Opgrader industrial Ethernet-porttæthed og -pålidelighed med ix Industrial stik

Fabrikker oplever en stigning i dataintensive applikationer som robotteknologi, maskine-vision og IIoT-teknikker (Industrial Internet of Things). Resultatet er en stigende efterspørgsel efter højhastighedskommunikation. Selvom Industrial Ethernet har hjulpet, skal designerne muliggøre høj porttæthed, minimere elektromagnetisk interferens (EMI) og sikre fysisk robuste forbindelser.

Med kun en fjerdedel af størrelsen på et RJ45-stik og med forbedret EMI-afskærmning og robust parring er ix Industrial-stikket udtrykkeligt skabt til at opfylde kravene til fabriksautomatisering. Stikket er standardiseret under IEC 61076-3-124 og muliggør en række løsninger fra flere leverandører og tilbyder en række nuancerede funktioner til yderligere forbedring af smart-fabrik-funktionerne.

Denne artikel gennemgår kort kravene til tilslutningsmuligheder i fabriksautomatisering. Derefter introduceres ix Industrial stik fra Hirose, og det vises, hvordan de kan bruges til at opfylde kravene.

Industrial Ethernet og udfordringerne ved RJ45-stik

Industrial Ethernet har to nøgleegenskaber, der passer til smart-fabrikker: en datahastighed på 10 gigabit pr. sekund (10 Gbps) og et teknologisk fundament i Ethernet. Det bruger den samme TCP/IP-protokol, CAT5e- og CAT6-kabler og RJ45-stik. Denne interoperabilitet gør det lettere at integrere smart-fabrik enheder med hinanden og med virksomhedssystemer.

Men det industrielle miljø lægger større fysisk pres på stikkene, og med stigende porttæthed har designerne brug for stik med mindre fodaftryk, der også kan minimere EMI yderligere. Som det fremgår af figur 1, reducerer ix Industrial-stikket installationspladsen med 75 % sammenlignet med RJ45-stik. Samtidig giver det en betydeligt forbedret holdbarhed og EMI-modstand (figur 2).

Figur 1: ix Industrial-stikket (til venstre) er 75 % mindre end det traditionelle RJ45 (til højre). (Billedkilde: Automation World)

Figur 2: ix Industrial stik tilbyder mange ydelsesforbedringer for at imødekomme kravene til fabriksautomatisering. (Billedkilde: Hirose)

Selvom ix Industrial bruger et unikt stik, er det ellers kompatibelt med resten af det industrielle Ethernet-økosystem. For eksempel understøtter den CAT6A-kabler op til 10 Gbps og PoE (Power over Ethernet) og PoE+ op til 3 ampere (A).

På baggrund af denne kompatibilitet er det miniaturiserede stik blevet standardiseret under IEC 61076-3-124, hvilket sikrer interoperabilitet på tværs af leverandører, hvilket forenkler designprocessen og giver ingeniører større frihed, når de vælger produkter. For eksempel er Hiroses ix Industrial serien af stik fuldt kompatibel med løsninger fra andre producenter.

ix Industrial-stikket er også blevet valgt til flere Ethernet-protokoller, herunder PROFINET, CC-Link IE TSN og GigE Vision:

• PROFINET er en udbredt industrial Ethernet-protokol, der overvåges af Profibus og Profinet International (PI). Det bruges til programmerbare logiske controllere (PLC'er), robotter, drev og sensor- og aktuatorinput og -output (I/O).
• CC-Link IE TSN er en standard fra CC-Link Partner Association, der kombinerer gigabit Ethernet med Time-Sensitive Networking (TSN). Den findes i avancerede industrier som halvleder- og bilproduktion.
• GigE Vision er en interfacestandard for højtydende industrikameraer, der administreres af Automated Image Association (AIA). Det bruger Ethernet-netværk til at opnå fordele som hurtig dataoverførsel, udvidet kabellængde, lave omkostninger og skalerbarhed.

Ud over disse officielle anerkendelser kan ix Industrial-stik bruges med mange andre industrial Ethernet-protokoller, herunder EtherCAT, Modbus TCP og Ethernet/IP. Med sin understøttelse af disse protokoller og sin robuste miniaturisering er ix Industrial-stik et overbevisende valg til mange smart-fabrik applikationer. Disse omfatter:

• Maskine-vision: Kameraer med høj opløsning genererer store mængder billeddata til analyse og beslutningstagning i realtid. Det udnytter ix Industrial-stikkets høje datahastighed og kompakte størrelse til opsætninger med flere kameraer.
• Robotteknologi: Samarbejdende og autonome robotter er afhængige af sensordata og styresignaler i realtid for at kunne fungere sikkert og effektivt. ix Industrial-stikkets robusthed og lave EMI-følsomhed sikrer pålidelig dataudveksling.
• Forudsigelig vedligeholdelse: Tilføjelse af sensorer til kritisk udstyr gør det muligt at opdage potentielle fejl tidligt, hvilket forhindrer kostbar nedetid. ix Industrial-stikkets lave profil og robuste design gør det til et fremragende match til små sensorer under barske driftsforhold.

Pladsbesparende designmuligheder på stik og stikkontakter

Både ix Industrial-stikkontakter og -stik har bemærkelsesværdige funktioner, der gør dem mere pladsbesparende. Som illustreret i figur 3 fås stikkontakterne i en række forskellige konfigurationer:

• Opretstående stikkontakter som IX61G-A-10P kan monteres parallelt med en benafstand på kun 10 millimeter (mm) for at opnå høj porttæthed. I denne konfiguration kan seks ix Industrial-stik passe ind på samme plads som tre RJ45-stik, hvilket reducerer pladsen af kontakter, routere og lignende udstyr betydeligt.
• Vandrette stikkontakter med lav profil, som IX60G-A-10P, har en profil på 5,7 mm, hvilket er mindre end halvdelen af højden på et RJ45-stik, hvilket gør dem velegnede til applikationer som f.eks. sensorer.
• Lodrette stikkontakter, som IX80G-A-10P, kan parres fra toppen, hvilket giver designerne ekstra fleksibilitet.

Figur 3: ix Industrial stikkontakter fås i opretstående, lodrette og vandrette varianter (henholdsvis øverst, venstre og nederst). Stikforbindelserne findes i lige og retvinklede konfigurationer. (Billedkilde: Hirose)

Stikkene fås enten i en lige retning, som IX40G-B-10S-CV(7.0), eller i en retvinklet retning, som IX30G-A-10S-CVL2(7.0). De retvinklede muligheder er særligt bemærkelsesværdige, da de reducerer forbindelsens højde og gør det lettere at føre kablet på trange områder. For eksempel kan disse stik minimere problemer i forbindelse med kablets bøjningsradius og lette daisy chaining med høj tæthed.

Mekanisk og elektrisk modstandsdygtighed

ix Industrial-stikket er designet til at modstå industrielle forhold og har en robust konstruktion, der er modstandsdygtig over for vibrationer, stød og EMI. Stikkets hus er monteret på printkortet via fem gennemgående loddeben. Det skaber en solid fysisk forbindelse, der modstår vrid og træk og beskytter signalkontakterne. Det giver også en robust forbindelse mellem stikkets hus og printkortets jordplan.

Stikkets hus består af en integreret ledningstermineringsenhed og kabelklemme (figur 4). Dette forhindrer, at forbindelsesdelen af kabelsamlingen påvirkes af belastningen på kablet. Huset er krympet sammen og kommer i direkte kontakt med stikkontaktens jordfjeder, hvilket skaber en kontinuerlig 360˚ afskærmning mod EMI.

Figur 4: ix Industrial-stikket omslutter ledningstermineringsenheden med et hus, der beskytter mod fysiske skader og EMI. (Billedkilde: Hirose)

Stikkene har også en robust snap-in låsemekanisme, der giver et hørbart og følbart klik. Denne positive låsemekanisme sikrer en sikker forbindelse, selv i miljøer med kraftige vibrationer, og hjælper stikket med at modstå 5.000 parringscyklusser.

Hirose tilbyder også varianter af sine ix Industrial-stik med palladium-nikkel-kontakter. For eksempel bruger IX30G-A-10S-CV(7.0)(01)-stikket kontakter med 0,75 mikrometer (μm) palladium-nikkel plus 0,05 μm guldbelægning. Disse kontakter er mere holdbare end de almindelige guldkontakter og er uvurderlige til applikationer med hyppige parringscyklusser.

Forenkling af montering og test

Hirose anbefaler at bruge kabler med ledningsstørrelser mellem 22 og 28 AWG (American Wire Gauge) for at sikre en forbindelse af høj kvalitet. Ledningerne kan afsluttes med lodning eller IDC (insulation displacement connections), hvor IDC anbefales til feltterminerede stik. Denne termineringsmetode bruger et krympeværktøj som HT803/IXG-8/10S-63-72 til at skære gennem ledningsisolatorerne og forbinde dem i en enkelt bevægelse.

For at få den mest holdbare afslutning af høj kvalitet er lodning at foretrække. Hirose tilbyder adskillige stik, som IX40G-A-10S-CV(7.0), der understøtter denne termineringsmetode.

Til test af kabler og samlinger tilbyder Hirose DSX-CHA-5-IX-S, et sæt adaptere til Amprobe (et Fluke Networks-firma) DSX CableAnalyzer. Ved hjælp af denne analysator kan teknikere sikre korrekt drift og forenkle diagnosticeringen af eventuelle problemer.

Konklusion

Designere kan bruge ix Industrial-stik til at opnå høj porttæthed og pålidelighed i smart-fabrik applikationer. Med deres standardisering under IEC 61076-3-124 er designere sikret interoperabilitet mellem producenter. De mange muligheder for stik og stikkontakter giver designerne mulighed for at vælge monterings- og kabelføringsretninger, så de kan formindske deres udstyrs fodaftryk, undgå kabelbelastning og opnå høj båndbredde med minimal risiko for interferens.

Anbefalet læsning

1. Sådan opfylder du Industri 4.0-kravene til høj tæthed og robuste forbindelser