インダストリー4.0はデータ分析を通じて工場の生産性と効率性を向上させることであり、ネットワークインフラはさらに重要になります。産業ニーズに合わせて特別に導入された10BASE-T1L産業用イーサネット ネットワーク プロトコルは、インダストリー4.0の重要なインフラストラクチャになります。この記事では、10BASE-T1L規格の開発とADIが導入した製品ソリューションの全体像を示し、関連製品の開発に役立つ参考資料を提供します。
データとネットワークがインダストリー4.0の成功の鍵
インダストリー4.0の導入は、あらゆる現代の工場の運営に浸透しつつあります。インダストリー4.0の中核は、ビッグデータを通じて利益を獲得し、分析ソフトウェアを通じて産業運営を変更し、工場の設備と施設を維持することです。現在、データ処理、機械学習、人工知能の進歩により、自動化システムの開発がさらに促進されています。
インダストリー4.0の利点は、増加するデータを最大限に活用して、より適切な意思決定を行えることです。自動化システム全体において、データを時間内に取得して送信できるかどうかは、ネットワーク接続に左右されます。増加するデータ量に対応するためには、ネットワーク技術、製造プロセス、方法論を継続的に改善する必要があります。インテリジェントで相互接続された自動化環境では、情報の作成と共有のために、デジタル接続されたシステム、マシン、ロボットなどが必要です。これらのマシンが採用する通信モードと展開された工場通信ネットワークは、企業の中核であり、インダストリー4.0の実現を促進する鍵となります。
相互接続はインダストリー4.0のビジョンを実現するための中核であるため、相互接続を真に実現するためには、企業はより高度な情報技術（IT）または企業インフラストラクチャを工場エリアの制御ネットワークと統合し、工場エリア内のさまざまな既存のネットワークまたは生産ユニットが相互運用性をサポートするために協調的に共存する必要があります。また、生産の柔軟性と拡張性を高めながら生産性を向上させるには、プロセスのエッジからエンタープライズ クラウドまで、プロセス環境全体にわたってシームレスで安全な接続を実現することも必要です。
10BASE-T1Lはデータレートと出力が高い
10BASE-T1Lは、IEEE 802.3 cg標準とも呼ばれ、産業用イーサネット ネットワーク プロトコルです。このプロトコルにより、工場の最前線サービスを実行する基本的な操作機器 (センサー、バルブ、アクチュエーター、および制御装置) と、新しいスマート ファクトリーのインテリジェンスを実現するビットとバイトの金庫であるエンタープライズ データとの間の障壁を打破できます。10BASE-T1Lネットワークは、データと分析主導の工場運用モードへの変革を推進する重要な要因になります。
従来の工場のほとんどは4mA～20mAとHARTを使用しています® 通信インターフェース。データ帯域幅が低く、エンタープライズ コンピューティング インフラストラクチャへの統合範囲が限られているため、エンジニアはこれらの従来のエンドポイントに分析を適用できず、エンドポイントに供給できる電力とリモート操作機器の量も制限されます。
そのため、既存の4mA～20mAやHART機器を10BASE-T1Lに変換することで、データの利点が得られ、このデータを活用することで生産性や効率性を向上させることができます。インテリジェントで相互接続された工場では、通常、計画外のダウンタイムを削減し、エネルギーの無駄を減らし、設備やその他の資産をより有効に活用し、人員をより効果的に配置することができます。10BASE-T1Lは、企業ネットワークの範囲外で動作するセンサーやその他のエンドポイントを含む、工場のあらゆる場所にこれらの利点を拡張できます。
10BASE-T1Lはデータ レートと出力電力が高く、最長1 kmのケーブル長で最大10 Mbpsのデータ レートを実現できます。ゾーン0の本質安全アプリケーションのエンドポイントに最大500 mWの電力を供給できるため、4 mA ～ 20 mAやHARTシステムがサポートできるものよりも幅広く高度なエンドポイントを操作できます。また、ケーブル配線に応じて、非本質安全アプリケーションに最大60 Wの電力を供給でき、既存の設置済みのシングルツイストペアケーブルを再利用できます。豊富なデバイス管理オプションには、接続されたデバイスからの診断データの提供や、それらのデバイスに対するソフトウェア更新の提供が含まれます。さらに、各ノードのインターネット プロトコル (IP) アドレスにより、モノのインターネット機能が工場ネットワークのエッジまで拡張されます。IPアドレスを通じて、ノードを監視できるだけでなく、リモートで管理したり、企業のネットワーク インフラストラクチャと統合したりすることもできます。
ハードウェアの観点から見ると、10BASE-T1L通信に使用される物理媒体は単一のツイストペア ケーブル、または4 mA ～ 20 mAやHART通信を伝送する同じ配線であるため、10BASE-T1Lデバイスの実装は通常簡単です。802.3 cg規格は、危険な (防爆) 環境での設置もサポートしており、工場の過酷な動作環境に適しています。
低電力シングルポート10BASE-T1Lトランシーバー
ADIが発表したADIN1100は、IEEE 802.3 cgイーサネット規格に準拠し、長距離10 Mb/sシングルペア イーサネット アプリケーションをサポートする、産業用イーサネット アプリケーション向けの低電力シングル ポート10BASE-T1Lトランシーバーです。このデバイスは、イーサネットPHYコアと関連するすべてのアナログ回路、入力および出力クロック バッファ、管理インターフェイス制御レジスタとサブシステム レジスタ、およびリセットとクロック制御とピン構成を管理するためのMACインターフェイスと制御ロジックを統合しています。
アドイン1100
ADIN1100のPHYコアは、標準で定義されている1.0 V pk-pk動作と2.4 V pk-pk動作をサポートします。単一の1.8 Vまたは3.3 V電源レールで動作し、1.0 V pk-pk送信電圧レベルをサポートする低電圧オプションを提供します。ADIN1100は、1.0 V pk-pk動作、外部終端抵抗、独立したRx/Txピンを備えているため、本質安全アプリケーションに適しており、電源監視回路とパワーオン リセット回路を統合してシステム レベルの堅牢性を向上させます。
ADIN1100 MDIOインターフェースは、ホスト プロセッサまたはMACとADIN1100間の通信をサポートし、PHYコア管理レジスタ内の制御情報とステータス情報にアクセスする2線式シリアル インターフェースです。このインターフェースは、IEEE 802.3 Clause 45管理フレーム構造と互換性があります。IEEE 802.3規格の条項22のみをサポートするマイクロコントローラMDIOインターフェースは、デフォルトではADIN1100 MDIOインターフェースでは使用できません。一般的な代替案は、2つのGPIOピンを使用して、IEEE 802.3標準の条項45フレームをソフトウェアで複製することです。
ADIN1100は、MIIおよびRMII MACインターフェイスによる自動ネゴシエーション機能をサポートし、マスター/スレーブ選択、送信振幅、PHYアドレスを含むピン ストラッピングの非管理構成を使用し、25 MHz水晶発振器/25 MHz外部クロック入力 (RMIIの場合は50 MHz外部クロック) を備え、1.0 V pk-pkおよび2.4 V pk-pkの両方で1200メートルのケーブル延長範囲を備えています。リンク/アクティビティLEDを備え、小型の40リード (6 mm x 6 mm) LFCSPパッケージで提供され、多くのEMCテスト標準に合格しています。低消費電力で、MACインターフェースVDDIO電源電圧は3.3V / 2.5V / 1.8Vで、電源監視とPORを統合し、フレームジェネレータとチェッカー、さまざまなループバックモード、IEEEテストモードサポート、ケーブル診断など、さまざまな診断機能をサポートし、産業用温度範囲で動作できます。 − 40 ℃ 105まで ℃プロセス制御、ファクトリーオートメーション、ビルオートメーションなどにも応用できます。
結論
自動化システムの相互接続レベルの向上により、データ通信、分析、解釈が可能になり、工場エリアでの補助的なインテリジェントな意思決定と操作を実現できます。生産量、資産利用率、全体的な生産性を向上させることで新たな商業価値を創出し、インダストリー4.0のビジョンを真に実現することができます。ADIのADIN1100 10BASE-T1Lトランシーバーは、10BASE-T1Lを実装するための最適な選択肢であり、インダストリアル4.0インフラストラクチャの開発に弾みをつけます。
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