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第三講:詳解工業(yè)以太網(wǎng)連接器的標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展前景

發(fā)布時(shí)間:2013-01-23 責(zé)任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn),已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。在工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)連接器市場(chǎng),高防護(hù)等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)快速操作成為主要的賣(mài)點(diǎn),本文將詳細(xì)講解工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)連接器的防護(hù)等級(jí)及工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)連接器緣何如此受歡迎。

首先我們先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)連接器。

在很多人眼中,只有“軍品級(jí)”才意味著最高等級(jí)的產(chǎn)品質(zhì)量,但事實(shí)并非如此,對(duì)于應(yīng)用橫跨各個(gè)領(lǐng)域的連接器產(chǎn)品而言,不管是RJ-45、D-sub連接器,還是光纖連接器,連接器制造商都在把它們做得更加堅(jiān)固,以適應(yīng)工業(yè)、醫(yī)療和電信等應(yīng)用場(chǎng)合中的惡劣環(huán)境。

在工業(yè)用以太網(wǎng)連接器市場(chǎng),高防護(hù)等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)快速操作成為主流廠(chǎng)商產(chǎn)品的賣(mài)點(diǎn)。同時(shí),萬(wàn)兆級(jí)(10G)傳輸應(yīng)用已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流趨勢(shì)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和辦公室之間建立無(wú)縫的10G以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是業(yè)界當(dāng)前的主流發(fā)展趨勢(shì)。

工業(yè)連接器的分類(lèi)

早期的共享式同軸以太網(wǎng)使用的連接器為BNC-T型連接器,連接頭安裝在同軸電纜兩端,連接器連接兩個(gè)網(wǎng)段。T型連接器示意圖如下:

T型連接器示意圖
T型連接器示意圖

使用雙絞線(xiàn)的介質(zhì)規(guī)范使用的連接器為RJ45,這是使用最為普遍的一種連接器,其簡(jiǎn)單示意圖如下:

RJ45連接器示意圖
RJ45連接器示意圖

雙絞線(xiàn)類(lèi)型與RJ45連接器

RJ45連接器是目前應(yīng)用中最為廣泛的一種連接器。RJ45連接器之間采用雙絞線(xiàn)連接。根據(jù)雙絞線(xiàn)與RJ45連接器的連接關(guān)系可分為直通線(xiàn)和交叉線(xiàn)。而雙絞線(xiàn)所連設(shè)備的接口又分為MDI和MDI-X兩種接口。

以太網(wǎng)信號(hào)在雙絞線(xiàn)介質(zhì)類(lèi)型上傳送時(shí)是以差分形式傳送的,發(fā)送和接收各占用一對(duì)雙絞線(xiàn)?,F(xiàn)我們實(shí)際使用的雙絞線(xiàn)(如UTP5)中含有四對(duì)雙絞線(xiàn),相對(duì)應(yīng)的RJ45插座內(nèi)有8個(gè)插頭引腳,根據(jù)排列順序?yàn)?~8。MDI-X接口使發(fā)送信號(hào)對(duì)TX+、TX-連接于1、2,使接收信號(hào)對(duì)RX+、RX-連接于 3、6(計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡接口、HUB或交換機(jī)的上行口和我們的單板調(diào)試網(wǎng)口為MDI-X接口,);MDI接口使發(fā)信號(hào)對(duì)TX+、TX-連接于3、6,使接收信 號(hào)對(duì)RX+、RX-連接于1、2(HUB或交換機(jī)的普通口為MDI接口)。

常用雙絞線(xiàn)中有四對(duì)雙絞線(xiàn),根據(jù)顏色也可排序?yàn)?~8(白桔、桔、白綠、藍(lán)、白藍(lán)、綠、白棕、棕)。直通網(wǎng)線(xiàn)兩端的RJ45頭與雙絞線(xiàn)的壓接順序由 1到8順序排列;交叉網(wǎng)線(xiàn)一端的RJ45頭與雙絞線(xiàn)1到8順序壓接,另一端的RJ45頭與雙絞線(xiàn)壓接時(shí)1、2和3、6調(diào)換壓接。

從以上分析可看出,網(wǎng)線(xiàn)連接兩個(gè)接口的目的是使兩端TX與RX對(duì)接起來(lái),因此,當(dāng)MDI-X接口與MDI接口相連時(shí)需使用直通網(wǎng)線(xiàn),而MDI接口與MDI接口相連或MDI-X接口與MDI-X接口相連時(shí)需使用交叉網(wǎng)線(xiàn)。

以下是不同類(lèi)型接口的連接示意圖:

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何為IP67?

IP67現(xiàn)在特指手機(jī)行業(yè)的防護(hù)安全級(jí)別,它定義了一個(gè)界面對(duì)液態(tài)和固態(tài)微粒的防護(hù)能力。IP后面跟了2位數(shù)字,第1個(gè)是固態(tài)防護(hù)等級(jí),范圍是0-6,分別表示對(duì)從大顆粒異物到灰塵的防護(hù);第2個(gè)是液態(tài)防護(hù)等級(jí),范圍是 0-8,分別表示對(duì)從垂直水滴到水底壓力情況下的防護(hù)。數(shù)字越大表示能力越強(qiáng)。IP67的解釋是,防護(hù)灰塵吸入(整體防止接觸,防護(hù)灰塵滲透);防護(hù)短暫浸泡(防浸)。目前在布線(xiàn)行業(yè)最高實(shí)現(xiàn)的是IP67級(jí)別。除此以外,工業(yè)連接器還有溫度,搞震等對(duì)其它惡劣環(huán)境的考慮因素。

IP代表什么?

IP指外殼的防護(hù)等級(jí),此標(biāo)準(zhǔn)描述了對(duì)電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)的系統(tǒng)。由歐洲電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)提出,電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)被分成很多類(lèi),根據(jù)不同的號(hào)碼,能夠迅速方便的確定產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)。

第一個(gè)數(shù)字代表的含義

0代表無(wú)防護(hù)。

1代表防直徑為50mm 甚至更大的固體顆粒物物體尖端或50mm 直徑的固體顆粒物不能完全穿透。

2代表防直徑為12.5mm 甚至更大的固體顆粒物物體尖端或12.5mm 直徑的固體顆粒物不能完全穿透。

3代表防直徑為2.5mm 甚至更大的固體固體顆粒物物體尖端或2.5mm 直徑的固體顆粒物完全不能穿透。

4代表防直徑為1mm 甚至更大的固體固體顆粒物物體尖端或1mm 直徑的固體顆粒物完全不能穿透。

5代表灰塵防護(hù):并不能完全防止塵埃進(jìn)入,但不會(huì)達(dá)到妨礙儀器正常運(yùn)轉(zhuǎn)及降低安全性的程度。

6代表灰塵禁錮:塵埃無(wú)法進(jìn)入物體整個(gè)直徑不能超過(guò)外殼的空隙

第二個(gè)數(shù)字代表的含義


0代表無(wú)防護(hù)。

1代表防垂直下墜的水滴垂直下墜的水滴不會(huì)造成有害影響。

2代表當(dāng)外殼翹起可達(dá)15°時(shí)防垂直下墜的水滴當(dāng)外殼在垂直任何一側(cè)以任何角度翹起不超過(guò)15°時(shí),垂直下墜的水滴不會(huì)造成有害影響。

3代表防水霧在任何一垂直側(cè)以任何不超過(guò)60°的角度噴霧不會(huì)造成有害影響。

4代表防潑水對(duì)著外殼從任何方向潑水都不會(huì)造成有害影響。

5代表防噴水對(duì)著外殼從任何方向噴水都不會(huì)造成有害影響。

6代表防強(qiáng)力噴水對(duì)著外殼從任何方向強(qiáng)力噴水都不會(huì)造成有害影響。

7代表防短時(shí)浸泡常溫常壓下,當(dāng)外殼暫時(shí)浸泡在1M深的水里將不會(huì)造成有害影響。

8代表防持續(xù)浸泡,在廠(chǎng)家和用戶(hù)都同意,但是條件比7嚴(yán)酷的條件下,持續(xù)浸泡在水里將不會(huì)造成有害影響。

應(yīng)用和注意事項(xiàng)

工業(yè)應(yīng)用中,必須考慮IP 防護(hù)。

對(duì)于封閉建筑的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)系統(tǒng),采用IP54 防護(hù)=灰塵防護(hù)和潑水防護(hù)。

對(duì)于戶(hù)外系統(tǒng)(汽車(chē)等)推薦IP65 防護(hù)。防灰和防噴水。

防護(hù)等級(jí)≤IP40 僅為防觸摸或僅當(dāng)系統(tǒng)安裝在機(jī)架(例如支架)上才有意義。

在戶(hù)外倉(cāng)庫(kù)的鏟車(chē)系統(tǒng)上不應(yīng)該用IP20 防護(hù)。

采用IP67 的控制系統(tǒng),如果不是應(yīng)用在潛艇上,通常都使用在不當(dāng)?shù)膱?chǎng)合里。

并非所有的系統(tǒng)提供了高等級(jí)的防護(hù)就一點(diǎn)問(wèn)題都沒(méi)有。高防水通常需要完全密閉安裝,通常這會(huì)引起散熱問(wèn)題??赡軙?huì)發(fā)生由過(guò)熱引起的系統(tǒng)錯(cuò)誤。所以需要附加的散熱裝置。
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工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)連接器緣何如此受歡迎

在工業(yè)環(huán)境中,由于傳輸速度和數(shù)據(jù)量的需求不斷增長(zhǎng),為確保更加高速、平滑的數(shù)據(jù)交換,萬(wàn)兆級(jí)產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。仔細(xì)分析當(dāng)今連接器供應(yīng)市場(chǎng),Tyco(泰科電子)、CONEC、FCI、Molex、Amphenol、ERNI、Phoenix Contact(菲尼克斯電氣)和德資雅迪(HARTING)均是個(gè)中翹楚。其中,由于一直專(zhuān)注于工業(yè)連接器市場(chǎng),菲尼克斯電氣、德資雅迪HARTING 成為工業(yè)用以太網(wǎng)連接器的主導(dǎo)供應(yīng)商。

大數(shù)據(jù)流量以及日益嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求催生了新一代的布線(xiàn)系統(tǒng)。菲尼克斯電氣提供的連接器系列,其新的屏蔽概念確保了10Gbps的可靠數(shù)據(jù)傳輸速率,符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)CAT6。比如采用Piercecon連接技術(shù)的M12,該產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速可靠的組裝,新的編碼亦可防止與現(xiàn)有M12解決方案的錯(cuò)誤連接。而 采用了IDC快速連接技術(shù)的RJ-45,在按部就班完成插入導(dǎo)線(xiàn)、切取電纜、關(guān)閉安裝孔等步驟之后,即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速、簡(jiǎn)便的組裝。

菲尼克斯電氣與德資雅迪合作推出的M12連接器
菲尼克斯電氣與德資雅迪合作推出的M12連接器

德資雅迪HARTING則在更早時(shí)間推出了全球首個(gè)無(wú)需任何工具的RJ-45連接器:RJ Industrial 10G,可現(xiàn)場(chǎng)安裝的10G以太網(wǎng)新型RJ-45插頭。

HARTING的新型RJ-45連接器采用了面向未來(lái)10G以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。通過(guò)使用經(jīng)驗(yàn)證的絕緣層刺破接線(xiàn)端子技 術(shù),連接快速可靠。絕緣層刺破接線(xiàn)端子的設(shè)計(jì)通用于具有寬導(dǎo)線(xiàn)橫截面的剛性和柔性導(dǎo)線(xiàn)。通過(guò)新開(kāi)發(fā)的導(dǎo)線(xiàn)密封壓蓋,直徑從4.5到9毫米的導(dǎo)線(xiàn)均可以牢固 地固定在連接器上。這使得用戶(hù)可以將所有慣用的以太網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)型同RJ-45連接器進(jìn)行連接。由于其輕巧的設(shè)計(jì),堅(jiān)固的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IP20接口,也可以用于多 端口RJ-45插口。除IP20接口外,所有已知的IP 65/67推拉式接口乃至Han 3A接口現(xiàn)在都能夠使用這個(gè)新的接頭。

RJ-45連接器受青睞

目前在通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng),以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)正在不斷加強(qiáng)。為了滿(mǎn)足新的市場(chǎng)動(dòng)向,泰科電子也積極投入開(kāi)發(fā)并推廣以太網(wǎng)連接器。泰科電子業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Rod Smith指出,經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的RJ-45連接器繼續(xù)扮演著重要角色。該公司的產(chǎn)品也能支持10Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

Rod Smith表示,目前市場(chǎng)對(duì)連接器物理面積提出了新的要求,要求不斷提高局域網(wǎng)應(yīng)用中通信設(shè)備前板的密度。為滿(mǎn)足這一新的市場(chǎng)需要,泰科電子開(kāi)發(fā)了兩款 產(chǎn)品:MRJ21和RJ·5連接器。他介紹,這兩款產(chǎn)品利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)不僅能夠降低成本并減少端口,同時(shí)將端口密度提高了一倍。

泰科電子MRJ21連接器
泰科電子MRJ21連接器

MRJ21連接器可以極大地減少安裝時(shí)間,適用于緊急場(chǎng)合,可同時(shí)支持12通道10/100數(shù)據(jù)流傳輸及6通道10/100/1000數(shù)據(jù)流傳輸。
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本土制造商競(jìng)爭(zhēng)力提升

中國(guó)大陸約有500家RJ-45連接器和線(xiàn)纜組件生產(chǎn)商,半數(shù)產(chǎn)量用于出口。華南和華東是主要生產(chǎn)基地,80%以上的企業(yè)都集中在這里。其中,廣東東莞和浙江樂(lè)清是主要產(chǎn)地,其它供應(yīng)中心是廣東深圳、江蘇蘇州、南京,以及上海。

大量廠(chǎng)商都是中小型企業(yè),年銷(xiāo)售額不超過(guò)1400萬(wàn)美元左右。大型廠(chǎng)商年銷(xiāo)售額超過(guò)1400萬(wàn)美元,目前在供應(yīng)商中僅占10%。由于預(yù)計(jì)今后數(shù)月需求上升,廠(chǎng)商正在利用價(jià)格優(yōu)勢(shì),改進(jìn)質(zhì)量和提高產(chǎn)量來(lái)吸引訂單。

在國(guó)內(nèi),盡管面臨無(wú)線(xiàn)對(duì)手的挑戰(zhàn),以及成本上漲和勞動(dòng)力短缺等問(wèn)題,但中國(guó)的RJ-45連接器和線(xiàn)纜供應(yīng)商仍對(duì)增長(zhǎng)前景持樂(lè)觀看法。

廠(chǎng)商重振信心,部分原因在于來(lái)自路由器、交換機(jī)、LAN終端和Ethernet系統(tǒng)的需求上升,使得中國(guó)RJ-45連接器和線(xiàn)纜供應(yīng)商的銷(xiāo)售情況改善。

廠(chǎng)商正在努力抵抗無(wú)線(xiàn)技術(shù)的沖擊。無(wú)線(xiàn)技術(shù)目前已用于PC和通訊設(shè)備,而且在工業(yè)、醫(yī)療和汽車(chē)領(lǐng)域受到青睞。Wi-Fi 802.11n和藍(lán)牙受到歡迎;無(wú)線(xiàn)USB、ZigBee和RFID發(fā)展勢(shì)頭日益增強(qiáng),尤其是在消費(fèi)電子、PC和通訊領(lǐng)域。

全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場(chǎng)強(qiáng)勁增長(zhǎng),預(yù)測(cè)其未來(lái)五年的復(fù)合年增率將高達(dá)167%,將刺激Wi-Fi、藍(lán)牙和超寬帶的進(jìn)一步普及。

國(guó)內(nèi)連接器廠(chǎng)商預(yù)計(jì),這將把同期RJ-45連接器和線(xiàn)纜組件及類(lèi)似連接器的需求壓低25%左右。估計(jì)到2013年,無(wú)線(xiàn)技術(shù)將吃掉RJ- 11的一半以上市場(chǎng)份額,吃掉其它連接器的大部分市場(chǎng)。未來(lái)幾年RJ-45連接器出貨量增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將從目前的10%降到5%左右。

盡管受到無(wú)線(xiàn)技術(shù)的沖擊,但PC、路由器、交換機(jī)、以太網(wǎng)供電設(shè)備和以太網(wǎng)系統(tǒng)仍將提供RJ-45端口。使用24至48個(gè)接口 交換機(jī)的商業(yè)LAN,也將保留RJ-45。這是因?yàn)椋瑹o(wú)線(xiàn)技術(shù)仍需解決信號(hào)傳輸問(wèn)題。

供應(yīng)商正在加強(qiáng)其價(jià)格優(yōu)勢(shì)和獲得必要的產(chǎn)品認(rèn)證,以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和吸引訂單。

中國(guó)生產(chǎn)的產(chǎn)品約占全球市場(chǎng)的20%,比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品便宜10-20%。廠(chǎng)商計(jì)劃通過(guò)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本來(lái)擴(kuò)大這種優(yōu)勢(shì)。但是,由于原材料和勞動(dòng)力成本上漲,這個(gè)目標(biāo)并不容易達(dá)到。原材料和勞動(dòng)力成本分別占到總成本的40%和10-20%。

在產(chǎn)品認(rèn)證方面,多數(shù)企業(yè)都獲得了CE、RoHS和UL認(rèn)證。許多企業(yè)達(dá)到了ISO 9001標(biāo)準(zhǔn),還有一些企業(yè)達(dá)到了ISO 14001標(biāo)準(zhǔn)。部分廠(chǎng)商計(jì)劃明年獲得其它認(rèn)證,以提高競(jìng)爭(zhēng)力。
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