使用 ix 工业连接器提升工业以太网端口密度和可靠性

作者：Kenton Williston

机器人技术、机器视觉和工业物联网 (IIoT) 技术等数据密集型应用在工厂使用量在迅速增加。因此，对高速通信的需求与日俱增。尽管工业以太网有帮助，但设计人员必须实现高端口密度，最大限度地减少电磁干扰 (EMI)，并确保物理连接坚固可靠。

ix 工业连接器的尺寸仅为 RJ45 连接器的四分之一，具有更强的 EMI 屏蔽性能和坚固耐用的配接能力，是专为满足工厂自动化要求而设计的连接器产品。这种连接器已按照 IEC 61076-3-124 标准进行标准化，可支持多供应商解决方案，并提供一整套精细的功能，以进一步增强智能工厂的能力。

本文简要介绍工厂自动化的连接要求。然后介绍 [Hirose]的 ix 工业连接器，并说明如何使用它们来满足各项要求。

工业以太网和 RJ45 连接器的挑战

工业以太网有两个适合智能工厂的关键特性：每秒 10 千兆比特 (10 Gbps) 的数据传输速率和以太网的技术基础。工业以太网采用相同的 TCP/IP 协议、CAT5e 和 CAT6 电缆以及 RJ45 接头。这种互操作性简化了智能工厂设备之间以及设备与企业系统之间的集成工作。

然而，工业环境给连接器造成了更大的物理压力，而且随着端口密度的不断增大，设计人员需要占地面积更小的连接器来进一步减少 EMI。如图 1 所示，与 RJ45 连接器相比，ix 工业连接器可减少 75% 的安装空间。同时，这款连接器还大大提高了耐用性和抗 EMI 性能（图 2）。

图 1：ix 工业连接器（左）比传统 RJ45（右）小 75%。（图片来源：Automation World）

图 2：ix 工业连接器实现了许多性能改进，以满足工厂自动化要求。（图片来源：Hirose）

尽管 ix Industrial 使用独特的连接器，但它能够兼容工业以太网生态系统的其他部分。例如，这款连接器支持高达 10 Gbps 的 CAT6A 电缆以及高达 3 A 的以太网供电 (PoE) 和 PoE+。

基于这种兼容性，微型连接器已按照 IEC 61076-3-124 标准进行了标准化，以确保跨供应商的互操作性，从而简化设计流程，让工程师能更自由地选择产品。例如，Hirose 的 [ix 工业连接器系列] 与其他制造商的解决方案完全兼容。

ix 工业连接器还可用于多种以太网协议，包括 PROFINET、CC-Link IE TSN 和 GigE Vision：

• PROFINET 是一种由 Profibus 和 Profinet International (PI) 监管且使用广泛的工业以太网协议。该连接器用于可编程逻辑控制器 (PLC)、机器人、驱动器以及传感器和执行器的输入和输出 (I/O)。
• CC-Link IE TSN 是 CC-Link Partner Association 制定的标准，用于将千兆以太网与时敏网络 (TSN) 结合在一起。该协议广泛应用于半导体和汽车制造等先进行业。
• GigE Vision 是由 Automated Image Association (AIA) 管理的高性能工业相机接口标准。该协议利用以太网网络实现了多种优势，如快速数据传输、更长的电缆长度、低成本和可扩展等。

除这些官方认可外，ix 工业连接器还可与许多其他工业以太网协议配合使用，具体包括 EtherCAT、Modbus TCP 和 Ethernet/IP。ix 工业连接器支持这些协议，并且坚固耐用，实现了小型化，是许多智能工厂应用的理想选择。其中包括：

• 机器视觉： 高分辨率摄像机可生成大量图像数据，用于实时分析和制定决策。这充分利用了 ix 工业连接器的高数据传输速率和紧凑的外形，适用于安装多台摄像机。
• 机器人： 协作机器人和自主机器人依靠实时传感器数据和控制信号实现安全高效的运行。ix 工业连接器坚固耐用，电磁干扰敏感性低，可确保可靠的数据交换。
• 预见性维护： 在关键设备上安装传感器，可及早发现潜在故障，避免代价高昂的停机时间。ix 工业连接器外形扁平，设计坚固，非常适合在恶劣工作条件下使用小型传感器。

节省空间的插头和插座设计选项

ix 工业插座和插头都以其能够节省空间而著称。如图 3 所示，插座有多种配置：

• 直式插座 （如 [IX61G-A-10P]）可平行安装，间距仅为 10 mm，可实现高端口密度。在这种配置下，6 个 ix 工业连接器的空间与 3 个 RJ45 连接器相同，从而大大减少了交换机、路由器和类似设备的占地面积。
• 外形扁平的水平插座 （如 [IX60G-A-10P]）的厚度只有 5.7 mm，不到 RJ45 连接器高度的一半，因此适合传感器等应用。
• 垂直插座 （如 [IX80G-A-10P]）可以从顶部插接，为设计人员带来了更大的灵活性。

插头有直式（如 [IX40G-B-10S-CV(7.0)]）和直角式（如 [IX30G-A-10S-CVL2(7.0)]）两种。尤其值得一提的是直角式连接器，因为这种器件能够降低连接高度，使得在狭小空间内敷设电缆更容易。例如，这些插头可以最大限度地减少与电缆弯曲半径有关的问题，并有助于进行高密度菊花链连接。

机械和电气复原性能

ix 工业连接器专为适应工业条件而设计，其结构坚固耐用，可抵御振动、冲击和 EMI。插座外壳通过五个通孔焊脚安装到印刷电路板（PC 板）上。这样就形成了牢固的物理连接，以防止扳动和拉扯，从而保护信号触点。这种结构还能在插座外壳和电路板接地层之间实现牢固的连接。

插头外壳包括集成电线端接单元和电缆夹（图 4）。这样可以防止电缆组件的连接部分受到电缆负载的影响。外壳压接在一起，与插座的接地弹簧直接接触，形成 360˚ 连续屏蔽，从而防止 EMI。

图 4：ix 工业插头为电线端接单元提供外壳保护，以防止物理损坏和防 EMI。（图片来源：Hirose）

连接器还具有坚固耐用的卡入式锁定机构，可发出咔嗒声并提供触感。这种可靠的锁定机构可确保即使在剧烈振动的环境中也能可靠连接，并有助于连接器承受 5000 次配接操作。

Hirose 还提供采用钯镍触点的 ix 工业连接器。例如，[IX30G-A-10S-CV(7.0)(01)] 插头的触点是 0.75 μm 钯镍加 0.05 μm镀金。这些触点比标准的金触头更耐用，对于需要频繁配接的应用非常有用。

简化装配和测试

Hirose 建议使用线径在 22 至 28 AWG 线规之间的电缆，以确保高质量连接。电线可通过焊接或绝缘穿刺连接 (IDC) 端接，建议为现场端接插头使用 IDC。这种端接方法使用 [HT803/IXG-8/10S-63-72] 等压接工具来切割电线绝缘体，并一次性完成连接。

要获得最经久耐用的高质量端接，最好使用焊接。Hirose 提供了许多支持这种端接方法的插头，如 [IX40G-A-10S-CV(7.0)]。

为了测试电缆和组件，Hirose 提供 [DSX-CHA-5-IX-S]分析仪，这是一套用于 [Amprobe]（[Fluke Networks]旗下公司）的 [DSX CableAnalyzer] 的适配器。使用该分析仪，技术人员可以确保正常运行并简化问题诊断。

结束语

设计人员可使用 ix 工业连接器在智能工厂应用中实现高端口密度和可靠性。通过 IEC 61076-3-124 标准化，设计人员可以确保不同制造商产品之间的互操作性。各种插头和插座选项允许设计人员选择安装和电缆布线方向，以缩小设备占地面积，避免电缆受到应力作用，并在实现高带宽的同时将干扰风险降至最低。

审核编辑 黄宇