工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0等大趨勢(shì)正在推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化和智能工廠方面有線連接的新標(biāo)準(zhǔn)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)環(huán)境，其中的傳感器節(jié)點(diǎn)不需要太大的功率或帶寬，但需要可靠、高效的通信?；ヂ?lián)工廠中的工業(yè)4.0應(yīng)用還需要快速、可靠的傳輸——在某些情況下要接近實(shí)時(shí)通信，或者至少在規(guī)定的時(shí)間窗口內(nèi)保證傳輸。
另一個(gè)趨勢(shì)是以太網(wǎng)協(xié)議正擴(kuò)展到新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如運(yùn)輸（火車、有軌電車和飛機(jī)）。汽車行業(yè)已經(jīng)決定使用以太網(wǎng)來(lái)替代舊有的控制器局域網(wǎng)（CAN）總線系統(tǒng)，這種技術(shù)可以為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和信息娛樂(lè)系統(tǒng)提供更高的數(shù)據(jù)速率。在這種要求苛刻的應(yīng)用中，單對(duì)以太網(wǎng)（SPE）僅使用一對(duì)雙絞銅線，就可以以與CAN電纜相近的重量提供所需的數(shù)據(jù)速率。
現(xiàn)代互聯(lián)工廠的需求以及新應(yīng)用采用以太網(wǎng)的趨勢(shì)都說(shuō)明，單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)會(huì)成為未來(lái)工業(yè)通信應(yīng)用的主要競(jìng)爭(zhēng)者。
“無(wú)論從經(jīng)濟(jì)還是技術(shù)角度看，單對(duì)以太網(wǎng)都具備條件，可以把所有設(shè)備集成到智能網(wǎng)絡(luò)中。”——ERIC LEIJTENS，TE CONNECTIVITY
由于單對(duì)以太網(wǎng)僅使用兩根電線，因此其布線簡(jiǎn)單、便宜、重量輕且易于安裝。雖然在范圍和數(shù)據(jù)速率之間存在折衷，但汽車業(yè)已使用這種介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1Gbps的數(shù)據(jù)速率，而這對(duì)大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。
“在過(guò)去的30年里，以太網(wǎng)的發(fā)展一直專注于人與人之間的連接，而對(duì)于SPE來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)的開(kāi)發(fā)也首次將重點(diǎn)放在了連接萬(wàn)物上。”泰科電子（TE Connectivity）全球產(chǎn)品管理執(zhí)行官兼總經(jīng)理Eric Leijtens表示——這里，他指的是需要小型輕便布線的低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用?！皢挝还?jié)點(diǎn)成本低、易于安裝、布線靈活（僅使用兩根電線）、可以以較低帶寬實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)通信距離，是該技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)。因此，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)還是技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，它都有條件將所有設(shè)備集成到智能網(wǎng)絡(luò)中?！?/p>
圖片來(lái)源：TE CONNECTIVITY
對(duì)于集成工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，采用以太網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從云端一直到傳感器節(jié)點(diǎn)的基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）的端到端通信。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種單一協(xié)議可以取代或至少可以精簡(jiǎn)當(dāng)前在用的某些現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。轉(zhuǎn)向基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議可提高互操作性，這樣就不再需要將時(shí)間浪費(fèi)在不同設(shè)備不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換上。以太網(wǎng)還可以簡(jiǎn)化設(shè)備的參數(shù)設(shè)置、初始化以及編程。
“SPE正在運(yùn)輸?shù)扰c智能工廠相鄰的行業(yè)中受到歡迎。”Leijtens指出，“該技術(shù)在這些行業(yè)取得巨大成功，這將確保其在未來(lái)幾十年內(nèi)都可使用。因此，該技術(shù)對(duì)工業(yè)市場(chǎng)很有意義。這項(xiàng)技術(shù)可用于連接自動(dòng)化金字塔的最下面幾層。我們預(yù)計(jì)將它應(yīng)用于邊緣計(jì)算以及其他特定應(yīng)用將會(huì)從中得到很多好處?！?/p>
以太網(wǎng)通過(guò)單對(duì)雙絞線為工業(yè)應(yīng)用提供簡(jiǎn)單、小巧、輕便的連接解決方案。（圖片來(lái)源：Harting）
浩亭（Harting）的產(chǎn)品與應(yīng)用經(jīng)理Kevin Canham也注意到SPE在自動(dòng)化技術(shù)中的重要性，他說(shuō)它正在這一領(lǐng)域“有針對(duì)性地繼續(xù)發(fā)展”。他補(bǔ)充說(shuō)，該技術(shù)簡(jiǎn)單易用，在重量、空間要求和安裝工作量上都可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)降低，這表明它將在自動(dòng)化技術(shù)、鐵路行業(yè)以及整個(gè)行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)普及。
目前，單對(duì)以太網(wǎng)在汽車應(yīng)用中的使用包括兩個(gè)版本。對(duì)于轎車來(lái)說(shuō)，采用非屏蔽雙絞線（UTP）電纜實(shí)現(xiàn)100Base-T1傳輸可以減輕重量——范圍可達(dá)15m（IEEE 802.3bw有規(guī)定）。對(duì)于卡車和公共汽車來(lái)說(shuō)，電磁兼容性（EMC）環(huán)境更加苛刻，在這樣的環(huán)境下，業(yè)界是使用屏蔽雙絞線（STP）電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)1000Base-T1傳輸，其范圍可達(dá)40m（IEEE 802.3bp）。
工業(yè)應(yīng)用會(huì)使用新的變體——10Base-T1（10Mbps）。IEEE 802.3cg工作組也在開(kāi)發(fā)兩種版本：10Base-T1S的范圍為15米，10Base-T1L的范圍為1000米。為了實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的范圍，可以采用較低的頻率來(lái)降低衰減——T1L使用20MHz收發(fā)器，而T1S則使用200MHz。兩者都將提供數(shù)據(jù)線供電（PoDL）功能（IEEE 802.3bu）。
將Harting T1配合面與各種連接器外殼配合使用，可以滿足不同的應(yīng)用要求。
與任何新技術(shù)一樣，它需要開(kāi)發(fā)包括物理層（PHY）芯片、電纜、連接器和測(cè)試解決方案在內(nèi)的新生態(tài)系統(tǒng)。目前，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）已對(duì)連接器發(fā)起一次國(guó)際性的選擇過(guò)程，針對(duì)10Base-T1確定了兩種配合面（mating face）設(shè)計(jì)。第一種是基于康普（CommScope）公司的設(shè)計(jì)，用于樓宇自動(dòng)化應(yīng)用（IEC 63171-1有規(guī)定）。第二種是針對(duì)工業(yè)應(yīng)用，根據(jù)的是Harting的提案（IEC 63171-6）。
標(biāo)準(zhǔn)面
為工業(yè)應(yīng)用選擇的配合面是基于Harting T1設(shè)計(jì)。“從概念上看，Harting T1工業(yè)連接器是針對(duì)更高帶寬（數(shù)據(jù)速率從10Mbps到千兆SPE）以及集成工業(yè)中的嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)?！盋anham表示，“也就是說(shuō)，它可以為整個(gè)IIoT生態(tài)系統(tǒng)提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施，并提供整套解決方案，以實(shí)現(xiàn)與云或與邊緣計(jì)算設(shè)備的連接?！?/p>
新的工業(yè)連接器與汽車SPE連接器有很大不同?！半m然配合面相似，但Harting產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加堅(jiān)固，適用于工業(yè)環(huán)境?！盋anham說(shuō)，“它具有由不銹鋼制成的金屬鎖定系統(tǒng)。而汽車環(huán)境中的要求沒(méi)有那么嚴(yán)格，因此更常用的是摩擦鎖定或塑料閂鎖。這樣在汽車量產(chǎn)時(shí)也可實(shí)現(xiàn)成本降低?！?/p>
適用于MICE1（IP20）環(huán)境的Harting T1 SPE連接器和插座
Harting的雙引腳SPE配合面設(shè)計(jì)可以集成到一系列MICE等級(jí)的連接器中（MICE指的是抗機(jī)械沖擊/抗振性、IP防護(hù)、耐化學(xué)腐蝕和EMC兼容性）。MICE 1級(jí)對(duì)應(yīng)IP20，適用于標(biāo)準(zhǔn)辦公環(huán)境；MICE 2適用于堅(jiān)固部件，可為工廠車間提供額外保護(hù)；MICE 3是最高等級(jí)，是指面向戶外應(yīng)用和惡劣工業(yè)環(huán)境的全保護(hù)式連接器。
“從IP20到IP65/67環(huán)保應(yīng)用，Harting的SPE配合連接系統(tǒng)可插入各種連接器外殼?！盋anham表示，“這種設(shè)計(jì)可集成到當(dāng)今自動(dòng)化市場(chǎng)中的常用接口，例如M8和M12規(guī)格。對(duì)于最高的MICE等級(jí)，配合面可以集成到M8或M12全密封產(chǎn)品中。將來(lái)，它們將以M8/M12插拔自鎖版本供貨，以便提高連接速度?！?/p>
連接器供應(yīng)鏈
雖然Harting正在開(kāi)發(fā)用于工業(yè)SPE的產(chǎn)品組合，但T1配合面設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)卻是免費(fèi)提供，這樣，其他公司就可以開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的兼容連接器。各個(gè)公司仍然可以根據(jù)自己的創(chuàng)新，例如電纜和連接器之間的連接以及連接器外殼，來(lái)區(qū)分其產(chǎn)品。這樣就可實(shí)現(xiàn)涵蓋不同速度、完整性、堅(jiān)固性、尺寸和成本選擇的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)。
Harting已經(jīng)宣布與TE Connectivity和Hirose正式合作。
Harting已經(jīng)宣布與TE和廣瀨（Hirose）正式合作。
“TE在SPE方面頗有成效，向市場(chǎng)推出解決方案已有四年時(shí)間，我們看到SPE在許多不同應(yīng)用當(dāng)中都有使用?！盩E的Leijtens表示，“TE的工業(yè)SPE連接器完全符合IEC 63171-6標(biāo)準(zhǔn)，可與SPE生態(tài)系統(tǒng)中的元件無(wú)縫協(xié)作，而為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)設(shè)施。IEC標(biāo)準(zhǔn)為IP20和IP67環(huán)境提供了靈活解決方案，例如具有不同的供電選擇。該系統(tǒng)可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活擴(kuò)展?！?/p>
TE的設(shè)計(jì)與其汽車SPE連接器是否有任何相似之處？
“TE的工業(yè)SPE連接器可共享相同的TE技術(shù)，提供類似的可靠性和性能等級(jí)?！盠eijtens說(shuō)，“它們主要用于設(shè)備到設(shè)備的連接，并且在連接技術(shù)和電源解決方案方面具有靈活性?！?/p>
RJ45末日已到？
單對(duì)以太網(wǎng)的出現(xiàn)是否預(yù)示著標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)RJ45連接器即將終結(jié)？面向多對(duì)以太網(wǎng)通信的8P8C重載連接器具有防水、防塵和防振功能，并具有不同的封裝，可適應(yīng)任何數(shù)量的工業(yè)應(yīng)用。
TE的Leijtens不認(rèn)為這種流行的連接器會(huì)馬上終結(jié)?！皢螌?duì)以太網(wǎng)的好處主要是在自動(dòng)化金字塔的較低層次，即使在最惡劣的環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)易于安裝、小型和非?？煽康倪B接?！彼硎荆叭欢?，特別是在自動(dòng)化金字塔的較高層次，RJ45將會(huì)繼續(xù)使用。數(shù)據(jù)聚合需要提供較大帶寬，尤其是在與企業(yè)資源規(guī)劃和制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)接時(shí)更是如此?！?/p>
Harting的Canham卻認(rèn)為，工業(yè)RJ45最終有可能終結(jié)，但是如果真發(fā)生這種情況，那也是在較遠(yuǎn)的某個(gè)時(shí)候。
“工業(yè)界一直在向更小體積、更高性價(jià)比、更輕重量的設(shè)計(jì)方向發(fā)展。”Canham表示，“SPE連接器可以提供與RJ45類似的性能特性，而如果芯片制造商加速布局，就像在汽車行業(yè)一樣，它很可能受到工業(yè)界歡迎?！?/p>
“Harting T1可以為整個(gè)IIoT生態(tài)系統(tǒng)提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施?！薄狵EVIN CANHAM，HARTING
“目前在全球RJ45連接有數(shù)十億個(gè)，消亡起來(lái)可能還要經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間，但是哪天我們永遠(yuǎn)不會(huì)知道。”
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來(lái)源：EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)