Aumenta la densità delle porte Industrial Ethernet e l'affidabilità con i connettori ix Industrial

Le fabbriche stanno registrando un aumento delle applicazioni ad alta intensità di dati, come la robotica, la visione artificiale e le tecniche per l'Internet delle cose industriale (IIoT). Il risultato è una crescente domanda di comunicazioni ad alta velocità. Sebbene Industrial Ethernet abbia aiutato, i progettisti devono fornire un'elevata densità di porte, ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI) e garantire connessioni fisicamente robuste.

Con una dimensione pari a un quarto di quella di un connettore RJ45, una schermatura EMI migliorata e un accoppiamento robusto, il connettore ix Industrial è stato creato espressamente per soddisfare i requisiti dell'automazione industriale. Standardizzato ai sensi della norma IEC 61076-3-124, questo connettore è adatto per una gamma di soluzioni di fornitori diversi e offre funzioni sofisticate per migliorare ulteriormente le funzionalità della fabbrica intelligente.

Questo articolo esamina brevemente i requisiti di connettività dell'automazione di fabbrica. Presenta quindi i connettori ix Industrial di Hirose e mostra come utilizzarli per soddisfare questi requisiti.

Industrial Ethernet e le sfide dei connettori RJ45

Industrial Ethernet ha due caratteristiche adatte alle fabbriche intelligenti: una velocità di trasmissione dati di 10 Gbps e una base tecnologica in Ethernet. Utilizza lo stesso protocollo TCP/IP, gli stessi cavi CAT5e e CAT6 e gli stessi connettori RJ45. L'interoperabilità facilita l'integrazione dei dispositivi della fabbrica intelligente tra loro e con i sistemi aziendali.

Tuttavia, l'ambiente industriale sottopone i connettori a maggiori sollecitazioni fisiche e, con l'aumento della densità delle porte, i progettisti hanno bisogno di connettori con un ingombro ridotto, in grado di ridurre ulteriormente le EMI. Come illustra la Figura 1, il connettore ix Industrial riduce lo spazio di installazione del 75% rispetto ai connettori RJ45. Allo stesso tempo, offre una durata e una resistenza alle EMI notevolmente migliorate (Figura 2).

Figura 1: Il connettore ix Industrial (a sinistra) è più piccolo del 75% rispetto al tradizionale connettore RJ45 (a destra). (Immagine per gentile concessione di Automation World)

Figura 2: I connettori ix Industrial offrono numerosi miglioramenti prestazionali per soddisfare i requisiti dell'automazione di fabbrica. (Immagine per gentile concessione di Hirose)

Sebbene il connettore ix Industrial sia un connettore unico, per il resto è compatibile con tutto l'ecosistema Industrial Ethernet. Ad esempio, supporta cavi CAT6A fino a 10 Gbps e Power over Ethernet (PoE) e PoE+ fino a 3 A.

Alla luce di questa compatibilità, il connettore miniaturizzato è stato standardizzato secondo la norma IEC 61076-3-124, garantendo un'interoperabilità tra i vari fornitori che semplifica la progettazione e offre una maggiore libertà nella scelta dei prodotti. Ad esempio, la serie di connettori ix Industrial di Hirose è pienamente compatibile con le soluzioni di altri produttori.

Il connettore ix Industrial è stato scelto anche per diversi protocolli Ethernet, tra cui PROFINET, CC-Link IE TSN e GigE Vision:

• PROFINET è un protocollo Industrial Ethernet ampiamente utilizzato, supervisionato da Profibus e Profinet International (PI). Viene utilizzato per controller a logica programmabile (PLC), robot, azionamenti e I/O di sensori e attuatori.
• CC-Link IE TSN è uno standard della CC-Link Partner Association che combina Gigabit Ethernet con Time-Sensitive Networking (TSN). Si trova in industrie avanzate come quella dei semiconduttori e automotive.
• GigE Vision è uno standard di interfaccia per telecamere industriali ad alte prestazioni gestito dall'Automated Image Association (AIA). Utilizza le reti Ethernet per vantaggi quali la velocità di trasferimento dei dati, la lunghezza dei cavi, il basso costo e la scalabilità.

Oltre a questi riconoscimenti ufficiali, i connettori ix Industrial possono essere utilizzati con molti altri protocolli Industrial Ethernet, tra cui EtherCAT, Modbus TCP ed Ethernet/IP. Grazie al supporto di questi protocolli e alla robusta miniaturizzazione, i connettori ix Industrial sono una scelta convincente per molte applicazioni per le fabbriche intelligenti, tra cui:

• Visione artificiale: le telecamere ad alta risoluzione generano grandi quantità di dati per l'analisi e il processo decisionale in tempo reale. Ciò sfrutta l'elevata velocità di trasmissione dei dati e le dimensioni compatte del connettore ix Industrial per le configurazioni multi-telecamera.
• Robotica: i robot collaborativi (cobot) e autonomi si affidano ai dati dei sensori e ai segnali di controllo in tempo reale per un funzionamento sicuro ed efficiente. La robustezza e la bassa suscettività EMI del connettore ix Industrial garantiscono uno scambio di dati affidabile.
• Manutenzione predittiva: l'aggiunta di sensori alle apparecchiature critiche consente di rilevare tempestivamente i potenziali guasti, evitando costosi tempi di fermo. Il profilo ribassato e il design robusto del connettore ix Industrial lo rendono un ottimo candidato per i sensori di piccole dimensioni in condizioni operative difficili.

Opzioni di progettazione salvaspazio su spine e prese

Entrambe le prese e le spine ix Industrial presentano caratteristiche degne di nota per risparmiare spazio. Come illustra la Figura 3, le prese sono disponibili in diverse configurazioni:

• Prese diritte come il modello IX61G-A-10P, possono essere montate in parallelo con una distanza di soli 10 mm per un'elevata densità di porte. In questa configurazione, sei connettori ix Industrial possono occupare lo stesso spazio di tre connettori RJ45, riducendo in modo significativo l'ingombro di switch, router e apparecchiature simili.
• Prese orizzontali a profilo ribassato, come il modello IX60G-A-10P, hanno un profilo di 5,7 mm, pari a meno della metà dell'altezza di un connettore RJ45, che le rende adatte ad applicazioni come i sensori.
• Prese verticali, come il modello IX80G-A-10P, possono essere accoppiate dall'alto, offrendo ai progettisti una maggiore flessibilità.

Figura 3: Le prese ix Industrial sono disponibili nelle varianti diritta, verticale e orizzontale (rispettivamente in alto, a sinistra e in basso). I connettori maschio sono disponibili in configurazioni diritte e ad angolo retto. (Immagine per gentile concessione di Hirose)

Le spine sono disponibili con orientamento diritto, come il modello IX40G-B-10S-CV(7.0), o ad angolo retto, come il modello IX30G-A-10S-CVL2(7.0). Le opzioni ad angolo retto sono particolarmente degne di nota, in quanto riducono l'altezza del collegamento e facilitano il passaggio del cavo in spazi ristretti. Ad esempio, queste spine possono ridurre al minimo i problemi legati al raggio di curvatura dei cavi e facilitare il collegamento a margherita ad alta densità.

Resistenza meccanica ed elettrica

Progettato per resistere alle condizioni industriali, il connettore ix Industrial ha una struttura robusta, resistente alle vibrazioni, agli urti e alle EMI. Il guscio della presa è montato sulla scheda a circuiti stampati tramite cinque punti di saldatura a foro passante. In questo modo si crea un collegamento fisico solido resistente alle torsioni e agli strappi, che protegge i contatti del segnale. Inoltre, fa da collegamento robusto tra il guscio della presa e il piano di massa della scheda.

Il guscio della spina integra un'unità di terminazione dei fili e un serracavo (Figura 4). Questo evita che la parte di collegamento del cavo assemblato sia soggetta al carico del cavo. Il guscio è crimpato ed entra in contatto diretto con la molla di terra della presa, creando una schermatura continua a 360˚ contro le EMI.

Figura 4: La spina ix Industrial racchiude l'unità di terminazione dei fili con un guscio che la protegge dai danni fisici e dalle EMI. (Immagine per gentile concessione di Hirose)

I connettori sono inoltre dotati di un robusto meccanismo di bloccaggio a scatto che produce un clic udibile e tattile. Questo bloccaggio intrinseco garantisce una connessione sicura anche in ambienti soggetti a forti vibrazioni e consente al connettore di resistere a 5.000 cicli di accoppiamento.

Hirose offre anche varianti dei connettori ix Industrial con contatti in palladio-nichel. Ad esempio, il connettore IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) utilizza contatti con 0,75 μm di palladio-nichel più 0,05 μm di placcatura in oro. Questi contatti sono più durevoli di quelli standard in oro e sono preziosi per le applicazioni con frequenti cicli di accoppiamento.

Semplificare l'assemblaggio e il collaudo

Hirose consiglia di utilizzare cavi compresi tra 22 e 28 AWG per garantire un collegamento di alta qualità. I fili possono essere terminati mediante brasatura dolce o a perforazione di isolante (IDC). Il metodo IDC è consigliato per le spine terminate sul campo. Questo metodo di terminazione utilizza una crimpatrice come HT803/IXG-8/10S-63-72 per tagliare l'isolamento del conduttore e collegare il tutto con un unico movimento.

Per una terminazione più duratura e di alta qualità, è preferibile la brasatura dolce. Hirose offre numerosi connettori, come il modello IX40G-A-10S-CV(7.0), che supportano questo metodo di terminazione.

Per testare cavi e gruppi, Hirose offre DSX-CHA-5-IX-S, un set di adattatori per DSX CableAnalyzer di Amprobe (una società di Fluke Networks). Grazie a questo analizzatore, i tecnici possono garantire il corretto funzionamento e semplificare la diagnosi di eventuali problemi.

Conclusione

I progettisti possono utilizzare i connettori ix Industrial per ottenere un'elevata densità di porte e alta affidabilità nelle applicazioni per le fabbriche intelligenti. Grazie alla standardizzazione secondo la norma IEC 61076-3-124, i progettisti hanno la garanzia dell'interoperabilità tra i diversi produttori. La varietà di opzioni per spine e prese consente ai progettisti di scegliere gli orientamenti di montaggio e di instradamento dei cavi per ridurre l'ingombro delle apparecchiature, evitare le sollecitazioni sui cavi e ottenere una larghezza di banda elevata con il minimo rischio di interferenze.

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