當我們討論工業(yè)4.0或者智能制造時，都知道實現(xiàn)這樣的構想，一個基本的必要條件就是，要讓數(shù)據(jù)在其中發(fā)揮核心的作用，基于大數(shù)據(jù)而建立起的洞察和分析，將成為整個工業(yè)系統(tǒng)運轉的基石。而要實現(xiàn)這個目標，就需要將整個系統(tǒng)中的設備相互通信、互聯(lián)，并組成一個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以便數(shù)據(jù)在其中高效而可靠地傳輸和交互。

　　工業(yè)以太網(wǎng)技術的進化

　　將設備連接起來組成一個網(wǎng)絡，這樣的想法在以工業(yè)自動化技術為標志的工業(yè)3.0時代就已經(jīng)有了，為此從上個世紀70年代開始，人們開發(fā)出了不同種類的工業(yè)現(xiàn)場總線，希望通過這種方式將以往彼此孤立的設備聯(lián)通起來，實現(xiàn)分布式控制。不過，雖然工業(yè)現(xiàn)場總線有很廣泛的應用，但是由于一直沒有形成一個統(tǒng)一的標準，這就限制了工業(yè)網(wǎng)絡的規(guī)模，所以該技術在后期也進入了瓶頸。

　　為了突破這一瓶頸，人們迫切希望打破不同工業(yè)現(xiàn)場總線之間的藩籬，將工業(yè)設備間的互聯(lián)納入到同一種網(wǎng)絡架構之中，“工業(yè)以太網(wǎng)”也就應運而生了。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，簡單的理解就是將在IT領域廣泛應用的以太網(wǎng)架構，引入到工業(yè)領域，這樣一來采用標準以太網(wǎng)介質的工業(yè)網(wǎng)絡，就在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)了標準的統(tǒng)一;與此同時，以太網(wǎng)傳輸速率更高、開發(fā)資源豐富、生態(tài)完善的優(yōu)勢也可以惠及工業(yè)網(wǎng)絡。

　　這樣的構想看上去很“完美”，不過現(xiàn)實中有一個繞不過去的技術門檻——從本質上來講，標準以太網(wǎng)是一個“不確定”的網(wǎng)絡，其采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)的機制，優(yōu)先考慮的是數(shù)據(jù)吞吐量，而不是對于工業(yè)網(wǎng)絡至關重要的實時性、可靠性、丟包率、同步性等“確定性”的要求。為了邁過這道門檻，就需要對標準的以太網(wǎng)進行升級改造，增加一些特定的協(xié)議以保證網(wǎng)絡的實時性和確定性，將其改造成為一個確定性的工業(yè)以太網(wǎng)，以達到工業(yè)應用場景的要求。進入21世紀之后，這種圍繞工業(yè)以太網(wǎng)的“改造”一直沒有停止過，也催生出了EtherCAT、PROFINET等優(yōu)秀的協(xié)議，大大推動了其發(fā)展。有分析表明，近年來工業(yè)以太網(wǎng)的市場份額已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議。

　　進入工業(yè)4.0之后，工業(yè)以太網(wǎng)的進化又向前邁出了一大步。在IEEE 802.1以太網(wǎng)標準框架下，人們通過定義一系列的“子標準”，形成了一套完整的TSN(時間敏感網(wǎng)絡)協(xié)議，為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供通用處理機制，解決了以太網(wǎng)傳輸中時間同步、調度和流量整形，以及通信路徑的選擇、預留和容錯等方面的挑戰(zhàn)。此舉一方面解決了以往不同協(xié)議網(wǎng)絡(如采用不同工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的子網(wǎng)絡)之間的互操作問題，另一方面也可以在同一個網(wǎng)絡架構中同時支持現(xiàn)場控制所需的實時性數(shù)據(jù)，以及生產(chǎn)管理與企業(yè)經(jīng)營所需的非實時、大吞吐量的數(shù)據(jù)，打通OT(運營技術)和IT(信息技術)兩個域，真正讓數(shù)據(jù)在整個工業(yè)生產(chǎn)和運營過程中流動起來。

　　所有這些趨勢都傳遞出一個強烈的信號：未來工業(yè)以太網(wǎng)連接領域將保持強勁的成長勢頭。這樣的趨勢對于整個以太網(wǎng)生態(tài)都是一個利好，當然也包括工業(yè)以太網(wǎng)連接器。

　　工業(yè)以太網(wǎng)連接器的特點

　　大家對于以太網(wǎng)接口使用的RJ45水晶頭連接器都不會陌生。不過，就像是應用在工業(yè)領域的以太網(wǎng)協(xié)議需要進行特別優(yōu)化一樣，工業(yè)以太網(wǎng)中的連接器同樣需要進行改造，才能適應特殊工業(yè)環(huán)境的要求。

　　與通用型的產(chǎn)品相比，工業(yè)以太網(wǎng)連接器的不同之處主要體現(xiàn)在三個方面——

　　環(huán)境耐受性

　　潮濕、粉塵、腐蝕性的氣液環(huán)境、沖擊、振動、電磁干擾……這些都是工業(yè)現(xiàn)場可能會面臨的復雜惡劣的環(huán)境，這就需要工業(yè)連接器在IP等級、防機械沖擊和振動、電磁屏蔽等方面采用特殊的設計，以確保在任何環(huán)境下都不會“掉線”。

　　易用性

　　為了達到環(huán)境耐受性的要求，工業(yè)以太網(wǎng)連接器免不了要采用一些附加的保護機制，而如果這些保護機制太復雜，使用不便，既會給現(xiàn)場操作人員帶來困擾，也很可能會增加人為誤操作導致的錯配風險。因此既要耐用，還要好用，這是對工業(yè)以太網(wǎng)連接器的一個很重要的訴求。

　　小型化

　　可能有人會認為體積相對較大的工業(yè)設備，對于互連組件的尺寸不會那么斤斤計較，可實際情況并不是這樣?，F(xiàn)代工業(yè)設備需要與外界交互的“資源”越來越多，信號、電源、數(shù)據(jù)，甚至是氣路、水路，這些都需要在有限的空間內進行合理的安排，挑戰(zhàn)著實不小。這就要求以太網(wǎng)連接器要從自身挖潛，為提升互連密度做貢獻。因此型化甚至微型化一直是工業(yè)以太網(wǎng)互連技術發(fā)展的一個主攻方向。

　　如果說工業(yè)以太網(wǎng)的部署，是一次面對特殊應用環(huán)境的特殊任務，那么投身到這個領域的連接器就像是一個個異于“常人”，具有不同超能力的“超級英雄”，它們的職責就是幫助用戶去應對各種復雜應用場景中的挑戰(zhàn)。

　　這些“超級英雄”有哪些?它們各自有什么稟賦和特點?作為開發(fā)者，應該如何調兵遣將，讓這些工業(yè)以太網(wǎng)連接器各司其職，成為可靠互連的守護者?我們今天就以HARTING(浩亭)的一眾工業(yè)以太網(wǎng)連接器為例，做個全面的盤點。

　　工業(yè)以太網(wǎng)連接器中的”超級英雄“

　　M8 D編碼連接器

　　自1985年問世以來，M12連接器一直在工業(yè)自動化互連領域扮演著重要的角色。這種帶有12mm鎖定螺紋的圓形連接器具有防止液體和固體侵入的IP防護等級，可在惡劣的環(huán)境中實現(xiàn)可靠連接。由于應用十分廣泛，為了避免錯誤配接，M12連接器通過多種鍵位編碼來界定不同的應用，其中D編碼連接器專門用于100Mbps的快速以太網(wǎng)連接。

　　在M12連接器方面，HARTING擁有非常豐富的產(chǎn)品組合，提供多種編碼的產(chǎn)品。不過為了滿足工業(yè)以太網(wǎng)連接器小型化的要求，HARTING特別推出了M8 D編碼連接器(8mm鎖定螺紋)。

　　該產(chǎn)品支持100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率以及PoE以太網(wǎng)供電，能夠達到IP67防水防塵等級，在現(xiàn)場級工業(yè)條件下可提供出色的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

　　值得一提的是，與經(jīng)典的M12接頭相比，M8 D編碼連接器的尺寸減小了30%!可以說，它是傳統(tǒng)M12 D編碼連接器實現(xiàn)小型化的理想之選。

　　PushPull 2.0 Variant 4工業(yè)連接器

　　M12圓形連接器固然技術成熟且可靠性高，不過其外殼密封件必須在一定壓力下才能完全閉合并實現(xiàn)良好的密封性，因此在連接時通常需要專用的工具才能正確地“夾緊”連接器插頭并擰緊到適當?shù)呐ぞ?，其易用性顯然會打折扣。

　　HARTING推出的推拉式(PushPull)連接器正好可以解決這個問題。顧名思義，推拉式連接器無需使用專用工具，只需簡單推和拉的動作即可完成連接器插和拔的操作。

　　PushPull 2.0 Variant 4(V4)工業(yè)連接器就是一款針對機器人和工業(yè)自動化市場而推出的新品，其突出的亮點就是僅用一個密封墊圈就可以取代傳統(tǒng)的三個密封件，在確保足夠的IP密封等級的同時簡化了結構和配接操作。其可耐受化學品侵蝕的新型外殼材料也可以讓產(chǎn)品免受氣體、液體和振動等因素的影響，輕松滿足嚴苛環(huán)境下的連接需求。

　　PushPull V4工業(yè)連接器采用內部鎖定機制，容易插拔，安裝到位時還會發(fā)出“咔噠”聲以供確認。該連接器還具有額外的防轉動裝置，可將PushPull鎖定組件固定在插入狀態(tài)，確保連接的可靠性，避免意外被拉出。為加快即插即用的速度，第二代PushPull還在外觀上加入兩種不同的顏色標識，用于識別連接器與插槽是否對齊并正確無誤地插入，以及確認插頭與插槽的配置是否正確，以減少配接錯誤，節(jié)省組裝時間。

　　可見，如果需要一款現(xiàn)場配接操作便利，同時兼具可靠性和小型化特點的工業(yè)以太網(wǎng)連接器，PushPull 2.0 Variant 4可以列入BOM清單之中。

　　Han1A重載連接器

　　在實現(xiàn)工業(yè)互連的微型化、輕量化方面，HARTING Han1A重型連接器也是一個很好的選擇。

　　Han1A功能全面，具有多達12個觸點，其插芯可用于電源、信號和數(shù)據(jù)傳輸——其中電源傳輸高達16A/400V;而如果用作數(shù)據(jù)傳輸，可支持Cat. 5或Cat. 6A的性能;而且對于信號干擾強的區(qū)域，還有屏蔽型的產(chǎn)品提供。

　　與“前輩”產(chǎn)品Han3A相比，Han1A的尺寸縮小了30%。同時，由于使用輕質材料，其重量也很輕巧。

　　Han1A插入式鎖緊卡扣可使連接器的鎖緊結構與插芯結合成一個整體，無需任何工具，只需輕輕一推，聽到“咔噠”聲即可完成插接。用戶也可在外部加配金屬固定卡扣，給連接多一重保障。

　　特別值得一提的是，Han1A也繼承了Han家族產(chǎn)品模塊化的設計理念，客戶可根據(jù)不同應用的場景和需求，自由搭配不同的組件，實現(xiàn)不同的功能和防護等級(高至IP65)，獲得性價比更高、靈活可擴展的專屬解決方案。

　　因此，如果你在尋找一款無懼惡劣工業(yè)環(huán)境和戶外環(huán)境，可在沖擊和振動條件下實現(xiàn)輕松連接，且外形輕巧、靈活易用的模塊化工業(yè)以太網(wǎng)互連解決方案，選Han1A準沒錯!

　　ix Industrial以太網(wǎng)連接器

　　為了更好地適應工業(yè)以太網(wǎng)的應用要求，一方面各個連接器廠商會在M12、PushPull、模塊化連接器這些既有的接口標準和產(chǎn)品上進行改良，另一方面也在積極推動全新的專有接口標準的制訂和應用。ix Industrial接口就是這些年來呼聲頗高的新型工業(yè)以太網(wǎng)接口標準。

　　ix Industrial連接器的初衷，就是要替代傳統(tǒng)的RJ45連接器，其體積與RJ45連接器相比縮小了70%，功能更強大，也更堅固可靠，且都符合IEC61076-3-124標準，確保了產(chǎn)品間的兼容性。

　　HARTING也是ix Industrial接口標準的積極推動者之一，其推出的ix Industrial連接器可支持1Gbps/10Gbps以太網(wǎng)的性能(Cat. 6A)，插拔次數(shù)高達5000次。該連接器使用由金屬制成的兩個穩(wěn)定的卡扣鉤來實現(xiàn)插座和連接器的主動鎖定，并提供清晰的觸覺反饋來幫助用戶確認牢固連接。此外，這些以太網(wǎng)連接器電纜護套和插頭之間的連接采用穩(wěn)固的壓接連接形式，確保了接口的牢固性，能滿足EN 50155鐵路規(guī)范中規(guī)定的較高的抗沖擊和抗振性要求。

　　HARTING的ix Industrial連接器提供A型(Cat. 6A以太網(wǎng))和B型(信號和總線通信)兩種版本，并在不斷開發(fā)更多的接線和安裝方式，包括彎角、直角和水平等PCB板端安裝方式。

　　簡言之，HARTING的ix Industrial連接器在實現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)傳輸基礎上，通過重新定義外形及鎖定、裝配等機制，打造出了一款全面優(yōu)化的工業(yè)以太網(wǎng)互連解決方案，可以說是工業(yè)以太網(wǎng)設備硬件互連升級的不二之選。

　　T1工業(yè)單對以太網(wǎng)(SPE)連接器

　　ix Industrial連接器備受青睞，不過熟悉工業(yè)以太網(wǎng)互連技術趨勢的小伙伴一定知道，這兩年另一個技術的話題熱度更高，這就是單對以太網(wǎng)(SPE)連接器。

　　大家知道，以往的工業(yè)以太網(wǎng)常用的是4芯(2對)雙絞線或8芯(4對)雙絞線的連接方式，而SPE連接器只需通過1對雙絞線，就可以實現(xiàn)1Gbps的傳輸速率和長達1km的傳輸距離，這種全新的架構在性價比上顛覆性的優(yōu)勢，無疑會改變未來工業(yè)以太網(wǎng)的生態(tài)，因此被視為工業(yè)以太網(wǎng)接口的明日之星，有分析稱未來SPE連接器很可能會替代ix Industrial連接器成為主流架構。

　　圖1：SPE單對以太網(wǎng)互連系統(tǒng)架構

　　(圖源：HARTING)

　　HARTING順應SPE的發(fā)展和應用趨勢，推出了T1 Industrial SPE連接器，該產(chǎn)品采用高度優(yōu)化的高頻設計，帶360°屏蔽，機械強度高，符合標準的設計使其能夠滿足人們對于SPE的所有期待。

　　T1只需使用兩根電線即可實現(xiàn)10Mbps至1Gbps的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，且可通過數(shù)據(jù)線供電(PoDL)同時為終端設備傳輸電能。這些連接器的額定電壓為60VDC，可插拔1,000次，工作溫度范圍為-40℃至+85℃，緊湊的外形使它較容易被安裝到常用的M12、M8、PushPull和SnapIn等外殼中，提供IP20至IP65/67的密封等級，滿足廣泛的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用場景的要求。這類產(chǎn)品的推出對于SPE單對以太網(wǎng)的標準化和應用落地，也會起到積極地推動作用。

　　因此，如果你正在超前布局未來的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品和方案，從HARTING的T1 Industrial SPE連接器入手，肯定是一個很好的選擇。

　　本文小結

　　工業(yè)以太網(wǎng)的前景廣闊，不過大家也心知肚明，想要在復雜惡劣的工業(yè)環(huán)境中確保高性能、高可靠的互連并非易事，有時甚至看上去是一件“不可完成的任務”。

　　好在，我們有很多具有“超能力”的“超級英雄”工業(yè)以太網(wǎng)連接器來助陣，它們要么是在原有技術和標準基礎上進行深度地挖潛和優(yōu)化，要么是在一個全新定義的新標準上釋放自己的超能力，大家一起協(xié)力，幫助各個層面上的用戶實現(xiàn)構建工業(yè)以太網(wǎng)的夙愿。