As redes industriais podem controlar equipamentos de oficinas de fábrica, transmitir dados e imagens para monitores remotos e alcançar comunicação e transmissão de dados sem interrupções tanto local como remotamente.Ao longo dos anos, the Ethernet technology used in this network has evolved from 10BASE-T systems capable of transmitting 10 Mbps to wired Ethernet and wireless 5G transmission networks capable of supporting up to 400 GbpsEste progresso baseia-se em componentes de rede que ligam dispositivos a uma rede local (LAN) através de cabos Ethernet para melhorar a transmissão de sinal e gerir o fluxo de dados.
Os projetistas podem escolher dispositivos de rede industrial individuais ou combinar os melhores componentes em produtos fáceis de implantar.A compreensão das várias opções é o primeiro passo para a implementação de uma rede industrial orientada para o futuro.
Componentes para a realização de interconexões industriais
Em redes industriais, cada dispositivo contém uma camada física (PHY), que é um chip Ethernet incorporado em sua placa de circuito impresso (PCB).
Os dados que saem do dispositivo são geralmente transmitidos através de meios físicos, como cabos Ethernet.A maioria dos novos dispositivos suporta pelo menos 1000BASE-T Ethernet, o que significa que os dispositivos podem transmitir ou receber dados a velocidades de até 1000 Mbps (ou 1 Gb/s) através de linhas de dados compostas por múltiplos cabos de par torcido.
O módulo de conector integrado (ICM) está localizado entre o PHY e o meio de transmissão, permitindo uma comunicação eficaz entre os dois.com uma tensão máxima de 80 V ou mais, mas não superior a 100 V,O ICM deve igualmente corresponder à impedância do PHY e do cabo e fornecer isolamento elétrico para proteger a ligação contra ondas elevadas, circuitos de ligação à terra e ruído do sinal,garantir a compatibilidade eletromagnética (EMC) no sistema.
O IMC está embutido 1:1 transformer will also be used to isolate the direct current (DC) bias used to operate the PHY from the DC bias used to transmit data or power to connected devices via Power over Ethernet (PoE) technology.
O ICM gerencia o PoE garantindo o desvio de corrente contínua entre dois cabos de par torcido utilizados para transmissão de dados ou entre dois cabos de par torcido não utilizados em cabos Ethernet.O PoE pode simplificar significativamente a fiação de aplicações de oficina de fábrica, mas deve ser feita uma selecção cuidadosa dos cabos, ICM e outros componentes da rede para garantir um mínimo de EMI.
Desempenhar o papel de PoE
Para implementar o PoE em ambientes industriais, os engenheiros precisam usar transformadores LAN, como a série TCxG do transformador LAN PulseChip da Pulse Electronics (Figura 1).Estes dispositivos podem transmitir dados a taxas de banda base de 1 Gbps, 2,5 Gbps, 5 Gbps, ou 10 Gbps, bem como 0 a 90 W de potência DC, através de quatro pares de cabos de pares torcidos.
Transformadores LAN da série PulseChip TCxG da Pulse Electronics
Figura 1: Os transformadores LAN da série PulseChip TCxG emparelhados com estrangulamentos magnéticos podem reduzir o ruído do sinal e fornecer 0 W a 90 W DC PoE e taxas de dados de até 10 Gbps. (Fonte da imagem: Pulse Electronics)
Os transformadores de núcleo de ferro de dispositivo de montagem de superfície (SMD) têm uma capacidade de isolamento elétrico de 1500 VRMS para reduzir o ruído e o EMI.A série TCxG cumpre ou excede os requisitos elétricos para equipamentos de comunicação Ethernet e Wi-Fi do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) 802.3 especificação, nomeadamente os requisitos de transmissão Ethernet 1G, 2.5G, 5G e 10GBASE-T, bem como os requisitos de aplicação PoE da classe 4 6/8 da IEEE 802.3bt.
O transformador de rede da série TCxG adota núcleos magnéticos de especificação 1812 (4732) e seu projeto é compatível com o layout padrão de PCB de seis almofadas.A série TCxG00P alcança uma capacidade de gestão PoE de 60 W num espaço de 4O transformador da série TCxG001P pode transmitir 90 W de potência e é projetado em um pacote de 4,60 ± 0,25 mm x 3,40 mm especificamente para layouts de núcleos magnéticos pequenos.Os engenheiros da Pulse Electronics recomendam deixar espaço extra no lado do cabo do transformador para reduzir o aumento da temperatura em alta potênciaA temperatura de funcionamento deste transformador é de -40°C a +85°C, incluindo o aumento da temperatura causado pelo autoaquecimento dos componentes.
Ambos os desenhos têm perdas de inserção inferiores a -1 dB a frequências de até 200 MHz.Os transformadores da série TCxG são especificamente concebidos para utilização com estrangulamentos magnéticos SMTEssas bobinas de estrangulamento ajudam a filtrar o ruído eletrônico nos sinais e são usadas em conjunto com transformadores LAN em taxas de dados para garantir a correspondência de impedância.Estes estrangulamentos são adequados para núcleos magnéticos menores 0805 (2012) (2,00 mm x 1,2 mm) e podem ser colocados de forma flexível no projeto de PCB devido à ausência de restrições de polaridade.
O transformador TCxG e o seu estrangulamento emparelhado adotam um projeto modular flexível, juntamente com suporte à função de alimentação PoE,tornando-a uma escolha ideal para aplicações como a interface homem-máquina (HMI), switches LAN Ethernet industriais, roteadores e servidores, bem como pontos de acesso sem fios 5G e Wi-Fi (WAP).
Combinação da Conectividade com o ICM
Embora especificar transformadores LAN e estrangulamentos magnéticos separadamente tenha flexibilidade, muitas aplicações exigem soluções integradas.ICM integra transformadores LAN com estrangulamentos magnéticos e tomadas RJ45 para tomadas de cabo Ethernet, mantendo a compatibilidade com os chips PHY comumente utilizados.
No ICM Ethernet da série Pulsejack JXT7 da Pulse Electronics (Figura 2), esses componentes trabalham juntos para alcançar velocidades de dados de até 10 Gbps conforme especificado pela IEEE 802.3an, ou operação de multi-taxa de 2.5 Gbps e 5 Gbps conforme especificado na norma IEEE 802.3bz. Esta série pode também fornecer até 140 W de potência CC, conforme especificado pela norma IEEE 802.3bt, através de cabos de par torcido (UTP) sem blindagem de 100 pés de comprimento (como cabos Cat5e ou Cat6).
ICM da série Pulsejack JXT7 da Pulse Electronics
Figura 2: O ICM da série Pulsejack JXT7 combina transformadores LAN, chokes magnéticos e tomadas RJ45, suportando taxas de transmissão de dados de 1 Gbps a 10 Gbps e até 140 W DC PoE.É embalado numa embalagem SMD resistente e durável, tornando-o uma escolha ideal para WAP. (Fonte da imagem: Pulse Electronics)
As dimensões gerais do JXT7 ICM são 34,29 mm de profundidade, 16,51 mm de largura e 13,33 mm de altura..3 R. Esta série apresenta um projeto de blindagem eletromagnética abrangente, incluindo placas de mola EMI superior e inferior, bem como placas de aterramento adicionais.Aplicáveis a aplicações industriais e ao ar livre na gama de temperaturas de -40 °C a +85 °C.
Elevar a construção da rede para um novo nível
ICM é um componente chave para conectar dispositivos individuais para redes Ethernet industriais, mas construir esta rede requer switches, roteadores,e antenas que possam corresponder à taxa de transmissão de dados dos dispositivosA fim de manter a utilização do espaço de oficina de fábrica alcançada pela tecnologia compacta ICM e PoE, estes dispositivos de rede precisam de se adaptar ao layout de PCB existente.
Um dos métodos para alcançar essa taxa de utilização é o uso de Ball Grid Array (BGA), que pode alcançar uma embalagem de alta densidade de componentes de rede em dispositivos SMD.O módulo LAN SMD BGA Ethernet de 1 GB da Pulse Electronics (Figura 3) suporta conexões Ethernet de 10BASE-T a 1000BASE-T, proporcionando até 70 W de PoE de CC a densidades inferiores a 140 mm2 por porta.
Módulo LAN SMD BGA Ethernet de 1 GB da Pulse Electronics
Figura 3: O módulo LAN SMD BGA Ethernet de 1 GB da Pulse Electronics é um switch de rede atualizável que suporta PoE avançado e também suporta taxas de transferência de dados de até 1 Gbps. (Fonte da imagem:Eletrónica de pulso)
Estas unidades podem ser instaladas em locais que suportam componentes mais antigos com taxas de dados mais baixas ou menor potência, e podem ser instaladas no espaço atrás de um conector 2xN com duas fileiras de portas,cada linha contendo de um a oito portosA temperatura nominal de funcionamento dos módulos concebidos para ambientes industriais é de -40 °C a +80 °C.
Estes módulos de alta densidade também suportam a adição de antenas 5G para comunicação de vídeo sem fio.As soluções de antena de aplicação 5G, como a antena da Pulse Electronics (Figura 4), podem ser instaladas no interior dos dispositivos em PCBs ou placas de circuito flexíveis (FPCs), ou externamente através de hardware ou ímãs. A selecção de antenas depende da taxa de transmissão de dados necessária e largura de banda, a distância do receptor,e obstáculos ou factores de interferência durante a transmissão de dados.
Estas antenas suportam a transmissão 5G na faixa de frequências média a baixa entre 617 MHz e 7125 MHz.Os dados podem ser transmitidos de sensores para dispositivos inteligentes a altas taxas de dados e baixa latência.