为高速工厂自动化网络选择合适的连接器

来源：•作者：线束世界•2024-11-29 09:42

随着自动化在现代制造业中变得越来越普遍，对高速工厂自动化网络的需求也在不断上升，因此为这些恶劣环境指定合适的连接器至关重要。

微信图片_20241128093052.png

随着自动化在现代制造业中变得越来越普遍，对高速工厂自动化网络的需求也在不断上升。负责连接传感器、执行器、控制器和机器人等无数设备的网络可实现无缝通信和控制。无线网络（包括 Wi-Fi 和蜂窝网络）在多 Gb/s 和高速网络中也越来越受欢迎。为这些网络选择合适的连接器对于确保最佳性能、可靠性和可扩展性至关重要。

今天的网络速度与早期 RS-232 串行通信的 1.492 Kb/s 甚至与流行的 Profibus 和 Modbus 协议使用的 RS-485 的 10 Mb/s 相去甚远。如今，无处不在的以太网协议是大多数网络的选择。它主要以 100 Mb/s 带宽部署，但对实时、低延迟通信的需求不断增长，以及机器视觉的增长，正在将以太网网络推向 10 Gb/s 或更高。

工厂自动化应用

首先，以下是一些最常见的工厂自动化应用、用于有线网络（有线和光纤）的最流行的连接器类型，以及在选择连接器时重要的参数。

装配线

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缩短生产时间至关重要。

物料搬运

自动化物料搬运系统，例如输送机、自动导引车（AGV）和自动存储和检索系统（AS/RS），需要机械坚固的连接器来承受恶劣的环境，包括振动、灰尘和湿气。

机器视觉

机器视觉系统（包括相机、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、无干扰的连接。

过程控制

在过程控制应用中，连接器可能会暴露在高温、腐蚀性化学品和高电气噪声水平下，同时保持传感器、执行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程序所需的带宽和数据速率。在大多数情况下，这些由连接器设计所针对的网络标准定义。例如，RJ45 以太网连接器通常用于带宽高达 10 Gb/s（相当于 1.25 GB/s 的数据速率）的工业网络。网络规范还规定了协议设计运行的距离。

微信图片_202411280930521.png

电气规格

这些包括导体数量、额定电压和电流以及接触电阻。较低的接触电阻可确保数据连接更好的信号完整性，并最大限度地减少电源连接的损耗。触点和触点电镀材料会对连接器的性能和环境耐受性产生重大影响。在涉及高密度、高速互连的情况下，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。

耐环境性

连接器应能够承受应用的环境条件。规格包括连接器保持可靠性能的温度范围、耐湿性以及暴露于化学品或污染物的温度范围。具有 IP 等级（入口保护）的连接器指定了连接器提供的防尘、防水和其他污染物的保护级别。IP69K 是最高的 IP 标准，定义为“防止近距离、高压、高温喷雾”。在恶劣的工作环境下，还需要考虑连接器外壳材料。

EMC/EMI

电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）通常是工业应用中的重要考虑因素，尤其是因为开关模式电源、电机、微处理器时钟甚至 LED 照明都可能产生干扰。每个导体都是各种天线，包括印刷电路板轨道。特别是对于高速电路，需要考虑连接器内的屏蔽和接地布置，在可用的情况下，带有集成 EMC 抑制元件的版本可能有助于降低系统设计复杂性和印刷电路板尺寸。

机械坚固性

连接器应能够承受应用的物理要求，例如振动、冲击和机械应力。这在连接器受到恶劣环境和大量使用的材料处理和过程控制应用中尤为重要。连接器可以承受的插拔次数、插入和拔出力以及电缆保持力在连接器可能频繁插入和拔出的应用中尤为重要。

端接类型

电线连接器有多种端接类型，包括焊接、压接和绝缘穿刺连接器（IDC）。端接类型的选择取决于安装难易程度、可靠性和维护要求等因素。当光纤用于网络基础设施时，这些光纤可以拼接在一起或用连接器连接。

尺寸和外形尺寸

连接器应足够紧凑，以适应可用空间，并且应易于安装和维护。在某些应用中，可能需要扁平连接器或直角设计的连接器，以适应狭小的空间。

标准合规性

连接器符合相关行业标准，例如 ISO、IEC 或 ANSI，可确保工厂自动化网络内的兼容性和性能。

安全和监管认证

连接器是否符合安全和环境法规，如 RoHS、UL 或 CE，对于某些应用至关重要。

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，该协议在工厂自动化系统中占主导地位。这些 8 针连接器通常用于连接双绞线，连接可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）和工业计算机等设备。为了消除对单独 DC 电源的需求，POE（以太网供电）RJ45 连接器已成为许多应用中的热门选择。在工厂自动化中，以太网的使用速度主要从 100 Mb/s 到 10 Gb/s，但这种速度正在增加。RJ45 连接器有多种格式，包括带有集成组件以降低 EMI 的版本。

微信图片_202411280930522.png

M12系列

M12 连接器是具有 12 mm 锁定螺纹的圆形元件，专为恶劣的工业环境而设计。它们提供 3、4、5、8 和 12 极版本。M12 连接器防尘、防水和防振动，可传输电源、数据和信号。它们的编码名称 — 引脚和外壳的格式 — 表示每个版本最合适的应用，尽管这些没有严格定义。例如：A 编码，用于直流电源、1 Gbit 以太网和传感器;PROFIBUS 的 B 编码;交流电源的 C 编码;D 编码，用于 100 Mbit 以太网;K 编码，用于高功率（7 kW）交流电;L 编码用于直流电源;X 编码用于 10 Gbit 以太网，Y 编码用于通过单根电缆连接直流电源和高达 100 Mb/s 的数据。C 编码和 A 编码零件正逐渐被 S 编码和 T 编码版本所取代。

M8系列

M8系列也称为“nano M8 连接器”，它们比 M12 类型小，具有 8 mm 的锁定螺纹。这些非常适合空间受限或需要轻量级连接的应用。M8 连接器通常用于工厂网络内的传感器和执行器连接。

工业 USB

这些 USB 类型比标准 USB 类型更坚固，具有 IP67 级密封、增强的 EMI/RFI 屏蔽和耐恶劣环境等功能。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的光纤，提供高数据传输速率和抗 EMI 能力。一些常见的光纤连接器类型包括 FC、LC、MPT/MPO（多光纤）、SC 和 ST 连接器。其中，LC （Lucent Connector）是目前使用最多的。光纤连接非常适合需要长距离通信或 EMI 是一个重大问题的应用，有些能够以每秒超过 1 PB 的速度传输数据。

微信图片_202411280930523.png

背板连接器

背板连接器在电子模块或子系统之间提供高速通信链路。每个系列都有多种配置可供选择。它们用于印刷电路板的边缘，以将其插入基于机架的组件中，并用于系统各个部分之间的互连，有时是连接器到连接器，有时是通过线束。工厂自动化最常用的类型包括 DIN 41612（基于 DIN 标准）、VME、CompactPCI、PC/104 和 PMC，但还有许多其他类型。

为高速工厂自动化网络选择合适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一组功能和优势，可满足耐环境性、数据传输速率和易于安装方面的不同要求。只有了解应用和规格，工程师和系统集成商才能在设计和实施经济高效且可靠的高性能网络时做出明智的决策。