Cấp nguồn qua Ethernet – ứng dụng tiềm năng cho công nghiệp ngày nay

Phải mất đến 10 năm hay thậm chí lâu hơn để các công nghệ Ethernet cấp doanh nghiệp được sử dụng cho các ứng dụng trong công nghiệp. Do những ưu thế sẵn có, cấp nguồn qua Ethernet (PoE) sẽ tốn ít thời gian hơn.

GarrettCom tin rằng công ty đã góp phần nhanh chóng đưa ra chuyển mạch PoE công nghiệp đầu tiên vào đầu năm 2005, chưa đầy 2 năm sau khi tiêu chuẩn IEEE 802.3af (cấp nguồn qua Ethernet) được xác nhận. Hiện nay, công ty cũng cung cấp PoE như là một lựa chọn cấu hình về các chuyển mạch Ethernet công nghiệp có quản lí. Tiêu chuẩn PoE được áp dụng tháng 6 năm 2003, cho phép người sử dụng cấp nguồn cho các thiết bị thông qua kết nối cáp Ethernet. Ban đầu nó được phát triển để cấp nguồn cũng như khả năng kết nối mạng trong các lĩnh vực mà chi phí cung cấp hay việc triển khai không thể thực hiện do các yếu tố vật lí – kết nối dây điện hạn chế khả năng triển khai. Do đó, PoE đã góp phần vào sự tăng trưởng thị trường VoIP và thị trường không dây bởi vì nó đơn giản hóa nhiệm vụ nghiên cứu RF: các điểm truy cập có thể được di chuyển dễ dàng do không đòi hỏi cấp nguồn AC. PoE có ảnh hưởng quan trọng đến các ứng dụng công nghiệp. Sự đơn giản của việc kết hợp tín hiệu và nguồn trong một kết nối cáp Ethernet góp phần truyền nhanh chóng tới các hệ thống điều khiển công nghiệp Ethernet-based. Các thiết bị truy cập không dây, điện thoại IP, các camera giám sát, và sử gia tăng số lượng các thiết bị đặc biệt hiện nay, chứng minh rằng PoE có thể giúp giải quyết các vấn đề thông tin công nghiệp và các ứng dụng hệ thống điều khiển bằng những phương thức tiên tiến. Cảm biến công nghiệp PoE và các thiết bị điều khiển hiện nay đã được đưa vào sử dụng. Trong khi đó nguồn có trong thiết bị được kết nối PoE hạn chế đối với mức tải khoảng 13 watts, phần lớn cảm biến công nghiệp hiện đại mất chưa đến 10 watts. Nó có thể nhanh chóng cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống SCADA qua cổng trên chuyển mạch Ethernet, cùng với các thiết bị không thuộc về truyền thống như điện thoại, camera và PC. PoE cung cấp khả năng cho mạng công nghiệp công suất cao tiêu chuẩn kinh tế dựa trên những tính năng sẵn có. Phần một của bài nghiên cứu này đề cập đến ứng dụng của PoE đối với công nghiệp và sự đoán. Phần hai đề cập ngắn gọn đến công nghệ đằng sau PoE. PoE trong các ứng dụng công nghiệp Công nghệ PoE đem đến nguồn cũng như truyền dữ liệu tới các thiết bị thông qua kết nối cáp Ethernet cặp đôi tiêu chuẩn trong một mạng. Do vậy, PoE cung cấp một phương pháp tiêu chuẩn mới cho thiết bị cấp nguồn (Power Sourcing Equipment (PSE)) nhằm cung cấp nhiều thiết bị nguồn (PDs) trong những lĩnh vực mà khả năng về vật lí và tài chính không cho phép cấp nguồn AC. Tiết kiệm chi phí đồng thời nâng cao độ tin cậy có liên quan đến việc không phải lắp đặt và duy trì kết nối dây nguồn bên cạnh việc kết nối cáp Ethernet, đặc biệt là ở những vị trí xa xôi, khuyến khích người sử dụng công nghiệp đánh giá được ứng dụng ngay tức thì về công nghệ này. Hiện nay, ứng dụng chính của PoE là cho các điện thoại VoIP thế hệ mới. PSE của hệ thống điện thoại nằm trong hộp kết nối dây sử dụng trong lĩnh vực văn phòng, và PD là các điện thoại IP ở các bàn cá nhân. Tín hiệu dữ liệu và nguồn sử dụng cho điện thoại IP thường được cấp nguồn bởi một cáp đơn từ phòng kết nối dây tới bàn hơn là đòi hỏi cấp nguồn AC cho từng bàn riêng. Nguồn cấp cho điện thoại là 48VDC được sử dụng để cấp nguồn cho các loại điện thoại trong hàng chục năm qua. Một thiết bị được gọi là Midspan Power Source (MPS) (cấp nguồn điện giữa nhịp) đã được phát triển nhằm sử dụng cho các ứng dụng văn phòng để cấp nguồn PoE cho mạng Ethernet hiện nay khi mà chuyển mạch Ethernet không được cấu hình như một PSE. Hộp MPS nằm giữa chuyển mạch Ethernet hiện nay và các PD mục tiêu. Trong khi đó, có lẽ là sẽ hiệu quả hơn việc thay thế chuyển mạch Ethernet hiện tại bằng 1 chuyển mạch PoE, MPSs có một điểm yếu khác trong một hệ thống đòi hỏi độ ứng dụng cao. Ngoài ra, không có MPS công nghiệp nào bền vững trong bài viết này. Hình 1: Ứng dụng cấp nguồn qua Ethernet cấp doanh nghiệp điển hình Khó khăn thường gặp trong việc mở rộng các tiêu chuẩn Ethernet mới cho thị trường công nghiệp là: vì sao xây dựng chuyển mạch cho tiêu chuẩn PoE mới trong khi không có thiết bị nào có thể tận dụng ưu thế đó: vì sao xây dựng các thiết bị sử dụng tiêu chuẩn PoE mới khi không có chuyển mạch nào hỗ trợ chúng? Do tiềm năng rất lớn mà PoE tạo ra, GarrettCom giúp phá vỡ được sự bế tắc. Bằng cách tích hợp chuyển mạch Ethernet, cấp nguồn PoE, và các phụ kiện chắc chắn trong công nghiệp, GarrettCom mang đến một giải pháp hỗ trợ PD cấp công nghiệp. Các thiết bị PSE/MPS được tích hợp, với chuyển mạch Ethernet cấp nguồn PoE cho các ứng dụng Ethernet công nghiệp thay đổi khả năng thiết kế mạng. Chuyển mạch tiện lợi cấp nguồn PoE Magnum™ PS14P 4 cổng giúp tiết kiệm chi phí và không gian đồng thời nâng cao độ tin cậy đối với nhiều ứng dụng công nghiệp. OEMs và nhà cung cấp thiết bị công nghiệp đã nhiệt liệt chào đón chuyển mạch này như một phương tiện mở rộng lĩnh vực dịch vụ của mình. Thí dụ, Dataradio Inc. của Canada triển khai chuyển mạch Magnum PoE với phạm vi ứng dụng rộng rãi, hệ thống radio HiPR900 được sử dụng trong các ứng dụng SCADA và các ứng dụng công nghiệp đo từ xa. Khả năng PoE tích hợp và plug-and-play của chuyển mạch có trong một gói nhỏ lí tưởng cho các trạm phụ từ xa và những vị trí khác với đang có những hạn chế nhất định. Bằng cách bổ sung PoE như một lựa chọn dòng chuyển mạch Magnum 6K, GarrettCom tiếp tục mở rộng sự có mặt của các chuyển mạch hỗ trợ các PD PoE-enabled. Các công ty như Siemens đang đi tiên phong về kết nối truy cập không dây PoE, và các camera an ninh PoE hiện có sử dụng để triển khai trong các ứng dụng công nghiệp và giao thông từ xa. Bằng cách kết hợp PD cấp doanh nghiệp cũng như xây dựng các sản phẩm công nghiệp mới như cảm biến và bộ điều khiển, con số các nhà cung cấp trong thị trường công nghiệp cũng không ngừng tăng lên, trong đó có thể thấy được như Sixnet, đang tận dụng ưu điểm của PoE như một tiêu chuẩn Ethernet toàn cầu, do đó mở rộng LAN Ethernet hơn cho các hệ thống công nghiệp có tính hữu dụng cao. Công nghệ đằng sau PoE Cũng giống như hệ thống điện thoại truyền thống, PoE cung cấp nguồn và kết nối mạng thông qua một cáp đơn. Ưu điểm của PoE so với các giao thức khác là sự có mặt khắp mọi nơi của Ethernet, điều này thúc đẩy sự phát triển của các sản phẩm hỗ trợ tiêu chuẩn – không chỉ trong thị trường doanh nghiệp nơi nó được sinh ra mà còn trong rất nhiều ứng dụng trong môi trường công nghiệp. Ngày càng được ứng dụng trong các hệ thống công nghiệp mới và các hệ thống nâng cấp, các mạng Ethernet càng chứng tỏ ưu thế hơn so với các mạng nội bộ chuyên dụng. Truyền dữ liệu Ethernet đòi hỏi hai trong số bốn cặp đôi dây trong cáp Ethernet CAT5 tiêu chuẩn. Cáp CAT5 là phương tiện kết nối Ethernet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. PoE cũng sử dụng 2 dây cặp đôi, và tiêu chuẩn IEEE 802.3af cho phép cặp đôi không được sử dụng cũng như cặp dữ liệu để truyền tải điện. Hình 3a và 3b cho thấy hai cách thức tiếp cận này. Như đã được đề cập ở trên, một MPS được phát triển nhằm đưa nguồn vào dây cáp trong những triển khai Ethernet cấp doanh nghiệp hiện nay. MPS được đặt giữa chuyển mạch trung tâm và PDs mục tiêu. Trong PDs, một “bộ sàng” hay “bộ tách” tách dòng điện từ các dây trong cáp đồng thời cho phép xử lí tín hiệu dữ liệu như bình thường. Các sản phẩm như chuyển mạch 6K Magnum và chuyển mạch Magnum PS14P PoE của GarrettCom loại bỏ yêu cầu hộp MPS bằng cách xây dựng “máy phun” trong chính chuyển mạch đó. Rõ ràng, với chỉ vài trăm đô la cho các bộ chuyển mạch PS14P 4 cổng, chúng ta có thể đạt được lợi thế từ độ tin cậy được nâng cao của từng đơn vị một để cung cấp cả việc truyền dữ liệu lẫn nguồn. 6K series mở rộng độ linh hoạt PoE bằng cách cho phép cổng PoE và không PoE đồng tồn tại trong những bộ phận có rack cắm lớn hơn. Không cần phải kết hợp hộp MPS vào môi trường công nghiệp do chuyển mạch không sử dụng PoE hiện nay có thể được tái triển khai cho những khu vực khác của mạng Tiêu chuẩn 802.3af đảm bảo độ an toàn của PDs bằng cách quy định điện trở 25k ohm trong PD. Nguồn được sử dụng không chỉ khi một “quá trình khám phá” chạy từ PSE dò điện trở. Nếu một thiết bị tương thích 802.3af được tách ra từ mạng, hoặc PoE độc quyền hay thiết bị không PoE được gắn vào, không nguồn nào được truyền bởi PSE. Ngoài ra, tiêu chuẩn PoE đòi hỏi bảo vệ dòng điện tăng quá cao, dò lỗi để bảo vệ xa hơn về PDs khỏi ngắn mạch, dòng điện tăng quá cao hay mất điện. Dưới tiêu chuẩn PoE, các đặc điểm như ngắt nguồn điện từ xa hay cài đặt lại từ xa có thể được thực hiện sử dụng một gói quản lí hệ thống như giao thức quản lí mạng đơn giản (SNMP). Những chi tiết này cung cấp thêm độ linh hoạt trong việc triển khai PD ở cấp mạng công nghiệp. Tóm tắt Với sự ra đời của PoE, các nhà cung cấp Ethernet công nghiệp và người sử dụng đã có một công nghệ mới ứng dụng trong những môi trường đòi hỏi cao như các trạm phụ, mỏ khai thác đá, các hệ thống vận tải, nhà máy sản xuất, và nhà kho. Trong các khu công nghiệp và nhà máy lớn đòi hỏi cấu hình thay đổi theo một nền tảng thường xuyên, khả năng tách kết nối dây điện có giá thành cao khỏi việc đặt PDs chiếm ưu thế cao. Trong môi trường mà mục tiêu hạn hẹp cũng như nhu cầu về năng suất không thay đổi, sự đơn giản của PoE khiến nó trở thành một ứng cử viên sáng giá cho ứng dụng trong nâng cấp hệ thống. Với chuyển mạch công nghiệp PoE-enabled và PDs xuất hiện trên thị trường, GarrettCom dự đoán công nghệ này sẽ nhanh chóng được ứng dụng khi cả nhà cung cấp và người sử dụng công nghiệp đều nhận ra rằng đây là cách tiết kiệm chi phí và nâng cao độ tin cậy cũng như sự thuận tiện trong lắp đặt. HIENDAIHOA.COM

->Read More...