Oppgrader industriell Ethernet-porttetthet og pålitelighet med ix Industrial-kontakter

Fabrikkene opplever en kraftig økning i dataintensive utrustninger som robotteknologi, maskinsyn og IIoT-teknologi (Industrial Internet of Things). Resultatet er en økende etterspørsel etter høyhastighetskommunikasjon. Mens Industrial Ethernet har hjulpet, må designere aktivere høy porttetthet, minimere elektromagnetisk interferens (EMI) og sikre fysisk robuste tilkoblinger.

Med bare en fjerdedel av størrelsen på en RJ45-kontakt og med forbedret EMI-skjerming og robust paring, ble ix Industrial-kontakten eksplisitt opprettet for å imøtekomme kravene til fabrikkautomatisering. Koblingen, som er standardisert i henhold til IEC 61076-3-124, muliggjør en rekke løsninger fra flere leverandører og tilbyr en rekke nyanserte funksjoner for å forbedre de smarte fabrikkfunksjonene ytterligere.

Denne artikkelen gjennomgår kort tilkoblingskrav til fabrikkautomatisering. Den introduserer deretter ix Industrial kontakter fraHirose og viser hvordan de kan brukes for å oppfylle kravene.

Industrielt Ethernet og utfordringene med RJ45-kontakter

Industrielt Ethernet har to nøkkelegenskaper som passer smarte fabrikker: en datahastighet på 10 gigabit per sekund (10 Gbps) og et teknologisk fundament i Ethernet. Den bruker samme TCP/IP-protokoll, CAT5e- og CAT6-kabler og RJ45-kontakter. Denne interoperabiliteten gjør det enklere å integrere smarte fabrikkenheter med hverandre og bedriftssystemer.

Det industrielle miljøet legger imidlertid større fysisk belastning på koblinger, og med økende porttetthet trenger designere koblinger med mindre fotavtrykk som også kan minimere EMI ytterligere. Som vist i bilde 1, reduserer ix Industrial-kontakten installasjonsplassen med 75 % sammenlignet med RJ45-koblinger. Samtidig gir den betydelig forbedret holdbarhet og EMI-motstand (Figur 2).

Bilde 1: ix Industrial-kontakten (venstre) er 75 % mindre enn den tradisjonelle RJ45 (høyre). (Bildekilde: Automation World)

Bilde 2: ix Industrielle koblinger tilbyr mange ytelsesforbedringer for å møte kravene til fabrikkautomatisering. (Bildekilde: Hirose)

Selv om ix Industrial bruker en unik kontakt, er den ellers kompatibel med resten av det industrielle Ethernet-økosystemet. For eksempel støtter den CAT6A-kabler opptil 10 Gbps og strøm over Ethernet (PoE) og PoE+ opptil 3 ampere (A).

Med utgangspunkt i denne kompatibiliteten har den miniatyriserte kontakten blitt standardisert under IEC 61076-3-124, noe som sikrer interoperabilitet på tvers av leverandører som forenkler designprosessen og gir ingeniører større frihet når de velger produkter. For eksempel Hirosesix Industrial-kontaktserie er fullt kompatibel med løsninger fra andre produsenter.

ix Industrial-kontakten er også valgt for flere Ethernet-protokoller, inkludert PROFINET, CC-Link IE TSN og GigE Vision:

• PROFINET er en mye brukt industriell Ethernet-protokoll overvåket av Profibus og Profinet International (PI). Den brukes for programmerbare logiske styringer (PLS-er), roboter, stasjoner og sensor- og aktuatorinngang og -utgang (I/O).
• CC-Link IE TSN er en standard fra CC-Link Partner Association som kombinerer gigabit Ethernet med Time-Sensitive Networking (TSN). Det finnes i avanserte bransjer som halvleder- og kjøretøyproduksjon.
• GigE Vision er en grensesnittstandard for industrikameraer med høy ytelse administrert av Automated Image Association (AIA). Den bruker Ethernet-nettverk for å oppnå fordeler som rask dataoverføring, utvidet kabellengde, lave kostnader og skalerbarhet.

I tillegg til disse offisielle anerkjennelsene, kan ix Industrial-kontakter brukes med mange andre industrielle Ethernet-protokoller, inkludert EtherCAT, Modbus TCP og Ethernet/IP. Med sin støtte for disse protokollene og sin robuste miniatyrisering, er ix Industrial-kontakter et overbevisende valg for mange smarte fabrikkutrustninger. Disse omfatter:

• Maskinsyn: Høyoppløselige kameraer genererer store mengder bildedata for sanntidsanalyse og beslutningstaking. Dette drar fordel av ix Industrial-kontaktens høye datahastighet og kompakte størrelse for flerkameraoppsett.
• Robotikk: Samarbeidende og autonome roboter er avhengige av sanntids sensordata og kontrollsignaler for sikker og effektiv drift. ix Industrial-kontaktens robusthet og lave EMI-følsomhet sikrer pålitelig datautveksling.
• Forutsigbart vedlikehold: Å legge til sensorer til kritisk utstyr gir mulighet for tidlig oppdagelse av potensielle feil, og forhindrer kostbar nedetid. ix Industrial-kontaktens lave profil og robuste design gjør den til en utmerket match for små sensorer under tøffe driftsforhold.

Plassbesparende designalternativer på plugger og uttak

Både ix Industrial-uttak og plugger har bemerkelsesverdige funksjoner som øker plassbesparelsen. Som illustrert i figur 3, er uttakene tilgjengelige i en rekke konfigurasjoner:

• Stående uttak, for eksempel IX61G-A-10P, kan monteres parallelt med en pinneavstand på bare 10 millimeter (mm) for høy porttetthet. I denne konfigurasjonen kan seks ix Industrial-kontakter passe inn i samme plass som tre RJ45-kontakter, noe som reduserer fotavtrykket til switcher, rutere og lignende utstyr.
• Lavprofile horisontale uttak, for eksempel IX60G-A-10P, har en profil på 5,7 mm, som er mindre enn halvparten av høyden til en RJ45-kontakt, noe som gjør dem egnet for utrustninger som sensorer.
• Vertikale uttak, for eksempel IX80G-A-10P, kan tilpasses fra toppen, noe som gir designere ekstra fleksibilitet.

Bilde 3: ix Industrial-uttak er tilgjengelige i oppreiste, vertikale og horisontale varianter (henholdsvis øverst, venstre og nederst). Pluggkontaktene kommer i rette og rettvinklede konfigurasjoner. (Bildekilde: Hirose)

Pluggene er tilgjengelige i enten en rett orientering, for eksempel IX40G-B-10S-CV (7.0), eller en rettvinklet orientering, for eksempel IX30G-A-10S-CVL2(7.0). De rettvinklede alternativene er spesielt bemerkelsesverdige, da de reduserer høyden på forbindelsen og gjør det lettere å føre kabelen på trange steder. Disse pluggene kan for eksempel minimere problemer knyttet til kabelbøyeradius og forenkle seriekobling med høy tetthet.

Mekanisk og elektrisk spenst

Designet for å tåle industrielle forhold, har ix Industrial-kontakten en robust konstruksjon som er motstandsdyktig mot vibrasjoner, støt og EMI. Uttakets kappe er montert på det trykte kretskortet (PCB) via fem loddeben med gjennomgående loddehull. Dette skaper en solid fysisk forbindelse som motstår vridning og trekking, og beskytter signalkontaktene. Den leverer også en robust forbindelse mellom uttakets kappe og kortets jordplan.

Pluggens kappe består av en integrert ledningstermineringsenhet og kabelklemme (Figur 4). Dette forhindrer at tilkoblingsdelen av kabelenheten påvirkes av belastningen på kabelen. Kappen er krympet sammen og kommer i direkte kontakt med uttakets jordingsfjær, noe som skaper en kontinuerlig 360˚ skjerm mot EMI.

Bilde 4: ix Industrial-pluggen omslutter ledningstermineringsenheten med en kappe som beskytter mot fysisk skade og EMI. (Bildekilde: Hirose)

Kontaktene har også en robust låsemekanisme med klikkfeste (snap-in) som gir et hørbart og taktilt klikk. Denne positive låsemekanismen sørger for en sikker tilkobling selv i miljøer med kraftige vibrasjoner og bidrar til at kontakten tåler 5000 paringssykluser.

Hirose tilbyr også varianter av sine ix Industrial-kontakter med palladium-nikkel-kontakter. For eksempelIX30G-A-10S-CV(7.0)(01) pluggen bruker kontakter med 0,75 mikrometer (μm) palladium-nikkel pluss 0,05 μm gullbelegg. Disse kontaktene er mer holdbare enn standard gull og er uvurderlige for utrustninger med hyppige paringssykluser.

Forenkler montering og testing

Hirose anbefaler å bruke kabler med en ledertverrsnitt på mellom 0,08 og 0,34 mm² (22 og 28 AWG) for å sikre en tilkobling med høy kvalitet. Ledningene kan avsluttes ved lodding eller isolasjonsforskyvningstilkoblinger (IDC), med IDC anbefalt for feltterminerte plugger. Denne termineringsmetoden bruker et krympeverktøy som HT803/IXG-8/10S-63-72 for å skjære gjennom ledningsisolatorene og koble til i en enkelt bevegelse.

For den mest holdbare termineringen av høy kvalitet foretrekkes lodding. Hirose tilbyr en rekke plugger, som IX40G-A-10S-CV(7.0), som støtter denne termineringsmetoden.

For å teste kabler og moduler (ferdigkabler) tilbyr HiroseDSX-CHA-5-IX-S , et sett med adaptere forAmprobe (enFluke Networks selskap)DSX CableAnalyzer . Ved å bruke denne analysatoren kan teknikere sikre riktig drift og forenkle diagnosen av eventuelle problemer.

Konklusjon

Designere kan bruke ix Industrial-kontakter for å oppnå høy porttetthet og pålitelighet i smarte fabrikkutrustninger. Med sin standardisering under IEC 61076-3-124 er designere sikret interoperabilitet mellom produsenter. De mange alternativene for plugg og uttak gjør det mulig for designere å velge monterings- og kabelføringsretninger for å redusere den fysisk størrelsen til utstyret, unngå kabelspenning og oppnå høy båndbredde med minimal risiko for forstyrrelser.

Anbefalt lesing

1. Slik oppfyller du Industry 4.0 høy tetthet og robuste tilkoblingskrav