Aumente la densidad y fiabilidad de los puertos Ethernet industriales con los conectores ix Industrial

Las fábricas están experimentando un auge de las aplicaciones intensivas en datos, como la robótica, la visión artificial y las técnicas del Internet de las cosas (IIoT). El resultado es una creciente demanda de comunicaciones de alta velocidad. Aunque Ethernet Industrial ha ayudado, los diseñadores deben permitir una alta densidad de puertos, minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI) y garantizar conexiones físicamente resistentes.

Con solo una cuarta parte del tamaño de un conector RJ45 y con un blindaje EMI (interferencia electromagnética) mejorado y un acoplamiento resistente, el conector ix Industrial se creó explícitamente para satisfacer los requisitos de automatización de las fábricas. Estandarizado según la norma IEC 61076-3-124, el conector permite una gama de soluciones multiproveedor y ofrece un conjunto de características matizadas para mejorar aún más las capacidades de las fábricas inteligentes.

Este artículo repasa brevemente los requisitos de conectividad para la automatización de fábricas. A continuación, presenta conectores ix Industrial de Hirose y muestra cómo pueden utilizarse para cumplir los requisitos.

Ethernet industrial y los retos de los conectores RJ45

Ethernet Industrial tiene dos características clave que se adaptan a las fábricas inteligentes: una velocidad de datos de 10 gigabits por segundo (10 Gbps) y una base tecnológica en Ethernet. Utiliza el mismo protocolo TCP/IP, cables CAT5e y CAT6 y conectores RJ45. Esta interoperabilidad facilita la integración de los dispositivos inteligentes de la fábrica entre sí y con los sistemas de la empresa.

Sin embargo, el entorno industrial somete a los conectores a una mayor tensión física y, con el aumento de la densidad de puertos, los diseñadores necesitan conectores que ocupen menos espacio y que, además, puedan minimizar aún más la EMI (interferencia electromagnética). Como muestra la figura 1, el conector ix Industrial reduce el espacio de instalación en un 75% en comparación con los conectores RJ45. Al mismo tiempo, ofrece una durabilidad y una resistencia a las interferencias electromagnéticas (EMI) considerablemente mejoradas (figura 2).

Figura 1: El conector ix Industrial (izquierda) que es un 75% más pequeño que el RJ45 tradicional (derecha). (Fuente de la imagen: Automation World)

Figura 2: Los conectores ix Industrial ofrecen muchas mejoras de rendimiento para responder a los requisitos de automatización de las fábricas. (Fuente de la imagen: Hirose)

Aunque el conector ix Industrial utiliza un conector exclusivo, por lo demás es compatible con el resto del ecosistema Ethernet industrial. Por ejemplo, admite cables CAT6A de hasta 10 Gbps y Alimentación por Ethernet (PoE) y PoE+ de hasta 3 amperios (A).

Sobre la base de esta compatibilidad, el conector miniaturizado se ha normalizado según la norma IEC 61076-3-124, lo que garantiza una interoperabilidad entre proveedores que simplifica el proceso de diseño y ofrece a los ingenieros una mayor libertad a la hora de elegir productos. Por ejemplo, la serie de conectores ix Industrial de Hirose es totalmente compatible con soluciones de otros fabricantes.

El conector ix Industrial también ha sido seleccionado para múltiples protocolos Ethernet, incluidos PROFINET, CC-Enlace IE TSN y GigE Vision:

• PROFINET es un protocolo de Ethernet industrial ampliamente utilizado y supervisado por Profibus y Profinet International (PI). Se utiliza para controladores lógicos programables (PLC), robots, accionamientos y entradas y salidas (E/S) de sensores y actuadores.
• CC-Link IE TSN es un estándar de la CC-Link Partner Association que combina gigabit Ethernet con redes sensibles al tiempo (TSN). Se encuentra en industrias avanzadas como la fabricación de semiconductores y automóviles.
• GigE Vision es un estándar de interfaz para cámaras industriales de alto rendimiento gestionado por la Asociación de Imagen Automatizada (AIA). Utiliza redes Ethernet para lograr ventajas como la transferencia rápida de datos, la mayor longitud de los cables, el bajo costo y la escalabilidad.

Además de estos reconocimientos oficiales, los conectores ix Industrial pueden utilizarse con muchos otros protocolos de Ethernet industrial, como EtherCAT, Modbus TCP y Ethernet/IP. Gracias a su compatibilidad con estos protocolos y a su robusta miniaturización, los conectores ix industrial son una opción convincente para muchas aplicaciones de fábricas inteligentes. Entre ellos se incluyen:

• Visión artificial: Las cámaras de alta resolución generan grandes cantidades de datos de imagen para el análisis en tiempo real y la toma de decisiones. Así se aprovecha la alta velocidad de datos del conector ix Industrial y su tamaño compacto para configuraciones multicámara.
• Robótica: Los robots colaborativos y autónomos dependen de datos de sensores y señales de control en tiempo real para un funcionamiento seguro y eficiente. La resistencia del conector ix Industrial y su baja susceptibilidad a la EMI (interferencia electromagnética) garantizan un intercambio de datos fiable.
• Mantenimiento predictivo: La incorporación de sensores a los equipos críticos permite la detección precoz de posibles fallos, lo que evita costosos tiempos de inactividad. El perfil bajo y el diseño resistente del conector ix Industrial lo convierten en un complemento excelente para sensores pequeños en condiciones de funcionamiento difíciles.

Posibilidades de ahorro de espacio en clavijas de conexión y receptáculos

Tanto los receptáculos como las clavijas de conexión ix Industrial tienen características dignas de mención que mejoran el ahorro de espacio. Como se ilustra en la figura 3, los receptáculos están disponibles en diversas configuraciones:

• Los receptáculos verticales, como el IX61G-A-10P, pueden montarse en paralelo con una distancia de paso de solo 10 milímetros (mm) para altas densidades de puertos. En esta configuración, seis conectores ix Industrial caben en el mismo espacio que tres conectores RJ45, lo que reduce significativamente el espacio ocupado por interruptores, routers y equipos similares.
• Los receptáculos horizontales de bajo perfil, como el IX60G-A-10P, tienen un perfil de 5.7 mm, es decir, menos de la mitad de la altura de un conector RJ45, lo que los hace adecuados para aplicaciones como sensores.
• Los receptáculos verticales, como el IX80G-A-10P, se pueden acoplar desde la parte superior, lo que ofrece a los diseñadores una mayor flexibilidad.

Figura 3: ix Los receptáculos ix Industrial están disponibles en las variantes vertical, vertical y horizontal (arriba, izquierda y abajo, respectivamente). Los conectores de clavija vienen en configuraciones de ángulo recto y recto. (Fuente de la imagen: Hirose)

Las clavijas de conexión están disponibles en orientación recta, como la IX40G-B-10S-CV(7. 0), o en orientación en ángulo recto, como la IX30G-A-10S-CVL2(7.0). Destacan especialmente las opciones en ángulo recto, que reducen la altura de la conexión y facilitan el tendido del cable en espacios reducidos. Por ejemplo, estas clavijas pueden minimizar los problemas relacionados con el radio de curvatura del cable y facilitar la conexión en cadena de alta densidad.

Resistencia mecánica y eléctrica

Diseñado para soportar condiciones industriales, el conector ix Industrial presenta una construcción robusta resistente a vibraciones, impactos y EMI (interferencias electromagnéticas). La carcasa del receptáculo se monta en la placa de circuito impreso (PC) mediante cinco patas de soldadura con orificios pasantes. Esto crea una conexión física sólida que resiste los tirones, protegiendo los contactos de señal. También proporciona una conexión sólida entre la carcasa del receptáculo y el plano de tierra de la placa.

La carcasa de la clavija incluye una unidad integrada de terminación de cables y una abrazadera de cable (figura 4). Esto evita que la parte de conexión del conjunto de cables se vea afectada por la carga del cable. La carcasa está engarzada y entra en contacto directo con el resorte de tierra del receptáculo, creando un blindaje continuo de 360˚ contra la EMI (interferencia electromagnética).

Figura 4: La clavija de conexión ix Industrial envuelve la unidad de terminación de cables con una carcasa que la protege contra daños físicos e interferencias electromagnéticas (EMI). (Fuente de la imagen: Hirose)

Los conectores también incorporan un robusto mecanismo de bloqueo a presión que proporciona un clic audible y táctil. Este mecanismo de bloqueo positivo garantiza una conexión segura incluso en entornos con fuertes vibraciones y ayuda al conector a resistir 5,000 ciclos de acoplamiento.

Hirose también ofrece variantes de sus conectores ix Industrial con contactos de paladio-níquel. Por ejemplo, la clavija IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) utiliza contactos con 0.75 micrómetros (μm) de paladio-níquel más 0.05 μm de chapado en oro. Estos contactos son más duraderos que los de oro estándar y resultan muy valiosos para aplicaciones con frecuentes ciclos de acoplamiento.

Simplificación del ensamblaje y las pruebas

Hirose recomienda utilizar cables con un calibre de entre 22 y 28 American Wire Gauge (AWG) para garantizar una conexión de alta calidad. Los cables pueden terminarse mediante soldadura o conexiones por desplazamiento del aislamiento (IDC), recomendándose IDC para clavijas terminadas en campo. Este método de terminación utiliza una tenaza engarzadora como la HT803/IXG-8/10S-63-72 para cortar los aislantes de los cables y conectarlos con un solo movimiento.

Para obtener la terminación más duradera y de mayor calidad, se prefiere la soldadura. Hirose ofrece numerosas clavijas de conexión, como la IX40G-A-10S-CV(7.0), que admiten este método de terminación.

Para comprobar cables y ensamblajes, Hirose ofrece el DSX-CHA-5-IX-S, un juego de adaptadores para el analizador de cables DSX de Amprobe (una empresa de Fluke Networks ). Con este analizador, los técnicos pueden garantizar un funcionamiento correcto y simplificar el diagnóstico de cualquier problema.

Conclusión:

Los diseñadores pueden utilizar conectores ix Industrial para lograr una alta densidad de puertos y fiabilidad en aplicaciones de fábricas inteligentes. Gracias a su normalización según la norma IEC 61076-3-124, los diseñadores tienen garantizada la interoperabilidad entre fabricantes. La variedad de opciones de clavijas y receptáculos permite a los diseñadores elegir orientaciones de montaje y guiado de cables para reducir el espacio ocupado por sus equipos, evitar la tensión de los cables y conseguir un gran ancho de banda con un riesgo mínimo de interferencias.

Lectura recomendada

1. Cómo cumplir los requisitos de alta densidad y conectividad robusta de la Industria 4.0