Robotika a strojové vidění vyžadují vysokorychlostní komunikaci, kterou nabízí průmyslový ethernet. Klasický konektor RJ45 již nesplňuje požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu, jeho mechanická konstrukce nevyhovuje průmyslovému prostředí a velikost konektoru neumožňuje miniaturizaci komponent. Konektor ix Industrial se vyznačuje čtvrtinovou velikostí konektoru RJ45, vylepšeným stíněním EMI, robustním spojením a je standardizovaný podle IEC 61076-3-124. Tyto všechny vlastnosti z něj dělají ideální volbu pro vysokorychlostní přenos dat v průmyslovém prostředí. Tento článek se věnuje požadavkům na konektivitu průmysové automatizace a představí průmyslové konektory ix Industrial od Hirose.

Průmyslový Ethernet a problémy konektorů RJ45

Průmyslový Ethernet nabízí rychlost přenosu dat 10 Gbps, používá protokol TCP/IP, kabely CAT5e a CAT6 a konektory RJ45. Tyto vlastnosti usnadňují integraci zařízení chytrých továren mezi sebou navzájem a s podnikovými systémy. Průmyslové prostředí však klade větší fyzickou zátěž na konektory a se zvyšující se hustotou portů konstruktéři potřebují menší rozměry konektorů. Konektor ix Industrial snižuje instalační prostor o 75 % ve srovnání s konektory RJ45 a zároveň nabízí výrazně vyšší životnost a odolnost proti EMI (obrázek 2).

Obrázek 1: ix Industrial konektor (vlevo) je o 75 % menší než tradiční RJ45 konektor (vpravo). (Zdroj obrázku: Automation World)

Obrázek 2: Průmyslové konektory ix nabízejí mnoho vylepšení, která splňují požadavky průmyslové automatizace. (Zdroj obrázku: Hirose)

Konektor ix Industrial je kompatibilní se zbytkem průmyslového ethernetového ekosystému a používá kabely CAT6A a nabízí rychlost přenosu dat až 10 Gbps a napájení přes Ethernet (PoE) a PoE+ až 3 A. Na základě této kompatibility byl miniaturní konektor standardizován podle standardu IEC 61076-3-124, a diky tomu je zajištěna interoperabilita mezi výrobci. Například řada konektorů Hirose ix Industrial je plně kompatibilní s konektory jiných výrobců. Konektor ix Industrial splňuje specifikace PROFINET, CC-Link IE TSN a GigE Vision:

• PROFINET je široce používaný průmyslový ethernetový protokol, na který dohlíží Profibus a Profinet International (PI). Používá se pro programovatelné logické automaty PLC, roboty, pohony, senzory a akční členy.
• CC-Link IE TSN je standard od CC-Link Partner Association, který kombinuje gigabitový Ethernet s Time-Sensitive Networking (TSN). Nachází se v pokročilých průmyslových odvětvích jako je výroba polovodičů a automobilový průmysl.
• GigE Vision je standardizované rozhraní pro vysoce výkonné průmyslové kamery spravované Automated Image Association (AIA). Využívá sítě Ethernet k dosažení rychlého přenosu dat, možnosti přenosu na dlouhou vzdálenost a škálovatelnost.

Konektory ix Industrial lze použít s mnoha dalšími protokoly průmyslového Ethernetu, a to EtherCAT, Modbus TCP a Ethernet/IP. Díky podpoře těchto protokolů a robustní miniaturizaci jsou konektory ix Industrial ideální volbou pro mnoho aplikací inteligentních továren jako je například:

• Strojové vidění: Kamery s vysokým rozlišením generují velké množství obrazových dat pro analýzu a rozhodování v reálném čase. Kompaktní velikost konektoru ix Industrial umožňuje připojit více kamer na jednu desku plošných spojů.
• Robotika: Kolaborativní a autonomní roboty spoléhají na data ze senzorů a řídicí signály v reálném čase pro bezpečný a efektivní provoz. Odolnost konektoru ix Industrial a nízká náchylnost k EMI zajišťují spolehlivou výměnu dat.
• Prediktivní údržba: Přidání senzorů do zařízení umožňuje včasnou detekci potenciálních poruch a předchází tak nákladným prostojům. Nízký profil a robustní design konektoru ix Industrial z něj činí vynikající doplněk pro malé senzory v náročných provozních podmínkách.

Prostorově úsporné řešení v podání konektorů ix Industial

Zásuvky i konektory ix Industrial nabízí úsporu místa na desce a jak je znázorněno na obrázku 3 jsou k dispozici v různých variantách:

• Svislé zásuvky jako je IX61G-A-10P lze montovat paralelně s roztečí pouze 10 mm. Tím se dosáhne vysoké hustoty portů. V této konfiguraci se šest konektorů ix Industrial vejde do stejného prostoru jako tři konektory RJ45. To výrazně snižuje nároky na switche, routery a podobná zařízení.
• Nízkoprofilové horizontální zásuvky jako je IX60G-A-10P mají výšku pouze 5,7 mm. To je méně než polovina výšky konektoru RJ45. Tuto velikost ocení senzorové aplikace, kde není mnoho prostoru.
• Vertikální zásuvky jako je IX80G-A-10P lze připojit se shora. To návrhářům poskytuje ještě větší flexibilitu.

Obrázek 3: ix Průmyslové zástrčky jsou k dispozici ve svislé i vodorovné variantě (nahoře, vlevo a dole). Konektory se dodávají také v přímé či pravoúhlé variantě. (Zdroj obrázku: Hirose)

Zástrčky jsou k dispozici buď v přímé orientaci IX40G-B-10S-CV(7.0) nebo v pravoúhlé orientaci IX30G-A-10S-CVL2(7.0). Za pozornost stojí zejména pravoúhlá orientace, která snižuje výšku připojení a usnadňí vedení kabelu ve stísněných prostorech. Tyto zástrčky mohou eliminují problémy související s poloměrem ohybu kabelu.

Mechanická a elektrická odolnost

Konektory ix Industrial jsou navrženy tak, aby vydržely průmyslové podmínky. Mají robustní konstrukci odolnou vůči vibracím, nárazům a EMI. Plášť zásuvky je připevněn k desce s plošnými spoji pomocí pěti pájecích nožiček určené do průchozích otvorů. To vytváří pevné fyzické spojení, které odolává vytahováním kabelu a chrání signálové kontakty. Poskytuje také robustní spojení mezi pláštěm zásuvky a zemnicí plochou desky. Pouzdro zástrčky obsahuje jednotku pro připevnění vodiče a kabelovou svorku (obrázek 4). Tím se zabrání ovlivnění spojovací části kabelové sestavy zatížením kabelu. Plášť přichází do přímého kontaktu s uzemňovací pružinou zásuvky, čímž vytváří souvislé 360˚ stínění proti EMI.

Obrázek 4: Zástrčka ix Industrial obsahuje speciální pouzdro, které chrání vnitřní část před fyzickým poškozením a EMI. (Zdroj obrázku: Hirose)

Konektory jsou také vybaveny robustním zaskakovacím mechanismem, který zajišťuje slyšitelné a hmatatelné kliknutí. Tento mechanismus pozitivního zámku zajišťuje bezpečné spojení i v prostředí se silnými vibracemi a pomáhá konektoru vydržet až 5 000 cyklů spojení. Hirose nabízí konektory ix Industrial s palladium-niklovými kontakty. Například zástrčka IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) používá kontakty s 0,75 μm palladia a niklu plus 0,05 μm pokovení zlatem. Tyto kontakty jsou odolnější než standardní zlaté kontakty a jsou neocenitelné pro aplikace s častými cykly párování.

Zjednodušení montáže a testování

Hirose doporučuje používat kabely s velikostí vodičů mezi 22 a 28 AWG, aby bylo zajištěno vysoce kvalitní připojení. Vodiče mohou být zakončeny pájením nebo izolačními spoji (IDC). Metoda IDC používá krimpovací nástroj HT803/IXG-8/10S-63-72  k proříznutí izolátorů drátu a vytvoření pevného připojení jediným pohybem. Pro co nejodolnější a nejkvalitnější zakončení je preferováno pájení, například zástrčka IX40G-A-10S-CV(7.0). Pro testování kabelů a sestav nabízí Hirose DSX-CHA-5-IX-S sadu adaptérů pro Amprobe (Fluke Networks ) DSX CableAnalyzer. Pomocí tohoto analyzátoru mohou technici zajistit správnou funkci a zjednodušit diagnostiku jakýchkoli problémů.

Závěr

Díky konektorům ix Industrial lze dosáhnout miniaturizace a zároveň vysoké spolehlivosti v průmyslové automatizaci. Díky jejich standardizaci dle IEC 61076-3-124 je zajištěna interoperabilita mezi výrobci. Rozmanitost zástrček a zásuvek umožňuje vybrat si orientaci montáže a vedení kabelů, aby se zmenšila půdorysná plocha desky, zabránilo se namáhání kabelů a dosáhlo se velké šířky pásma s minimálním rizikem rušení. Další informace o problematice Industry 4.0 naleznete v článku Jak splnit požadavky Industry 4.0 na vysokou hustotu a robustní konektivitu

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com