使用 ix 工業連接器提升工業以太網端口密度和可靠性

作者：Kenton Williston

機器人技術、機器視覺和工業物聯網 (IIoT) 技術等數據密集型應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。盡管工業以太網有幫助，但設計人員必須實現高端口密度，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計的連接器產品。這種連接器已按照 IEC 61076-3-124 標準進行標準化，可支持多供應商解決方案，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 工業連接器，并說明如何使用它們來滿足各項要求。

工業以太網和 RJ45 連接器的挑戰

工業以太網有兩個適合智能工廠的關鍵特性：每秒 10 千兆比特 (10 Gbps) 的數據傳輸速率和以太網的技術基礎。工業以太網采用相同的 TCP/IP 協議、CAT5e 和 CAT6 電纜以及 RJ45 接頭。這種互操作性簡化了智能工廠設備之間以及設備與企業系統之間的集成工作。

然而，工業環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 工業連接器（左）比傳統 RJ45（右）小 75%。（圖片來源：Automation World）

圖 2：ix 工業連接器實現了許多性能改進，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，但它能夠兼容工業以太網生態系統的其他部分。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 標準進行了標準化，以確?？绻痰幕ゲ僮餍?，從而簡化設計流程，讓工程師能更自由地選擇產品。例如，Hirose 的 [ix 工業連接器系列] 與其他制造商的解決方案完全兼容。

ix 工業連接器還可用于多種以太網協議，包括 PROFINET、CC-Link IE TSN 和 GigE Vision：

• PROFINET 是一種由 Profibus 和 Profinet International (PI) 監管且使用廣泛的工業以太網協議。該連接器用于可編程邏輯控制器 (PLC)、機器人、驅動器以及傳感器和執行器的輸入和輸出 (I/O)。
• CC-Link IE TSN 是 CC-Link Partner Association 制定的標準，用于將千兆以太網與時敏網絡 (TSN) 結合在一起。該協議廣泛應用于半導體和汽車制造等先進行業。
• GigE Vision 是由 Automated Image Association (AIA) 管理的高性能工業相機接口標準。該協議利用以太網網絡實現了多種優勢，如快速數據傳輸、更長的電纜長度、低成本和可擴展等。

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

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

節省空間的插頭和插座設計選項

ix 工業插座和插頭都以其能夠節省空間而著稱。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，可實現高端口密度。在這種配置下，6 個 ix 工業連接器的空間與 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用。
• 垂直插座 （如 [IX80G-A-10P]）可以從頂部插接，為設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，使得在狹小空間內敷設電纜更容易。例如，這些插頭可以最大限度地減少與電纜彎曲半徑有關的問題，并有助于進行高密度菊花鏈連接。

機械和電氣復原性能

ix 工業連接器專為適應工業條件而設計，其結構堅固耐用，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。這種結構還能在插座外殼和電路板接地層之間實現牢固的連接。

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? 連續屏蔽，從而防止 EMI。

圖 4：ix 工業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，可發出咔嗒聲并提供觸感。這種可靠的鎖定機構可確保即使在劇烈振動的環境中也能可靠連接，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。這些觸點比標準的金觸頭更耐用，對于需要頻繁配接的應用非常有用。

簡化裝配和測試

Hirose 建議使用線徑在 22 至 28 AWG 線規之間的電纜，以確保高質量連接。電線可通過焊接或絕緣穿刺連接 (IDC) 端接，建議為現場端接插頭使用 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。

要獲得最經久耐用的高質量端接，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，技術人員可以確保正常運行并簡化問題診斷。

結束語

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

審核編輯 黃宇