現(xiàn)在，有各種不同的連接器用來(lái)連接工業(yè)自動(dòng)化中使用的電纜和組件。這些連接器必須能夠傳輸電纜上攜帶的所有電電源和數(shù)據(jù)信號(hào)流，同時(shí)以確保導(dǎo)體連接緊密并受保護(hù)的方式端接線路。其中挑戰(zhàn)在于，與工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)的設(shè)備往往位于骯臟、高熱、移動(dòng)和電氣噪聲的環(huán)境中…因此，工業(yè)電纜連接器需要具有其他應(yīng)用所不需要的耐用性和可靠性。

首先，我們來(lái)了解一些工業(yè)連接器的基礎(chǔ)知識(shí)：連接器包括歸類(lèi)為耦合器（連接兩根電纜）的組件，以及那種包括連接器組件的插頭和插槽（或插座）的系統(tǒng)。在某些情況下，連接器也可以指電纜密封套——穿過(guò)外殼的端接部分... 通常配有一個(gè)可自由旋轉(zhuǎn)的子部件，其作用是壓緊電纜末端的 O 形密封圈，使電纜與化學(xué)品、火焰、污物和外部電流隔離。

工業(yè)電纜連接器將位于在前部和后部安裝的設(shè)備插座上的電纜連接在一起（更常見(jiàn)）。所有的連接器和電纜密封套都具有 IEC 60529 規(guī)定的入侵保護(hù) (IP) 等級(jí)，以量化防塵、防潮能力。這些等級(jí)與用于描述組件外殼以及工業(yè)設(shè)備外殼堅(jiān)固性的等級(jí)相同。一個(gè) IP 代碼有兩個(gè)數(shù)字，數(shù)值越大，表明防塵、防潮的水平越高。

IP等級(jí)的第一位數(shù)字規(guī)定了對(duì)固體（如灰塵）的保護(hù)水平——從用數(shù)字 0 表示無(wú)保護(hù)到用數(shù)字 6 表示防塵密封。

IP 等級(jí)第二位數(shù)字規(guī)定了對(duì)液體的保護(hù)水平——從用數(shù)字 0 表示沒(méi)有保護(hù)，到數(shù)字 8 表示在1 m 深處的持續(xù)防水保護(hù)。

圖 1：此圖說(shuō)明了 IEC 60529 的各種 IP 等級(jí)的含義。電纜連接器的 IP 等級(jí)至關(guān)重要。（圖片來(lái)源：connectortips.com）

自動(dòng)化領(lǐng)域的 RJ 和 M12 以太網(wǎng)連接器之比較目前，由 IEEE 802.3 定義的以太網(wǎng)仍然是全球使用最廣泛的局域網(wǎng) (LAN) 技術(shù)?；谝蕴W(wǎng)的工業(yè)自動(dòng)化通信標(biāo)準(zhǔn)包括 ModbusTCP/IP、EtherCAT、Ethernet/IP 和 Profinet。通常與以太網(wǎng)電纜有關(guān)的連接器是無(wú)處不在的注冊(cè)插孔 (RJ) 連接器。大多數(shù) RJ 連接器包括一個(gè)插頭。這種插頭有一個(gè)簡(jiǎn)單的塑料凸片，用于卡入 RJ 插座上具有特殊幾何結(jié)構(gòu)的配接口，從而將兩者安全地固定在一起。插頭和插座很容易配合電纜——安裝人員可以同時(shí)將其夾緊，并使用專(zhuān)用的壓接工具制作電氣接觸部分。采用壓接式端接器時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)切削電纜，而且這樣制作的電纜可靠性極高。針對(duì)這種現(xiàn)場(chǎng)安裝而設(shè)計(jì)的插頭子組件通常本身透明，因此安裝人員能在電纜使用前檢查所有的內(nèi)部觸頭。也就是說(shuō)，工廠裝配電纜的可靠性無(wú)可匹敵。

圖 2：TL2253-ND手動(dòng)壓接工具，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)四線、六線和八線以太網(wǎng)電纜的 RJ 插頭端接部分按長(zhǎng)度進(jìn)行切割。只需擠壓一下，壓接工具的刀口就能將扁平或圓形的 Cat5e 和 Cat6 電纜剝皮并可靠固定連接器。（圖片來(lái)源：Tripp Lite）

如果 RJ 連接器對(duì)于特定的工業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)耐用性不足，則 M12 連接器可能是更好的選擇。這是因?yàn)?M12 連接器能夠?qū)崿F(xiàn)更可靠、更堅(jiān)固耐用的連接——還有具有防灰、防水的優(yōu)勢(shì)。

圖 3：以太網(wǎng)電纜上最常見(jiàn)的 RJ 連接器。也就是說(shuō)，以太網(wǎng)電纜還可以使用其他類(lèi)型的連接器。（圖片來(lái)源：Getty Images）

由 IEEE 802.3 定義的以太網(wǎng)供電(PoE) 是一種通過(guò)單根電纜獲得數(shù)據(jù)和電力的便捷方法。PoE替代方案 A（通常稱(chēng)為模式 A）使用相同的兩個(gè)雙絞線對(duì)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和電源，因此可以使用較少芯數(shù)的電纜——帶寬被限制為 100 Mbps (100BASE-TX)。PoE 替代方案 B（通常稱(chēng)為模式 B）使用具有四對(duì)雙絞線的 Cat 5 以太網(wǎng)電纜——兩對(duì)用于傳輸數(shù)據(jù)，兩對(duì)用于供電。這會(huì)減少用于數(shù)據(jù)的帶寬——即使是千兆位以太網(wǎng)級(jí)電纜，也會(huì)將數(shù)據(jù)速率限制在100 Mbps。

4PPoE或四對(duì)電纜需要有四對(duì)雙絞線電纜，并且都是同時(shí)傳輸電力和數(shù)據(jù)。這意味著可以支持更高的數(shù)據(jù)速率（千兆位以太網(wǎng)及以上）和更大的電流。接受 PoE 供電的設(shè)備必須配置為接受其原有的模式 A 或模式 B。也就是說(shuō)，這類(lèi)電纜可能采用固定或交替的跨線對(duì)電阻來(lái)表明兼容性，并要求特定的電源配置。當(dāng)然，真正決定系統(tǒng) PoE 模式的是 PoE 電源（源設(shè)備或 PSE）。

圖 4：連接器的設(shè)計(jì)在很大程度上是由其端接的電纜決定的。M12 以太網(wǎng)電纜連接器，如本文顯示的連接器，通常比 RJ 連接器更堅(jiān)固；一些制造商對(duì)其進(jìn)行顏色編碼，以表明與 PoE 模式和導(dǎo)體排列的兼容性。（圖片源：LumbergAutomation）同時(shí)端接數(shù)據(jù)和電力電纜（以及如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFINET 和現(xiàn)場(chǎng)總線等網(wǎng)絡(luò)布線）的連接器就是 M 系列連接器——這是一種圓形配接連接器，帶有螺紋式母套管（用于安裝在公頭插座上）且內(nèi)含一組導(dǎo)電插針。M8 (8 mm) 和 M12 (12 mm) 螺紋最常見(jiàn)，但 M5、M16 和 M23 也是比較熟悉的標(biāo)準(zhǔn)。M 系列連接器的剛性（旋入式）外殼確保連接高度可靠，即使在抵御腐蝕和沖刷環(huán)境中如此常見(jiàn)的環(huán)境碎屑時(shí)，也能提供很好的保護(hù)，最大限度地減少不連續(xù)信號(hào)。所以，M 系列連接器會(huì)成為工業(yè)自動(dòng)化的執(zhí)行器、PLC、傳感器、開(kāi)關(guān)和控制器電纜方面的最高標(biāo)準(zhǔn)也就不足為奇了。

M8和 M12 連接器提供 2 個(gè)、3 個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、8個(gè)或12個(gè)針腳（針位）選擇。傳感器和電源一般需要 3 個(gè)或 4 個(gè)針腳。對(duì)于以太網(wǎng)和 PROFINET電纜端的 M 系列連接器，需要四個(gè)或八個(gè)針腳。相比之下，那些用于傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN 總線和 DeviceNet 數(shù)據(jù)的電纜末端的針腳通常為 4 個(gè)或 5 個(gè)。當(dāng)然，攜帶多個(gè)數(shù)據(jù)和電源流的電纜可能需要用具有全部 12 個(gè)引腳的 M 系列連接器進(jìn)行端接。

圖 5：BradUltra-Lock 120108直角連接器為提高可靠性對(duì) M12 連接器設(shè)計(jì)進(jìn)行了專(zhuān)有改造。（圖片來(lái)源：Molex）事實(shí)上，一種相關(guān)的連接器插座設(shè)計(jì)在行業(yè)中相當(dāng)普遍，那就是引腳陣列和插座對(duì)——最初由Molex推出，所以這種連接器有時(shí)俗稱(chēng)為 Molex 互連器件。Molex Brad 系列專(zhuān)有連接器以 M12 連接器為基礎(chǔ)，但更方便、更可靠的按壓鎖定式系統(tǒng)取代了螺紋套管。由于鎖定效果不依賴(lài)操作者的擰緊螺紋動(dòng)作，因此確保了可靠性并將信號(hào)斷續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。Brad 連接器變型包括:

• Brad Micro-Push M12 連接器——一種提供 IP65 保護(hù)的推拉式連接器

• 提供 IP65 保護(hù)的 Brad MX-PTLM12 按壓鎖定式連接器

• Brad Micro-Change M12 螺紋連接器提供 IP67 級(jí)保護(hù)

• Brad Ultra-Lock 和Ultra-Lock EX M12 連接器配有按壓鎖定式接頭和 O 形圈，具有全 IP69K 級(jí)入侵保護(hù)性能。

高頻信號(hào)同軸連接器同軸電纜（配有同軸連接器）也用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，用于傳輸高頻信號(hào)——特別是支持振動(dòng)監(jiān)測(cè)和模擬信號(hào)傳輸?shù)耐S電纜。標(biāo)準(zhǔn)比比皆是。

BNC連接器具有卡口緊固結(jié)構(gòu)，需要旋轉(zhuǎn)四分之一圈來(lái)實(shí)現(xiàn)連接或斷開(kāi)。這種連接器可用于 12GHz 以上的頻率，在某些情況下可達(dá) 18GHz。DIN 0.4 - DIN 2.5 連接器是體積非常小的壓入式連接器，適用于 3GHz 以下的頻率。相比之下，DIN1.0/2.3連接器是廣泛用于數(shù)字電信的小型壓入式射頻連接器。

用于自動(dòng)化機(jī)械的模塊化和定制電纜的數(shù)量激增在傳統(tǒng)的系統(tǒng)集成方法中，電纜是在自動(dòng)化設(shè)備的安裝過(guò)程中在現(xiàn)場(chǎng)“制備”的——測(cè)量、切割和端接。這通常意味著現(xiàn)場(chǎng)電工將所需的電纜切割成特定長(zhǎng)度，剝?nèi)ニ袑?dǎo)體護(hù)套，并將電纜與連接手頭組件所需的連接器結(jié)合在一起。這種現(xiàn)場(chǎng)電纜準(zhǔn)備工作很耗時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致連接質(zhì)量不穩(wěn)定。這就是為什么采購(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)電纜和工廠安裝的連接器組成的模塊化電纜和連接器系統(tǒng)成為當(dāng)今的趨勢(shì)。所需的電纜長(zhǎng)度已在設(shè)計(jì)過(guò)程中確定，到貨后可直接安裝。

有人估計(jì)，模塊化電纜可將現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間減少 60% 至 70%，同時(shí)提高電氣連接的可靠性。

電纜密封套的特殊情況被稱(chēng)為密封套的電纜連接器用于電纜需要穿過(guò)外殼情況。密封套的作用三個(gè)：固定電纜、防止電纜磨損、在電纜周?chē)纬擅芊?，以保護(hù)外殼內(nèi)的組件不受環(huán)境碎屑的影響。電纜密封套的電纜固定方式從根本上防止了因拉扯或其他干擾而損壞電氣觸頭。電纜密封套還能防止電纜與外殼預(yù)留孔的尖銳金屬板邊緣發(fā)生刮擦或摩擦。這點(diǎn)很重要，因?yàn)榻饘侔搴苋菀讋潅娎|護(hù)套，最終導(dǎo)致電纜芯線短路。

要求不高的應(yīng)用通常使用具有多個(gè)觸指的片狀密封套來(lái)固定電纜。這種類(lèi)型的密封套成本較低，但需要定期重新擰緊以保持入侵保護(hù)等級(jí)。較高質(zhì)量的密封套使用連續(xù)密封件來(lái)固定電纜。這種類(lèi)型的密封套經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后也幾乎不可能出現(xiàn)松動(dòng)。 今天的工業(yè)電源連接器的結(jié)構(gòu)用于工業(yè)自動(dòng)化的設(shè)備除了數(shù)據(jù)連接外，往往還需要通過(guò)電線連接電源。上文所述的相對(duì)較新的 PoE 技術(shù)是可能是更好的選擇，因?yàn)檫@種技術(shù)使布線非常簡(jiǎn)單。然而，絕大多數(shù)的自動(dòng)化組件和系統(tǒng)都需要傳統(tǒng)的電源線。

由國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化連接器在消費(fèi)、辦公以及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的電力電纜上很常見(jiàn)。IEC 在 IEC60320 標(biāo)準(zhǔn)中定義了一系列非鎖定式連接器，電壓為 250V，電流不超過(guò) 16A。此處，C13/C14 連接器通常用于電子設(shè)備——包括計(jì)算機(jī)電源。較大的 C19/C20 耦合器用于承載較大電流的電纜端——例如包括服務(wù)器外殼。

圖 6：通用電源線包括各種 IEC 和其他標(biāo)準(zhǔn)連接器。（圖片來(lái)源：Getty Images）

對(duì)于更關(guān)鍵或要求更高的應(yīng)用，通常首選 IEC 60309 連接器。這些插頭、插座和耦合器明確用于工業(yè)用途，可以承載1000V 電壓、800A 電流和 500Hz 頻率。所有這些連接器都具有一定的防水能力。IP44 連接器防濺，IP67 連接器防水，而 IP66/67 連接器甚至在受到加壓水流沖擊時(shí)也能可靠地防止進(jìn)水。插口也可以采用聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，這樣插座就不能通電，除非它與插頭相配接——而且在切斷電源之前，插頭無(wú)法拔出。

圖 7：注意這種大功率電纜連接器的顏色編碼（符合 IEC60309 標(biāo)準(zhǔn)）。（圖片來(lái)源：Railway Tech）

不同尺寸的 IEC 60309 連接器適合不同的額定電流。連接器也通過(guò)鍵控和顏色編碼來(lái)表示其電壓和頻率范圍：

• 黃色表示頻率為 50 - 60 Hz 時(shí)100- 130 V

• 藍(lán)色表示頻率為 50 - 60 Hz 時(shí)200 - 250 V

• 紅色表示頻率為 50 - 60 Hz 時(shí)380 - 480 V——通常為三相配置

結(jié)語(yǔ)

在為工業(yè)自動(dòng)化選擇連接器和密封頭時(shí)，有許多幾何形狀和集成方式可供選擇。在為給定的自動(dòng)化機(jī)械指定電纜規(guī)格中，設(shè)計(jì)工程師首先考慮的必須是電纜芯數(shù)和線芯規(guī)格。其次，還必須考慮的是入侵保護(hù)性能和鎖定機(jī)構(gòu)的可靠性，以防止信號(hào)斷續(xù)。

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