आज की औद्योगिक सेटिंग में, जटिल स्वचालन आर्किटेक्चर और विभिन्न प्रकार की विनिर्माण प्रौद्योगिकियां पूरे औद्योगिक सिस्टम में प्रचलित हैं, जो सभी औद्योगिक नेटवर्क के माध्यम से जुड़े हुए हैं। औद्योगिक प्रणालियों के सामान्य संचालन के लिए एक स्थिर नेटवर्क कनेक्शन महत्वपूर्ण है।
वाणिज्यिक या उपभोक्ता वातावरण में ईथरनेट को तैनात करने के विपरीत, औद्योगिक ईथरनेट वातावरण अतिरिक्त भौतिक और विद्युत चुम्बकीय चुनौतियाँ पेश करता है। तापमान सहनशीलता, वोल्टेज वृद्धि, विलंबता आवश्यकताओं और नेटवर्क गति के संदर्भ में औद्योगिक - ग्रेड ईथरनेट PHY की बेहद कठोर आवश्यकताएं हैं।
औद्योगिक स्वचालन पर विलंबता का प्रभाव
औद्योगिक ईथरनेट प्रणालियों में, देरी के कई स्रोत हैं। कुछ देरी भौतिक कनेक्शन, आमतौर पर वायरिंग और पीसीबी कनेक्शन के कारण होती है। डेटा भी देरी का अनुभव करता है क्योंकि यह PHY, MAC, स्विच और नेटवर्क कनेक्शन में अन्य घटकों से गुजरता है। PHY का चयन करते समय विलंब भी एक महत्वपूर्ण संदर्भ संकेतक है।
औद्योगिक स्वचालन नेटवर्क वास्तुकला, टीआई
हालाँकि IEEE 802.3 श्रृंखला के मानकों का विकास जारी है, PHY को पार करने के लिए डेटा पैकेट के लिए लगने वाले समय के लिए कोई स्पष्ट विनिर्देश नहीं है। हालाँकि, विलंबता सीधे वास्तविक समय फ़ैक्टरी स्वचालन अनुप्रयोगों को प्रभावित कर सकती है। चूंकि विलंबता न तो आईईईई 802.3 मानक द्वारा निर्दिष्ट ईथरनेट के लिए एक परिभाषित मूल्य है और न ही ईथरनेट का अंतर्निहित सिंक्रोनस या दोहराने योग्य मूल्य है, इसलिए, ईथरनेट और फैक्ट्री ऑटोमेशन अनुप्रयोगों के बीच डिस्कनेक्ट को ईथरनेट भौतिक परत उपकरणों (पीएचवाई) के सावधानीपूर्वक आर्किटेक्चर के माध्यम से संबोधित किया जाना चाहिए।
नेटवर्क टोपोलॉजी या औद्योगिक प्रोटोकॉल के बावजूद, ये प्रोटोकॉल एक सामान्य लक्ष्य साझा करते हैं: एक औद्योगिक नेटवर्क पर विभिन्न नोड्स पर सटीक नियंत्रण प्रदान करना। इसे प्रेषित और प्राप्त पैकेटों पर टाइम स्टैम्प लगाकर और नेटवर्क नोड्स में नेटवर्क समय को सिंक्रनाइज़ करने के लिए इन टाइम स्टैम्प का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। नेटवर्क समय पैकेट डेटा के भीतर प्रोटोकॉल द्वारा साझा किया जाता है, और प्रत्येक नोड की टाइमस्टैम्प इकाई उस समय को चिह्नित करती है। टाइमस्टैम्प में कोई भी बदलाव सिस्टम की सटीकता को कम कर देता है। लंबी देरी उस आवृत्ति को भी सीमित करती है जिस पर पैकेट टाइमस्टैम्प का उपयोग कर सकते हैं और नेटवर्क में अनुमत नोड्स की संख्या को सीमित कर सकते हैं। इसलिए, देरी को यथासंभव कम किया जाना चाहिए।
औद्योगिक ईथरनेट PHY - Dela
औद्योगिक स्वचालन में गति नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, चक्र समय आमतौर पर दसियों माइक्रोसेकंड में होना चाहिए। इन स्तरों पर, नेटवर्क में प्रत्येक घटक के माध्यम से देरी महत्वपूर्ण है। ईथरनेट भौतिक परत (पीएचवाई) का विलंब नियंत्रण चक्र समय के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण सीमित कारक है।
ईथरनेट मानकों जैसे कि 1000Base-T और 100Base-TX में, कम परिचालन विलंबता वाले PHYs चक्र समय में सुधार कर सकते हैं। कम विलंबता चक्र समय को तेज़ ट्रांसमिशन दर ईथरनेट के समान स्तर तक बढ़ा सकती है, जिससे नेटवर्क बैंडविड्थ प्रभावी रूप से बढ़ जाती है। वर्तमान में, अधिकांश औद्योगिक ईथरनेट एप्लिकेशन 100Base{7}}TX ईथरनेट पर काम करते हैं, लेकिन कई एप्लिकेशन 1000Base{9}}T पर स्विच करना शुरू कर रहे हैं, जो उच्च बैंडविड्थ प्रदान करता है। कम विलंबता वाला PHY नेटवर्क बैंडविड्थ को प्रभावी ढंग से बढ़ाता है और ईथरनेट को उच्च डेटा दरों में स्थानांतरित करने की सुविधा भी देता है।
PHY आंतरिक डिज़ाइन, TI
ईथरनेट नेटवर्क जैसे 1000Base{{1}T और 100Base{3}}TX में, कम परिचालन विलंबता वाला PHY चक्र समय में सुधार कर सकता है। कम विलंबता चक्र समय को तेज़ ट्रांसमिशन दर ईथरनेट के समान स्तर तक बढ़ा सकती है, जो प्रभावी रूप से नेटवर्क बैंडविड्थ को बढ़ाती है। वर्तमान में, अधिकांश औद्योगिक ईथरनेट एप्लिकेशन 100Base{7}}TX ईथरनेट पर काम करते हैं, लेकिन कई एप्लिकेशन 1000Base{9}}T पर स्विच करना शुरू कर रहे हैं, जो उच्च बैंडविड्थ प्रदान करता है। कम विलंबता PHY प्रभावी ढंग से नेटवर्क बैंडविड्थ को बढ़ाता है और ईथरनेट को उच्च डेटा दरों में स्थानांतरित करने की सुविधा भी देता है।
औद्योगिक ईथरनेट के विकास में PHY के लिए अन्य चुनौतियाँ
औद्योगिक वातावरण में तापमान को नियंत्रित करना मुश्किल है, और अधिक कठोर तापमान स्थितियां PHY डिज़ाइन की जटिलता को बढ़ा देती हैं। PHY को व्यापक तापमान रेंज में अपने रेटेड प्रदर्शन पर प्रदर्शन करने में सक्षम होना चाहिए। आम तौर पर, औद्योगिक ईथरनेट PHY -40 से 85 डिग्री के तापमान रेंज में काम करने में सक्षम होना चाहिए और अधिकतम जंक्शन तापमान 125 डिग्री का सामना करना चाहिए।
बिजली की खपत भी हर समय एक महत्वपूर्ण कारक है, खासकर गीगाबिट PHYs में, जहां बिजली की खपत सिस्टम की कुल बिजली खपत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है। ईथरनेट भौतिक परत के लिए आवंटित बिजली बजट सीमित है, और प्रत्येक इंटरकनेक्टेड डिवाइस को दो ईथरनेट भौतिक परतों की आवश्यकता होती है, इसलिए पूरे डिवाइस की कनेक्टिविटी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बिजली की खपत पर्याप्त रूप से कम होनी चाहिए। कुछ निर्माता और भी कम बिजली की खपत प्राप्त करने के लिए कम {{3}पावर PHYs के अलावा दोहरी {2}पावर ऑपरेशन का विकल्प चुनते हैं।
सारांश
जैसे-जैसे फ़ैक्टरी ऑटोमेशन सिस्टम की जटिलता बढ़ती जा रही है, नोड्स के बीच अधिक डेटा संचारित करने की मांग बढ़ती जा रही है, जिससे फ़ैक्टरियों के भीतर उच्च प्रदर्शन कनेक्टिविटी बनाए रखना महत्वपूर्ण हो गया है। PHY हार्डवेयर कनेक्शन जो कठोर औद्योगिक वातावरण से अप्रभावित हैं, औद्योगिक इंटरनेट नेटवर्क के कार्यान्वयन के लिए अत्यधिक मूल्यवान हैं।