兼具「快遠多」需求 單對乙太網路駛向工廠

作者 : Anthea Chuang,EE Times Taiwan

工業市場對於通訊技術的新需求,促使業者們致力尋找能符合條件的通訊技術。此時,從車用通訊技術發展而來的單對乙太網路,即吸引了市場的目光…

現今工廠紛紛走向自動化,而走向自動化就需要通訊技術連接工廠小至感測器,大至生產設備,遠至中控室與雲端,衍生出對工廠通訊技術的新要求——傳輸速度快、傳輸距離遠、傳輸資料量多。不僅這三項要求,市場同時還期待工廠通訊技術可在不增加設計複雜度的狀態下進行最佳化,並兼具安全性與低成本。這種逼近「又要馬兒好,又要馬兒不吃草」的需求,促使業者們致力尋找能符合條件的通訊技術,此時,從車用通訊技術發展而來的單對乙太網路(SPE),即吸引了市場的目光。

德州儀器(TI)半導體行銷與應用產品應用經理林家賢表示,不只工廠,建築自動化的複雜也程度越來越高,導致從邊緣節點來回傳輸資料的需求,以及資料量也跟著不斷增加。因此工業或是建築自動化通訊技術必須要能即時擷取各種資料,且網路設計複雜度不可因而提升,甚至必須用較低的成本實現最大的資料傳輸速率。

從行之有年的工廠自動化的溝通架構為例,林家賢指出,工廠通訊可大致區分為三個階層——現場、控制與整廠,現場層通訊包括無線感測器連接到閘道器、點對點傳輸至感測中樞,以及透過現場總線(fieldbus)連接到閘道器。其中,光是現場階層的通訊技術就有百百種,包括WirelessHART、IO-Link、4-20mA電流迴路、ASi、DeviceNet、Profibus…等,約100多種,因此需要閘道器將所有不同的傳輸「語言」轉化為工業乙太網路協議,才能往上傳輸到控制層與整廠層企業內部。

 

工業自動化網路架構。(資料來源:德州儀器)

 

換句話說,目前工業領域中,能將連網功能導入邊緣節點的解決方案,通常會使用一個由多種現場匯流排協定所組成的分散式系統,並透過網路閘道器支援協定的轉換。但這種透過協定轉換來統一網路,不但增加複雜程度與成本,也限制了從遠端監測邊緣節點應用的能力。因此,單對乙太網路即成為工廠自動化所需通訊技術的新選擇。

林家賢說明,雖然目前工業乙太網路PHY看似是業者在工業通訊中的「共識」,但大多仍是業者自行定義,並非標準規範;再加上目前的工業乙太網路是使用48對纜線的規格,不僅重,且長距離鋪設的成本也高,因此已獲車用應用市場認證,並能解決上述種種挑戰的單對乙太網路,即從車用市場延伸至工業領域。

有鑑於此,德州儀器推出新款乙太網路實體層(PHY),只需單對雙絞線即可將 10Mbps 乙太網路訊號傳輸到最遠 1.7 公里處。林家賢強調,新推出的產品符合電機電子工程師學會(IEEE) 802.3cg 10BASE-T1L標準,但傳輸距離卻比標準規範所要求的200公尺多出1.5公里,除了讓工業相關廠商佈建時無須擔心傳輸距離,也可不用再利用閘道器轉碼,即可往上傳輸到中控中心。

更重要的是,新產品亦符合IEEE 802.3cg PoDL規範,可讓單對乙太網路不只傳送資料,亦可將電力傳送至1公里以外的區域。林家賢總結,新的PHY產品能協助設計人員打造從控制器到邊緣節點的單一通訊網路,透過單對雙絞線乙太網路即可傳輸全雙工數據。也因無須額外的協議、閘道器和纜線來進行更高頻寬的通訊,設計人員可簡化網路管理,並同時改善系統的控制與互通性。

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