือแม่เหล็ก การเลือกแอนเทนเน่ขึ้นอยู่กับอัตราการส่งข้อมูลที่ต้องการและความกว้างแบนด์วิท ความห่างจากตัวรับและอุปสรรคหรือปัจจัยรบกวนระหว่างการส่งข้อมูล.
แอนเทนเนสเหล่านี้รองรับการถ่ายทอด 5G ในช่วงความถี่กลางและต่ํา ระหว่าง 617 MHz และ 7125 MHzข้อมูลสามารถถูกส่งจากเซ็นเซอร์ไปยังอุปกรณ์สมาร์ท ด้วยอัตราการส่งข้อมูลสูงและความช้าต่ํา.