Nastal čas pro hrdiny

Komunikace a sítě se neustále mění. Vývoj I4.0 a IoT je zárukou neustálého rozšiřování a propojování čím dál většího počtu komponent a účastníků v průmyslovém prostředí ethernetových sítí. Ethernet hraje důležitou roli ve stále rostoucím počtu oblastí našich životů a zanedlouho pronikne do struktury všech firem. Společná cesta Ethernetu a sběrnicových systémů pro data a senzory, kterou tyto technologie šly ruku v ruce, pomalu končí a nastupují komplexní ethernetové systémy zajišťující spojení mezi cloudem a těmi nejmenšími účastníky průmyslové výroby. To znamená nejen zavedení jednotných komunikačních protokolů, ale také redukci související infrastruktury, neboť systémy konektorů, senzorů a pohonů se neustále zmenšují.

Nároky kladené na „neurony“ a „synapse“ průmyslu budoucnosti jsou nasnadě. Rozhraní zařízení a systémových kabelů musí být menší, výkonnější a zároveň robustnější. Uživatelé a výrobci tedy čelí mnoha výzvám a příležitostem. Nový konektor ix Industrial® od společnosti HARTING je jasným závazkem k miniaturizaci a stanovuje nový standard ve smyslu robustnosti a výkonu ethernetových konektorů se stupněm krytí IP20.

Pohled do historie

Až dosud byl typickým zástupcem ethernetového rozhraní se stupněm krytí IP20 konektor RJ45. Tento konektor je nejpoužívanějším konektorem na světě, a proto se s ním můžeme setkat téměř všude. Také proto si jej uživatelé tolik oblíbili. Avšak kvůli jeho poměrně nedostatečné odolnosti – vzpomeňme například ulamující se jazýček či občasné problémy s kontakty – chová řada uživatelů ke konektoru RJ45 spíše smíšené pocity. Vezmeme- li v úvahu vývoj čím dál menších zařízení, jako jsou například ploché mobilní telefony, monitory, displeje, menší automatizační zařízení, fotoaparáty, kamery a senzory, je velikost konektoru RJ45 jednoznačnou překážkou miniaturizace. Řada uživatelů a vývojářů proto touží po enším a odolnějším konektoru typu plug-in, který nabídne výkon odpovídající CAT 6A pro 1/10Gb/s Ethernet na řídicí úrovni.

Jak vypadá budoucnost?

Firma HARTING představuje HARTING ix Industrial® – systém, který splňuje všechny tyto požadavky.

Zásuvky, které jsou o 70 % menší než pro konektor RJ45, výrobcům zařízení dovolují používat je v mnohem kompaktnějších zařízeních, která lze následně lépe přizpůsobit potřebám miniaturizace. To je případ i neustále se zmenšujících kamerových systémů, u kterých právě běžná zásuvka RJ45 zabírá většinu prostoru v krytu, nebo řídicích jednotek a malých průmyslových počítačů. Je zkrátka třeba zajistit fungování Ethernetu přes malá rozhraní v přepínačích, přístupových bodech WLAN, routerech a dalších síťových komponentech.

Tento malý superhrdina s výhodou uplatní své silné stránky také v ostatních odvětvích průmyslu. Například vozy autobusové a vlakové hromadné dopravy mohou být vybaveny informačními systémy pro cestující napájenými pomocí PoE/ PoE+ a zásobovány daty přes rozhraní ix. Vibrace ani jakékoli jiné mechanické namáhání pro tyto konektory nepředstavuje žádný problém.

U integrovaných zařízení je k dispozici konektor s pěti stíněnými kontakty THR, které zajistí maximální stabilitu na PCB. Datové kontakty jsou typu SMD. Zásuvky na PCB tak lze zpracovat obvyklým pájením přetavením společně se všemi ostatními běžnými komponentami a není nutné přistupovat k ručnímu pájení nebo pájení vlnou. Vývojáři a výrobci zařízení tak mohou snadno integrovat nový systém ix Industrial® do svých nových zařízení. Budou mít jistotu, že toto rozhraní bude pevně spojeno s PCB a spolehlivě vydrží i drsnější zacházení.

Celkově vzato koncová zařízení lze mírně zmenšit díky zmenšení fyzického prostoru potřebného pro zásuvku, protože miniaturizované zásuvky a zástrčky umožňují dosáhnout výrazně vyšší hustoty. U kolmých a zahnutých zásuvek (na fotografii) je vzdálenost mezi jednotlivými zásuvkami pouze 10 milimetrů. V dohledné budoucnosti bude možné zásuvky vyrábět také v plochém, zahnutém provedení pro velmi tenká zařízení. Součástí řady produktů ix jsou rovněž stěnové trubky, které dotvářejí tento nový ekosystém a mají velký potenciál využití. Společnost HARTING dala novému konektoru HARTING ix Industrial® vše, co vám mohlo u jeho předchůdce chybět.

Protože se však jednotlivé komponenty i kryt systému zmenšily, je prostor pro kabeláž také omezen. Společnost HARTING uživatelům nabízí tenké systémové kabely k připojení zařízení, jež se vyznačují malým poloměrem ohybu a mohou být instalovány i v miniaturních krytech. Tyto kabely mohou mít konektory ix na obou stranách nebo mohou být na jedné straně osazeny konektorem ix a na druhé RJ45. Pak se nabízí ještě třetí varianta s jedním konektorem M12 s X-kódováním.

V prvotní fázi je konektor HARTING ix Industrial® dostupný v rovném provedení. Zahnuté konektory budou následovat v budoucnu, aby bylo možné splnit požadavky aplikací vyžadujících připojení prostřednictvím zahnutých zásuvek v omezeném prostoru. To vše ve jménu maximální flexibility. Díky smíšeným systémovým kabelům, především s konektory ix a RJ45, lze postupně snadno integrovat zařízení do stávajících kabelových systémů pomocí nových konektorů ix. Systém s perfektním rozhraním sestávajícím ze zásuvky a konektoru společně s osazenými systémovými kabely garantuje bezpečné řešení z jediného zdroje, které nenaruší vaše procesy.

Ještě menší, a přesto odolnější

Označení „malý“ je obvykle vnímáno ve smyslu „křehký“, „drobný“ nebo „citlivý“. Protože právě tyto pro průmyslové prostředí negativní charakteristiky často vedly k problémům s konektory RJ45, je konektor ix Industrial® mnohem robustnější.

Konektory ix mají stabilní uzamykací mechanismus se dvěma kovovými háčky, které po spojení slyšitelně cvaknou a informují tak uživatele zvukovou i hmatovou odezvou o správném zapojení. To je zárukou naprosto bezpečného spojení kabelu a PCB odolného vůči vibracím. Proto se toto řešení skvěle hodí pro průmyslové využití i pro nasazení na železnicích, v robotice či automatizaci – a samozřejmě ve všech aplikací s velkým mechanickým namáháním. Aby bylo možné eliminovat také vliv sil působících na kabel, nové konektory ix Industrial mají robustní krimpovanou ochranu pro odlehčení pnutí, která pevně spojuje kabel se stíněním konektoru. To zajišťuje dokonalou robustnost připojení – od 5 kontaktů se stíněním THR připojených pomocí dvou zacvakávacích háčků v zásuvce až po samotný kabel.

V důsledku stále rostoucího modulárního myšlení a plánování budou muset výrobci pečlivě zvážit otázku vyšší odolnosti kontaktů. Moduly jako například výrobní jednotky, nástroje a další systémové komponenty již nejsou trvale spojeny, ale jsou přeorganizovávány a často přepojovány. Konektor může během svého životního cyklu zvládnout několik stovek až tisíc připojení a odpojení. V zájmu maximální bezpečnosti uživatelů byly konektory HARTING ix Industrial® navrženy a úspěšně testovány pro nejméně 5 000 připojovacích cyklů. A dokonce i po tomto počtu připojení a odpojení zůstávají v přijatelných mezích všechny parametry, jako jsou například kvalita přenosu, odolnost izolace, odolnost vůči napětí nebo síla potřebná k připojení a odpojení konektoru.

Kvalita a spolehlivost jsou hlavní prioritou společnosti HARTING. Aby bylo možné tyto přísné požadavky splnit, všechny konektory procházejí řadou různých testů přímo v naší vlastní špičkové laboratoři a jsou zkoumány s využitím nejlepšího dostupného vybavení. Testy mimo jiné zahrnují například simulaci všech povětrnostních podmínek, skladování v extrémním prostředí s působením korozivních plynů a také řadu mechanických zkoušek, jako je například zkouška odolnosti vůči nárazům a vibracím, zkouška odolnosti kontaktů a test síly potřebné k připojení a odpojení. Náš superhrdina ve všech zkouškách bravurně obstál. Uspěl dokonce i v nejnáročnější zkoušce odolnosti vůči nárazům a vibracím dle normy ČSN EN 50155 „Drážní zařízení – Elektronická zařízení drážních vozidel“ platné na železnicích. Vysoká odolnost však není jedinou silnou stránkou Kapitána ix. Vyniká také v rychlosti.

Je libo v yšší výkon?

Pro stále se rozšiřující řadu poskytovatelů dat hraje klíčovou roli šířka přenosového pásma. Totéž platí v případě náročných provozních podmínek, kde hrozí narušení elektromagnetické kompatibility (EMC). Při vysokofrekvenčním přenosu se vždy setkáme s problémem v podobě rušení. Proto společnost HARTING nabízí kompletní souvislé stínění. Již nenarazíte na žádné nechráněné vodiče vedoucí z kabelu k místu připojení, které by mohly zapříčinit narušení bezproblémového přenosu vysokofrekvenčního signálu. Stínění kabelu je krimpováním spojeno přímo s krytem konektoru pomocí kroužku, a proto ochrana pro odlehčení pnutí ani stínění nejsou v žádném místě přerušeny. Jednou z největších výzev je efektivní minimalizace přeslechů mezi jednotlivými páry datových vodičů, neboť kontakty jsou v tomto kompaktním provedení skutečně velmi blízko sebe. Z tohoto důvodu je mezi dvěma řadami kontaktů v zásuvce umístěno stínicí pouzdro, které účinně předchází přeslechům mezi dvěma sousedními řadami kontaktů.

Nový konektor ix Industrial® má namísto 8 kontaktů 10. V každé řadě kontaktů se nachází centrální kontakt sloužící jako stínění mezi dvěma páry vodičů. Z toho důvodu je centrální kontakt na PCB připojen k zemi. Vzhledem ke stínicímu pouzdru a uzemněným kontaktům se uspořádání signálových kontaktů v tomto konektoru podobá uspořádání kontaktů v kruhovém konektoru M12 s X-kódováním. Každý pár vodičů je dobře odstíněn od sousedních párů v samostatném kvadrantu kabelu nebo konektoru. Toto opatření efektivně chrání před přeslechy a zajišťuje perfektní přenos dat.

Spolupráce

V reakci na vysoké nároky a rostoucí poptávku po technologiích pro globální digitalizaci HARTING Technology Group z německého Espelkampu navázala spolupráci s japonskou společností HIROSE Electric C. Ltd. sídlící v Tokiu. Obě společnosti se dohodly, že k všestrannému prospěchu spojí své síly dohromady.

Japonský partner, společnost HIROSE Electric, nabízí miniaturizovaná řešení pro připojení malých přenosných zařízení, jako jsou mobilní telefony, tablety či fotoaparáty. HIROSE Electric tak přispívá k miniaturizaci vysokorychlostních přenosů pomocí elektronických zařízení.

Rozměry, robustnost a výkon odpovídající CAT 6A v kombinaci s možností využít technologii Power over Ethernet (PoE) jsou příklady úspěšné miniaturizace. A další se již nacházejí v hledáčku. Dodávají konektoru HARTING ix Industrial® potenciál převzít čestnou štafetu po jeho legendárním předchůdci RJ45. Konektor ix je novým standardem pro Průmysl 4.0 a Internet věcí. Aby se tyto vize staly realitou, oba partneři společně vytvořili nový standard – v rámci normy IEC/PAS 61076-3-124 představili a standardizovali toto nové ethernetové rozhraní.