作者：Kenton Williston

　　工廠正在經(jīng)歷機器人、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)用的激增。結(jié)果是對高速通信的需求不斷增長。雖然工業(yè)以太網(wǎng)有所幫助，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)，并確保物理上堅固的連接。

　　ix 工業(yè)連接器的尺寸僅為 RJ45 連接器的四分之一，并具有增強的 EMI 屏蔽和堅固的插接功能，專為滿足工廠自動化要求而創(chuàng)建。該連接器根據(jù) IEC 61076-3-124 進行標準化，可支持多供應(yīng)商系列解決方案，并提供一套細致入微的功能，以進一步增強智能工廠的功能。

　　本文簡要回顧了工廠自動化連接要求。然后介紹了Hirose的 ix 工業(yè)連接器，并展示了如何使用它們來滿足要求。

　　工業(yè)以太網(wǎng)和 RJ45連接器的挑戰(zhàn)

　　工業(yè)以太網(wǎng)具有適合智能工廠的兩個關(guān)鍵特征：每秒 10 吉比特 (10 Gbps) 的數(shù)據(jù)速率和以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)。它使用相同的 TCP/IP 協(xié)議、CAT5e 和 CAT6 電纜以及 RJ45 連接器。這種互操作性使得智能工廠設(shè)備之間以及企業(yè)系統(tǒng)之間的集成變得更加容易。

　　然而，工業(yè)環(huán)境對連接器施加了更大的物理壓力，并且隨著端口密度的增加，設(shè)計人員需要更小尺寸的連接器，以進一步最大限度地減少 EMI。如圖 1 所示，ix 工業(yè)連接器與 RJ45 連接器相比，安裝空間減少了 75%。同時，它還顯著提高了耐用性和 EMI 抗擾性(圖 2)。

　　圖 1：ix 工業(yè)連接器(左)比傳統(tǒng) RJ45(右)小 75%。 (圖片來源：自動化世界)

　　圖 2：ix 工業(yè)連接器提供了許多性能增強功能來滿足工廠自動化要求。 (圖片來源：廣瀨)

　　盡管 ix Industrial 使用獨特的連接器，但它在其他方面與工業(yè)以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的其他部分兼容。例如，它支持高達 10 Gbps 的 CAT6A 電纜以及高達 3 安培 (A) 的以太網(wǎng)供電 (PoE) 和 PoE+。

　　基于這種兼容性，微型連接器已根據(jù) IEC 61076-3-124 進行了標準化，確保了跨供應(yīng)商的互操作性，從而簡化了設(shè)計流程，并為工程師在選擇產(chǎn)品時提供了更大的自由度。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)連接器還被選用于多種以太網(wǎng)協(xié)議，包括 PROFINET、CC-Link IE TSN 和 GigE Vision：

　　PROFINET 是一種廣泛使用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由 Profibus 和 Profinet International (PI) 監(jiān)管。它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)行器輸入和輸出 (I/O)。

　　CC-Link IE TSN 是 CC-Link 合作伙伴協(xié)會的一項標準，它將千兆位以太網(wǎng)與時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 相結(jié)合。它存在于半導(dǎo)體和汽車制造等先進行業(yè)中。

　　GigE Vision 是由自動圖像協(xié)會 (AIA) 管理的高性能工業(yè)相機的接口標準。它使用以太網(wǎng)來實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸、延長電纜長度、低成本和可擴展性等優(yōu)點。

　　除了這些官方認可之外，ix 工業(yè)連接器還可與許多其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議一起使用，包括 EtherCAT、Modbus TCP 和以太網(wǎng)/IP。憑借對這些協(xié)議的支持和堅固耐用的小型化，ix 工業(yè)連接器成為許多智能工廠應(yīng)用的絕佳選擇。這些包括：

　　機器視覺： 高分辨率相機生成大量圖像數(shù)據(jù)，用于實時分析和決策。這利用了 ix 工業(yè)連接器的高數(shù)據(jù)速率和緊湊的尺寸來實現(xiàn)多攝像機設(shè)置。

　　機器人技術(shù)： 協(xié)作和自主機器人依靠實時傳感器數(shù)據(jù)和控制信號來安全高效地運行。 ix 工業(yè)連接器的堅固性和低 EMI 敏感性可確?？煽康臄?shù)據(jù)交換。

　　預(yù)測性維護： 在關(guān)鍵設(shè)備上添加傳感器可以及早發(fā)現(xiàn)潛在故障，防止代價高昂的停機。 ix 工業(yè)連接器的薄型和堅固的設(shè)計使其非常適合惡劣工作條件下的小型傳感器。

　　插頭和插座的節(jié)省空間設(shè)計選項

　　ix 工業(yè)插座和插頭均具有顯著的功能，可以節(jié)省空間。如圖 3 所示，插座有多種配置：

　　立式插座(例如IX61G-A-10P)可以以僅 10 毫米 (mm) 的間距平行安裝，以實現(xiàn)高端口密度。在此配置中，六個 ix 工業(yè)連接器可以安裝在與三個 RJ45 連接器相同的空間中，從而顯著減少交換機、路由器和類似設(shè)備的占地面積。

　　薄型水平插座(例如IX60G-A-10P)的輪廓為 5.7 毫米，不到 RJ45 連接器高度的一半，使其適合傳感器等應(yīng)用。

　　垂直插座(例如IX80G-A-10P)可以從頂部插接，為設(shè)計人員提供了更大的靈活性。

　　圖 3：ix 工業(yè)插座有直立式、垂直式和水平式(分別為頂部、左側(cè)和底部)。插頭連接器有直型和直角配置。 (圖片來源：廣瀨)

　　插頭可采用直線方向(例如IX40G-B-10S-CV(7.0))或直角方向(例如IX30G-A-10S-CVL2(7.0))。直角選項尤其值得注意，因為它們降低了連接高度，并且更容易在狹小空間內(nèi)布線。例如，這些插頭可以最大限度地減少與電纜彎曲半徑相關(guān)的問題，并促進高密度菊花鏈連接。

　　機械和電氣彈性

　　ix 工業(yè)連接器專為承受工業(yè)條件而設(shè)計，具有堅固的結(jié)構(gòu)，可抵抗振動、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，可以抵抗扭轉(zhuǎn)和拉扯，從而保護信號觸點。它還在插座外殼和電路板接地層之間提供牢固的連接。

　　插頭外殼包括集成的電線端接單元和電纜夾(圖 4)。這防止了電纜組件的連接部分受到電纜上的負載的影響。外殼壓接在一起并與插座的接地彈簧直接接觸，形成連續(xù)的 360° 電磁干擾屏蔽。

　　圖 4：ix 工業(yè)插頭將電線端接單元包裹在外殼中，以防止物理損壞和 EMI。 (圖片來源：廣瀨)

　　該連接器還具有堅固的卡入式鎖定機制，可發(fā)出可聽和可觸的咔嗒聲。即使在劇烈振動的環(huán)境中，這種強制鎖定機制也能確保安全連接，并幫助連接器承受 5,000 次插拔。

　　Hirose 還提供帶鈀鎳觸點的 ix 工業(yè)連接器變體。例如，IX30G-A-10S-CV(7.0)(01)插頭使用 0.75 微米 (μm) 鈀鎳加 0.05 μm 鍍金觸點。這些觸點比標準金觸點更耐用，對于頻繁插拔的應(yīng)用來說非常有價值。

　　簡化組裝和測試

　　Hirose 建議使用線號在 22 至 28 美國線規(guī) (AWG) 之間的電纜，以確保高質(zhì)量連接。電線可以通過焊接或絕緣刺破連接 (IDC) 進行端接，建議將 IDC 用于現(xiàn)場端接插頭。這種端接方法使用壓接工具(例如HT803/IXG-8/10S-63-72) 來切斷電線絕緣體并一次性連接。

　　為了獲得最耐用和高質(zhì)量的端接，焊接是首選。 Hirose 提供多種支持這種端接方法的插頭，例如IX40G-A-10S-CV(7.0)。

　　為了測試電纜和組件，Hirose 提供了DSX-CHA-5-IX-S，這是一組適用于Amprobe(Fluke Networks公司)DSX CableAnalyzer的適配器。使用該分析儀，技術(shù)人員可以確保正確操作并簡化任何問題的診斷。

　　結(jié)論

　　設(shè)計人員可以使用 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 下的標準化，設(shè)計人員可以確保制造商之間的互操作性。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)備的占地面積，避免電纜應(yīng)力，并以最小的干擾風(fēng)險實現(xiàn)高帶寬。