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by Gen Vansteeg, Marketing Manager, Texas Instruments
Figura 1: Un sensore di campo in grado di utilizzare Ethernet 10BASE-T1L
Ethernet è ovunque intorno a noi: dai punti vendita nei negozi alla segnaletica LED negli stadi, fino ad alcune parti del processo di automazione industriale. Nonostante la sua ubiquità, tuttavia, vi sono aree in cui deve ancora raggiungere un utilizzo ampio e coerente. Questo articolo si concentrerà su un’area in particolare, la rete a due fili su lunga distanza (>1 km) a 10 Mbps, per applicazioni remote di automazione industriale, degli edifici e dei processi, come nel caso del sensore di campo nella Figura 1.
Sono molte le ragioni per cui Ethernet non ha ancora «raggiunto» queste applicazioni, in particolare il fatto che fino a poco tempo fa non esisteva una specifica Ethernet che supportasse cavi di questa lunghezza. Senza una specifica definita, i progettisti dovevano utilizzare gli standard Ethernet già esistenti per alcune parti dello sviluppo della rete e ricorrere ad altri metodi per il resto. Tuttavia, questo approccio pone diverse sfide, come l’aggiunta di gateway per supportare la combinazione di protocolli, che aumenta notevolmente la complessità del sistema.
Inoltre, vi è anche la sfida costituita dall’utilizzo del cavo, in quanto le implementazioni Ethernet standard, mostrate nella Figura 2, utilizzano in genere da due a quattro cavi a doppino ritorto e non sono progettate per comunicazioni single-pair.
Figura 2: Interfaccia Ethernet standard per comunicazioni a 10/100 Mbps in un’applicazione di controllo degli edifici
[boris]
Poiché è probabile che molti progettisti di sistemi di automazione per fabbriche ed edifici stiano già utilizzando le tecnologie esistenti per i bus di campo single-pair, come gli anelli di corrente da 4 a 20 mA, HART (Highway Addressable Remote Transducer) e CC-Link (Control and Communication) per applicazioni su lunga distanza, l’aggiunta di Ethernet alla rete tramite la conversione del protocollo potrebbe aumentare il costo e il peso dei cavi.
Fortunatamente, i PHY Ethernet single-pair, in particolare quelli per lo standard 10BASE-T1L, sono progettati per aiutare gli ingegneri che desiderano aumentare la larghezza di banda delle comunicazioni industriali e unificare la rete con un unico protocollo di interfaccia senza aumentare i costi dei cavi o la complessità della rete.
Trasmettere segnali Ethernet a 10 Mbps più lontano con un unico cavo
Il DP83TD510E è un PHY Ethernet per la specifica IEEE 802.3cg 10BASE-T1L. Questo dispositivo è progettato per estendere le comunicazioni industriali fino a 2 km nelle applicazioni di automazione di processo, di fabbrica e degli edifici.
Che cos’è Ethernet single-pair?
Al suo livello più elementare, Ethernet single-pair è uno standard Ethernet su un singolo paio di fili ritorti che permette inoltre la coesistenza di alimentazione e dati su un singolo doppino, detta alimentazione su linea dati.
La specifica complessiva di Ethernet single-pair comprende tre diverse categorie, mostrate nella Tabella 1.
|
Standard |
IEEE 802.3cg 10BASE-T1L |
IEEE 802.3bw 100BASE-T1 |
IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 |
|
Larghezza di banda |
10 Mbps |
100 Mbps |
1000 Mbps |
|
Specifiche di distanza del cavo |
1.000 m (2,4 V p2p); 200 m (1 V p2p) |
50 m |
15 m |
|
Dissipazione di potenza |
<110 mW |
<220 mW |
<600 mW |
|
Comunicazione |
Full duplex |
Full duplex |
Full duplex |
|
Interfaccia Media Access Control |
Media Independent Interface (MII), Reduced Media Independent Interface (RMII) |
MII, RMII, Serial Gigabit Media Independent Interface (SGMII), Reduced Gigabit Media Independent Interface (RGMII) |
RGMII, SGMII |
|
PHY TI disponibili |
DP83TD510 |
DP83TC811 |
DP83TG720 |
Tabella 1: Requisiti delle specifiche della categoria Ethernet single-pair e PHY Ethernet TI correlati
Le categorie di Ethernet single-pair utilizzano la nomenclatura «xBASE-T1». Ethernet single-pair a 1 Gbps è 1000BASE-T1, a 100 Mbps è 100BASE-T1 e a 10 Mbps è 10BASE-T1L o 10BASE-T1S, a seconda della sua implementazione. A ciascuna delle tre versioni è associata una specifica 802.3 ratificata dall’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). La Tabella 1 riassume le principali differenze tra le varie categorie. Ai fini di questa discussione, ci concentreremo su 10BASE-T1L per reti a lunga distanza a 10 Mbps.
Quali sono i principali vantaggi di Ethernet 10BASE-T1L single-pair?
Oltre a utilizzare meno cavi, Ethernet single-pair aiuta a eliminare la necessità di conversioni di protocollo e di altri interventi per consentire un trasferimento dati veloce e senza interruzioni tra l’operatore e il nodo periferico. Questa libertà di trasferimento dei dati permette di risolvere le sfide sopra menzionate e supporta le grandi quantità di dati necessarie per una migliore manutenzione predittiva e va a vantaggio della salute, della sicurezza e della produttività del sistema.
La connettività estesa consente l’uso della rete Ethernet da un’app tra qualsiasi dispositivo connesso a Internet e il nodo periferico più remoto, come un trasmettitore da campo o un controller dell’edificio, come mostrato nella Figura 3, senza compromessi in termini di distanza o velocità dei dati. In alcuni casi è possibile riutilizzare i cablaggi già esistenti durante l’aggiornamento da alcuni protocolli per bus di campo tradizionali.
Figura 3: Interfaccia Ethernet single-pair per comunicazioni a 10 Mbps in un controller di edificio
Il basso consumo energetico degli strati fisici (PHY) di Ethernet single-pair 10BASE-T1L come DP83TD510 lascia più spazio nel budget energetico del sistema per altri componenti critici del sistema. Questa maggiore efficienza energetica è importante, in quanto riduce i costi d’esercizio complessivi e può consentire una riduzione delle emissioni di carbonio. Il basso consumo energetico favorisce inoltre il supporto per le implementazioni di sicurezza intrinseca definite nella specifica Ethernet Advanced Physical Layer rispettando lo schema di terminazione esterna di tale standard. Ulteriori informazioni su come il DP83TD510E aiuta i progettisti ad estendere la distanza raggiungibile dai cavi di rete sono disponibili nella nota applicativa «Estensione della portata della rete e connettività con i PHY Ethernet IEEE 802.3cg 10BASE-T1L».
Il video «Connettività a lunga distanza: demo del PHY Ethernet single-pair 10BASE-T1L» mostra il DP83TD510E in azione. Questa demo mostra come il DP83TD510E rende possibili le comunicazioni a 10 Mbps a lunga distanza tra un sensore per l’acqua e un indicatore di allagamento.
Grazie allo sviluppo di IEEE 802.3cg è ora possibile trasmettere dati più velocemente e più lontano su un singolo doppino ritorto. Questa innovazione consente ai progettisti di portare Ethernet fino al nodo periferico più remoto di una rete e supporta lo stesso protocollo di rete in ogni parte del mondo.
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