Uma Ethernet industrial robusta de par único começa com os componentes certos

A automação está substituindo os sistemas tradicionais de controle distribuído, e a tecnologia inovadora está proporcionando economia de espaço e redução de custos, além de oferecer um desempenho aprimorado. Para a fábrica do futuro, a Ethernet de par único (SPE) é um componente essencial para a realização desse objetivo.

Ao construir uma infraestrutura para a Internet Industrial das Coisas (IIoT), a SPE é absolutamente necessária. Esse novo padrão de comunicação Ethernet para automação de fábricas, edifícios e processos permite a implementação de estratégias integradas mais rápidas e seguras.

Os protocolos Fieldbus tradicionais são reconhecidos pela transferência de informações sensíveis ao tempo, essenciais para aplicações de controle automotivo e industrial. No entanto, com o aumento do número de atuadores e sensores na rede, os protocolos Fieldbus tradicionais agora são um gargalo, e isso só se agrava à medida que mais links são introduzidos, pois os cabos Fieldbus volumosos ocupam muito espaço.

Até agora, eram necessários dois pares de fios de cobre para o fornecimento simultâneo de alimentação aos dispositivos finais por meio de uma linha de dados PoDL (sigla em inglês para Power over Data Line). Agora, a necessidade de quatro fios para PoDL é coisa do passado, pois a SPE pode fazer isso além da transmissão de dados, abrindo campos de aplicação completamente novos para a Ethernet industrial.

A TDK Electronics é especializada em componentes que são vitais nos setores automotivo e de eletrônica industrial. Um ponto em comum entre todos esses produtos e tecnologias é a IIoT e a SPE, dos quais a alimentação via Ethernet de par único (SPoE), a alimentação, o equipamento de fornecimento de energia (PSE) e os dispositivos Ethernet de controle desempenham um papel importante.

A Analog Devices Inc. — assim como a TDK Electronics — está na vanguarda para tornar a IIoT mais rápida e confiável por meio de equipamentos que usam o controlador PSE SPoE de 5 portas LTC4296-1 (Figura 1), incluindo sistemas de segurança; sistemas de tecnologia operacional (TO); instrumentos e switches de campo; sistemas de automação de edifícios e fábricas; e sistemas de controle de tráfego.

Figura 1: Um PSE SPoE compatível com IEEE 802.3cg utilizando o LTC4296-1, com uma das cinco portas mostradas e alguns pinos omitidos para maior clareza. (Fonte da imagem: Analog Devices Inc.)

O LTC4296-1 é um controlador PSE de cinco portas, SPoE, compatível com IEEE 802.3cg, fornecido em um invólucro QFN-48 (Figura 2). Ao simplificar o projeto e a instalação com SPoE e usar alimentação padronizada e dados Ethernet em um cabo de um par, o LTC4296-1 torna-se adequado para interoperabilidade com dispositivos alimentados por 802.3cg.

Ao fornecer alimentação usando transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs) de canal N externos de baixa resistência de condução (RDS_ON) entre dreno-fonte, o LTC4296-1 garante a robustez da aplicação e minimiza as quedas de tensão.

Figura 2: O LTC4296-1 foi projetado para uma interoperabilidade ideal. (Fonte da imagem: Analog Devices Inc.)

O limite de corrente analógica (ACL) pode fornecer proteção controlada contra curto-circuito e irrupção, utilizando disjuntores no lado de alta tensão com realimentação. As falhas de alimentação invertida e as falhas de aterramento em aplicações não isoladas podem ser evitadas por meio de um disjuntor opcional no lado de baixa tensão, que protege a saída negativa.

Além disso, para garantir que a tensão operacional total seja aplicada ao cabo somente quando houver fornecimento de energia (PD), é necessária a classificação de PD por meio do protocolo de classificação de comunicação serial (SCCP), junto com a manutenção da assinatura de tensão total (MFVS).

Dispositivos como o LTC4296-1 oferecem uma solução versátil de SPoE e PSE e podem ser facilmente integrados para uma aplicação de controlador ideal.

Obtenha um tráfego de dados livre de interferências com indutores

Há vários indutores para diversas aplicações. Os tipos de indutores de aplicação 10BASE-T1L incluem bobinas de choque de modo comum (CMCs), indutores de isolamento (ICI) e indutores de modo diferencial (DMIs).

Os indutores de isolamento da série ICI70CGI resolvem o problema de isolação galvânica entre a PHY e o conector em determinadas aplicações. Eles oferecem uma taxa de acoplamento de dados de 1:1 com valores de indutância de 1,0 mH e 2,2 mH e uma tensão de isolação de 2250 V_CC.

É possível conectar sensores e atuadores com PoDL com apenas um par de fios, realizando a transmissão de dados e alimentação por meio dessa linha. O conector utiliza bobinas de choque especiais de modo diferencial, um componente eletrônico passivo que suprime o ruído de alta frequência nos circuitos, funcionando como um filtro ao atenuar o ruído do modo diferencial. Seja em uma situação com ou sem transmissão de alimentação durante o uso de PoDL para implementar a SPE industrial, em aplicações específicas é necessária a isolação galvânica entre a PHY e o conector. Os indutores de isolamento, como o RCM70CGI-471 (Figura 3), oferecem uma relação de transformação de capacidade 1:1.

A supressão da interferência assimétrica é essencial para obter um tráfego de dados livre de interferências. O RCM70CGI-471 é baseado no padrão IEEE 802.3cg para 10BASE-T1L e é uma bobina de choque de modo comum, projetada para uma corrente máxima de 700 mA a 80 V, com um valor de indutância de 470 µH.

Figura 3: A bobina de choque de modo comum RCM70CGI-471 é baseada no padrão IEEE 802.3cg. (Fonte da imagem: TDK)

Para suprimir a interferência nos sistemas, é necessária uma bobina de choque de modo diferencial especial.

Há diferentes versões que abrangem todas as seis classes de potência (10 a 15) na série PID, de acordo com a norma IEEE 802.3cg., e correntes de saturação que podem variar de 360 mA a 2100 mA.

As placas de teste PoDL garantem a conectividade

A IIoT exige a integração total do sistema, garantindo a conectividade dos dispositivos finais à sala de controle na transmissão de dados em tempo real. A SPE simplificará as redes, permitindo faixas de transmissão de até 10 Mbps em distâncias de até 1.000 m e fornecendo alimentação simultaneamente.

A TDK tem uma variedade de placas de teste plug-and-play 10BASE-T1L diferentes para seis classes de potência diferentes, desenvolvidas para corresponder às seguintes placas de avaliação a partir da EVAL-ADIN1100EBZ (Figura 4), EVAL-ADIN1110EBZ e acelerar o estágio de projeto e teste.

Figura 4: A SPE simplificará as redes, permitindo faixas de transmissão de até 10 Mbps em distâncias de até 1.000 m, mostrada neste diagrama de blocos simplificado da EVAL-ADIN1100EBZ. (Fonte da imagem: TDK)

Placas de interface com dois modos de operação

A PHY Ethernet 10BASE-T1L robusta, industrial e de baixa potência ADIN1100 da Analog Devices é compatível com ROHS3, tem um nível de sensibilidade à umidade (MSL) 1 (ilimitado) e um status REACH não afetado que apresenta uma plataforma flexível para a avaliação rápida da PHY 10BASE-T1L robusta e de baixa potência ADIN1100.

A EVAL-ADIN1100EBZ (Figura 5) apresenta conexões Ethernet de par único (SPE) de 10 Mbps com dispositivos em uma distância considerável de 1,7 km de cabo, com uma placa de avaliação que tem dois modos de operação, proporcionando o máximo de flexibilidade. O conjunto completo de configurações de registradores do ADIN1100, como diagnósticos e diagnósticos de monitoramento da qualidade do link, pode ser acessado quando conectado a um PC com o software GUI ADIN1100.

Figura 5: Uma placa de avaliação da interface PHY Ethernet ADIN1100. (Fonte da imagem: Analog Devices Inc.)

Como alternativa, ao definir as chaves de configuração de hardware e as ligações, a placa EVAL-ADIN1100EBZ pode operar em modo autônomo. Os operadores podem monitorar o status dos LEDs integrados, facilitado pelas interfaces de dados e gerenciamento ADIN1100, que podem ser facilmente configuradas para se conectar a um controlador host externo, utilizando uma placa de avaliação de gerenciamento de alimentação PoE EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1.

Conclusão

A Ethernet de par único (SPE) de qualidade é fundamental para a criação de uma infraestrutura sólida e confiável para a Internet Industrial das Coisas (IIoT).

A TDK Electronics, aliada a Analog Devices Inc., tem a reputação de fornecer SPE de primeira linha, para haver uma comunicação fácil da nuvem para o destino.