工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)化 工業(yè)以太網(wǎng)連接器的特點(diǎn)

當(dāng)我們討論工業(yè)4.0或者智能制造時(shí)，都知道實(shí)現(xiàn)這樣的構(gòu)想，一個(gè)基本的必要條件就是，要讓數(shù)據(jù)在其中發(fā)揮核心的作用，基于大數(shù)據(jù)而建立起的洞察和分析，將成為整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的基石。而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就需要將整個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備相互通信、互聯(lián)，并組成一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以便數(shù)據(jù)在其中高效而可靠地傳輸和交互。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)化

將設(shè)備連接起來(lái)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣的想法在以工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)為標(biāo)志的工業(yè)3.0時(shí)代就已經(jīng)有了，為此從上個(gè)世紀(jì)70年代開始，人們開發(fā)出了不同種類的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，希望通過(guò)這種方式將以往彼此孤立的設(shè)備聯(lián)通起來(lái)，實(shí)現(xiàn)分布式控制。不過(guò)，雖然工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線有很廣泛的應(yīng)用，但是由于一直沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就限制了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，所以該技術(shù)在后期也進(jìn)入了瓶頸。

為了突破這一瓶頸，人們迫切希望打破不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線之間的藩籬，將工業(yè)設(shè)備間的互聯(lián)納入到同一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之中，“工業(yè)以太網(wǎng)”也就應(yīng)運(yùn)而生了。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，簡(jiǎn)單的理解就是將在IT領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)架構(gòu)，引入到工業(yè)領(lǐng)域，這樣一來(lái)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)介質(zhì)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，就在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一;與此同時(shí)，以太網(wǎng)傳輸速率更高、開發(fā)資源豐富、生態(tài)完善的優(yōu)勢(shì)也可以惠及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

這樣的構(gòu)想看上去很“完美”，不過(guò)現(xiàn)實(shí)中有一個(gè)繞不過(guò)去的技術(shù)門檻——從本質(zhì)上來(lái)講，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是一個(gè)“不確定”的網(wǎng)絡(luò)，其采用的是載波偵聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)(CSMA/CD)的機(jī)制，優(yōu)先考慮的是數(shù)據(jù)吞吐量，而不是對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要的實(shí)時(shí)性、可靠性、丟包率、同步性等“確定性”的要求。為了邁過(guò)這道門檻，就需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，增加一些特定的協(xié)議以保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性，將其改造成為一個(gè)確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的要求。進(jìn)入21世紀(jì)之后，這種圍繞工業(yè)以太網(wǎng)的“改造”一直沒有停止過(guò)，也催生出了EtherCAT、PROFINET等優(yōu)秀的協(xié)議，大大推動(dòng)了其發(fā)展。有分析表明，近年來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

進(jìn)入工業(yè)4.0之后，工業(yè)以太網(wǎng)的進(jìn)化又向前邁出了一大步。在IEEE 802.1以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)框架下，人們通過(guò)定義一系列的“子標(biāo)準(zhǔn)”，形成了一套完整的TSN(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò))協(xié)議，為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供通用處理機(jī)制，解決了以太網(wǎng)傳輸中時(shí)間同步、調(diào)度和流量整形，以及通信路徑的選擇、預(yù)留和容錯(cuò)等方面的挑戰(zhàn)。此舉一方面解決了以往不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)(如采用不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的子網(wǎng)絡(luò))之間的互操作問(wèn)題，另一方面也可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中同時(shí)支持現(xiàn)場(chǎng)控制所需的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)，以及生產(chǎn)管理與企業(yè)經(jīng)營(yíng)所需的非實(shí)時(shí)、大吞吐量的數(shù)據(jù)，打通OT(運(yùn)營(yíng)技術(shù))和IT(信息技術(shù))兩個(gè)域，真正讓數(shù)據(jù)在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中流動(dòng)起來(lái)。

所有這些趨勢(shì)都傳遞出一個(gè)強(qiáng)烈的信號(hào)：未來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)連接領(lǐng)域?qū)⒈３謴?qiáng)勁的成長(zhǎng)勢(shì)頭。這樣的趨勢(shì)對(duì)于整個(gè)以太網(wǎng)生態(tài)都是一個(gè)利好，當(dāng)然也包括工業(yè)以太網(wǎng)連接器。

工業(yè)以太網(wǎng)連接器的特點(diǎn)

大家對(duì)于以太網(wǎng)接口使用的RJ45水晶頭連接器都不會(huì)陌生。不過(guò)，就像是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的以太網(wǎng)協(xié)議需要進(jìn)行特別優(yōu)化一樣，工業(yè)以太網(wǎng)中的連接器同樣需要進(jìn)行改造，才能適應(yīng)特殊工業(yè)環(huán)境的要求。

與通用型的產(chǎn)品相比，工業(yè)以太網(wǎng)連接器的不同之處主要體現(xiàn)在三個(gè)方面——

環(huán)境耐受性

潮濕、粉塵、腐蝕性的氣液環(huán)境、沖擊、振動(dòng)、電磁干擾……這些都是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)面臨的復(fù)雜惡劣的環(huán)境，這就需要工業(yè)連接器在IP等級(jí)、防機(jī)械沖擊和振動(dòng)、電磁屏蔽等方面采用特殊的設(shè)計(jì)，以確保在任何環(huán)境下都不會(huì)“掉線”。

易用性

為了達(dá)到環(huán)境耐受性的要求，工業(yè)以太網(wǎng)連接器免不了要采用一些附加的保護(hù)機(jī)制，而如果這些保護(hù)機(jī)制太復(fù)雜，使用不便，既會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)操作人員帶來(lái)困擾，也很可能會(huì)增加人為誤操作導(dǎo)致的錯(cuò)配風(fēng)險(xiǎn)。因此既要耐用，還要好用，這是對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)連接器的一個(gè)很重要的訴求。

小型化

可能有人會(huì)認(rèn)為體積相對(duì)較大的工業(yè)設(shè)備，對(duì)于互連組件的尺寸不會(huì)那么斤斤計(jì)較，可實(shí)際情況并不是這樣。現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備需要與外界交互的“資源”越來(lái)越多，信號(hào)、電源、數(shù)據(jù)，甚至是氣路、水路，這些都需要在有限的空間內(nèi)進(jìn)行合理的安排，挑戰(zhàn)著實(shí)不小。這就要求以太網(wǎng)連接器要從自身挖潛，為提升互連密度做貢獻(xiàn)。因此型化甚至微型化一直是工業(yè)以太網(wǎng)互連技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主攻方向。

如果說(shuō)工業(yè)以太網(wǎng)的部署，是一次面對(duì)特殊應(yīng)用環(huán)境的特殊任務(wù)，那么投身到這個(gè)領(lǐng)域的連接器就像是一個(gè)個(gè)異于“常人”，具有不同超能力的“超級(jí)英雄”，它們的職責(zé)就是幫助用戶去應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景中的挑戰(zhàn)。

這些“超級(jí)英雄”有哪些?它們各自有什么稟賦和特點(diǎn)?作為開發(fā)者，應(yīng)該如何調(diào)兵遣將，讓這些工業(yè)以太網(wǎng)連接器各司其職，成為可靠互連的守護(hù)者?我們今天就以HARTING(浩亭)的一眾工業(yè)以太網(wǎng)連接器為例，做個(gè)全面的盤點(diǎn)。

工業(yè)以太網(wǎng)連接器中的”超級(jí)英雄“

M8 D編碼連接器

自1985年問(wèn)世以來(lái)，M12連接器一直在工業(yè)自動(dòng)化互連領(lǐng)域扮演著重要的角色。這種帶有12mm鎖定螺紋的圓形連接器具有防止液體和固體侵入的IP防護(hù)等級(jí)，可在惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可靠連接。由于應(yīng)用十分廣泛，為了避免錯(cuò)誤配接，M12連接器通過(guò)多種鍵位編碼來(lái)界定不同的應(yīng)用，其中D編碼連接器專門用于100Mbps的快速以太網(wǎng)連接。

在M12連接器方面，HARTING擁有非常豐富的產(chǎn)品組合，提供多種編碼的產(chǎn)品。不過(guò)為了滿足工業(yè)以太網(wǎng)連接器小型化的要求，HARTING特別推出了M8 D編碼連接器(8mm鎖定螺紋)。

該產(chǎn)品支持100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率以及PoE以太網(wǎng)供電，能夠達(dá)到IP67防水防塵等級(jí)，在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)條件下可提供出色的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

值得一提的是，與經(jīng)典的M12接頭相比，M8 D編碼連接器的尺寸減小了30%!可以說(shuō)，它是傳統(tǒng)M12 D編碼連接器實(shí)現(xiàn)小型化的理想之選。

PushPull 2.0 Variant 4工業(yè)連接器

M12圓形連接器固然技術(shù)成熟且可靠性高，不過(guò)其外殼密封件必須在一定壓力下才能完全閉合并實(shí)現(xiàn)良好的密封性，因此在連接時(shí)通常需要專用的工具才能正確地“夾緊”連接器插頭并擰緊到適當(dāng)?shù)呐ぞ?，其易用性顯然會(huì)打折扣。

HARTING推出的推拉式(PushPull)連接器正好可以解決這個(gè)問(wèn)題。顧名思義，推拉式連接器無(wú)需使用專用工具，只需簡(jiǎn)單推和拉的動(dòng)作即可完成連接器插和拔的操作。

PushPull 2.0 Variant 4(V4)工業(yè)連接器就是一款針對(duì)機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)而推出的新品，其突出的亮點(diǎn)就是僅用一個(gè)密封墊圈就可以取代傳統(tǒng)的三個(gè)密封件，在確保足夠的IP密封等級(jí)的同時(shí)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和配接操作。其可耐受化學(xué)品侵蝕的新型外殼材料也可以讓產(chǎn)品免受氣體、液體和振動(dòng)等因素的影響，輕松滿足嚴(yán)苛環(huán)境下的連接需求。

PushPull V4工業(yè)連接器采用內(nèi)部鎖定機(jī)制，容易插拔，安裝到位時(shí)還會(huì)發(fā)出“咔噠”聲以供確認(rèn)。該連接器還具有額外的防轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，可將PushPull鎖定組件固定在插入狀態(tài)，確保連接的可靠性，避免意外被拉出。為加快即插即用的速度，第二代PushPull還在外觀上加入兩種不同的顏色標(biāo)識(shí)，用于識(shí)別連接器與插槽是否對(duì)齊并正確無(wú)誤地插入，以及確認(rèn)插頭與插槽的配置是否正確，以減少配接錯(cuò)誤，節(jié)省組裝時(shí)間。

可見，如果需要一款現(xiàn)場(chǎng)配接操作便利，同時(shí)兼具可靠性和小型化特點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)連接器，PushPull 2.0 Variant 4可以列入BOM清單之中。

Han1A重載連接器

在實(shí)現(xiàn)工業(yè)互連的微型化、輕量化方面，HARTING Han1A重型連接器也是一個(gè)很好的選擇。

Han1A功能全面，具有多達(dá)12個(gè)觸點(diǎn)，其插芯可用于電源、信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸——其中電源傳輸高達(dá)16A/400V;而如果用作數(shù)據(jù)傳輸，可支持Cat. 5或Cat. 6A的性能;而且對(duì)于信號(hào)干擾強(qiáng)的區(qū)域，還有屏蔽型的產(chǎn)品提供。

與“前輩”產(chǎn)品Han3A相比，Han1A的尺寸縮小了30%。同時(shí)，由于使用輕質(zhì)材料，其重量也很輕巧。

Han1A插入式鎖緊卡扣可使連接器的鎖緊結(jié)構(gòu)與插芯結(jié)合成一個(gè)整體，無(wú)需任何工具，只需輕輕一推，聽到“咔噠”聲即可完成插接。用戶也可在外部加配金屬固定卡扣，給連接多一重保障。

特別值得一提的是，Han1A也繼承了Han家族產(chǎn)品模塊化的設(shè)計(jì)理念，客戶可根據(jù)不同應(yīng)用的場(chǎng)景和需求，自由搭配不同的組件，實(shí)現(xiàn)不同的功能和防護(hù)等級(jí)(高至IP65)，獲得性價(jià)比更高、靈活可擴(kuò)展的專屬解決方案。

因此，如果你在尋找一款無(wú)懼惡劣工業(yè)環(huán)境和戶外環(huán)境，可在沖擊和振動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)輕松連接，且外形輕巧、靈活易用的模塊化工業(yè)以太網(wǎng)互連解決方案，選Han1A準(zhǔn)沒錯(cuò)!

ix Industrial以太網(wǎng)連接器

為了更好地適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用要求，一方面各個(gè)連接器廠商會(huì)在M12、PushPull、模塊化連接器這些既有的接口標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品上進(jìn)行改良，另一方面也在積極推動(dòng)全新的專有接口標(biāo)準(zhǔn)的制訂和應(yīng)用。ix Industrial接口就是這些年來(lái)呼聲頗高的新型工業(yè)以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)。

ix Industrial連接器的初衷，就是要替代傳統(tǒng)的RJ45連接器，其體積與RJ45連接器相比縮小了70%，功能更強(qiáng)大，也更堅(jiān)固可靠，且都符合IEC61076-3-124標(biāo)準(zhǔn)，確保了產(chǎn)品間的兼容性。

HARTING也是ix Industrial接口標(biāo)準(zhǔn)的積極推動(dòng)者之一，其推出的ix Industrial連接器可支持1Gbps/10Gbps以太網(wǎng)的性能(Cat. 6A)，插拔次數(shù)高達(dá)5000次。該連接器使用由金屬制成的兩個(gè)穩(wěn)定的卡扣鉤來(lái)實(shí)現(xiàn)插座和連接器的主動(dòng)鎖定，并提供清晰的觸覺反饋來(lái)幫助用戶確認(rèn)牢固連接。此外，這些以太網(wǎng)連接器電纜護(hù)套和插頭之間的連接采用穩(wěn)固的壓接連接形式，確保了接口的牢固性，能滿足EN 50155鐵路規(guī)范中規(guī)定的較高的抗沖擊和抗振性要求。

HARTING的ix Industrial連接器提供A型(Cat. 6A以太網(wǎng))和B型(信號(hào)和總線通信)兩種版本，并在不斷開發(fā)更多的接線和安裝方式，包括彎角、直角和水平等PCB板端安裝方式。

簡(jiǎn)言之，HARTING的ix Industrial連接器在實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上，通過(guò)重新定義外形及鎖定、裝配等機(jī)制，打造出了一款全面優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)互連解決方案，可以說(shuō)是工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備硬件互連升級(jí)的不二之選。

T1工業(yè)單對(duì)以太網(wǎng)(SPE)連接器

ix Industrial連接器備受青睞，不過(guò)熟悉工業(yè)以太網(wǎng)互連技術(shù)趨勢(shì)的小伙伴一定知道，這兩年另一個(gè)技術(shù)的話題熱度更高，這就是單對(duì)以太網(wǎng)(SPE)連接器。

大家知道，以往的工業(yè)以太網(wǎng)常用的是4芯(2對(duì))雙絞線或8芯(4對(duì))雙絞線的連接方式，而SPE連接器只需通過(guò)1對(duì)雙絞線，就可以實(shí)現(xiàn)1Gbps的傳輸速率和長(zhǎng)達(dá)1km的傳輸距離，這種全新的架構(gòu)在性價(jià)比上顛覆性的優(yōu)勢(shì)，無(wú)疑會(huì)改變未來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)的生態(tài)，因此被視為工業(yè)以太網(wǎng)接口的明日之星，有分析稱未來(lái)SPE連接器很可能會(huì)替代ix Industrial連接器成為主流架構(gòu)。

圖1：SPE單對(duì)以太網(wǎng)互連系統(tǒng)架構(gòu)

(圖源：HARTING)

HARTING順應(yīng)SPE的發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)，推出了T1 Industrial SPE連接器，該產(chǎn)品采用高度優(yōu)化的高頻設(shè)計(jì)，帶360°屏蔽，機(jī)械強(qiáng)度高，符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)使其能夠滿足人們對(duì)于SPE的所有期待。

T1只需使用兩根電線即可實(shí)現(xiàn)10Mbps至1Gbps的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，且可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電(PoDL)同時(shí)為終端設(shè)備傳輸電能。這些連接器的額定電壓為60VDC，可插拔1,000次，工作溫度范圍為-40℃至+85℃，緊湊的外形使它較容易被安裝到常用的M12、M8、PushPull和SnapIn等外殼中，提供IP20至IP65/67的密封等級(jí)，滿足廣泛的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的要求。這類產(chǎn)品的推出對(duì)于SPE單對(duì)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用落地，也會(huì)起到積極地推動(dòng)作用。

因此，如果你正在超前布局未來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品和方案，從HARTING的T1 Industrial SPE連接器入手，肯定是一個(gè)很好的選擇。

本文小結(jié)

工業(yè)以太網(wǎng)的前景廣闊，不過(guò)大家也心知肚明，想要在復(fù)雜惡劣的工業(yè)環(huán)境中確保高性能、高可靠的互連并非易事，有時(shí)甚至看上去是一件“不可完成的任務(wù)”。

好在，我們有很多具有“超能力”的“超級(jí)英雄”工業(yè)以太網(wǎng)連接器來(lái)助陣，它們要么是在原有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行深度地挖潛和優(yōu)化，要么是在一個(gè)全新定義的新標(biāo)準(zhǔn)上釋放自己的超能力，大家一起協(xié)力，幫助各個(gè)層面上的用戶實(shí)現(xiàn)構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)的夙愿。

在這方面，HARTING公司的“超級(jí)英雄”連接器戰(zhàn)隊(duì)可謂是齊裝滿員，可以隨時(shí)聽你的調(diào)遣。快來(lái)點(diǎn)將吧!

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原文標(biāo)題：盤點(diǎn)：誰(shuí)是工業(yè)以太網(wǎng)連接器中的“超級(jí)英雄”?

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