eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #9/2018
Д. Бунцель
Новое решение для промышленных коммуникационных сетей – разъемы M8 с D-кодировкой
Новое решение для промышленных коммуникационных сетей – разъемы M8 с D-кодировкой
Просмотры: 2092
Чтобы создать более компактное оборудование, инженеры должны учитывать компонент, которым снабжены почти все типы устройств – внешний интерфейс, в том числе разъемы коммуникационных сетей. Разработанный недавно малогабаритный разъем типоразмера M8 с новой D-кодировкой отвечает всем требованиям промышленных сетей.
УДК 621.315.68 | ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.180.9.76.78
УДК 621.315.68 | ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.180.9.76.78
Теги: a coding a-кодировка cat5/class d d coding d-кодировка ethernet industrial network m12 connector m8 connector profinet size промышленная сеть разъем m12 разъем m8 типоразмер
В промышленном оборудовании очень популярны круглые разъемы. Их применение обеспечивает возможность создания блоков с защитой оболочками в соответствии со стандартом IEC60529 или подобными требованиями, которые не нужно помещать в дополнительный корпус, что только приводило бы к увеличению занимаемого пространства. Кроме того, эти разъемы можно быстро и легко подключить извне без необходимости открывать устройство.
Версия M8 популярного разъема типа M12 стала фактическим стандартом в особенности для малогабаритных устройств: будучи на треть компактнее разъемов M12, M8 унаследовали от них и возможность применения в промышленном оборудовании, и удобство обращения (рис. 1). Разъем M8 успешно используется во многих областях: будь то компактные датчики или источники питания небольших устройств. Но, поскольку промышленные сети все чаще интегрируются в промышленное оборудование, разъемы M8 должны обеспечивать решение и другой задачи: надежно передавать пакеты данных сетевого трафика.*
Следует отметить, что, в отличие от популярного типоразмера M12, для этой области применения до последнего времени не была предусмотрена специальная кодировка разъемов. Поэтому многие пользователи в качестве решения для интегрирования устройств в сеть перешли на 4-контактные разъемы M8 со стандартной кодировкой. Хотя это и работоспособное решение, у него есть два недостатка.
Если к устройствам и питание, и коммуникационная сеть подключаются с помощью разъемов M8 с A-кодировкой, это значит, что сетевой разъем и разъем питания совместимы между собой. Следовательно, если маркировка разъемов будет не замечена при выполнении соединений, то кабель питания может быть вставлен в гнездо данных, и это может привести к выходу устройства из строя.
Кроме того, разъем M8 с A-кодировкой, изначально предназначенный для подключения датчиков и небольших исполнительных устройств, имеет четыре контакта с асимметричным расположением, что не позволяет его неправильно подключить. Такое решение позволяет избавиться от очень маленьких ключей, аналогичных тем, которые обеспечивают защиту от неправильного подключения разъемов M12 с симметричным расположением контактов. Однако асимметричное расположение контактов отрицательно сказывается на качестве передачи данных из-за влияния электромагнитных полей. Взаимные помехи между электрическими проводниками называются перекрестными наводками на ближнем конце линии связи (near-end crosstalk – NEXT).
На практике соединения на основе разъемов M8 для сетей Ethernet или Profinet обеспечивают скорость до 100 Мбит / с, однако полностью требованиям к сетям категории CAT5 / Class D не соответствуют. В этих линиях передачи может не быть достаточных резервов для компенсации таких факторов, как большая длина кабеля, электромагнитные наводки и другие виды помех. Это может привести к уменьшению скорости передачи ниже стабильных 100 Мбит / с, что станет причиной потери пакетов данных и приведет к необходимости их повторной отправки. Результат – ненадежное соединение.
До настоящего времени требуемая скорость передачи в промышленных сетях была ниже 100 Мбит / с, поэтому не было большой проблемой, если эта скорость не всегда достигалась. Однако объемы передаваемых данных и, как следствие, требуемая скорость передачи в последнее время возрастают. Первые реализованные приложения «Индустрии 4.0» показали, что для обеспечения высокого уровня гибкости производственных систем необходимо намного больше датчиков, чем раньше. Кроме того, объем собираемых данных, так же как и объем информации, к которой необходимо иметь доступ через централизованную базу данных, постоянно увеличивается. Поэтому все устройства, интегрированные в промышленную сеть, должны быть способны получать, обрабатывать и отправлять намного больше данных, чем прежде.
Выполнить эти требования можно только при наличии мощной и надежной сети. Принцип «Индустрии 4.0» для промышленной сети предполагает приближение к технологическому процессу – как раз с помощью отдельных датчиков, интегрированных в сеть. Поскольку все это должно быть реализовано в компактных станках и оборудовании, было необходимо найти способ оптимизации малогабаритных разъемов типоразмера M8, чтобы они соответствовали требованиям перспективных систем.
Для преодоления недостатков обычных разъемов M8 была разработана и нашла отражение в стандарте IEC61076-2-114 система D-кодировки. Новая схема размещения контактов представляет собой четыре симметрично расположенных контакта (рис. 2). Каждые два контакта, расположенные напротив друг друга, образуют пару, к которой подключаются, соответственно, два противоположных провода кабеля со звездной скруткой либо витая пара. Поскольку электромагнитные поля, создаваемые при пересылке или приеме данных, взаимно подавляются благодаря симметричному расположению контактов, исключается потеря пакетов из-за перекрестных наводок на ближнем конце линии связи и гарантируется соблюдение всех требований сетей CAT5 / Class D. Для пользователя результатом является надежное сетевое соединение.
Симметричное расположение контактов означает, что нужны дополнительные элементы кодировки (ключи) в разъеме. С одной стороны, кодировка предотвращает неправильное подключение разъема, а с другой – обеспечивается конструктивное отличие разъемов с одинаковым расположением контактов, предназначенных для разных задач, как, например, P-кодировка разъемов M8 для EtherCAT. Различие конструкций разъемов для разных кодировок для перспективных источников питания особенно важно для исключения любых потенциальных повреждений оборудования, вызванных неправильным подключением кабеля питания.
Расположение элементов кодировки (ключей) в разъеме M8 основано на D-кодировке разъема типа M12. Однако эти элементы были оптимизированы, чтобы можно было также изготавливать пластиковые разъемы меньших габаритов.
* * *
Новая D-кодировка разъемов M8 позволяет избежать ухудшения характеристик, связанных с низкой скоростью передачи, и уменьшает вероятность неправильного подключения разъема при симметричном расположении контактов. Производители устройств, использующих такой интерфейс, обеспечивают надежное соединение с учетом запросов завтрашнего дня. Благодаря соответствию разъемов требованиям стандарта IEC пользователи могут быть уверены в надежности устройств от разных производителей. ●
Версия M8 популярного разъема типа M12 стала фактическим стандартом в особенности для малогабаритных устройств: будучи на треть компактнее разъемов M12, M8 унаследовали от них и возможность применения в промышленном оборудовании, и удобство обращения (рис. 1). Разъем M8 успешно используется во многих областях: будь то компактные датчики или источники питания небольших устройств. Но, поскольку промышленные сети все чаще интегрируются в промышленное оборудование, разъемы M8 должны обеспечивать решение и другой задачи: надежно передавать пакеты данных сетевого трафика.*
Следует отметить, что, в отличие от популярного типоразмера M12, для этой области применения до последнего времени не была предусмотрена специальная кодировка разъемов. Поэтому многие пользователи в качестве решения для интегрирования устройств в сеть перешли на 4-контактные разъемы M8 со стандартной кодировкой. Хотя это и работоспособное решение, у него есть два недостатка.
Если к устройствам и питание, и коммуникационная сеть подключаются с помощью разъемов M8 с A-кодировкой, это значит, что сетевой разъем и разъем питания совместимы между собой. Следовательно, если маркировка разъемов будет не замечена при выполнении соединений, то кабель питания может быть вставлен в гнездо данных, и это может привести к выходу устройства из строя.
Кроме того, разъем M8 с A-кодировкой, изначально предназначенный для подключения датчиков и небольших исполнительных устройств, имеет четыре контакта с асимметричным расположением, что не позволяет его неправильно подключить. Такое решение позволяет избавиться от очень маленьких ключей, аналогичных тем, которые обеспечивают защиту от неправильного подключения разъемов M12 с симметричным расположением контактов. Однако асимметричное расположение контактов отрицательно сказывается на качестве передачи данных из-за влияния электромагнитных полей. Взаимные помехи между электрическими проводниками называются перекрестными наводками на ближнем конце линии связи (near-end crosstalk – NEXT).
На практике соединения на основе разъемов M8 для сетей Ethernet или Profinet обеспечивают скорость до 100 Мбит / с, однако полностью требованиям к сетям категории CAT5 / Class D не соответствуют. В этих линиях передачи может не быть достаточных резервов для компенсации таких факторов, как большая длина кабеля, электромагнитные наводки и другие виды помех. Это может привести к уменьшению скорости передачи ниже стабильных 100 Мбит / с, что станет причиной потери пакетов данных и приведет к необходимости их повторной отправки. Результат – ненадежное соединение.
До настоящего времени требуемая скорость передачи в промышленных сетях была ниже 100 Мбит / с, поэтому не было большой проблемой, если эта скорость не всегда достигалась. Однако объемы передаваемых данных и, как следствие, требуемая скорость передачи в последнее время возрастают. Первые реализованные приложения «Индустрии 4.0» показали, что для обеспечения высокого уровня гибкости производственных систем необходимо намного больше датчиков, чем раньше. Кроме того, объем собираемых данных, так же как и объем информации, к которой необходимо иметь доступ через централизованную базу данных, постоянно увеличивается. Поэтому все устройства, интегрированные в промышленную сеть, должны быть способны получать, обрабатывать и отправлять намного больше данных, чем прежде.
Выполнить эти требования можно только при наличии мощной и надежной сети. Принцип «Индустрии 4.0» для промышленной сети предполагает приближение к технологическому процессу – как раз с помощью отдельных датчиков, интегрированных в сеть. Поскольку все это должно быть реализовано в компактных станках и оборудовании, было необходимо найти способ оптимизации малогабаритных разъемов типоразмера M8, чтобы они соответствовали требованиям перспективных систем.
Для преодоления недостатков обычных разъемов M8 была разработана и нашла отражение в стандарте IEC61076-2-114 система D-кодировки. Новая схема размещения контактов представляет собой четыре симметрично расположенных контакта (рис. 2). Каждые два контакта, расположенные напротив друг друга, образуют пару, к которой подключаются, соответственно, два противоположных провода кабеля со звездной скруткой либо витая пара. Поскольку электромагнитные поля, создаваемые при пересылке или приеме данных, взаимно подавляются благодаря симметричному расположению контактов, исключается потеря пакетов из-за перекрестных наводок на ближнем конце линии связи и гарантируется соблюдение всех требований сетей CAT5 / Class D. Для пользователя результатом является надежное сетевое соединение.
Симметричное расположение контактов означает, что нужны дополнительные элементы кодировки (ключи) в разъеме. С одной стороны, кодировка предотвращает неправильное подключение разъема, а с другой – обеспечивается конструктивное отличие разъемов с одинаковым расположением контактов, предназначенных для разных задач, как, например, P-кодировка разъемов M8 для EtherCAT. Различие конструкций разъемов для разных кодировок для перспективных источников питания особенно важно для исключения любых потенциальных повреждений оборудования, вызванных неправильным подключением кабеля питания.
Расположение элементов кодировки (ключей) в разъеме M8 основано на D-кодировке разъема типа M12. Однако эти элементы были оптимизированы, чтобы можно было также изготавливать пластиковые разъемы меньших габаритов.
* * *
Новая D-кодировка разъемов M8 позволяет избежать ухудшения характеристик, связанных с низкой скоростью передачи, и уменьшает вероятность неправильного подключения разъема при симметричном расположении контактов. Производители устройств, использующих такой интерфейс, обеспечивают надежное соединение с учетом запросов завтрашнего дня. Благодаря соответствию разъемов требованиям стандарта IEC пользователи могут быть уверены в надежности устройств от разных производителей. ●
Отзывы читателей
