为工厂自动化高速网络选择正确的连接器

2023-09-28 10:24:23 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 点击:4390

工厂自动化高速网络

随着自动化在现代制造业中越来越普遍,对工厂自动化高速网络的需求正在上升。为这些恶劣环境选择正确的连接器至关重要。

连接设备的组件或技术,如传感器、执行器、控制器和机器人技术,可以实现无缝通信。包括Wi-Fi和蜂窝网络在内的无线网络在高速网络方面也越来越受欢迎。为这些网络选择正确的连接器对于确保最佳性能、可靠性和可伸缩性至关重要。

当今的网络速度与早期RS-232串行通信的1.492 Kb/s速度,甚至是流行的Mb/s和Modbus协议使用的RS-485的10 Mb/s相差甚远。今天无处不在的以太网协议是大多数网络的选择。它主要部署在100 Mb/s的带宽下,但对实时、低延迟通信的需求不断增加。机器视觉的增长,正将以太网网络推高到10 Gb/s或更高。

工厂自动化

最常见的工厂自动化,最流行的有线网络连接器类型,以及在选择连接器时重要的参数是我们首先要确定的。

装配生产线:在装配线应用中,机器人系统和控制器之间的高速通信对于保持效率和减少生产时间至关重要。

物料处理:自动化物料处理系统,如输送机、自动引导车辆(AGVs)和自动存储和检索系统(AS/RS),需要机械坚固的连接器,可以承受恶劣环境,包括振动、灰尘和水分的影响。

机器视觉:机器视觉系统,包括摄像机、传感器和图像处理设备,需要支持高速、高带宽的数据传输,并提供可靠的、无干扰的连接。

过程控制:在过程控制应用中,连接器可能暴露在高温、腐蚀性化学物质和高电噪音水平下,同时要保证传感器、致动器和控制器之间的可靠通信。

为高速工厂自动化网络选择连接器时要考虑的因素:

带宽和数据速率:连接器必须支持应用所需的带宽和数据速率。在大多数情况下,这些都是由设计连接器的网络标准来定义的。例如,RJ45以太网连接器经常在工业网络中使用,其带宽高达10 Gb/s,相当于1.25 Gb/s的数据速率。网络规范还包括传输距离。

以太网网络通过有线和光纤电缆运行

以太网网络通过有线和光纤电缆运行

电气规格:包括导体的数量、电压和额定电流,以及接触电阻。较低的接触电阻确保数据连接更好的信号完整性,并减少功耗。接触电镀材料对性能和连接器的环境公差都有显著影响。如果涉及到高密度、高速的互连,例如在背板上,插入损耗和串扰性能也可能是重要的连接器选择标准。

环境电阻性:连接器应能够承受应用的环境条件。规格包括连接器可靠性能、耐湿度和接触化学品或污染物的温度范围。具有防止灰尘、水和其它污染物的IP保护等级。IP69K是最高的IP标准。连接器外壳材料也需要考虑到恶劣的操作环境。

EMC/EMI:电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(EMI)在工业应用中通常是重要的考虑因素,尤其是因为来自开关模式电源、电机、微处理器时钟,甚至LED照明的潜在干扰。每一个导体都是一种天线,包括PCB的电路。特别是对于高速电路,需要考虑连接器内的屏蔽和接地安排。集成了EMC抑制组件的版本可能有助于降低系统设计的复杂性和印刷电路板的尺寸。

机械鲁棒性:连接器应能够承受应用的物理要求,如振动、冲击和机械应力。这在材料处理和过程控制应用中尤其重要,因为连接器会承受恶劣环境和大量使用。在连接器频繁插入和抽出的应用中,连接器能够承受的配合周期数、插入和抽出力以及电缆的保持力尤为重要。

端子类型:电线连接器具有各种端子类型,包括焊料、压接件和绝缘位移连接器(IDC)。终端类型的选择取决于诸如安装的方便性、可靠性和维护要求等因素。当光纤用于网络基础设施时,可以将这些光纤与连接器连接在一起。

尺寸和外形因素:连接器应足够紧凑,可以适应可用的空间,并应易于安装和维护。在某些应用中,可能需要低轮廓连接器或直角设计的连接器,以适应紧密的空间。

标准符合性:连接器符合相关的行业标准,如ISO、IEC或ANSI,确保在工厂自动化网络内的兼容性和性能。

安全和法规认证:连接器遵守安全和环境法规,如RoHS、UL或CE,对于某些应用可能是至关重要的。

工厂自动化网络中最常见的连接器

RJ45: RJ45连接器是基于以太网的通信网络中使用最广泛的连接器,这是主导工厂自动化系统的协议。这些8针连接器,通常用于连接设备,如可编程逻辑控制器(plc)、人机接口(HMIs)和工业计算机等。为了消除单独的直流电源供应的需要,POE(以太网电源)RJ45连接器已经成为许多应用中的流行选择。在工厂自动化中,以太网的使用速度从100 Mb/s到10 Gb/s,但这一速度正在增加。RJ45连接器有多种格式,包括具有减轻EMI集成组件的版本。

RJ45

M12X和RJ45连接器是在工厂中流行的有线以太网连接,但圆形连接器更坚固,并有各种IP评级。

M12: M12连接器是带有12 mm锁定螺纹的圆形组件,专为恶劣工业环境而设计。它们有3、4、5、8和12 pin针的版本。M12连接器能防尘、防水和振动,能同时传输电力、数据和信号。它们根据引脚和外壳方式编码名称,标明每个版本最适合的应用,尽管这些都不是严格定义。例如:1 Gbit以太网和传感器的A编码;现场总线B编码;交流电源C编码;100 Mbit以太网D编码;高功率(7 kW)AC的 K编码;直流电源L编码;10 Gbit以太网X编码;用于连接直流电源和100 Mb/s的数据Y编码。C编码和A编码正逐渐被S编码和T编码的版本所取代。

M8:也被称为“纳米M8连接器”,这些比M12类型更小,并有一个8毫米的锁定螺纹。这些对于有空间约束或需要轻量级连接的应用是理想的。M8连接器经常用于工厂网络中的传感器和执行器连接。

工业USB:这些产品比标准的USB类型更坚固,具有ip67级密封,增强的EMI/RFI屏蔽性能,以及耐恶劣环境等功能。它们经常用于数据采集、机器视觉和自动化控制应用。

光纤

光纤连接器用于连接高速网络中,提供了较高的数据传输速率和抗电磁干扰的性能。一些常见光纤连接器类型包括FC、LC、MPT/MPO(多光纤)、SC和ST连接器等。其中,LC(朗讯连接器)是目前使用最多的。光纤连接是需要远程通信或抗EMI干扰应用的理想选择,有些应用能够以每秒超过1pb的速度传输数据。

光纤连接器

光纤电缆和连接器在工厂提供高速和高抗电气干扰,但比传统的铜线和连接器更昂贵。

背板连接器

背板连接器用于电子模块或子系统之间的高速通信链路。每个系列都有多种配置。它们被用在印刷电路板的边缘,将它们插入基于机架的组件,并用于系统的各个部分之间的互连,有时从连接器到连接器,有时通过线束。最流行的工厂自动化类型包括DIN41612(基于DIN标准)、VME、CompactPCI、PC/104和PMC,以及其它类型等。

为高速工厂自动化网络选择正确的连接器类型对于确保设备和组件之间的可靠通信和数据传输至关重要。每种连接器类型都有自己的特性和优势,满足在环境抗性、数据传输速率和易于安装等方面的不同要求。只有通过理解应用和规范,工程师和系统集成商才能在设计和实现低成本和可靠的高性能网络时做出明智决策。

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