SPE 如何自下而上鏈接智能工廠

今天的工廠是現(xiàn)代奇跡，展示了高度聯(lián)網(wǎng)機器的力量和能力。雖然很多都是無線連接，但銅纜繼續(xù)保持著工業(yè)工程團隊的信任。多年來，許多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的互連，從而簡化了工廠自動化、提高了效率并降低了商品成本。因此，為了響應(yīng)工廠自動化對更多傳感器和執(zhí)行器的需求，使用穩(wěn)健、可靠的有線以太網(wǎng)連接正在復(fù)蘇。

以太網(wǎng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用已經(jīng)有一段時間了。它主要在企業(yè)級發(fā)揮作用，支持?jǐn)?shù)據(jù)骨干網(wǎng)，以及在其數(shù)據(jù)吞吐量具有明顯優(yōu)勢的應(yīng)用程序中，例如視覺系統(tǒng)。然后通過 PLC 和協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。然而，由于其四對雙絞線電纜和 RJ45 連接器，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜和連接器并不適合所有正在使用的工業(yè)設(shè)備。多虧了單對以太網(wǎng) (SPE)，這一切都將改變。

一個標(biāo)準(zhǔn)適用于所有人

SPE 采用了大部分現(xiàn)有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以及時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 等最新進展，并添加了新的物理層。IEEE 802.cg 10BASE-T1 在長達 1,000 米的電纜長度上提供 10MBits/s 的傳輸速度，使其成為過程工業(yè)中使用的長鏈路長度中點對點 (PtoP) 連接的理想選擇。其變體 10BASE-T1S 允許點對多點 (P2MP) 連接，支持至少八個節(jié)點共享帶寬。在規(guī)模的另一端，IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 在 40m 屏蔽雙絞線（15m 非屏蔽）上提供 1Gbit/s 的速度。

由于使用單雙絞線，這不僅簡化了布線，而且電纜安裝也更輕，并提供更高的電纜密度。它們還可以提供比傳統(tǒng)以太網(wǎng)電纜和依賴多于兩根電線的替代現(xiàn)場總線技術(shù)更小的彎曲半徑。因此，SPE 在設(shè)備甚至傳感器層面看起來很有吸引力。

還提供電力輸送。對于經(jīng)典以太網(wǎng)，這稱為以太網(wǎng)供電或 PoE。但是，該技術(shù)依賴于至少兩對雙絞線的可用性。對于 SPE，可以使用數(shù)據(jù)線供電（PoDL、802.3bu），為終端設(shè)備提供 0.5W 到 50W 之間的功率。

定義了數(shù)據(jù)和電源后，最后一塊拼圖就是連接器。雖然 RJ45 可能足以滿足辦公室和家庭的需求，但它缺乏工業(yè)安裝所需的穩(wěn)健性和入口保護，更不用說 SPE 有太多的六個連接。Amphenol等供應(yīng)商已圍繞IEC 63171-6進行聯(lián)合，該標(biāo)準(zhǔn)支持傳輸頻率高達 600MHz 的電源和數(shù)據(jù)的雙向和四向連接器。

堅固的連接性

對于安裝和建造注定要在多塵和潮濕環(huán)境中使用的設(shè)備的團隊，需要提供適當(dāng)入口保護的連接器。然而，沒有人愿意在易于安裝方面偷工減料。Amphenol 的 IP67 M12 推挽式SPE 連接器系列為從低數(shù)據(jù)速率傳感器到千兆位視覺系統(tǒng)相機的所有產(chǎn)品提供穩(wěn)健性。還支持高達 60V/4A 的 PoDL。

這些連接器配有安全閂鎖，可提供最小 100N 的保持力，還提供 360° EMI 屏蔽。面板安裝插孔在其鋅壓鑄外殼中包括墊圈和安裝螺母，提供 PCB 直角和垂直端接變體以及焊杯。這些插頭支持 28 至 18 AWG 的焊接變體或 28/7 至 25/7AWG 的絕緣刺破連接器 (IDC) 版本。電纜組件還提供長度為 0.5m 的插頭到尾纖或插頭到插頭選項。

當(dāng)入口不是那么重要時，工程師應(yīng)該考慮IP20 范圍的 SPE 連接器。PCB 安裝插孔有垂直和直角選項，使傳感器和執(zhí)行器設(shè)計人員具有靈活性。該插頭提供了一個可靠的閉鎖、拇指驅(qū)動的金屬閂鎖，可提供 50N 的保持力。配對后，它們還可以為信號提供 360° 屏蔽，同時在 PoDL 安裝中支持 60V/4A。

當(dāng)然，工業(yè)自動化在某些應(yīng)用和開關(guān)中仍然依賴傳統(tǒng)的 CAT6A 四對布線，要求連接器不會意外脫開。ix Industrial 系列IP6X 矩形推拉式連接器提供帶雙金屬閂鎖的現(xiàn)場端接插頭，外形小巧輕便，符合人體工程學(xué)。符合 IEC 61076-3-124，它們與標(biāo)準(zhǔn) IP20 ix 工業(yè)插座接口。有十個觸點，其中八個可用于以太網(wǎng)，剩下兩個用于電源或其他用例。

與 RJ45 連接器相比，設(shè)計人員可以將 ix Industrial 插座的距離縮短一半（10 毫米比 19 毫米），比垂直 RJ45 連接器短 40%，總尺寸小 75%。這為節(jié)省空間的設(shè)計提供了更高的端口密度。它們還超過了 PoE++ 的 100W 功率傳輸要求 (802.3bt)。

結(jié)論

得益于 SPE，以太網(wǎng)終于成為工廠自動化層次結(jié)構(gòu)中從底部到頂部的一個選項，為工業(yè)工程團隊提供了一個機會來簡化工廠和生產(chǎn)設(shè)施中的設(shè)備安裝。憑借其符合標(biāo)準(zhǔn)的連接器解決方案，Amphenol 為設(shè)計人員提供了堅固耐用的屏蔽連接器，這些連接器易于在現(xiàn)場安裝，并在 PCB 上提供了節(jié)省空間的創(chuàng)新。

作者

Stuart Cording 是一名電子工程師和技術(shù)作家，主要關(guān)注半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是嵌入式系統(tǒng)。他從 2020 年開始為 Mouser EMEA 撰稿。?

審核編輯黃昊宇