以太網(wǎng)在智能工廠演變中發(fā)揮關(guān)鍵作用

以太網(wǎng)作為工業(yè)通信協(xié)議的采用增長在智能工廠的這一演變中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。最初僅限于工廠的控制和信息級(jí)別，IEEE已經(jīng)批準(zhǔn)了對原始IEEE 802.3協(xié)議的許多擴(kuò)展，使以太網(wǎng)能夠支持工業(yè)過程的確定性要求。此后，這些擴(kuò)展已成為開放標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)中廣泛部署，并使工業(yè)環(huán)境中以太網(wǎng)部署呈指數(shù)級(jí)增長。

工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

以太網(wǎng)正迅速成為工業(yè)環(huán)境中的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最近的IEEE 802以太網(wǎng)子標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了支持實(shí)時(shí)通信所需的機(jī)制。隨著越來越多的工廠系統(tǒng)使用以太網(wǎng)設(shè)備，設(shè)計(jì)人員必須確保網(wǎng)絡(luò)模塊能夠承受工廠環(huán)境的惡劣條件。在選擇組件時(shí)，必須考慮堅(jiān)固性、工作溫度范圍、灰塵、電噪聲和振動(dòng)等因素。無處不在的RJ45連接器多年來一直是網(wǎng)絡(luò)布線的支柱，仍然是工廠環(huán)境中首選的連接器解決方案，本文著眼于將這些連接器集成到工廠系統(tǒng)中時(shí)必須考慮的一些因素。

工業(yè)環(huán)境中的以太網(wǎng)變化

不斷提高生產(chǎn)力和資產(chǎn)回報(bào)率的持續(xù)推動(dòng)使工廠自動(dòng)化水平逐年增長，連接設(shè)備激增。隨著機(jī)器人系統(tǒng)的使用從傳統(tǒng)的裝配線轉(zhuǎn)向更小、更靈活的應(yīng)用，包括人類操作員和機(jī)器人一起工作的協(xié)作工作空間，機(jī)器人系統(tǒng)的部署正在迅速增加。許多通用標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)促進(jìn)了自動(dòng)化水平的提高，促進(jìn)了開放系統(tǒng)的發(fā)展，確保了來自不同制造商的更大范圍的設(shè)備的互操作性。

以太網(wǎng)作為工業(yè)通信協(xié)議的采用增長在智能工廠的這一演變中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。最初僅限于工廠的控制和信息級(jí)別，IEEE已經(jīng)批準(zhǔn)了對原始IEEE 802.3協(xié)議的許多擴(kuò)展，使以太網(wǎng)能夠支持工業(yè)過程的確定性要求。此后，這些擴(kuò)展已成為開放標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)中廣泛部署，并使工業(yè)環(huán)境中以太網(wǎng)部署呈指數(shù)級(jí)增長。

以太網(wǎng)連接解決方案 - MagJack? ICM詳細(xì)了解我們的能力以太網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展

以太網(wǎng)協(xié)議跨越 OSI 層模型的第 1 層（物理）和第 2 層（數(shù)據(jù)鏈路），并描述了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如何格式化數(shù)據(jù)以傳輸?shù)酵痪W(wǎng)段上的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及如何將該數(shù)據(jù)放在網(wǎng)絡(luò)連接上。典型的以太網(wǎng) LAN 最初設(shè)計(jì)為通過同軸電纜運(yùn)行，現(xiàn)在使用特殊等級(jí)的雙絞線電纜或光纖電纜。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正在穩(wěn)步發(fā)展，以包含新媒體、更高的傳輸速度以及幀內(nèi)容和功能要求的變化，例如定義以太網(wǎng)供電 ［POE］ 的 802.3af。

工業(yè)環(huán)境中最常安裝的以太網(wǎng)系統(tǒng)是 100 BASE-T（“BASE-T”表示使用雙絞線布線），提供高達(dá) 100 兆比特每秒 （Mbps） 的傳輸速度。千兆以太網(wǎng)提供 1000 Mbps（每秒 1 千兆位或 1 億位）的速度，10 GbE 或 10 GB 以太網(wǎng)提供高達(dá) 10 Gbps 的速度。 更高的速度正在不斷開發(fā)中以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

PHY 是 OSI 模型物理層的縮寫，是指實(shí)現(xiàn)物理層功能所需的電路。以太網(wǎng) PHY 是實(shí)現(xiàn) 1000BASE-T、100BASE-TX 和 10BASE-T 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層部分的組件，PHY 功能通常在以太網(wǎng)線路調(diào)制的模擬域和鏈路層數(shù)據(jù)包信令的數(shù)字域之間的接口芯片中實(shí)現(xiàn)。圖 1 概述了 PHY 設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能。

圖 1：與 MAC 和物理介質(zhì)的以太網(wǎng) PHY 連接

從圖 1 可以看出，還有另外兩個(gè)重要組件組成了以太網(wǎng) PHY 功能?！按判栽笔且环N模擬電路，旨在滿足IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T規(guī)范的電氣接口要求，允許以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行長距離連接。磁性元件可滿足關(guān)鍵的電氣接口要求，包括電氣隔離、信號(hào)平衡、共模抑制、阻抗匹配和EMC改進(jìn)。RJ45連接器是一種低成本的八位8P8C，長期以來一直是以太網(wǎng)連接的中流砥柱，并且在當(dāng)前使用的所有以太網(wǎng)電纜上都可以找到。因此，任何 PHY 板都必須包括合適的 RJ45 連接器。

支持工業(yè)以太網(wǎng)市場對ICM的需求

如今，許多連接器制造商都在提供集成連接器模塊（ICM），其中磁性電路內(nèi)置于RJ45型連接器塊中。在PHY板的設(shè)計(jì)中使用ICM具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括更少的元件數(shù)量 - 從而降低生產(chǎn)/組裝成本，通過金屬屏蔽層對敏感的電纜側(cè)信號(hào)進(jìn)行更好的EMC屏蔽，以及更小的PCB尺寸。ICM還使PHY模塊設(shè)計(jì)完全在數(shù)字域中，模擬電路封裝在連接器內(nèi)。

作為集成連接器模塊 （ICM） 的發(fā)明者和最大供應(yīng)商，Bel 集團(tuán)旗下公司 Bel Magnetic Solutions 為通信、工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用提供廣泛的磁性元件。Bel 廣泛的產(chǎn)品組合包括 3 種專門針對工業(yè)以太網(wǎng)市場的 ICM 產(chǎn)品，在惡劣環(huán)境中需要可靠、低成本的連接，工作溫度在 -40°C 至 +85°C 之間。 ICM 適用于多種應(yīng)用，包括工業(yè)以太網(wǎng)控制器、機(jī)器控制板、以太網(wǎng)照明控制、工業(yè)無線接入點(diǎn)和工業(yè)視頻顯示單元，下表 1 總結(jié)了這些 ICM。

表 1：用于工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的 BEL TRP ICM

改編自 Bel 數(shù)據(jù)表 - 工業(yè)以太網(wǎng)磁杰插孔? ICM部件號(hào)描述

這些 ICM 與所有主要的 10/100Base-T 和 1GBase-T PHY 兼容，體積小、易于使用，旨在應(yīng)對工廠生活中的壓力和應(yīng)變。連接器經(jīng)久耐用，使用壽命長，確保極低的故障率，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C。 紅外回流焊兼容性和卷帶包裝選項(xiàng)支持自動(dòng)插入 PCB，進(jìn)一步降低模塊生產(chǎn)成本。

ICM解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者

隨著以太網(wǎng)成為工廠中占主導(dǎo)地位的通信協(xié)議，越來越多的工業(yè)機(jī)器（包括各種機(jī)器人系統(tǒng)）必須連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)規(guī)格網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如工業(yè)以太網(wǎng)控制器和機(jī)器控制板）的設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)選擇組件，關(guān)鍵考慮因素是耐用性、生命周期和成本。ICM模塊在確保惡劣環(huán)境中的持久和可靠連接方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用;這些連接器不僅必須提供必要的機(jī)械耐久性，而且它們的電氣性能在惡劣和嘈雜的工廠環(huán)境中也至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷