哪些连接器推动工业4.0自动化？

工业4.0利用人工智能（AI）和机器学习 （ML）来提高运营效率，实现工业、制造和物流流程的自动化（图 1）。电缆和连接器在工业4.0网络中发挥着至关重要的作用，确保电力、数据和信号的无缝传输。

图 1.肇庆智能工业园是一个占地 3,000 英亩的工厂，拥有 264 台工业机器人 （图片：机器人与自动化)

本文介绍了千兆以太网如何构成工业4.0网络的支柱。它还概述了基本的连接器要求，如带宽、功率和信号完整性。最后，它回顾了特定于应用的连接器，并概述了领先的连接器OEM和分销商。

工业4.0网络支持服务器、数据采集系统 （DAQ）、传感器、执行器、控制器和工业物联网（IIoT）端点之间的实时通信。这些网络主要基于以太网，通常以1 Gb/s的速度运行，一些专门的部署支持10 Gb/s甚至40 Gb/s的高级应用程序。使用以太网供电（PoE），工业4.0网络通过单根电缆向多个边缘设备提供数据和高达90瓦的功率。

许多工业4.0网络都采用了无线技术，例如Wi-Fi 6/6E、Wi-Fi 7和LTE或5G。这些无线标准为AI 驱动的摄像头、传感器和计算机视觉应用提供快速可靠的连接。它们为自动导引车（AGV）、自主移动机器人（AMR）和无人机提供安全、低延迟和超低延迟的通信。这些网络部署在室内和室外，支持各种使用案例，例如工厂自动化、多建筑物流设施和港口。

工业4.0电缆及其连接器（图 2）确保在互连组件、设备和系统之间实现可靠的电源、数据和信号传输。它们还可以无缝连接交换机、接入点 （AP）、无线电和小型蜂窝，保持稳定和安全的连接，支持短距离和远距离的实时通信和自动化。

图 2.一系列工业光纤连接器 （图片：FS)

为了保持信号完整性和运行效率，工业4.0连接器必须满足其目标应用的特定技术要求，包括：

·带宽：大多数工业4.0 Gb以太网连接器支持高达 10Gb/s的速度，这对于实时通信和EtherCAT、PROFINET和OPC UA等协议至关重要。使用先进的Cat 8以太网电缆和兼容的连接器，可实现 40 Gb/s到100 Gb/s的更高数据速率

·电源：连接器可安全处理高电压和电流，并最大限度地减少功率损耗。接触电阻、导体材料和镀层优化了电力传输能力，而屏蔽则保护附近的设备免受射频干扰 （RFI）并确保电磁兼容性（EMC）

·信号完整性：高速工业4.0连接器通过最大限度地减少插入损耗和串扰来优化传输。坚固的屏蔽减少了RF干扰和EMI，保持了电机和电源附近的信号完整性，而集成的 EMC 抑制进一步减轻了干扰

·耐用性：工业4.0连接器可在恶劣条件下可靠运行，可承受极端温度、潮湿、腐蚀性污染物和振动。测试设备、机器人和工业自动化系统中的某些连接器必须能够承受频繁的连接和断开。IP69K等 IP级连接器可确保电缆固定，并具有较宽的耐温性（从-40°C到125°C或更高），确保在铸造厂、化学加工厂和材料处理设施中具有可靠的性能

·端接：通常选择压接、焊接或绝缘穿刺（IDC）端接类型，以满足特定应用的要求。在工业4.0光网络中，连接器必须能够实现安全的光纤熔接、可靠的端接和精确对准

·尺寸和外形尺寸：具有内部锁定机制或混合设计的紧凑型连接器支持在机器人、自动化装配线和传感器网络中集成其他组件。大中型连接器支持需要更高功率或数据吞吐量的应用

·标准合规性：工业4.0连接器符合众多行业标准，例如国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、美国国家标准协会（ANSI）、电信工业协会（TIA）和电气和电子工程师协会（IEEE）。许多还支持EtherCAT、CANbus和PROFINET通信协议

为高速工业4.0网络选择最合适的电缆和连接器，确保可靠的通信以及数据和电力传输。每种连接器类型都提供专门的功能，以满足特定的应用和环境要求。

以太网RJ45连接器广泛部署在制造、工业和物流领域。它们连接各种设备和系统，例如可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）、DAQ、工业计算机、交换机、AP以及摄像头和传感器等边缘设备。PoE 版本无需单独的供电，同时支持100 Mb/s至10 Gb/s的速度。最近的进步，如单对以太网（SPE），通过两条双绞线传输以太网，从而减轻了重量和铜成本。

圆形M12连接器通常部署在更恶劣的环境中，代替RJ45或与RJ45并联，具有专为工业条件设计的12mm锁定螺纹。它们有多种版本（3至12极）可供选择，提供可靠的电源、数据和信号传输，同时防尘、防水和防振动。值得注意的是，M12连接器的编码表示其目标应用。

Nano M8连接器具有8mm锁定螺纹，比M12型连接器更小、更轻便，非常适合空间受限的应用，包括工厂网络中的传感器和执行器连接。大电流电源连接器以矩形或高压圆形外形尺寸高效地向机械和机器人系统输送能量。

其他工业4.0连接器包括：

图 3.Han-Modular 连接器配备了8个Domino立方体，而不是4个标准模块 （图片：Harting）

·光纤：光纤连接器有助于实现高数据传输速率，并提供几乎完全的EMI和RF干扰能力，帮助系统实现电磁兼容性（EMC）。它们涵盖LC、SC、ST和MPT/MPO类型

·背板：背板连接器支持电子模块或子系统之间的高速通信，将印刷电路板（PCB 连接到基于机架的组件。工厂自动化中常见的背板连接器包括DIN 41612、VME、CompactPCI和PC/104

·电气：大电流和高压矩形或圆形连接器为工业 4.0应用提供稳定和安全的电源，并满足自动化系统的苛刻电源要求

·现场总线：现场总线连接器支持PROFIBUS、CANbus和EtherCAT等通信协议，可在连接的设备之间实现同步自动化

·工业USB：坚固耐用的工业USB连接器具有IP67级密封、先进的EMI/RFI屏蔽和对恶劣环境的抵抗力，常用于DAQ、机器视觉和自动化控制应用

·滑环：支持多轴机器人、涡轮机和机床，滑环连接器在固定和旋转的工业4.0组件之间可靠地传输电力、信号，甚至液体或气体

·模块化连接器为电源、信号和数据提供灵活的定制。M（图 3）将多个连接点组合到一个外壳中

许多OEM和分销商提供广泛的工业4.0连接器产品组合。例如，Mouser Electronics和Digi-Key等领先供应商拥有广泛的连接器目录，以支持制造、工业自动化和物流。常用连接器，包括TE Connectivity的RJ45连接器、Phoenix Contact的M12连接器和Harting的模块化连接器，可用于各种自动化工业4.0应用。

专门设计的工业4.0电缆和连接器可确保安全可靠地传输电力、数据和信号。网络架构师和系统设计人员根据特定于应用的要求（如带宽、功率、信号完整性和端接）选择连接器。