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第三講:詳解工業(yè)以太網(wǎng)連接器的標準及發(fā)展前景

發(fā)布時間: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,已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。在工業(yè)級以太網(wǎng)連接器市場,高防護等級、現(xiàn)場快速操作成為主要的賣點,本文將詳細講解工業(yè)級以太網(wǎng)連接器的防護等級及工業(yè)級以太網(wǎng)連接器緣何如此受歡迎。

首先我們先來簡單介紹一下工業(yè)級以太網(wǎng)連接器。

在很多人眼中,只有“軍品級”才意味著最高等級的產(chǎn)品質(zhì)量,但事實并非如此,對于應(yīng)用橫跨各個領(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固,以適應(yīng)工業(yè)、醫(yī)療和電信等應(yīng)用場合中的惡劣環(huán)境。

在工業(yè)用以太網(wǎng)連接器市場,高防護等級、現(xiàn)場快速操作成為主流廠商產(chǎn)品的賣點。同時,萬兆級(10G)傳輸應(yīng)用已經(jīng)成為市場的主流趨勢。在工業(yè)現(xiàn)場和辦公室之間建立無縫的10G以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是業(yè)界當前的主流發(fā)展趨勢。

工業(yè)連接器的分類

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,其簡單示意圖如下:

RJ45連接器示意圖
RJ45連接器示意圖

雙絞線類型與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連接。根據(jù)雙絞線與RJ45連接器的連接關(guān)系可分為直通線和交叉線。而雙絞線所連設(shè)備的接口又分為MDI和MDI-X兩種接口。

以太網(wǎng)信號在雙絞線介質(zhì)類型上傳送時是以差分形式傳送的,發(fā)送和接收各占用一對雙絞線。現(xiàn)我們實際使用的雙絞線(如UTP5)中含有四對雙絞線,相對應(yīng)的RJ45插座內(nèi)有8個插頭引腳,根據(jù)排列順序為1~8。MDI-X接口使發(fā)送信號對TX+、TX-連接于1、2,使接收信號對RX+、RX-連接于 3、6(計算機網(wǎng)卡接口、HUB或交換機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)信號對TX+、TX-連接于3、6,使接收信 號對RX+、RX-連接于1、2(HUB或交換機的普通口為MDI接口)。

常用雙絞線中有四對雙絞線,根據(jù)顏色也可排序為1~8(白桔、桔、白綠、藍、白藍、綠、白棕、棕)。直通網(wǎng)線兩端的RJ45頭與雙絞線的壓接順序由 1到8順序排列;交叉網(wǎng)線一端的RJ45頭與雙絞線1到8順序壓接,另一端的RJ45頭與雙絞線壓接時1、2和3、6調(diào)換壓接。

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

以下是不同類型接口的連接示意圖:

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何為IP67?

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

IP代表什么?

IP指外殼的防護等級,此標準描述了對電氣設(shè)備外殼防護等級進行分類的系統(tǒng)。由歐洲電子技術(shù)標準化委員會提出,電氣設(shè)備外殼防護等級被分成很多類,根據(jù)不同的號碼,能夠迅速方便的確定產(chǎn)品的防護等級。

第一個數(shù)字代表的含義

0代表無防護。

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:并不能完全防止塵埃進入,但不會達到妨礙儀器正常運轉(zhuǎn)及降低安全性的程度。

6代表灰塵禁錮:塵埃無法進入物體整個直徑不能超過外殼的空隙

第二個數(shù)字代表的含義


0代表無防護。

1代表防垂直下墜的水滴垂直下墜的水滴不會造成有害影響。

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

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

4代表防潑水對著外殼從任何方向潑水都不會造成有害影響。

5代表防噴水對著外殼從任何方向噴水都不會造成有害影響。

6代表防強力噴水對著外殼從任何方向強力噴水都不會造成有害影響。

7代表防短時浸泡常溫常壓下,當外殼暫時浸泡在1M深的水里將不會造成有害影響。

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

應(yīng)用和注意事項

工業(yè)應(yīng)用中,必須考慮IP 防護。

對于封閉建筑的標準工業(yè)系統(tǒng),采用IP54 防護=灰塵防護和潑水防護。

對于戶外系統(tǒng)(汽車等)推薦IP65 防護。防灰和防噴水。

防護等級≤IP40 僅為防觸摸或僅當系統(tǒng)安裝在機架(例如支架)上才有意義。

在戶外倉庫的鏟車系統(tǒng)上不應(yīng)該用IP20 防護。

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?shù)膱龊侠铩?br />
并非所有的系統(tǒng)提供了高等級的防護就一點問題都沒有。高防水通常需要完全密閉安裝,通常這會引起散熱問題??赡軙l(fā)生由過熱引起的系統(tǒng)錯誤。所以需要附加的散熱裝置。
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工業(yè)級以太網(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,為確保更加高速、平滑的數(shù)據(jù)交換,萬兆級產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。仔細分析當今連接器供應(yīng)市場,Tyco(泰科電子)、CONEC、FCI、Molex、Amphenol、ERNI、Phoenix Contact(菲尼克斯電氣)和德資雅迪(HARTING)均是個中翹楚。其中,由于一直專注于工業(yè)連接器市場,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)流量以及日益嚴格的實時性要求催生了新一代的布線系統(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)標準CAT6。比如采用Piercecon連接技術(shù)的M12,該產(chǎn)品可實現(xiàn)現(xiàn)場快速可靠的組裝,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、切取電纜、關(guān)閉安裝孔等步驟之后,即可實現(xiàn)現(xiàn)場快速、簡便的組裝。

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則在更早時間推出了全球首個無需任何工具的RJ-45連接器:RJ Industrial 10G,可現(xiàn)場安裝的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10G以太網(wǎng)的設(shè)計特點。通過使用經(jīng)驗證的絕緣層刺破接線端子技 術(shù),連接快速可靠。絕緣層刺破接線端子的設(shè)計通用于具有寬導(dǎo)線橫截面的剛性和柔性導(dǎo)線。通過新開發(fā)的導(dǎo)線密封壓蓋,直徑從4.5到9毫米的導(dǎo)線均可以牢固 地固定在連接器上。這使得用戶可以將所有慣用的以太網(wǎng)導(dǎo)線類型同RJ-45連接器進行連接。由于其輕巧的設(shè)計,堅固的工業(yè)標準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,以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢正在不斷加強。為了滿足新的市場動向,泰科電子也積極投入開發(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)過多年發(fā)展,目前市場上應(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,目前市場對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。為滿足這一新的市場需要,泰科電子開發(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)勢不僅能夠降低成本并減少端口,同時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間,適用于緊急場合,可同時支持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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本土制造商競爭力提升

中國大陸約有500家RJ-45連接器和線纜組件生產(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。

大量廠商都是中小型企業(yè),年銷售額不超過1400萬美元左右。大型廠商年銷售額超過1400萬美元,目前在供應(yīng)商中僅占10%。由于預(yù)計今后數(shù)月需求上升,廠商正在利用價格優(yōu)勢,改進質(zhì)量和提高產(chǎn)量來吸引訂單。

在國內(nèi),盡管面臨無線對手的挑戰(zhàn),以及成本上漲和勞動力短缺等問題,但中國的RJ-45連接器和線纜供應(yīng)商仍對增長前景持樂觀看法。

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

廠商正在努力抵抗無線技術(shù)的沖擊。無線技術(shù)目前已用于PC和通訊設(shè)備,而且在工業(yè)、醫(yī)療和汽車領(lǐng)域受到青睞。Wi-Fi 802.11n和藍牙受到歡迎;無線USB、ZigBee和RFID發(fā)展勢頭日益增強,尤其是在消費電子、PC和通訊領(lǐng)域。

全球移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場強勁增長,預(yù)測其未來五年的復(fù)合年增率將高達167%,將刺激Wi-Fi、藍牙和超寬帶的進一步普及。

國內(nèi)連接器廠商預(yù)計,這將把同期RJ-45連接器和線纜組件及類似連接器的需求壓低25%左右。估計到2013年,無線技術(shù)將吃掉RJ- 11的一半以上市場份額,吃掉其它連接器的大部分市場。未來幾年RJ-45連接器出貨量增長率預(yù)計將從目前的10%降到5%左右。

盡管受到無線技術(shù)的沖擊,但PC、路由器、交換機、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個接口 交換機的商業(yè)LAN,也將保留RJ-45。這是因為,無線技術(shù)仍需解決信號傳輸問題。

供應(yīng)商正在加強其價格優(yōu)勢和獲得必要的產(chǎn)品認證,以增強競爭力和吸引訂單。

中國生產(chǎn)的產(chǎn)品約占全球市場的20%,比國外同類產(chǎn)品便宜10-20%。廠商計劃通過進一步降低生產(chǎn)成本來擴大這種優(yōu)勢。但是,由于原材料和勞動力成本上漲,這個目標并不容易達到。原材料和勞動力成本分別占到總成本的40%和10-20%。

在產(chǎn)品認證方面,多數(shù)企業(yè)都獲得了CE、RoHS和UL認證。許多企業(yè)達到了ISO 9001標準,還有一些企業(yè)達到了ISO 14001標準。部分廠商計劃明年獲得其它認證,以提高競爭力。
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