Aumente a densidade e a confiabilidade das portas Ethernet industriais com os conectores ix Industrial

As fábricas estão experimentando um aumento nas aplicações com uso intensivo de dados, como robótica, sistema de visão e técnicas de Internet Industrial das Coisas (IIoT). O resultado é uma demanda crescente por comunicações de alta velocidade. Embora a Ethernet industrial tenha ajudado, os projetistas precisam permitir alta densidade de portas, minimizar a interferência eletromagnética (EMI) e garantir conexões fisicamente robustas.

Com apenas um quarto do tamanho de um conector RJ45 e com blindagem EMI aprimorada e acoplamento robusto, o conector ix Industrial foi explicitamente criado para atender aos requisitos de automação da fábrica. Padronizado de acordo com a norma IEC 61076-3-124, o conector permite uma gama de soluções de vários fornecedores e oferece um conjunto de características diferenciadas para aprimorar ainda mais os recursos da fábrica inteligente.

Este artigo analisa brevemente os requisitos de conectividade da automação de fábrica. Em seguida, ele apresenta os conectores ix Industrial da Hirose e mostra como eles podem ser usados para atender aos requisitos.

Ethernet industrial e os desafios dos conectores RJ45

A Ethernet industrial tem duas características principais que se adequam às fábricas inteligentes: uma taxa de dados de 10 gigabits por segundo (10 Gbps) e uma base tecnológica em Ethernet. Ela usa o mesmo protocolo TCP/IP, cabos CAT5e e CAT6 e conectores RJ45. Essa interoperabilidade facilita a integração dos dispositivos da fábrica inteligente entre si e com os sistemas corporativos.

No entanto, o ambiente industrial impõe maior estresse físico aos conectores e, com o aumento da densidade das portas, os projetistas precisam de conectores menores que também possam minimizar ainda mais a EMI. Conforme mostrado na Figura 1, o conector ix Industrial reduz o espaço de instalação em 75% em comparação com os conectores RJ45. Ao mesmo tempo, ele oferece durabilidade e resistência EMI consideravelmente melhores (Figura 2).

Figura 1: O conector ix Industrial (à esquerda) é 75% menor do que o RJ45 tradicional (à direita). (Fonte da imagem: Automation World)

Figura 2: Os conectores ix Industrial oferecem muitos aprimoramentos de desempenho para atender aos requisitos de automação da fábrica. (Fonte da imagem: Hirose)

Embora o ix Industrial use um conector exclusivo, ele é compatível com o restante do ecossistema de Ethernet industrial. Por exemplo, ele é compatível com cabos CAT6A de até 10 Gbps e alimentação via Ethernet (PoE) e PoE+ de até 3 amperes (A).

Com base nessa compatibilidade, o conector miniaturizado foi padronizado de acordo com a norma IEC 61076-3-124, garantindo a interoperabilidade entre fornecedores, o que simplifica o processo de design e dá aos engenheiros maior liberdade na escolha dos produtos. Por exemplo, a série de conectores ix Industrial da Hirose é totalmente compatível com soluções de outros fabricantes.

O conector ix Industrial também foi selecionado para vários protocolos Ethernet, incluindo PROFINET, CC-Link IE TSN e GigE Vision:

• O PROFINET é um protocolo Ethernet industrial amplamente utilizado, supervisionado pela Profibus e pela Profinet International (PI). É usado para controladores lógicos programáveis (CLPs), robôs, acionamentos e entradas e saídas (E/S) de sensores e atuadores.
• O CC-Link IE TSN é um padrão da CC-Link Partner Association que combina Ethernet gigabit com rede sensível ao tempo (TSN). Ele é encontrado em setores avançados, como o de semicondutores e o de fabricação automotiva.
• O GigE Vision é um padrão de interface para câmeras industriais de alto desempenho, gerenciado pela Automated Image Association (AIA). Ele usa redes Ethernet para obter benefícios como transferência rápida de dados, comprimento de cabo estendido, baixo custo e escalabilidade.

Além desses reconhecimentos oficiais, os conectores ix Industrial podem ser usados com muitos outros protocolos Ethernet industriais, incluindo EtherCAT, Modbus TCP e Ethernet/IP. Com seu suporte a esses protocolos e sua miniaturização robusta, os conectores ix Industrial são uma opção atraente para muitas aplicações de fábricas inteligentes. Esses incluem:

• Sistema de visão: As câmeras de alta resolução geram grandes quantidades de dados de imagem para análise em tempo real e tomada de decisões. Isso aproveita a alta taxa de dados e o tamanho compacto do conector ix Industrial para configurações de várias câmeras.
• Robótica: Os robôs colaborativos e autônomos dependem de dados de sensores e sinais de controle em tempo real para uma operação segura e eficiente. A robustez e a baixa suscetibilidade a EMI do conector ix Industrial garantem uma troca de dados confiável.
• Manutenção preditiva: A adição de sensores a equipamentos críticos permite a detecção precoce de possíveis falhas, evitando paralisações dispendiosas. O perfil baixo e o design robusto do conector ix Industrial o tornam uma excelente opção para pequenos sensores em condições operacionais adversas.

Opções de design que economizam espaço em plugues e receptáculos

Tanto os receptáculos quanto os plugues da ix Industrial têm recursos notáveis que aumentam a economia de espaço. Conforme ilustrado na Figura 3, os receptáculos estão disponíveis em uma variedade de configurações:

• Receptáculos perpendiculares, como o IX61G-A-10P, podem ser montados em paralelo com uma distância de passo de apenas 10 milímetros (mm) para altas densidades de porta. Nessa configuração, seis conectores ix Industrial podem caber no mesmo espaço que três conectores RJ45, reduzindo significativamente o espaço ocupado por interruptores, roteadores e equipamentos similares.
• Receptáculos horizontais de perfil baixo, como o IX60G-A-10P, têm um perfil de 5,7 mm, que é menos da metade da altura de um conector RJ45, o que os torna adequados para aplicações como sensores.
• Receptáculos verticais, como o IX80G-A-10P, podem ser acoplados desde a parte superior, proporcionando maior flexibilidade aos projetistas.

Figura 3: Os receptáculos ix Industrial estão disponíveis nas variantes perpendicular, vertical e horizontal (em cima, à esquerda e embaixo, respectivamente). Os conectores de plugue vêm em configurações retas e em ângulo reto. (Fonte da imagem: Hirose)

Os plugues estão disponíveis em uma orientação reta, como o IX40G-B-10S-CV(7.0), ou em uma orientação em ângulo reto, como o IX30G-A-10S-CVL2(7.0). As opções de ângulo reto são particularmente notáveis, pois reduzem a altura da conexão e facilitam o roteamento do cabo em espaços apertados. Por exemplo, esses plugues podem minimizar os problemas relacionados ao raio de curvatura do cabo e facilitar o encadeamento de alta densidade.

Resiliência mecânica e elétrica

Projetado para suportar condições industriais, o conector ix Industrial apresenta uma construção robusta resistente a vibrações, impactos e EMI. A carcaça do receptáculo é montada na placa de circuito impresso (pci) por meio de cinco pinos de solda com furos passantes. Isso cria uma conexão física sólida que resiste a torções e puxões, protegendo os contatos do sinal. Também fornece uma conexão robusta entre a carcaça do receptáculo e o plano terra da placa.

A carcaça do plugue é composta por uma unidade integrada de terminação de fio e uma braçadeira de cabo (Figura 4). Isso evita que a parte de conexão do cabo seja afetada pela carga no cabo. A carcaça é crimpada e entra em contato direto com a mola de aterramento do receptáculo, criando uma blindagem contínua de 360˚ contra EMI.

Figura 4: O plugue ix Industrial envolve a unidade de terminação do fio com uma carcaça que protege contra danos físicos e EMI. (Fonte da imagem: Hirose)

Os conectores também apresentam um mecanismo robusto de travamento por encaixe que proporciona um clique audível e tátil. Esse mecanismo de trava positiva garante uma conexão segura, mesmo em ambientes com vibrações fortes e ajuda o conector a suportar 5.000 ciclos de acoplamento.

A Hirose também oferece variantes de seus conectores ix Industrial com contatos de paládio-níquel. Por exemplo, o plugue IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) usa contatos com 0,75 micrômetros (μm) de paládio-níquel mais 0,05 μm de revestimento de ouro. Esses contatos são mais duráveis do que os contatos de ouro padrão e são inestimáveis para aplicações com ciclos de acoplamento frequentes.

Simplificação da montagem e dos testes

A Hirose recomenda o uso de cabos com bitolas entre 22 e 28 AWG (American Wire Gauge) para garantir uma conexão de alta qualidade. Os fios podem ser terminados por solda ou conexões de deslocamento de isolamento (IDC), sendo a IDC recomendada para plugues terminados em campo. Esse método de terminação usa uma ferramenta de crimpagem, como a HT803/IXG-8/10S-63-72, para cortar os isoladores de fios e conectá-los em um único movimento.

Para obter uma terminação mais durável e de alta qualidade, é preferível soldar. A Hirose oferece vários plugues, como o IX40G-A-10S-CV(7.0), que suportam esse método de terminação.

Para testar cabos e montagens, a Hirose oferece o DSX-CHA-5-IX-S, um conjunto de adaptadores para o DSX CableAnalyzer da Amprobe (uma empresa da Fluke Networks). Com esse analisador, os técnicos podem garantir a operação adequada e simplificar o diagnóstico de qualquer problema.

Conclusão

Os projetistas podem usar os conectores ix Industrial para obter alta densidade de portas e confiabilidade em aplicações de fábricas inteligentes. Com sua padronização de acordo com a norma IEC 61076-3-124, os projetistas têm a garantia de interoperabilidade entre os fabricantes. A variedade de opções de plugues e receptáculos permite que os projetistas escolham as orientações de montagem e roteamento de cabos para reduzir o espaço ocupado pelo equipamento, evitar o estresse dos cabos e obter alta largura de banda com risco mínimo de interferência.

Leitura recomendada

1. Como atender aos requisitos de alta densidade e conectividade robusta da indústria 4.0