作者：Kenton Williston

　　工廠正在經歷機器人、機器視覺和工業物聯網 (IIoT) 技術等數據密集型應用的激增。結果是對高速通信的需求不斷增長。雖然工業以太網有所幫助，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)，并確保物理上堅固的連接。

　　ix 工業連接器的尺寸僅為 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建。該連接器根據 IEC 61076-3-124 進行標準化，可支持多供應商系列解決方案，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 工業連接器，并展示了如何使用它們來滿足要求。

　　工業以太網和 RJ45連接器的挑戰

　　工業以太網具有適合智能工廠的兩個關鍵特征：每秒 10 吉比特 (10 Gbps) 的數據速率和以太網技術基礎。它使用相同的 TCP/IP 協議、CAT5e 和 CAT6 電纜以及 RJ45 連接器。這種互操作性使得智能工廠設備之間以及企業系統之間的集成變得更加容易。

　　然而，工業環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 工業連接器(左)比傳統 RJ45(右)小 75%。 (圖片來源：自動化世界)

　　圖 2：ix 工業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以太網生態系統的其他部分兼容。例如，它支持高達 10 Gbps 的 CAT6A 電纜以及高達 3 安培 (A) 的以太網供電 (PoE) 和 PoE+。

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

　　PROFINET 是一種廣泛使用的工業以太網協議，由 Profibus 和 Profinet International (PI) 監管。它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輸入和輸出 (I/O)。

　　CC-Link IE TSN 是 CC-Link 合作伙伴協會的一項標準，它將千兆位以太網與時間敏感網絡 (TSN) 相結合。它存在于半導體和汽車制造等先進行業中。

　　GigE Vision 是由自動圖像協會 (AIA) 管理的高性能工業相機的接口標準。它使用以太網來實現快速數據傳輸、延長電纜長度、低成本和可擴展性等優點。

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

　　機器視覺： 高分辨率相機生成大量圖像數據，用于實時分析和決策。這利用了 ix 工業連接器的高數據速率和緊湊的尺寸來實現多攝像機設置。

　　機器人技術： 協作和自主機器人依靠實時傳感器數據和控制信號來安全高效地運行。 ix 工業連接器的堅固性和低 EMI 敏感性可確保可靠的數據交換。

　　預測性維護： 在關鍵設備上添加傳感器可以及早發現潛在故障，防止代價高昂的停機。 ix 工業連接器的薄型和堅固的設計使其非常適合惡劣工作條件下的小型傳感器。

　　插頭和插座的節省空間設計選項

　　ix 工業插座和插頭均具有顯著的功能，可以節省空間。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，以實現高端口密度。在此配置中，六個 ix 工業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用。

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

　　圖 3：ix 工業插座有直立式、垂直式和水平式(分別為頂部、左側和底部)。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的問題，并促進高密度菊花鏈連接。

　　機械和電氣彈性

　　ix 工業連接器專為承受工業條件而設計，具有堅固的結構，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，形成連續的 360° 電磁干擾屏蔽。

　　圖 4：ix 工業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，可發出可聽和可觸的咔嗒聲。即使在劇烈振動的環境中，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 (AWG) 之間的電纜，以確保高質量連接。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，技術人員可以確保正確操作并簡化任何問題的診斷。

　　結論

　　設計人員可以使用 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 下的標準化，設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計人員選擇安裝和電纜布線方向，以縮小設備的占地面積，避免電纜應力，并以最小的干擾風險實現高帶寬。