Una Single Pair Ethernet industrial y resistente comienza con los componentes adecuados

La automatización está sustituyendo a los sistemas de control distribuido tradicionales y la tecnología innovadora permite ahorrar espacio y reducir costos, al tiempo que ofrece un mayor rendimiento. Para la fábrica del futuro, Single Pair Ethernet (SPE) es un componente esencial para conseguirlo.

A la hora de construir infraestructuras para el Internet de las cosas industrial (IIoT), la SPE es absolutamente necesaria. Este nuevo estándar de comunicación Ethernet para la automatización de fábricas, edificios y procesos permite implantar estrategias integradas más rápidas y seguras.

Los protocolos de bus de campo tradicionales son reconocidos por la transferencia de información sensible al tiempo, crítica para las aplicaciones de automoción y control industrial. Sin embargo, con el aumento del número de actuadores y sensores en la red, los protocolos de bus de campo tradicionales se convierten en un cuello de botella, lo que se agrava a medida que se introducen más enlaces, ya que los voluminosos cables de bus de campo ocupan demasiado espacio.

Hasta ahora, se necesitaban dos pares de hilos de cobre para suministrar energía simultáneamente a los dispositivos finales a través de una línea de alimentación sobre datos (PoDL). Ahora, la necesidad de cuatro cableados para PoDL es cosa del pasado, ya que SPE puede hacerlo además de la transmisión de datos, abriendo campos de aplicación completamente nuevos para Ethernet industrial.

TDK Electronics está especializada en componentes vitales en los sectores de la automoción y la electrónica industrial. Un hilo común entre todos estos productos y tecnologías es la IIoT y la SPE, de las que forman parte la alimentación de par único a través de Ethernet (SPoE), la energía, los equipos de suministro de energía (PSE) y los dispositivos Ethernet controladores.

Analog Devices Inc. -al igual que TDK Electronics- está a la vanguardia de hacer que la IIoT sea más rápida y confiable a través de equipos que utilizan el controlador SPoE PSE LTC4296-1 de 5 puertos (Figura 1), incluidos sistemas de seguridad; sistemas de tecnología operativa (OT); instrumentos e interruptores de campo; sistemas de automatización de edificios y fábricas; y sistemas de control de tráfico.

Figura 1: Un PSE SPoE compatible con IEEE 802.3cg que utiliza el LTC4296-1, con uno de los cinco puertos mostrados y algunos pines omitidos para mayor claridad. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

El LTC4296-1 es un controlador PSE de cinco puertos SPoE compatible con IEEE 802.3cg que se presenta en un paquete QFN-48 (Figura 2). Al simplificar el diseño y la instalación con SPoE y utilizar alimentación y datos Ethernet estandarizados a través de un cable de par único, el LTC4296-1 es idóneo para la interoperabilidad con dispositivos alimentados 802.3cg.

Al suministrar potencia mediante transistores de efecto de campo (MOSFET) semiconductores de óxido de metal de canal N con baja resistencia de drenaje a fuente (_RDSON), el LTC4296-1 garantiza la robustez de la aplicación al tiempo que minimiza las caídas de voltaje.

Figura 2: El LTC4296-1 está diseñado para una interoperabilidad óptima. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

El límite de corriente analógico (ACL) puede proporcionar protección contra cortocircuitos e irrupciones controladas utilizando disyuntores de lado alto con retorno. Los fallos de retroalimentación y los fallos a tierra en aplicaciones no aisladas pueden evitarse mediante un disyuntor de lado bajo opcional, que protege la salida negativa.

Además, para garantizar que la tensión de funcionamiento completa sólo se aplica al cable cuando hay suministro eléctrico (PD), es necesaria la clasificación de PD mediante el protocolo de clasificación de comunicaciones serie (SCCP) junto con el mantenimiento de la firma de tensión completa (MFVS).

Dispositivos, como el LTC4296-1, proporcionan una solución SPoE y PSE versátil y pueden integrarse fácilmente para una aplicación de controlador óptima.

Logre un tráfico de datos sin interferencias con inductores

Existen varios inductores para múltiples aplicaciones. Los tipos de inductores para aplicaciones 10BASE-T1L incluyen inductancias de modo común (CMC), inductancias de aislamiento (ICI) e inductancias de modo diferencial (DMI).

Los inductores de aislamiento de la serie ICI70CGI resuelven el problema del aislamiento galvánico entre PHY y conectores en determinadas aplicaciones. Ofrecen una relación de acoplamiento de datos de 1:1 con valores de inductancia de 1.0 mH y 2.2 mH y un voltaje de aislamiento de 2250 V_CC.

Es posible conectar sensores y actuadores con PoDL con un solo par de cableados, realizando la transmisión de datos y potencia a través de esta línea. El conector utiliza obturadores especiales de modo diferencial, un componente electrónico pasivo que suprime el ruido de alta frecuencia en los circuitos, funcionando como un filtro al atenuar el ruido de modo diferencial. Tanto si se trata de una situación con o sin transmisión de potencia mientras se utiliza PoDL para implementar SPE industrial, en aplicaciones específicas se requiere aislamiento galvánico entre la PHY y el conector. Los inductores de aislamiento como el RCM70CGI-471 (Figura 3) ofrecen una relación de transformación de capacidad 1:1.

La supresión de las interferencias asimétricas es fundamental para lograr un tráfico de datos sin interferencias. El RCM70CGI-471 se basa en la norma IEEE 802.3cg para 10BASE-T1L, y es un obturador de modo común diseñado para una corriente máxima de 700 mA a 80 V, con un valor de inductancia de 470 µH.

Figura 3: El obturador en modo común RCM70CGI-471 se basa en la norma IEEE 802.3cg. (Fuente de la imagen: TDK)

Para suprimir las interferencias en los sistemas, se necesita un obturador especial de modo diferencial.

Existen diferentes versiones que cubren las seis clases de potencia (10 a 15) de la serie PID, según IEEE 802.3cg., y corrientes de saturación que pueden oscilar entre 360 mA y 2100 mA.

Las placas de evaluación PoDL garantizan la conectividad

IIoT requiere una integración total del sistema, garantizando la conectividad desde los dispositivos finales hasta la sala de control en la transmisión de datos en tiempo real. SPE simplificará las redes, permitiendo rangos de transmisión de hasta 10 Mbps en distancias de hasta 1000 m y suministrando energía simultáneamente.

TDK dispone de una variedad de diferentes placas de prueba plug-and-play 10BASE-T1L para seis clases de potencia diferentes desarrolladas para adaptarse a las siguientes placas de evaluación de EVAL-ADIN1100EBZ (Figura 4), EVAL-ADIN1110EBZ y acelerar la fase de diseño y prueba.

Figura 4: SPE simplificará las redes, permitiendo rangos de transmisión de hasta 10 Mbps en distancias de hasta 1000 m, como se muestra en este diagrama de bloques simplificado de EVAL-ADIN1100EBZ. (Fuente de la imagen: TDK)

Placas de interfaz con dos modos de funcionamiento

El PHY Ethernet 10BASE-T1L resistente, industrial y de bajo consumo ADIN1100 de Analog Devices cumple la normativa ROHS3, tiene un Nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) 1 (ilimitado) y un estado No afectado por REACH que ofrece una plataforma flexible para la evaluación rápida del PHY 10BASE-T1L resistente y de bajo consumo ADIN1100 de Analog Devices.

La EVAL-ADIN1100EBZ (Figura 5) ofrece conexiones Ethernet de par único (SPE) a 10 Mbps con dispositivos a través de una distancia considerable de 1.7 km de cable, con una placa de evaluación que dispone de dos modos de funcionamiento, lo que proporciona la máxima flexibilidad. Se puede acceder al conjunto completo de ajustes de registro del ADIN1100, como diagnósticos y diagnósticos de monitorización de la calidad del enlace, cuando se conecta a un PC con el software GUI del ADIN1100.

Figura 5: Placa de evaluación de la interfaz Ethernet PHY ADIN1100. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

Alternativamente, mediante el ajuste de los interruptores y enlaces de configuración del hardware, la placa EVAL-ADIN1100EBZ puede funcionar en modo autónomo. Los operadores pueden supervisar el estado de los LED integrados, facilitado por las interfaces de datos y gestión ADIN1100, que pueden configurarse fácilmente para conectarse a un controlador host externo, utilizando una placa de evaluación de gestión de alimentación PoE EVAL-SPOE-KIT-AZ LTC4296-1.

Conclusión:

Single Pair Ethernet (SPE) de calidad es crucial para construir una infraestructura sólida y fiable para el Internet de las cosas industrial (IIoT).

TDK Electronics, junto con Analog Devices Inc., tienen la reputación de suministrar SPE de primera línea, para que pueda haber una comunicación fácil desde la nube hasta aquí abajo en la Tierra.