Îmbunătățiți densitatea și fiabilitatea porturilor Ethernet industriale cu ajutorul conectorilor ix Industrial

Fabricile se confruntă cu o creștere bruscă a aplicațiilor cu utilizare intensivă a datelor, cum ar fi robotica, vederea artificială și tehnicile pentru Internetul industrial al lucrurilor (IIoT). Aceasta duce la o cerere tot mai mare de comunicații de mare viteză. Deși Ethernet-ul industrial ajută, proiectanții trebuie să permită o densitate mare a porturilor, să reducă la minimum interferențele electromagnetice (EMI) și să asigure conexiuni robuste din punct de vedere fizic.

Având doar un sfert din mărimea unui conector RJ45 și fiind dotat cu ecranare EMI îmbunătățită și conectare solidă, conectorul ix Industrial a fost creat în mod explicit pentru a răspunde cerințelor de automatizare a fabricilor. Standardizat în conformitate cu IEC 61076-3-124, conectorul permite o varietate de soluții pentru mai mulți furnizori și oferă o suită de caracteristici nuanțate pentru a spori și mai mult capacitățile fabricilor inteligente.

Acest articol analizează pe scurt cerințele de conectivitate pentru automatizarea fabricilor. Apoi, prezintă conectorii ix Industrial de la Hirose și arată cum pot fi utilizați pentru a îndeplini cerințele.

Ethernet industrial și provocările conectorilor RJ45

Ethernet-ul industrial are două caracteristici cheie care se potrivesc fabricilor inteligente: o viteză de transfer al datelor de 10 gigabiți pe secundă (10 Gbps) și o bază tehnologică în Ethernet. Folosește același protocol TCP/IP, aceleași cabluri CAT5e și CAT6 și aceiași conectori RJ45. Această interoperabilitate facilitează integrarea dispozitivelor inteligente din fabrică între ele și cu sistemele întreprinderii.

Totuși, mediul industrial exercită o presiune fizică mai mare asupra conectorilor și, odată cu creșterea densității porturilor, proiectanții au nevoie de conectori cu amprentă mai mică, care sunt, de asemenea, capabili să reducă și mai mult EMI. După cum se arată în Figura 1, conectorul ix Industrial reduce spațiul de instalare cu 75% comparativ cu conectorii RJ45. În același timp, oferă durabilitate și rezistență la EMI considerabil îmbunătățite (Figura 2).

Figura 1: Conectorul ix Industrial (stânga) este cu 75% mai mic decât conectorul tradițional RJ45 (dreapta). (Sursă imagine: Automation World)

Figura 2: Conectorii ix Industrial oferă numeroase îmbunătățiri de performanță pentru a răspunde cerințelor de automatizare a fabricilor. (Sursa imaginii: Hirose)

Deși ix Industrial utilizează un conector unic, acesta este compatibil cu restul ecosistemului Ethernet industrial. De exemplu, acceptă cabluri CAT6A de până la 10 Gbps și power over Ethernet (PoE) și PoE+ de până la 3 amperi (A).

Bazându-se pe această compatibilitate, conectorul miniaturizat a fost standardizat conform IEC 61076-3-124, asigurând interoperabilitatea între furnizori, ceea ce simplifică procesul de proiectare și oferă inginerilor mai multă libertate la alegerea produselor. De exemplu, seria de conectori ix Industrial de la Hirose este complet compatibilă cu soluțiile altor producători.

Conectorul ix Industrial a fost, de asemenea, selectat pentru mai multe protocoale Ethernet, inclusiv PROFINET, CC-Link IE TSN și GigE Vision:

• PROFINET este un protocol Ethernet industrial utilizat pe scară largă, gestionat de Profibus și Profinet International (PI). Este utilizat pentru controlere logice programabile (PLC), roboți, acționări și pentru intrările și ieșirile (I/O) senzorilor și ale actuatoarelor.
• CC-Link IE TSN este un standard al CC-Link Partner Association care combină Gigabit Ethernet cu Time-Sensitive Networking (TSN). Acesta se găsește în industrii avansate, cum ar fi producția de semiconductori și automobile.
• GigE Vision este un standard de interfață pentru camerele industriale de înaltă performanță, gestionat de Automated Image Association (AIA). Acesta utilizează rețelele Ethernet pentru a obține beneficii precum transferul rapid de date, lungimea extinsă a cablurilor, costul redus și scalabilitatea.

Pe lângă aceste recunoașteri oficiale, conectorii ix Industrial pot fi utilizați cu multe alte protocoale Ethernet industriale, inclusiv EtherCAT, Modbus TCP și Ethernet/IP. Datorită compatibilității lor pentru aceste protocoale și miniaturizării robuste, conectorii ix Industrial reprezintă o alegere atractivă pentru multe dintre aplicațiile fabricilor inteligente. Acestea includ:

• Vedere artificială: Camerele de înaltă rezoluție generează cantități mari de date imagistice pentru analiza și luarea de decizii în timp real. Aceasta profită de viteza mare de transfer al datelor și de dimensiunea compactă a conectorului ix Industrial pentru configurații cu mai multe camere.
• Robotică: Roboții colaborativi și autonomi se bazează pe datele senzorilor și pe semnalele de control în timp real pentru o funcționare sigură și eficientă. Robustețea conectorului ix Industrial și sensibilitatea redusă la EMI garantează un schimb de date sigur.
• Întreținerea predictivă: Adăugarea senzorilor la echipamentele critice permite detectarea timpurie a potențialelor defecțiuni, prevenind astfel perioadele de nefuncționare costisitoare. Profilul redus și designul robust al conectorului ix Industrial fac din acesta un accesoriu excelent pentru senzorii de mici dimensiuni utilizați în medii operaționale solicitante.

Opțiuni de design cu economie de spațiu pentru fișe și socluri

Atât fișele, cât și soclurile ix Industrial au caracteristici remarcabile ce îmbunătățesc economia de spațiu. După cum se arată în Figura 3, soclurile sunt disponibile într-o varietate de configurații:

• Soclurile drepte, cum ar fi IX61G-A-10P, pot fi montate în paralel cu un pas de numai 10 milimetri (mm) pentru densități mari de porturi. În această configurație, în același spațiu pot încăpea șase conectori ix Industrial cât trei conectori RJ45, reducând în mod semnificativ amprenta la sol a comutatoarelor, routerelor și echipamentelor similare.
• Soclurile orizontale cu profil redus, cum ar fi IX60G-A-10P, au un profil de 5,7 mm, ceea ce reprezintă mai puțin de jumătate din înălțimea unui conector RJ45, fiind astfel potrivite pentru aplicații precum senzorii.
• Soclurile verticale, cum ar fi IX80G-A-10P, pot fi cuplate din partea de sus, oferind proiectanților flexibilitate sporită.

Figura 3: Soclurile ix Industrial sunt disponibile în variante drepte, verticale și orizontale (sus, stânga și, respectiv, jos). Conectorii fișelor sunt disponibili în configurații drepte și în unghi drept. (Sursa imaginii: Hirose)

Fișele sunt disponibile fie cu orientare dreaptă, cum ar fi IX40G-B-10S-CV(7.0), fie cu orientare în unghi drept, precum IX30G-A-10S-CVL2(7.0). Opțiunile cu unghi drept sunt deosebit de importante, deoarece reduc înălțimea conexiunii și facilitează trasarea cablului în spații înguste. De exemplu, aceste fișe pot minimiza problemele legate de raza de curbură a cablului și pot facilita conectarea în lanț a cablurilor de mare densitate.

Rezistență mecanică și electrică

Proiectat pentru a rezista în condiții industriale, conectorul ix Industrial are o construcție robustă, rezistentă la vibrații, impact și EMI. Învelișul soclului este montat pe placa de circuite imprimate (PCB) prin intermediul a cinci picioare de lipire cu găuri de trecere. Astfel, se creează o conexiune fizică solidă care rezistă la strângere și tragere, protejând contactele semnalului. De asemenea, asigură o conexiune robustă între învelișul soclului și planul de masă al plăcii.

Învelișul fișei include o unitate integrată cu terminarea cablului și o clemă de cablu (Figura 4). Acest lucru previne afectarea piesei de conectare a ansamblului de cabluri de către sarcina de pe cablu. Învelișul este sertizat și intră în contact direct cu arcul de împământare al soclului, creând un scut continuu de 360˚ împotriva EMI.

Figura 4: Fișa ix Industrial închide unitatea de terminare a firelor cu un înveliș care protejează împotriva deteriorării fizice și a interferențelor electromagnetice. (Sursa imaginii: Hirose)

De asemenea, conectorii dispun de un mecanism robust de blocare directă, care oferă un clic tactil și audibil. Acest mecanism de blocare pozitivă garantează o conexiune sigură chiar și în medii cu vibrații puternice și ajută conectorul să reziste la 5.000 de cicluri de cuplare.

În plus, Hirose oferă variante ale conectorilor săi ix Industrial cu contacte din paladiu-nichel. De exemplu, fișa IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) utilizează contacte cu 0,75 micrometri (μm) de paladiu-nichel plus 0,05 μm de placare cu aur. Aceste contacte sunt mai durabile decât cele standard din aur și sunt extrem de valoroase pentru aplicațiile cu cicluri de conectare frecvente.

Simplificarea asamblării și testării

Hirose recomandă utilizarea cablurilor cu dimensiuni ale firelor între 22 și 28 American Wire Gauge (AWG) pentru a asigura o conexiune de înaltă calitate. Firele pot fi terminate prin lipire sau prin conexiuni cu deplasarea izolației (IDC), IDC fiind recomandat pentru fișele terminate pe teren. Această metodă de terminare utilizează o unealtă de sertizare, precum HT803/IXG-8/10S-63-72, pentru a tăia izolatorii firelor și a le conecta într-o singură mișcare.

Pentru o terminație cât mai durabilă și de înaltă calitate, se preferă lipirea. Hirose oferă numeroase fișe, cum ar fi IX40G-A-10S-CV(7.0), care acceptă această metodă de terminare.

Pentru testarea cablurilor și a ansamblurilor, Hirose oferă DSX-CHA-5-IX-S, un set de adaptoare pentru DSX CableAnalyzer de la Amprobe (o companie Fluke Networks). Cu ajutorul acestui analizor, tehnicienii pot asigura funcționarea corectă și pot simplifica diagnosticarea oricăror probleme.

Concluzie

Proiectanții pot utiliza conectorii ix Industrial pentru a obține o densitate mare de porturi și fiabilitate în aplicațiile fabricilor inteligente. Prin standardizarea lor în conformitate cu IEC 61076-3-124, proiectanții au garanția interoperabilității între producători. Varietatea opțiunilor de fișe și socluri permite proiectanților să aleagă orientările de montare și de direcționare a cablurilor pentru a reduce amprenta la sol a echipamentului, pentru a evita tensionarea cablurilor și pentru a obține o lățime de bandă mare cu un risc minim de interferențe.

Lectură recomandată

1. Cum să îndepliniți cerințele de conectivitate robustă și de înaltă densitate ale Industriei 4.0