Ethernetové konektory RJ45 nejsou zrovna malých rozměrů a jejich flexibilita není pro průmyslové prostředí dostatečná. Průmyslové konektory ix jsou určeny pro vysokorychlostní ethernetové kabely Cat5e (1 Gbit/s) a Cat6a (10 Gbit/s). Tyto konektory jsou o 75 % menší než konektory RJ45, zajišťují spolehlivý datový přenos, poskytují vysokou úroveň ochrany proti EMI a splňují požadavky IEC 61076-3-124. V článku najdeme porovnání konektorů RJ45 a konektorů ix a představíme si konektory ix typu A a typu B pro ethernetová i neethernetová připojení od Hirose.

Konektory RJ45 versus konektory ix

Průmyslové aplikace vyžadují modulární řešení konektorů pro rychlé sestavení systému a jeho rekonfiguraci. V průmyslu často dochází ke kombinaci starších a nových zařízení s novými komunikačními protokoly. Starší zařízení používali k ethernetovému připojení 8P8C konektory RJ45. Moderní průmyslové systémy vyžadují několikanásobné ethernetové připojení. Konektory ix jsou o 75 % menší než RJ45 a navíc umožňují paralelní montáž s roztečí 10 mm. Šest konektorů ix se vejde do stejného prostoru na desce plošných spojů jako tři konektory RJ45 (obrázek 1).

Obrázek 1: Montážní rozteč 10 mm umožňuje, aby se šest konektorů ix vešlo do stejného prostoru na desce PC jako tři konektory RJ45. (Zdroj obrázku: Hirose)

Stabilní a zároveň robustní

Ve standardu IEC 61076-3-124 jsou uvedeny rozměry, mechanické, elektrické a přenosové charakteristiky pro průmyslové konektory. Konektory ix jdou nad rámec výše zmíněného standardu IEC 61076-3-124 a splňují japonský standard JIS E4031 - rázové a vibrační testování zařízení pro železniční vozidla. Splňují také standard pro rozhraní kamery GigE Vision, které podporuje použití gigabitového Ethernetu pro rychlý přenos obrazu na velkou vzdálenost. Konektory obsahují vysokonapěťové kontakty, které umožňují použití PoE a PoE+ dle specifikace IEEE 802.3af a IEEE 802.3at.

Systém konektorů ix byl od počátku navržen přímo pro použití v průmyslu, zatímco konektor RJ45 byl původně vyvinut pro použití pro spotřebitelský sektor a poté byl upraven pro použití v průmyslu. Konektory ix mají dva „zaklapávací“ uzamykací kovové háčky, které plní funkci nejen aretační, ale také dávají hmatovou i zvukovou zpětnou vazbu technikovi o dokonalém spojení mezi zástrčkou a zásuvkou. Průmyslové konektory RJ45 mají jeden zajišťovací háček.

Konstrukce zásuvky ix má vysokou mechanickou odolnost a zároveň plní ochranu vůči EMC. Zásuvky ix mají pět „záchytných“ jazýčků, dva na každé straně a jeden vzadu, zatímco konektory RJ45 mají pouze tři jazýčky. Jazýčky v zásuvkách ix jsou robustnější ve srovnání s jazýčky v RJ45.

Kovová konstrukce zásuvky ix má vyvedeny výstupky, které se pájením přichytí přímo k desce plošných spojů a tím je spojení odolné vůči nárazům a vibracím. Vibrace totiž mají negativní vliv nejen na samotné spojení zástrčky/zásuvky, ale mohou způsobit odtržení signálové cesty z desky plošných spojů. Výstupky připájené k desce se připojují přímo k zemi, a tím se zvyšuje ochrana proti EMI (obrázek 2).

Obrázek 2: Pět konstrukčních výstupků chrání signálové kontakty, zvyšují odolnost proti nárazům a vibracím a také vylepšují elektromagnetickou kompatibilitu EMC. (Zdroj obrázku: Hirose)

Stroje a další systémové komponenty už nejsou statickými díly výrobní linky, ale často dochází k přeskupování. V důsledku toho může být konektor zasunut a odpojen až tisíckrát za dobu své životnosti. Konektory Hirose ix jsou navrženy a testovány na 5 000 cyklů spojení a splňují všechny požadavky standardu IEC 61076-3-124.

Neethernetová připojení

IEC 61076-3-124 podporuje ethernetové i neethernetové připojení. Aby se předešlo chybné záměně připojení, používá se mechanické kódování „A“ a „B“ (obrázek 3):

• Konektory typu „A“ jsou schopny zpracovat přenosové rychlosti až 10 Gbit/s. Podporují PoE a PoE+ a lze ho rozpoznat podle 45° zkosení v levém dolním rohu.
• Konektory typu „B“ jsou navrženy pro použití ve všech aplikacích bez Ethernetu. Například signalizační linky a jiné průmyslové komunikační protokoly. Lze je rozpoznat podle 45° zkosení v levém horním rohu.

Obrázek 3: Konektory ix jsou k dispozici ve dvou typech mechanického kódování, aby se zabránilo zasunutí ethernetové zástrčky do neethernetové zásuvky a naopak. (Zdroj obrázku: Hirose)

Flexibilita systémové integrace

Konektory ix zvyšují flexibilitu systémové integrace. Kabely lze připojit k ix konektorům pájením nebo pomocí IDC mechanismu (insulation displacement connections), kdy dochází k proříznutí izolace, a tím se vytvoří vodivý kontakt. Pájené spoje mohou urychlit výrobu kabelových sestav v továrním prostředí.

IDC spojení se často používá k výrobě kabelových sestav v terénu a mohou zkrátit dobu instalace až o 50 %, jelikož odpadá zdlouhavé odizolování vodičů. Existují čtyři rodiny konektorů, označené jako 30, 31, 32 a 40. První tři jsou určeny pro montáž pomocí IDC, přičemž čtvrtá se používá pro pájená připojení:

• 30: IDC používající dráty o velikosti 26 až 28 AWG, s vnějším průměrem izolace v rozmezí od 0,95 do 1,05 mm
• 31: IDC s drátem o velikosti 24 až 25 AWG, s vnějším průměrem izolace v rozmezí od 1,1 do 1,25 mm
• 32: IDC s použitím drátu 22 AWG, s vnějším průměrem izolace v rozmezí od 1,4 do 1,6 mm
• 40: Ruční pájení

Hirose také nabízí konektory ix se třemi typy zásuvek a třemi typy zástrček, aby vyhovovaly potřebám konkrétní aplikace (obrázek 4). 

Typy zásuvek:

• Svislý pravý úhel, který lze namontovat paralelně s roztečí 10 mm pro úsporu místa na desce. Ideální v systémech s vysokou hustotou
• Vertikální typ umožňuje připojení konektoru ze shora
• Nízkoprofilová pravoúhlá zásuvka je vysoká pouze 5,7 mm, a to je méně než polovina výšky konektoru RJ45

Typy zástrček:

• Přímá kabeláž
• Pravoúhlá kabeláž směrem nahoru
• Pravoúhlá kabeláž směrem dolů

Obrázek 4: Zásuvky jsou k dispozici ve třech typech. Na každé ze tří desek plošných spojů je zobrazen jiný typ. Každá obvodová deska obsahuje tři typy konektorů ix. (Zdroj obrázku: Hirose)

Příklady konektorů ix

Kromě výše uvedených typů a možností nabízí Hirose kontaktní plochy upravené zlacením či pokovováním palladiem a niklem. Příklady ix konektorů od Hirose:

• IX80G-B-10P(01) - vertikální zásuvka typu B s 0,75 μm palladium-nikl plus 0,05 μm pokovování zlatem
• IX80G-A-10P(01) - vertikální nádoba typu A s 0,75 μm palladium-nikl plus 0,05 μm pokovování zlatem
• IX61G-B-10P - nahoru pravoúhlá zásuvka typu B s 0,2 μm pozlacením
• IX60G-A-10P , pravoúhlá zásuvka typu A s 0,2 μm pozlacením
• IX31G-A-10S-CV(7.0) , přímá zástrčka typu A s 0,2 μm pozlacením
• IX30G-A-10S-CVL2(7.0) , Pravoúhlá zástrčka typu A s 0,2 μm pozlacením
• IX30G-B-10S-CVL1(7.0) , Pravoúhlá dolů typu B s 0,2 μm pozlacením

Montáž v terénu

Pro rychlou výměnu kabelových sestav, které se opotřebovaly nebo poškodily nabízí Hirose nástroj pro montáž kabelů HT803/IXG-8/10S- 63-72, který lze použít s konektory IX30G, IX31G a IX32G IDC ix (obrázek 5). Jedná se o kombinovaný nástroj pro krimpování jednotlivých vodičů a konektoru dohromady a naražení ochranného pouzdra na celou sestavu. V případě pájených konektorů IX40G se nástroj používá jen pro tzv. swaging kabelu čili zlisování kabelu.

Obrázek 5: Tento ruční nástroj umožňuje výrobu sestav ix kabelů v terénu. (Zdroj obrázku: Hirose Electric)

Tento nástroj je určen pro práci se stíněnými kabely od 22 do 28 AWG se sedmipramennými žíhanými měděnými dráty s vnějším průměrem izolace od 6,3 do 7,2 mm. Obsluha je rychlá a jednoduchá. Při krimpování se vloží konektor do nástroje kódovacím klíčem nahoru a zasune se kabel do konektoru. Stisknutím rukojeti se dokončí krimpování. Nástroj obsahuje rohatkový mechanismus, který zajišťuje, že se neotevře, dokud se nevyvine dostatečný tlak k vytvoření správného spojení. Po dosažení požadovaného tlaku se ráčna automaticky uvolní. Podobný postup se provede i u lisování kabelu s pájenými kontakty.

Testování spojení

V ethernetové síti může být mnoho zdrojů poruch, včetně vadných konektorů, přerušení kabelu nebo zvýšená náchylnosti k rušení EMI. DSX-CHA-5-IX-S od Hirose je sada dvou adaptérů pro testování ix konektorů a kabelových sestav v terénu (obrázek 6). Je navržen pro použití s ​​testery DSX CableAnalyzer od Fluke Networks. Důkladné testování podle specifikace IEEE 802.3 urychluje identifikaci jakýchkoli problémů.

Obrázek 6: Sada adaptérů DSX-CHA-5-IX-S urychluje testování ix konektorů a kabelových sestav v terénu. (Zdroj obrázku: Fluke)

Závěr

Konektory ix vyhovují požadavkům průmyslu 4.0 pro ethernetovou i neethernetovou komunikaci. Pájené spoje se používají ve velkoobjemové výrobě, zatímco IDC spoje pro výrobu kabelových sestav v terénu. K dispozici jsou také nástroje a testery, které zajistí, že výsledné kabelové sestavy splňují všechny požadavky.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com