Améliorer la fiabilité et la densité des ports Industrial Ethernet avec les connecteurs ix Industrial

Les usines connaissent une montée en puissance des applications exigeant un grand volume de données, telles que la robotique, la visionique et les techniques de l'Internet industriel des objets (IIoT). Il en résulte une demande croissante de communications à haut débit. Même si l'Industrial Ethernet a été utile, les concepteurs doivent permettre une haute densité de ports, minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) et garantir des connexions physiquement robustes.

Avec seulement un quart de la taille d'un connecteur RJ45, un blindage EMI amélioré et un raccordement robuste, le connecteur ix Industrial a été explicitement créé pour répondre aux exigences d'automatisation des usines. Standardisé selon la norme CEI 61076-3-124, le connecteur permet un éventail de solutions multi-fournisseurs et offre une suite de fonctionnalités nuancées pour améliorer davantage les capacités des usines intelligentes.

Cet article passe brièvement en revue les exigences de connectivité de l'automatisation industrielle. Il présente ensuite les connecteurs ix Industrial de Hirose et montre comment ils peuvent être utilisés pour répondre aux différentes exigences.

Industrial Ethernet et les défis des connecteurs RJ45

L'Industrial Ethernet offre deux caractéristiques clés qui conviennent aux usines intelligentes : un débit de données de 10 gigabits par seconde (10 Gbps) et une base technologique Ethernet. Il utilise le même protocole TCP/IP, les mêmes câbles CAT5e et CAT6 et les mêmes connecteurs RJ45. Cette interopérabilité facilite l'intégration des équipements d'usine intelligents entre eux et avec les systèmes d'entreprise.

Cependant, l'environnement industriel exerce des contraintes physiques plus importantes sur les connecteurs et, avec l'augmentation des densités de ports, les concepteurs ont besoin de connecteurs plus compacts qui peuvent également minimiser davantage les interférences électromagnétiques. Comme illustré à la Figure 1, le connecteur ix Industrial réduit l'espace d'installation de 75 % par rapport aux connecteurs RJ45. Dans le même temps, il offre une durabilité et une résistance aux EMI considérablement améliorées (Figure 2).

Figure 1 : Le connecteur ix Industrial (à gauche) est 75 % plus petit que le RJ45 traditionnel (à droite). (Source de l'image : Automation World)

Figure 2 : Les connecteurs ix Industrial offrent de nombreuses améliorations de performances pour répondre aux exigences d'automatisation des usines. (Source de l'image : Hirose)

Bien que l'ix Industrial utilise un connecteur unique, il est par ailleurs compatible avec le reste de l'écosystème Industrial Ethernet. Par exemple, il prend en charge les câbles CAT6A jusqu'à 10 Gbps et l'alimentation Power over Ethernet (PoE) et PoE+ jusqu'à 3 ampères (A).

S'appuyant sur cette compatibilité, le connecteur miniaturisé a été normalisé selon la norme CEI 61076-3-124, ce qui garantit l'interopérabilité entre les fournisseurs, simplifiant le processus de conception et donnant aux ingénieurs une plus grande liberté lors du choix des produits. Par exemple, la série de connecteurs ix Industrial de Hirose est entièrement compatible avec les solutions d'autres fabricants.

Le connecteur ix Industrial a également été sélectionné pour plusieurs protocoles Ethernet, notamment PROFINET, CC-Link IE TSN et GigE Vision :

• PROFINET est un protocole Industrial Ethernet largement utilisé, supervisé par Profibus et Profinet International (PI). Il est utilisé pour les automates programmables (PLC), les robots, les entraînements ainsi que les entrées et sorties (E/S) de capteurs et d'actionneurs.
• CC-Link IE TSN est une norme de la CC-Link Partner Association qui combine Gigabit Ethernet et Time-Sensitive Networking (TSN). Ce protocole est utilisé dans des industries avancées telles que la fabrication de semi-conducteurs et la construction automobile.
• GigE Vision est une norme d'interface pour les caméras industrielles hautes performances gérée par l'Automated Image Association (AIA). Ce protocole utilise les réseaux Ethernet pour offrir des avantages tels que la transmission rapide des données, des longueurs de câble plus importantes, des faibles coûts et une évolutivité étendue.

En plus de ces reconnaissances officielles, les connecteurs ix Industrial peuvent être utilisés avec de nombreux autres protocoles Industrial Ethernet, notamment EtherCAT, Modbus TCP et Ethernet/IP. Grâce à la prise en charge de ces protocoles et à leur miniaturisation renforcée, les connecteurs ix Industrial constituent un choix incontournable pour de nombreuses applications d'usines intelligentes, notamment :

• Visionique : Les caméras haute résolution génèrent de grandes quantités de données d'image pour l'analyse et la prise de décision en temps réel. Ces applications tirent parti du haut débit de données et du format compact du connecteur ix Industrial pour les configurations multi-caméras.
• Robotique : Les robots collaboratifs et autonomes s'appuient sur les signaux de contrôle et les données de capteurs en temps réel pour un fonctionnement sûr et efficace. La robustesse du connecteur ix Industrial et sa faible sensibilité aux EMI garantissent un échange de données fiable.
• Maintenance prédictive : L'ajout de capteurs aux équipements critiques permet la détection précoce des défaillances potentielles, évitant ainsi des temps d'arrêt coûteux. Grâce à son format extra-plat et à sa conception robuste, le connecteur ix Industrial constitue un excellent choix pour les petits capteurs en conditions de fonctionnement difficiles.

Options compactes sur les fiches et les prises

Les fiches et les prises ix Industrial présentent des caractéristiques remarquables qui permettent d'économiser de l'espace. Comme illustré à la Figure 3, les prises sont disponibles dans diverses configurations :

• Les prises droites, telles que l'IX61G-A-10P, peuvent être montées en parallèle avec une distance de pas de seulement 10 millimètres (mm) pour des densités de ports élevées. Dans cette configuration, six connecteurs ix Industrial peuvent tenir dans le même espace que trois connecteurs RJ45, réduisant ainsi considérablement l'empreinte des commutateurs, routeurs et équipements similaires.
• Les prises horizontales extra-plates, telles que l'IX60G-A-10P, présentent un profil de 5,7 mm, soit moins de la moitié de la hauteur d'un connecteur RJ45, ce qui les rend adaptées aux applications telles que les capteurs.
• Les prises verticales, telles que l'IX80G-A-10P, peuvent être raccordées par le haut, offrant ainsi aux concepteurs une flexibilité supplémentaire.

Figure 3 : Les prises ix Industrial sont disponibles en variantes droites, verticales et horizontales (haut, gauche et bas, respectivement). Les connecteurs mâles sont disponibles en configurations droites et à angle droit. (Source de l'image : Hirose)

Les fiches sont disponibles dans une orientation droite, comme l'IX40G-B-10S-CV(7.0), ou dans une orientation à angle droit, comme l'IX30G-A-10S-CVL2(7.0). Les options à angle droit sont particulièrement intéressantes, car elles réduisent la hauteur de connexion et facilitent le passage du câble dans les espaces restreints. Par exemple, ces fiches peuvent minimiser les problèmes liés au rayon de courbure des câbles et faciliter la connexion en chaîne haute densité.

Résilience mécanique et électrique

Conçu pour supporter les conditions industrielles, le connecteur ix Industrial présente une construction robuste capable de résister aux vibrations, aux chocs et aux interférences électromagnétiques. Le capot de la prise est monté sur le circuit imprimé via cinq pattes à souder traversantes. Cela crée une connexion physique solide qui résiste à l'arrachement et à la traction, protégeant ainsi les contacts de signaux. Cela fournit également une connexion robuste entre le capot de la prise et le plan de masse de la carte.

Le capot de la fiche comprend une unité de terminaison de fil intégrée et un serre-câble (Figure 4). Cela évite que la partie connexion de l'assemblage de câble ne soit affectée par la charge exercée sur le câble. Le capot est serti et entre en contact direct avec le ressort de terre de la prise, créant ainsi un blindage continu à 360° contre les interférences électromagnétiques.

Figure 4 : La fiche ix Industrial renferme l'unité de terminaison de fil avec un capot qui la protège contre les dommages physiques et les interférences électromagnétiques. (Source de l'image : Hirose)

Les connecteurs disposent également d'un mécanisme de verrouillage robuste qui fournit un clic audible et tactile. Ce mécanisme de verrouillage positif garantit une connexion sécurisée même dans les environnements exposés à de fortes vibrations, et il permet au connecteur de supporter 5000 cycles de raccordement.

Hirose propose également des variantes de ses connecteurs ix Industrial avec des contacts palladium-nickel. Par exemple, la fiche IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) utilise des contacts avec 0,75 micromètre (μm) de palladium-nickel plus 0,05 μm de placage or. Ces contacts sont plus durables que les contacts en or standard et ils sont parfaits pour les applications nécessitant des cycles de raccordement fréquents.

Simplifier l'assemblage et les tests

Hirose recommande d'utiliser des câbles dont les calibres de fil sont compris entre 22 AWG et 28 AWG pour garantir une connexion de haute qualité. Les fils peuvent être terminés par des connexions soudées ou autodénudantes (IDC), la version IDC étant recommandée pour les fiches terminées sur le terrain. Cette méthode de terminaison utilise un outil de sertissage tel que le HT803/IXG-8/10S-63-72 pour couper l'isolant des fils et les connecter en un seul geste.

Pour une terminaison plus durable et de meilleure qualité, la soudure est préférable. Hirose propose de nombreuses fiches, telles que l'IX40G-A-10S-CV(7.0), prenant en charge cette méthode de terminaison.

Pour tester les câbles et les assemblages, Hirose propose le DSX-CHA-5-IX-S, un jeu d'adaptateurs pour le DSX CableAnalyzer d'Amprobe (une société Fluke Networks). Grâce à cet analyseur, les techniciens peuvent garantir le bon fonctionnement et simplifier le diagnostic de tout type de problème.

Conclusion

Les concepteurs peuvent utiliser les connecteurs ix Industrial pour obtenir une densité de ports et une fiabilité élevées dans les applications d'usines intelligentes. La normalisation de ces connecteurs selon la norme CEI 61076-3-124 garantit aux concepteurs l'interopérabilité entre les fabricants. La variété d'options de fiches et de prises permet aux concepteurs de choisir les orientations de montage et de routage des câbles afin de réduire l'encombrement de leur équipement, d'éviter les contraintes exercées sur les câbles et de bénéficier d'une bande passante élevée avec un risque minimal d'interférences.

Lecture recommandée

1. Répondre aux exigences de connectivité haute densité et haute robustesse de l'Industrie 4.0