當我們討論工業4.0或者智能制造時，都知道實現這樣的構想，一個基本的必要條件就是，要讓數據在其中發揮核心的作用，基于大數據而建立起的洞察和分析，將成為整個工業系統運轉的基石。而要實現這個目標，就需要將整個系統中的設備相互通信、互聯，并組成一個工業互聯網，以便數據在其中高效而可靠地傳輸和交互。

　　工業以太網技術的進化

　　將設備連接起來組成一個網絡，這樣的想法在以工業自動化技術為標志的工業3.0時代就已經有了，為此從上個世紀70年代開始，人們開發出了不同種類的工業現場總線，希望通過這種方式將以往彼此孤立的設備聯通起來，實現分布式控制。不過，雖然工業現場總線有很廣泛的應用，但是由于一直沒有形成一個統一的標準，這就限制了工業網絡的規模，所以該技術在后期也進入了瓶頸。

　　為了突破這一瓶頸，人們迫切希望打破不同工業現場總線之間的藩籬，將工業設備間的互聯納入到同一種網絡架構之中，“工業以太網”也就應運而生了。所謂工業以太網，簡單的理解就是將在IT領域廣泛應用的以太網架構，引入到工業領域，這樣一來采用標準以太網介質的工業網絡，就在物理層和數據鏈路層上實現了標準的統一;與此同時，以太網傳輸速率更高、開發資源豐富、生態完善的優勢也可以惠及工業網絡。

　　這樣的構想看上去很“完美”，不過現實中有一個繞不過去的技術門檻——從本質上來講，標準以太網是一個“不確定”的網絡，其采用的是載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)的機制，優先考慮的是數據吞吐量，而不是對于工業網絡至關重要的實時性、可靠性、丟包率、同步性等“確定性”的要求。為了邁過這道門檻，就需要對標準的以太網進行升級改造，增加一些特定的協議以保證網絡的實時性和確定性，將其改造成為一個確定性的工業以太網，以達到工業應用場景的要求。進入21世紀之后，這種圍繞工業以太網的“改造”一直沒有停止過，也催生出了EtherCAT、PROFINET等優秀的協議，大大推動了其發展。有分析表明，近年來工業以太網的市場份額已經超過了傳統的現場總線協議。

　　進入工業4.0之后，工業以太網的進化又向前邁出了一大步。在IEEE 802.1以太網標準框架下，人們通過定義一系列的“子標準”，形成了一套完整的TSN(時間敏感網絡)協議，為以太網協議的MAC層提供通用處理機制，解決了以太網傳輸中時間同步、調度和流量整形，以及通信路徑的選擇、預留和容錯等方面的挑戰。此舉一方面解決了以往不同協議網絡(如采用不同工業以太網協議的子網絡)之間的互操作問題，另一方面也可以在同一個網絡架構中同時支持現場控制所需的實時性數據，以及生產管理與企業經營所需的非實時、大吞吐量的數據，打通OT(運營技術)和IT(信息技術)兩個域，真正讓數據在整個工業生產和運營過程中流動起來。

　　所有這些趨勢都傳遞出一個強烈的信號：未來工業以太網連接領域將保持強勁的成長勢頭。這樣的趨勢對于整個以太網生態都是一個利好，當然也包括工業以太網連接器。

　　工業以太網連接器的特點

　　大家對于以太網接口使用的RJ45水晶頭連接器都不會陌生。不過，就像是應用在工業領域的以太網協議需要進行特別優化一樣，工業以太網中的連接器同樣需要進行改造，才能適應特殊工業環境的要求。

　　與通用型的產品相比，工業以太網連接器的不同之處主要體現在三個方面——

　　環境耐受性

　　潮濕、粉塵、腐蝕性的氣液環境、沖擊、振動、電磁干擾……這些都是工業現場可能會面臨的復雜惡劣的環境，這就需要工業連接器在IP等級、防機械沖擊和振動、電磁屏蔽等方面采用特殊的設計，以確保在任何環境下都不會“掉線”。

　　易用性

　　為了達到環境耐受性的要求，工業以太網連接器免不了要采用一些附加的保護機制，而如果這些保護機制太復雜，使用不便，既會給現場操作人員帶來困擾，也很可能會增加人為誤操作導致的錯配風險。因此既要耐用，還要好用，這是對工業以太網連接器的一個很重要的訴求。

　　小型化

　　可能有人會認為體積相對較大的工業設備，對于互連組件的尺寸不會那么斤斤計較，可實際情況并不是這樣。現代工業設備需要與外界交互的“資源”越來越多，信號、電源、數據，甚至是氣路、水路，這些都需要在有限的空間內進行合理的安排，挑戰著實不小。這就要求以太網連接器要從自身挖潛，為提升互連密度做貢獻。因此型化甚至微型化一直是工業以太網互連技術發展的一個主攻方向。

　　如果說工業以太網的部署，是一次面對特殊應用環境的特殊任務，那么投身到這個領域的連接器就像是一個個異于“常人”，具有不同超能力的“超級英雄”，它們的職責就是幫助用戶去應對各種復雜應用場景中的挑戰。

　　這些“超級英雄”有哪些?它們各自有什么稟賦和特點?作為開發者，應該如何調兵遣將，讓這些工業以太網連接器各司其職，成為可靠互連的守護者?我們今天就以HARTING(浩亭)的一眾工業以太網連接器為例，做個全面的盤點。

　　工業以太網連接器中的”超級英雄“

　　M8 D編碼連接器

　　自1985年問世以來，M12連接器一直在工業自動化互連領域扮演著重要的角色。這種帶有12mm鎖定螺紋的圓形連接器具有防止液體和固體侵入的IP防護等級，可在惡劣的環境中實現可靠連接。由于應用十分廣泛，為了避免錯誤配接，M12連接器通過多種鍵位編碼來界定不同的應用，其中D編碼連接器專門用于100Mbps的快速以太網連接。

　　在M12連接器方面，HARTING擁有非常豐富的產品組合，提供多種編碼的產品。不過為了滿足工業以太網連接器小型化的要求，HARTING特別推出了M8 D編碼連接器(8mm鎖定螺紋)。

　　該產品支持100Mbps的數據傳輸速率以及PoE以太網供電，能夠達到IP67防水防塵等級，在現場級工業條件下可提供出色的可靠性和數據傳輸的完整性。

　　值得一提的是，與經典的M12接頭相比，M8 D編碼連接器的尺寸減小了30%!可以說，它是傳統M12 D編碼連接器實現小型化的理想之選。

　　PushPull 2.0 Variant 4工業連接器

　　M12圓形連接器固然技術成熟且可靠性高，不過其外殼密封件必須在一定壓力下才能完全閉合并實現良好的密封性，因此在連接時通常需要專用的工具才能正確地“夾緊”連接器插頭并擰緊到適當的扭矩，其易用性顯然會打折扣。

　　HARTING推出的推拉式(PushPull)連接器正好可以解決這個問題。顧名思義，推拉式連接器無需使用專用工具，只需簡單推和拉的動作即可完成連接器插和拔的操作。

　　PushPull 2.0 Variant 4(V4)工業連接器就是一款針對機器人和工業自動化市場而推出的新品，其突出的亮點就是僅用一個密封墊圈就可以取代傳統的三個密封件，在確保足夠的IP密封等級的同時簡化了結構和配接操作。其可耐受化學品侵蝕的新型外殼材料也可以讓產品免受氣體、液體和振動等因素的影響，輕松滿足嚴苛環境下的連接需求。

　　PushPull V4工業連接器采用內部鎖定機制，容易插拔，安裝到位時還會發出“咔噠”聲以供確認。該連接器還具有額外的防轉動裝置，可將PushPull鎖定組件固定在插入狀態，確保連接的可靠性，避免意外被拉出。為加快即插即用的速度，第二代PushPull還在外觀上加入兩種不同的顏色標識，用于識別連接器與插槽是否對齊并正確無誤地插入，以及確認插頭與插槽的配置是否正確，以減少配接錯誤，節省組裝時間。

　　可見，如果需要一款現場配接操作便利，同時兼具可靠性和小型化特點的工業以太網連接器，PushPull 2.0 Variant 4可以列入BOM清單之中。

　　Han1A重載連接器

　　在實現工業互連的微型化、輕量化方面，HARTING Han1A重型連接器也是一個很好的選擇。

　　Han1A功能全面，具有多達12個觸點，其插芯可用于電源、信號和數據傳輸——其中電源傳輸高達16A/400V;而如果用作數據傳輸，可支持Cat. 5或Cat. 6A的性能;而且對于信號干擾強的區域，還有屏蔽型的產品提供。

　　與“前輩”產品Han3A相比，Han1A的尺寸縮小了30%。同時，由于使用輕質材料，其重量也很輕巧。

　　Han1A插入式鎖緊卡扣可使連接器的鎖緊結構與插芯結合成一個整體，無需任何工具，只需輕輕一推，聽到“咔噠”聲即可完成插接。用戶也可在外部加配金屬固定卡扣，給連接多一重保障。

　　特別值得一提的是，Han1A也繼承了Han家族產品模塊化的設計理念，客戶可根據不同應用的場景和需求，自由搭配不同的組件，實現不同的功能和防護等級(高至IP65)，獲得性價比更高、靈活可擴展的專屬解決方案。

　　因此，如果你在尋找一款無懼惡劣工業環境和戶外環境，可在沖擊和振動條件下實現輕松連接，且外形輕巧、靈活易用的模塊化工業以太網互連解決方案，選Han1A準沒錯!

　　ix Industrial以太網連接器

　　為了更好地適應工業以太網的應用要求，一方面各個連接器廠商會在M12、PushPull、模塊化連接器這些既有的接口標準和產品上進行改良，另一方面也在積極推動全新的專有接口標準的制訂和應用。ix Industrial接口就是這些年來呼聲頗高的新型工業以太網接口標準。

　　ix Industrial連接器的初衷，就是要替代傳統的RJ45連接器，其體積與RJ45連接器相比縮小了70%，功能更強大，也更堅固可靠，且都符合IEC61076-3-124標準，確保了產品間的兼容性。

　　HARTING也是ix Industrial接口標準的積極推動者之一，其推出的ix Industrial連接器可支持1Gbps/10Gbps以太網的性能(Cat. 6A)，插拔次數高達5000次。該連接器使用由金屬制成的兩個穩定的卡扣鉤來實現插座和連接器的主動鎖定，并提供清晰的觸覺反饋來幫助用戶確認牢固連接。此外，這些以太網連接器電纜護套和插頭之間的連接采用穩固的壓接連接形式，確保了接口的牢固性，能滿足EN 50155鐵路規范中規定的較高的抗沖擊和抗振性要求。

　　HARTING的ix Industrial連接器提供A型(Cat. 6A以太網)和B型(信號和總線通信)兩種版本，并在不斷開發更多的接線和安裝方式，包括彎角、直角和水平等PCB板端安裝方式。

　　簡言之，HARTING的ix Industrial連接器在實現高性能的數據傳輸基礎上，通過重新定義外形及鎖定、裝配等機制，打造出了一款全面優化的工業以太網互連解決方案，可以說是工業以太網設備硬件互連升級的不二之選。

　　T1工業單對以太網(SPE)連接器

　　ix Industrial連接器備受青睞，不過熟悉工業以太網互連技術趨勢的小伙伴一定知道，這兩年另一個技術的話題熱度更高，這就是單對以太網(SPE)連接器。

　　大家知道，以往的工業以太網常用的是4芯(2對)雙絞線或8芯(4對)雙絞線的連接方式，而SPE連接器只需通過1對雙絞線，就可以實現1Gbps的傳輸速率和長達1km的傳輸距離，這種全新的架構在性價比上顛覆性的優勢，無疑會改變未來工業以太網的生態，因此被視為工業以太網接口的明日之星，有分析稱未來SPE連接器很可能會替代ix Industrial連接器成為主流架構。

　　圖1：SPE單對以太網互連系統架構

　　(圖源：HARTING)

　　HARTING順應SPE的發展和應用趨勢，推出了T1 Industrial SPE連接器，該產品采用高度優化的高頻設計，帶360°屏蔽，機械強度高，符合標準的設計使其能夠滿足人們對于SPE的所有期待。

　　T1只需使用兩根電線即可實現10Mbps至1Gbps的以太網數據傳輸，且可通過數據線供電(PoDL)同時為終端設備傳輸電能。這些連接器的額定電壓為60VDC，可插拔1,000次，工作溫度范圍為-40℃至+85℃，緊湊的外形使它較容易被安裝到常用的M12、M8、PushPull和SnapIn等外殼中，提供IP20至IP65/67的密封等級，滿足廣泛的工業物聯網應用場景的要求。這類產品的推出對于SPE單對以太網的標準化和應用落地，也會起到積極地推動作用。

　　因此，如果你正在超前布局未來的工業以太網產品和方案，從HARTING的T1 Industrial SPE連接器入手，肯定是一個很好的選擇。

　　本文小結

　　工業以太網的前景廣闊，不過大家也心知肚明，想要在復雜惡劣的工業環境中確保高性能、高可靠的互連并非易事，有時甚至看上去是一件“不可完成的任務”。

　　好在，我們有很多具有“超能力”的“超級英雄”工業以太網連接器來助陣，它們要么是在原有技術和標準基礎上進行深度地挖潛和優化，要么是在一個全新定義的新標準上釋放自己的超能力，大家一起協力，幫助各個層面上的用戶實現構建工業以太網的夙愿。