工業乙太網
工業網路延遲要求趨嚴 實體層元件性能提升不可免
智慧製造是未來製造業發展的大趨勢,設備聯網則是智慧製造不可或缺的骨幹。乙太網路(Ethernet)具有低成本、容易布署的優勢,在工業生產現場已經存在多年。但隨著新一代工業乙太網對網路延遲提出更嚴格的要求,負責收發網路訊號的乙太網實體層(PHY)元件,必須在規格上有所升級。
德州儀器(TI)半導體行銷與應用產品應用經理林家賢表示,乙太網是目前世界上應用最廣的有線網路技術之一,應用領域遍及資料中心、個人電腦(PC)、工業甚至汽車等不同市場。但資料中心、PC等資訊應用對乙太網的要求,跟工業應用的要求是不同的。資通訊應用對乙太網的需求,多半聚焦在頻寬上,但在工業應用領域,網路延遲、抗干擾與訊號傳輸距離,是比網路頻寬更重要的規格要求。
因此,工業界在標準乙太網的基礎上,發展出許多不同的衍生標準,如EtherCAT、Ethernet/IP、Profinet等,以確保重要的資訊封包能在指定時間內送達,並滿足其他工業環境特有的要求。而隨著工業自動化、智慧化的程度不斷增加,網路在工業現場所扮演的角色更加吃重,負責制定乙太網標準的IEEE也跟著與時俱進,發展出時效性網路(TSN)標準;既有的工業乙太網標準陣營,也大多宣布將採納TSN,發展出新的工業乙太網標準。可以預期的是,未來工業網路設備對延遲的要求,只會比現在更加嚴格。
為滿足工業網路設備對延遲、網路強固性與傳輸距離的要求,TI近期發表一系列乙太網實體層元件,其中包含專為工業乙太網設計的方案,不僅將最大延遲壓到40ns(Tx)與170ns(Rx),同時還內建符合IEC 61000-4-2規範要求的靜電防護能力,且最遠傳輸距離可超過150公尺。此外,這款PHY元件可支援多種現有的工業乙太網標準,因此工業設備或網通設備業者,可以將此元件應用在不同產品線中。
進軍工業物聯網市場 Dialog收購Creative Chips
看好工業物聯網(IIoT)商機,戴樂格半導體(Dialog)近日宣布收購IIoT晶片供應商Creative Chips GmbH,透過此一收購,戴樂格獲得多家具備近20年信賴關係的頂級工業客戶,不僅能立即搶進IIoT供應鏈,成為IIoT解決方案供應商,同時也將擴大戴樂格現有無線低功耗連接、可配置混合訊號和電源管理IC的全球業務範疇,建立重要的戰略基礎。
戴樂格半導體CEO Jalal Bagherli表示,收購Creative Chips而言對Dialog至關重要,不但協助該公司在工業物聯網市場迅速站穩腳步,同時也與Dialog目前混合訊號業務高度互補。Creative Chips的加入及其經驗豐富的工程師團隊,將透過工業領域布局以及汽車產業方案的強化,進一步擴大該公司的產品收入、客戶群和終端市場範圍。
據悉,Creative Chips是一家無晶圓廠半導體公司,其IC業務持續成長,該公司 2019年的預計營收約2,000萬美元,且預計未來幾年將以每年超過25%的速度增長。
Creative Chips為工業和建築自動化系統製造商提供廣泛的工業乙太網和其他混合訊號產品組合;而其所擁有技術經過最佳化,可快速將大量IIoT感測器與工業網路相連接;同時該公司以悠久的客製化IC業務為基礎,開發了一系列高度互補的標準IO-Link IC產品,在工業4.0革命中提供更廣泛的連接性。
此次收購對戴樂格而言具有高度戰略意義,使其立即成為IIoT市場的可靠供應商,並及早掌握IIoT市場的巨大成長潛力。此外,Creative Chips也為戴樂格提供了豐富的核心IC產品組合以及廣泛的相關類比、數位和RF技術庫,其所具備的豐富專業技能與戴樂格既有的全球工程、行銷以及業務團隊將結合,將能在全球有效加速IC業務增長。
簡而言之,兩家公司都具備完善的無晶圓廠半導體商業模式,且聚焦於混合訊號產品和技術;而憑藉戴樂格原有的全球規模、營運、產品開發及IC技術資源優勢,兩家公司合併後將強勢且迅速掌握IIoT市場商機。
Creative Chips為IIoT方案供應商。
工業聯網技術一路演進 TSN將成未來主流
工業自動化由來已久 聯網技術代代相傳
工業自動化與通訊網路(簡稱工業網路)的發展史,可追溯到20世紀初期。當時製程控制與生產系統,都是採用機械科技搭配類比裝置,以透過中控系統來遙控,這些技術至今仍非常普遍。到了1960年代,工業自動化便從類比時代進入數位時代。由於數位化電腦的出現,廠商開始使用數位化電腦來當作各種工具機的數位控制器,並配置直接數位控制(Direct Digital Control, DDC)的專屬面板,成為工業自動化儀器的主要操控模式。
由於工廠需求要更穩定耐用,因此可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)被開發出來,並大量應用於工廠自動化。到了1980年代,區域網路(Local Area Network, LAN)技術的出現,不僅讓電腦之間可以互相連接、傳遞資料,同時也可以連接各種自動化設備以便控制。而LAN的標準中,又以迪吉多(DEC)、英特爾(Intel)和全錄(Xerox)共同開發出來的乙太網(Ethernet)為主流。當時最早的工業網路,主要是應用在各種生產過程的資料蒐集,到了1990年代,自動化控制網路逐漸蔓延開來。
因應不同需求 工業網路走向多層架構
近20年來,在資訊科技、通訊技術與工業技術的進步之下,工業自動化已經躍升到嶄新的階段,以工業網路來說,各種光纖、無線網路技術的應用也陸續導入工廠環境。工業自動化根據不同產業特性與需求,其所衍生出來的自動控制系統也有所不同,若照系統輸出與輸入量的關係,可分出線性、非線性控制系統,不同系統有不同的通訊標準。以目前的工業自動化網路技術來說,可以分成5個層級,從低至高分別是:場域(Field)層、控制(Control)層、監控(Supervisory)層、計畫(Planning)層、管理(Management)層。
在第一層的場域層中,主要是由感測器(Sensors)和致動器(Actuators)組成,採用的通訊技術則有控制器區域網路(CAN)、DeviceNet、Honeywell SDS、ASI、Bitbus、Profinet、P-Net、Seriplex、Sercos Interface等Sensorbus的工業匯流排標準。再往上的控制層,就可分成PC(以PC為主的控制系統)、PLC控制器、DCS(分散式控制系統)等控制系統,再加上CNC機台,就有Profibus、World FIP、EtherCAT以及 Profinet等領域匯流排(Fieldbus)的工業通訊標準。
到了第三層,這些以PC為主的工業電腦,來做監視、控制、處理、蒐集,因此所使用的工業網路通訊協定標準,則涵蓋了Ethernet、MAP、TCP/IP、EtherNet/IP、Modbus/TCP、Profinet等區域網路的通訊標準。而更上層則包含了計畫與管理層使用一般或商業PC,則使用有線乙太網標準,並建構廣域網路(WAN)的環境。工業網路標準的演進 工業乙太網將成主流,傳統的工廠環境中,每個生產設備大多是採用獨立的系統與工業標準,因此每個機台都只能獨立作業,其顯示的數值、產生報表等各種資訊,是無法與其他機台共享的,這是因為早期的機台並未有標準的通訊協定,使得各廠商各自開發自己的通訊協定或標準,讓工廠機台的資訊整合不易。
開放特性有助資訊整合 乙太網漸成主流
雖然有些機台提供傳統、速度慢的傳輸介面,例如RS232、RS422、RS485、
Modbus、CC-Link等。隨著資通訊科技的進步、網際網路流行,促使乙太網與Wi-Fi無線通訊技術發展成熟,加上近年來雲端應用、物聯網等新興議題,促使各產業的上下游資訊走向透通化,產業鏈的資訊整合成為企業的發展趨勢,促使工業領域吹起採用開放的乙太網路標準,以利於資訊整合,以提供給供應商或客戶,創造更多價值。
工業乙太網路(Industrial Ethernet)採用乙太網路的TCP/IP通訊協定,相容於IEEE 802.3標準,並會搭配不同的應用層來聯繫各自特有的協定,例如PROFINET 、Modbus-TCP、EtherCAT、EtherNet/IP、SERCOS III、SafetyNET p、VARAN以及Ethernet Powerlink等,讓硬體設備廠商捨棄傳統Serial Port而改用Ethernet Port,使用者就能利用一般CAT-5e網路線,來與其他設備或工業電腦做連線,不需額外的硬體配備。
此外,使用乙太網路的機台,不僅速度比傳統通訊埠還快,且既有的網路中繼器(Hub)、交換器(Switching Hub)、路由器(Router)、甚至無線基地台(Wi-Fi...
Littelfuse混合保護模組保護乙太網埠因持續過流/過壓損壞
Littelfuse近日推出一系列瞬態抑制二極體陣列(SPA二極體)中的首款產品。此系列產品旨在保護10/100/1000BaseT乙太網埠的兩條線路免因持續過流和過壓損壞。貫穿式布線使SP4031系列混合保護模組的電路可保護乙太網PHY晶片免因靜電放電(ESD)和雷擊導致的浪湧現象損壞。
在出現電源故障等長時間過壓問題時,該元件將展示出高阻抗。電源故障消除後,高阻抗狀態將重置。在出現快速瞬變現象時,該元件將箝制突波,從而保護下游晶片組免因浪湧或ESD損壞。
SP4031系列的低負載電容(每次輸入/輸出僅為2.5pF)和高浪湧處理能力(高達35A)使其成為保護乙太網和其他高速資料介面的理想選擇。SP4031系列混合保護模組的典型應用包括10/100/1000BaseT乙太網、(ITU K.21基本級規範)以及集成式磁性元件或ADSL/VDSL/G.fast數據機、工業乙太網和智慧電視。
SP4031系列混合保護模組將電子事業部一些最好的產品與半導體事業部一些最好的產品相結合,打造出針對乙太網保護設計工程師,提供已知良好的混合解決方案。其具有快速回應能力,可更快保護乙太網和其他高速介面,這意味著保護性能更出色,因為長期在過電壓或過電流的操作環境下,會縮短晶片壽命。