http://www.microchip.com/8bitEU

Mare, puternic & conectat

6 NOIEMBRIE 2018

Cum se transformă vehiculele industriale datorită progreselor în Ethernet EMC

Autoturismul autonom a câștigat multă atenție și oferă promisiuni de viitor, dar nu este singurul vehicul care caută să fie automatizat.
Vehiculele industriale și camioanele încearcă, de asemenea, să profite de pe urma avantajelor creșterii autonomiei.
Vehiculele industriale, precum cele utilizate în construcție, agricultură și transport, reprezintă o provocare unică pentru tehnologiile de comunicare aflate în prezent în curs de dezvoltare pentru mașini, pentru că principala diferență este dimensiunea. Indiferent dacă este vorba des­pre lungime sau despre cir­­cum- ­ferința enormă, cablul de comu­nicație este mai lung decât în cazul unui auto­turism. Și pentru a înrăutăți situația, această lungime crescută a cablului înseamnă mai mult potențial de expunere la zgomot de mediu, ceea ce afectează negativ per­for­manțele de compatibilitate elec­tro­magnetică (EMC).

Autonomia în cazul vehiculelor industriale
Siguranța și eficiența sunt două beneficii care decurg din autonomia vehiculelor din construcții. De exemplu, siguranța poate fi îmbunătățită prin integrarea unor sisteme de camere de vizualizare, care să furnizeze o imagine în timp real pe 360° în jurul locului de intervenție, astfel încât interacțiunea mașină – om să fie redusă. Controlul de la distanță al vehiculelor industriale este un alt avantaj de siguranță al automatizării. Un exemplu ar putea fi implementarea telecomenzii pe un șantier. Prin îndepăr­tarea operatorului din vehicul, riscul rănirii acestuia este eliminat. O altă îmbunătățire a eficienței vine din integrarea sistemelor satelitare de navigație globală (GNSS) cu senzori de poziție și senzori inerțiali care pot automatiza sarcinile de lucru asupra solului, grăbind finalizarea sarcinilor.
Eficiența este, de asemenea, un scop al autonomiei în echipamentele de fermă. Prin combinarea unor sisteme de camere cu controlul direcției, cantitatea de recoltă distrusă de cauciucuri este redusă. Aceasta permite, de asemenea, o viteză mai crescută a vehiculului datorită preciziei cu care se poate poziționa vehiculului, crescând randamentul culturilor și reducând timpul de realizare a lucrărilor.
Nu în ultimul rând, și semi-remorcile integrează automatizare. Anul trecut, a fost pus în teste un camion complet autonom, care efectuează o livrare de bere.
Prin integrarea de camere, LIDAR (Light Detection and Ranging) și alți senzori, camionul a fost capabil să conducă autonom prin câteva state vestice din S.U.A. care permit accesul vehiculelor autonome. Tehnologia promite economii masive în ceea ce privește cost de energie, siguranță crescută și o utilitate mai mare a vehiculului.
Pentru a implementa aceste progrese în siguranță și eficiență, sunt necesare comunicații în întreg vehiculul, prin lungimi foarte mari de cabluri. Haideți să examinăm tehnologiile care sunt utilizate în automatizare cel mai adesea și compatibilitatea lor cu aceste vehicule industriale uriașe.

Tehnologii de comunicație
Pentru conectarea diverselor sub-sisteme video, audio, senzoriale și telematice, există în prezent câteva opțiuni de luat în considerare; CAN, CAN-FD, LVDS, MOST® și Ethernet sunt cele mai cunoscute. După cum am putut vedea, posibilitatea de lungime a cablului în cazul fiecărei tehnologii trebuie luată în considerare datorită dimensiunii enorme a vehiculelor în discuție.

Tabelul 1: Lățime de bandă și lungime de cablu pentru tehnologiile de comunicație

Tabelul 1 descrie viteza de transfer a datelor pentru tehnologiile de comunicație vs. lungimile de transmitere la cea mai ridicată lățime de bandă.

În vreme ce sunt potrivite pentru date senzoriale localizate, vitezele de transfer de date CAN și CAN-FD sunt prea mici pentru transmisie video. Video comprimat 4k poate consuma mai mult de 12 Mbps, considerabil mai mult decât se poate în cazul CAN-FD. Odată cu adăugarea de mai multe camere, va fi necesară o lățime mai mare de bandă.
O semiremorcă în S.U.A. poate ajunge până la o lungime de 18 m. Aceasta va elimina LVDS și 802.3bw (100Base-T1) ca tehnologii ce pot transmite semnal video fără repetoare sau switch-uri. Astfel, se ajunge la numai două opțiuni de comu­nicație cu viteză mare de transfer și pe distanțe mari: MOST și Ethernet cu tehnologie Quiet-WIRE®.

EMC – compatibilitate electromagnetică
Pentru a fi mare și puternic, trebuie să fi robust în medii dure. Aceasta înseamnă că atunci când există în apropiere o sursă de energie electromagnetică, să o ignorați. Și mai important, nu creați probleme EMC deoarece pierderile de comunicație vin odată cu acestea. Toate tehnologiile discutate mai sus sunt robuste, de vreme ce, acesta este motivul pentru care au fost selectate pentru utilizare în industria auto.

Tabelul 2: Metode de semnalizare pentru tehnologiile de comunicație

Tabelul 2 prezintă metodele de semnalizare prin care robustețea este proiectată în cablarea fiecărei tehnologii.
Tehnologia Ethernet câștigă teren în vehiculele industriale în fața tehnologiilor competitive, datorită performanțelor sale EMC respectabile și bine înțelese, a lățimii mari de bandă și, cel mai important, tehnologiei bazate pe standarde.

Haideți să examinăm cum sunt afectate performanțele Ethernet de EMC.
Componentele EMC, emisia și sensibilitatea, pot cauza pierderi de pachete. Aceasta este problema defectării transmiterii corespunzătoare a datelor sau a înțelegerii corecte a nodurilor sau link-urilor partenere. Sursa emisiei poate fi electronica din apropiere sau motoarele electrice ce induc zgomot în conductoarele Ethernet.

Figura 1: Performanțele PHY Quiet-WIRE vs. PHY standard

Pentru a reduce sensibilitatea acestor emisii, tehnologiile precum Quiet-WIRE îmbunătățesc sensibilitatea și filtrarea la nivelul circuitului receptor integrat în dispozitiv, reducând în același timp emisia de zgomot din partea transmițătorului.
BCI (Bulk Current Injection) este o metodă frecvent utilizată pentru performanțele cu privire la imunitatea la zgomot. Figura 1 prezintă performanțele receptoarelor bazate pe Quiet-WIRE utilizând metoda BCI. Datele confirmă că receptoarele Quiet-WIRE au transmisii fără erori în prezența injectării unui zgomot de curent de 200 mA, pe domeniul complet de frecvență de la 1 MHz la 400 MHz, depășind limitele OEM din industria auto. Prin contrast, receptoarele care nu utilizează tehnologia Quiet-WIRE sunt supuse unei degradări semnificative a recepționării semnalului de 9dBm – performanțe aproape de 10X mai slabe.
Un alt avantaj al tehnologiei Quiet-WIRE este Indicatorul de Calitate al Semnalului. Această valoare numerică aproximează un raport semnal-zgomot și este o măsură a lungimii cablului, a calității acestuia și a zgomotului din mediu. Acesta poate fi monitorizat în timp real și poate fi utilizat pentru a prezice erorile de funcționare a legăturii sau pentru a asigura că standardele de performanță sunt respectate pentru o operare sigură.

Figura 2: Diagrama unei rețele de vehicul industrial

PHY-uri și switch-uri Quiet-WIRE®
O rețea completă Quiet-WIRE poate fi imple­mentată utilizând PHY KSZ8061 și switch-ul KSZ8567 de la Microchip Technology.
Figura 2 prezintă o diagramă bloc pentru un vehicul industrial cu aceste componente. PHY KSZ8061 și switch-ul KSZ8567 dispun de o opțiune cu pin de legătură pentru activarea Quiet-WIRE la momentul fabri­cației, fără a fi necesară o intervenție software.
Cu toate acestea, dacă se dorește, filtrul poate fi dezactivat prin software.
Un avantaj suplimentar al tehnologiei Quiet-WIRE este acela că este compa­tibilă cu dispozitivele standard Ethernet.
De exemplu, un dispozitiv standard Ethernet, precum o unealtă de diagnosticare, poate fi utilizat cu switch-ul Quiet-WIRE și să prezinte performanțe îmbu­nă­tățite față de operarea cu Ethernet standard.
Există douăzeci și patru de produse Ethernet cu tehnologie Quiet-WIRE de la Microchip, din care puteți selecta, inclusiv produse calificate AEC-Q100, suportând temperaturi extinse de până la 105°C.

Să devenim puternici
Acum este posibilă obținerea unei operări robuste și sigure în aplicațiile cele mai mari și puternice, precum cele care se întâlnesc în construcții, agricultură și în cazul semi-remorcilor.
Cu un portofoliu complet de produse Quiet-WIRE care se adresează problemelor cheie de proiectare legate de lungime de cablu, viteză de transfer de date și EMC, integrarea de funcții legate de auto­nomie este în dezvoltare. Quiet-WIRE și perfor­manțele sale îmbunătățite EMC de peste 10X pe lungimi de cablu de până la 80 de metri vor fi în mod cert utilizate într-o eră a vehiculelor industriale mai sigure și mai productive.

Resurse suplimentare: Pentru mai multe informații asupra tehnologiei Quiet-WIRE, vizitați: www.microchip.com/quiet-wire
Surse:
www.forconstructionpros.com/equipment/earthmoving/excavators/product/12075529/volvo-construction-equipment-volvo-ew160e-ew180e-wheeled-excavators
www.youtube.com/watch?v=yAsi7m3X8pI
www.cat.com/en_US/by-industry/mining/surface-mining/surface-technology/command/command-for-dozing.html
www.komatsuamerica.com/innovation/intelligent-machine-control
www.deere.com/en_US/products/equipment/ag_management_solutions/guidance/guidance.page
www.forbes.com/sites/alanohnsman/2016/10/25/this-buds-for-the-robot-otto-anheuser-busch-claim-first-automated-truck-shipment/#5c122c845615
http://blog.streamingmedia.com/2015/01/4k-streaming-bandwidth-problem.html

Surse tabel 1:
https://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus
www.copleycontrols.com/Motion/pdf/CAN-Bus.pdf
www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1856
www.ieee802.org/3/1TPCESG/public/BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.2.pdf

Injecție de curent:
www.cvel.clemson.edu/workshop/pdf/AutoEMC-Workshop-Steffka.pdf
www.rapidtables.com/convert/power/Watt_to_dBm.htm

de Jason Tollefson, Sr. Marketing Manager la Microchip Technology

Microchip Technology |  www.microchip.com
Sigla-Microchip

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre