使用 ix 工業(yè)連接器提升工業(yè)以太網(wǎng)端口密度和可靠性

作者：Kenton Williston

機器人技術(shù)、機器視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 技術(shù)等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用在工廠使用量在迅速增加。因此，對高速通信的需求與日俱增。盡管工業(yè)以太網(wǎng)有幫助，但設(shè)計人員必須實現(xiàn)高端口密度，最大限度地減少電磁干擾 (EMI)，并確保物理連接堅固可靠。

ix 工業(yè)連接器的尺寸僅為 RJ45 連接器的四分之一，具有更強的 EMI 屏蔽性能和堅固耐用的配接能力，是專為滿足工廠自動化要求而設(shè)計的連接器產(chǎn)品。這種連接器已按照 IEC 61076-3-124 標(biāo)準進行標(biāo)準化，可支持多供應(yīng)商解決方案，并提供一整套精細的功能，以進一步增強智能工廠的能力。

本文簡要介紹工廠自動化的連接要求。然后介紹 [Hirose]的 ix 工業(yè)連接器，并說明如何使用它們來滿足各項要求。

工業(yè)以太網(wǎng)和 RJ45 連接器的挑戰(zhàn)

工業(yè)以太網(wǎng)有兩個適合智能工廠的關(guān)鍵特性：每秒 10 千兆比特 (10 Gbps) 的數(shù)據(jù)傳輸速率和以太網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。工業(yè)以太網(wǎng)采用相同的 TCP/IP 協(xié)議、CAT5e 和 CAT6 電纜以及 RJ45 接頭。這種互操作性簡化了智能工廠設(shè)備之間以及設(shè)備與企業(yè)系統(tǒng)之間的集成工作。

然而，工業(yè)環(huán)境給連接器造成了更大的物理壓力，而且隨著端口密度的不斷增大，設(shè)計人員需要占地面積更小的連接器來進一步減少 EMI。如圖 1 所示，與 RJ45 連接器相比，ix 工業(yè)連接器可減少 75% 的安裝空間。同時，這款連接器還大大提高了耐用性和抗 EMI 性能（圖 2）。

圖 1：ix 工業(yè)連接器（左）比傳統(tǒng) RJ45（右）小 75%。（圖片來源：Automation World）

圖 2：ix 工業(yè)連接器實現(xiàn)了許多性能改進，以滿足工廠自動化要求。（圖片來源：Hirose）

盡管 ix Industrial 使用獨特的連接器，但它能夠兼容工業(yè)以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的其他部分。例如，這款連接器支持高達 10 Gbps 的 CAT6A 電纜以及高達 3 A 的以太網(wǎng)供電 (PoE) 和 PoE+。

基于這種兼容性，微型連接器已按照 IEC 61076-3-124 標(biāo)準進行了標(biāo)準化，以確保跨供應(yīng)商的互操作性，從而簡化設(shè)計流程，讓工程師能更自由地選擇產(chǎn)品。例如，Hirose 的 [ix 工業(yè)連接器系列] 與其他制造商的解決方案完全兼容。

ix 工業(yè)連接器還可用于多種以太網(wǎng)協(xié)議，包括 PROFINET、CC-Link IE TSN 和 GigE Vision：

• PROFINET 是一種由 Profibus 和 Profinet International (PI) 監(jiān)管且使用廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。該連接器用于可編程邏輯控制器 (PLC)、機器人、驅(qū)動器以及傳感器和執(zhí)行器的輸入和輸出 (I/O)。
• CC-Link IE TSN 是 CC-Link Partner Association 制定的標(biāo)準，用于將千兆以太網(wǎng)與時敏網(wǎng)絡(luò) (TSN) 結(jié)合在一起。該協(xié)議廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和汽車制造等先進行業(yè)。
• GigE Vision 是由 Automated Image Association (AIA) 管理的高性能工業(yè)相機接口標(biāo)準。該協(xié)議利用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了多種優(yōu)勢，如快速數(shù)據(jù)傳輸、更長的電纜長度、低成本和可擴展等。

除這些官方認可外，ix 工業(yè)連接器還可與許多其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議配合使用，具體包括 EtherCAT、Modbus TCP 和 Ethernet/IP。ix 工業(yè)連接器支持這些協(xié)議，并且堅固耐用，實現(xiàn)了小型化，是許多智能工廠應(yīng)用的理想選擇。其中包括：

• 機器視覺： 高分辨率攝像機可生成大量圖像數(shù)據(jù)，用于實時分析和制定決策。這充分利用了 ix 工業(yè)連接器的高數(shù)據(jù)傳輸速率和緊湊的外形，適用于安裝多臺攝像機。
• 機器人： 協(xié)作機器人和自主機器人依靠實時傳感器數(shù)據(jù)和控制信號實現(xiàn)安全高效的運行。ix 工業(yè)連接器堅固耐用，電磁干擾敏感性低，可確?？煽康臄?shù)據(jù)交換。
• 預(yù)見性維護： 在關(guān)鍵設(shè)備上安裝傳感器，可及早發(fā)現(xiàn)潛在故障，避免代價高昂的停機時間。ix 工業(yè)連接器外形扁平，設(shè)計堅固，非常適合在惡劣工作條件下使用小型傳感器。

節(jié)省空間的插頭和插座設(shè)計選項

ix 工業(yè)插座和插頭都以其能夠節(jié)省空間而著稱。如圖 3 所示，插座有多種配置：

• 直式插座 （如 [IX61G-A-10P]）可平行安裝，間距僅為 10 mm，可實現(xiàn)高端口密度。在這種配置下，6 個 ix 工業(yè)連接器的空間與 3 個 RJ45 連接器相同，從而大大減少了交換機、路由器和類似設(shè)備的占地面積。
• 外形扁平的水平插座 （如 [IX60G-A-10P]）的厚度只有 5.7 mm，不到 RJ45 連接器高度的一半，因此適合傳感器等應(yīng)用。
• 垂直插座 （如 [IX80G-A-10P]）可以從頂部插接，為設(shè)計人員帶來了更大的靈活性。

插頭有直式（如 [IX40G-B-10S-CV(7.0)]）和直角式（如 [IX30G-A-10S-CVL2(7.0)]）兩種。尤其值得一提的是直角式連接器，因為這種器件能夠降低連接高度，使得在狹小空間內(nèi)敷設(shè)電纜更容易。例如，這些插頭可以最大限度地減少與電纜彎曲半徑有關(guān)的問題，并有助于進行高密度菊花鏈連接。

機械和電氣復(fù)原性能

ix 工業(yè)連接器專為適應(yīng)工業(yè)條件而設(shè)計，其結(jié)構(gòu)堅固耐用，可抵御振動、沖擊和 EMI。插座外殼通過五個通孔焊腳安裝到印刷電路板（PC 板）上。這樣就形成了牢固的物理連接，以防止扳動和拉扯，從而保護信號觸點。這種結(jié)構(gòu)還能在插座外殼和電路板接地層之間實現(xiàn)牢固的連接。

插頭外殼包括集成電線端接單元和電纜夾（圖 4）。這樣可以防止電纜組件的連接部分受到電纜負載的影響。外殼壓接在一起，與插座的接地彈簧直接接觸，形成 360? 連續(xù)屏蔽，從而防止 EMI。

圖 4：ix 工業(yè)插頭為電線端接單元提供外殼保護，以防止物理損壞和防 EMI。（圖片來源：Hirose）

連接器還具有堅固耐用的卡入式鎖定機構(gòu)，可發(fā)出咔嗒聲并提供觸感。這種可靠的鎖定機構(gòu)可確保即使在劇烈振動的環(huán)境中也能可靠連接，并有助于連接器承受 5000 次配接操作。

Hirose 還提供采用鈀鎳觸點的 ix 工業(yè)連接器。例如，[IX30G-A-10S-CV(7.0)(01)] 插頭的觸點是 0.75 μm 鈀鎳加 0.05 μm鍍金。這些觸點比標(biāo)準的金觸頭更耐用，對于需要頻繁配接的應(yīng)用非常有用。

簡化裝配和測試

Hirose 建議使用線徑在 22 至 28 AWG 線規(guī)之間的電纜，以確保高質(zhì)量連接。電線可通過焊接或絕緣穿刺連接 (IDC) 端接，建議為現(xiàn)場端接插頭使用 IDC。這種端接方法使用 [HT803/IXG-8/10S-63-72] 等壓接工具來切割電線絕緣體，并一次性完成連接。

要獲得最經(jīng)久耐用的高質(zhì)量端接，最好使用焊接。Hirose 提供了許多支持這種端接方法的插頭，如 [IX40G-A-10S-CV(7.0)]。

為了測試電纜和組件，Hirose 提供 [DSX-CHA-5-IX-S]分析儀，這是一套用于 [Amprobe]（[Fluke Networks]旗下公司）的 [DSX CableAnalyzer] 的適配器。使用該分析儀，技術(shù)人員可以確保正常運行并簡化問題診斷。

結(jié)束語

設(shè)計人員可使用 ix 工業(yè)連接器在智能工廠應(yīng)用中實現(xiàn)高端口密度和可靠性。通過 IEC 61076-3-124 標(biāo)準化，設(shè)計人員可以確保不同制造商產(chǎn)品之間的互操作性。各種插頭和插座選項允許設(shè)計人員選擇安裝和電纜布線方向，以縮小設(shè)備占地面積，避免電纜受到應(yīng)力作用，并在實現(xiàn)高帶寬的同時將干擾風(fēng)險降至最低。

審核編輯 黃宇