以太网在智能工厂演变中发挥关键作用

以太网作为工业通信协议的采用增长在智能工厂的这一演变中发挥了关键作用。最初仅限于工厂的控制和信息级别，IEEE已经批准了对原始IEEE 802.3协议的许多扩展，使以太网能够支持工业过程的确定性要求。此后，这些扩展已成为开放标准，在工业中广泛部署，并使工业环境中以太网部署呈指数级增长。

工业以太网的设计注意事项

以太网正迅速成为工业环境中的主要网络技术，最近的IEEE 802以太网子标准涵盖了支持实时通信所需的机制。随着越来越多的工厂系统使用以太网设备，设计人员必须确保网络模块能够承受工厂环境的恶劣条件。在选择组件时，必须考虑坚固性、工作温度范围、灰尘、电噪声和振动等因素。无处不在的RJ45连接器多年来一直是网络布线的支柱，仍然是工厂环境中首选的连接器解决方案，本文着眼于将这些连接器集成到工厂系统中时必须考虑的一些因素。

工业环境中的以太网变化

不断提高生产力和资产回报率的持续推动使工厂自动化水平逐年增长，连接设备激增。随着机器人系统的使用从传统的装配线转向更小、更灵活的应用，包括人类操作员和机器人一起工作的协作工作空间，机器人系统的部署正在迅速增加。许多通用标准的开发促进了自动化水平的提高，促进了开放系统的发展，确保了来自不同制造商的更大范围的设备的互操作性。

以太网作为工业通信协议的采用增长在智能工厂的这一演变中发挥了关键作用。最初仅限于工厂的控制和信息级别，IEEE已经批准了对原始IEEE 802.3协议的许多扩展，使以太网能够支持工业过程的确定性要求。此后，这些扩展已成为开放标准，在工业中广泛部署，并使工业环境中以太网部署呈指数级增长。

以太网连接解决方案 - MagJack® ICM详细了解我们的能力以太网的持续发展

以太网协议跨越 OSI 层模型的第 1 层（物理）和第 2 层（数据链路），并描述了联网设备如何格式化数据以传输到同一网段上的其他网络设备，以及如何将该数据放在网络连接上。典型的以太网 LAN 最初设计为通过同轴电缆运行，现在使用特殊等级的双绞线电缆或光纤电缆。以太网标准正在稳步发展，以包含新媒体、更高的传输速度以及帧内容和功能要求的变化，例如定义以太网供电 ［POE］ 的 802.3af。

工业环境中最常安装的以太网系统是 100 BASE-T（“BASE-T”表示使用双绞线布线），提供高达 100 兆比特每秒 （Mbps） 的传输速度。千兆以太网提供 1000 Mbps（每秒 1 千兆位或 1 亿位）的速度，10 GbE 或 10 GB 以太网提供高达 10 Gbps 的速度。 更高的速度正在不断开发中以实现标准化。

PHY 是 OSI 模型物理层的缩写，是指实现物理层功能所需的电路。以太网 PHY 是实现 1000BASE-T、100BASE-TX 和 10BASE-T 标准的以太网物理层部分的组件，PHY 功能通常在以太网线路调制的模拟域和链路层数据包信令的数字域之间的接口芯片中实现。图 1 概述了 PHY 设备实现的功能。

图 1：与 MAC 和物理介质的以太网 PHY 连接

从图 1 可以看出，还有另外两个重要组件组成了以太网 PHY 功能。“磁性元件”是一种模拟电路，旨在满足IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T规范的电气接口要求，允许以太网网络上的不同节点进行长距离连接。磁性元件可满足关键的电气接口要求，包括电气隔离、信号平衡、共模抑制、阻抗匹配和EMC改进。RJ45连接器是一种低成本的八位8P8C，长期以来一直是以太网连接的中流砥柱，并且在当前使用的所有以太网电缆上都可以找到。因此，任何 PHY 板都必须包括合适的 RJ45 连接器。

支持工业以太网市场对ICM的需求

如今，许多连接器制造商都在提供集成连接器模块（ICM），其中磁性电路内置于RJ45型连接器块中。在PHY板的设计中使用ICM具有许多优点，包括更少的元件数量 - 从而降低生产/组装成本，通过金属屏蔽层对敏感的电缆侧信号进行更好的EMC屏蔽，以及更小的PCB尺寸。ICM还使PHY模块设计完全在数字域中，模拟电路封装在连接器内。

作为集成连接器模块 （ICM） 的发明者和最大供应商，Bel 集团旗下公司 Bel Magnetic Solutions 为通信、工业和商业应用提供广泛的磁性元件。Bel 广泛的产品组合包括 3 种专门针对工业以太网市场的 ICM 产品，在恶劣环境中需要可靠、低成本的连接，工作温度在 -40°C 至 +85°C 之间。 ICM 适用于多种应用，包括工业以太网控制器、机器控制板、以太网照明控制、工业无线接入点和工业视频显示单元，下表 1 总结了这些 ICM。

表 1：用于工业以太网应用的 BEL TRP ICM

改编自 Bel 数据表 - 工业以太网磁杰插孔® ICM部件号描述

 

部件号	描述
2250015-1	1G，nPOE 标签向上
2250056-1	10/100，PoE，选项卡式
2250066-1	10/100，nPOE，标签向上

 

这些 ICM 与所有主要的 10/100Base-T 和 1GBase-T PHY 兼容，体积小、易于使用，旨在应对工厂生活中的压力和应变。连接器经久耐用，使用寿命长，确保极低的故障率，工作温度范围为 -40°C 至 85°C。 红外回流焊兼容性和卷带包装选项支持自动插入 PCB，进一步降低模块生产成本。

ICM解决方案的领导者

随着以太网成为工厂中占主导地位的通信协议，越来越多的工业机器（包括各种机器人系统）必须连接到以太网网络。工业规格网络设备（如工业以太网控制器和机器控制板）的设计人员必须仔细选择组件，关键考虑因素是耐用性、生命周期和成本。ICM模块在确保恶劣环境中的持久和可靠连接方面发挥着关键作用;这些连接器不仅必须提供必要的机械耐久性，而且它们的电气性能在恶劣和嘈杂的工厂环境中也至关重要。

审核编辑：郭婷