ix Industrial 커넥터로 산업용 이더넷 포트 밀도 및 안정성 업그레이드

공장에서 로봇 공학, 머신 비전, 산업용 사물 인터넷(IIoT) 기술과 같은 데이터 집약적 응용 분야가 급증함에 따라 고속 통신에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 산업용 이더넷이 도움이 되어 오긴 했지만, 설계자는 높은 포트 밀도를 구현하고 전자파 장해(EMI)를 최소화하며 물리적으로 견고한 연결을 보장해야 합니다.

RJ45 커넥터의 1/4 크기에 불과하지만 향상된 EMI 차폐 및 강력한 결합 기능을 갖춘 ix Industrial 커넥터는 공장 자동화 요구 사항 해결이라는 분명한 목적으로 개발되었습니다. IEC 61076-3-124에 따라 표준화된 이 커넥터는 여러 공급업체의 다양한 솔루션을 지원하고 스마트 팩토리 기능을 더욱 향상시키는 세부 기능들을 제공합니다.

이 기사에서는 공장 자동화 연결 요구 사항을 간략하게 검토합니다. 그런 다음 Hirose의 ix Industrial 커넥터를 소개하고 이러한 커넥터를 사용하여 요구 사항을 충족할 수 있는 방법을 보여줍니다.

산업용 이더넷 그리고 RJ45 커넥터의 과제

산업용 이더넷은 스마트 팩토리에 적합한 두 가지 주요 특징, 즉 초당 10기가비트(10Gbps)의 데이터 전송률과 이더넷의 기술적 기반을 제공합니다. 동일한 TCP/IP 프로토콜, CAT5e 및 CAT6 케이블, RJ45 커넥터를 사용하는데, 이와 같이 뛰어난 상호 운용성 덕분에 스마트 팩토리 장치를 상호 그리고 기업 시스템과 더 쉽게 통합할 수 있습니다.

그러나 산업 환경에서 점점 더 큰 물리적 스트레스가 커넥터에 가해지고 포트 밀도가 증가함에 따라, 설계자에게는 EMI를 더욱 최소화하기 위해 실장 면적이 더 작은 커넥터가 필요합니다. 그림 1에 보이는 바와 같이, ix Industrial 커넥터는 RJ45 커넥터에 비해 설치 공간이 75%까지 작습니다. 동시에 상당히 향상된 내구성과 EMI 저항성을 제공합니다(그림 2).

그림 1: ix Industrial 커넥터(왼쪽)는 기존 RJ45(오른쪽)보다 75% 더 작습니다. (이미지 출처: Automation World)

그림 2: ix Industrial 커넥터는 공장 자동화 요구 사항을 해결하기 위한 향상된 다양한 성능을 제공합니다. (이미지 출처: Hirose)

ix Industrial은 고유한 커넥터를 사용하지만, 다른 산업용 이더넷 에코시스템과도 호환됩니다. 예를 들어, 최대 10Gbps의 CAT6A 케이블과 최대 3암페어(A)의 이더넷을 통한 전원 공급(PoE) 및 PoE+를 지원합니다.

이러한 호환성을 바탕으로, 이 소형 커넥터는 IEC 61076-3-124에 따라 표준화되어 공급업체 간 상호 운용성을 보장하므로 설계 프로세스를 간소화하고 제품을 선택해야 하는 엔지니어에게 더 유연한 옵션을 제공합니다. 예를 들어 Hirose의 ix Industrial 커넥터 계열은 다른 제조업체의 솔루션과 완벽하게 호환됩니다.

또한 ix Industrial 커넥터는 PROFINET, CC-Link IE TSN 및 GigE Vision을 포함한 여러 이더넷 프로토콜에도 선택되었습니다.

• PROFINET은 Profibus 및 Profinet International(PI)이 감독하며, 널리 사용되고 있는 산업용 이더넷 프로토콜로, PLC(프로그래밍 가능 논리 제어기), 로봇, 드라이브, 센서 및 액추에이터 입출력(I/O)에 사용됩니다.
• CC-Link IE TSN은 기가비트 이더넷과 TSN(시간 민감형 네트워킹)을 결합한 CC-Link Partner Association의 표준으로, 반도체 및 자동차 제조와 같은 첨단 산업에서 사용됩니다.
• GigE Vision은 AIA(Automated Image Association)에서 관리하는 고성능 산업용 카메라를 위한 인터페이스 표준입니다. 이 표준은 이더넷 네트워크를 사용하여 빠른 데이터 전송, 케이블 길이 연장, 저렴한 비용, 확장성 등의 이점을 제공합니다.

이러한 공식 인증 외에도 ix Industrial 커넥터는 EtherCAT, Modbus TCP, 이더넷/IP 등 다른 많은 산업용 이더넷 프로토콜과 함께 사용할 수 있습니다. 이처럼 다양한 프로토콜을 지원하고, 견고성과 소형의 장점을 갖춘 ix Industrial 커넥터는 다양한 스마트 팩토리 응용 분야에 적합한 선택입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 머신 비전: 고해상도 카메라는 실시간 분석 및 의사 결정을 위해 대량의 이미지 데이터를 생성합니다. 이를 위해서는 ix Industrial 커넥터의 높은 데이터 전송률과 컴팩트한 크기가 멀티 카메라 설정에 적합합니다.
• 로봇 공학: 협업 및 자율 로봇은 안전하고 효율적인 작동을 위해 실시간 센서 데이터와 제어 신호에 의존합니다. ix Industrial 커넥터의 견고함과 낮은 EMI 민감도가 안정적인 데이터 교환을 보장합니다.
• 예측 유지보수: 중요 장비에 센서를 추가하면 잠재적 고장을 조기에 감지하여 비용이 많이 드는 다운타임을 방지할 수 있습니다. ix Industrial 커넥터는 높이가 낮고 설계가 견고해 열악한 작동 조건에서 사용되는 소형 센서에 매우 적합합니다.

공간 절약을 위한 플러그 및 리셉터클 디자인 옵션

ix Industrial 리셉터클과 플러그 모두 공간을 절약해주는 우수한 기능을 갖추고 있습니다. 그림 3에 보이는 바와 같이 리셉터클은 다양한 구성으로 제공됩니다.

• 직립형 리셉터클(예: IX61G-A-10P)은 높은 포트 밀도를 위해 10밀리미터(mm)에 불과한 피치 거리를 두고 병렬로 장착할 수 있습니다. 이 구성에서는 6개의 ix Industrial 커넥터를 3개의 RJ45 커넥터와 같은 공간에 설치할 수 있으므로 스위치, 라우터 및 유사 장비의 설치 공간을 크게 줄일 수 있습니다.
• 저높이 수평형 리셉터클(예: IX60G-A-10P)은 높이가 5.7mm로 RJ45 커넥터 높이의 절반도 되지 않아 센서와 같은 응용 분야에 적합합니다.
• 수직형 리셉터클(예: IX80G-A-10P)은 상단에서 결합할 수 있어 더 유연한 설계가 가능합니다.

그림 3: ix Industrial 리셉터클은 직립형, 수직형 및 수평형(각각 상단, 왼쪽, 하단)으로 제공됩니다. 플러그 커넥터는 직선 및 직각 구성으로 제공됩니다. (이미지 출처: Hirose)

플러그는 IX40G-B-10S-CV(7.0)와 같은 직선형 또는 IX30G-A-10S-CVL2(7.0)와 같은 직각형으로 제공됩니다. 특히 주목할 만한 직각형 옵션은 연결 높이가 낮고 좁은 공간에서도 케이블을 더 쉽게 배선할 수 있는 장점이 있습니다. 예를 들어, 이러한 플러그는 케이블 굽힘 반경과 관련된 문제를 최소화하고 고밀도 데이지 체인 연결을 용이하게 할 수 있습니다.

기계적 및 전기적 탄력성

산업 환경을 견딜 수 있도록 설계된 ix Industrial 커넥터는 구조가 견고해 진동, 충격 및 EMI에 강합니다. 리셉터클 셸이 5개의 스루홀 납땜 다리를 통해 인쇄 회로 기판(PC 기판)에 장착되어 렌치 및 당김을 잘 버티는 견고한 물리적 연결을 생성하여 신호 접점을 보호합니다. 또한 리셉터클 셸과 기판의 접지면 사이도 견고하게 연결할 수 있습니다.

플러그 셸은 통합 전선 종단 장치와 케이블 클램프로 구성됩니다(그림 4). 따라서 케이블 조립품의 연결 부분이 케이블의 부하에 영향을 받지 않습니다. 쉘은 함께 압착되어 리셉터클의 접지 스프링과 직접 접촉하여 EMI에 대한 연속적인 360˚ 차폐막을 형성합니다.

그림 4: ix Industrial 플러그는 물리적 손상과 EMI로부터 보호하는 셸로 전선 종단 장치를 감싸고 있습니다. (이미지 출처: Hirose)

또한 이 커넥터는 견고한 스냅인 잠금 메커니즘을 갖추고 있어 딸깍 소리를 내며 잠깁니다. 이 포지티브 잠금 메커니즘은 진동이 심한 환경에서도 안전한 연결을 보장하고 5,000회의 결합 주기를 견딜 수 있도록 해줍니다.

Hirose는 팔라듐-니켈 접점이 있는 ix Industrial 커넥터의 변형 제품도 제공합니다. 예를 들어, IX30G-A-10S-CV(7.0)(01) 플러그의 접점에는 0.75마이크로미터(μm)의 팔라듐-니켈과 0.05μm의 금도금이 사용되었습니다. 이러한 접점은 표준 금 접점보다 내구성이 뛰어나며 결합 주기가 빈번한 응용 제품에 매우 유용합니다.

조립 및 테스트 간소화

Hirose는 우수한 연결을 위해 전선 크기가 22AWG ~ 28 AWG인 케이블을 사용하도록 권장합니다. 전선은 납땜 또는 절연 변위 연결(IDC)로 종단할 수 있으며, 현장 종단 플러그에는 IDC를 권장합니다. 이 종단 방법은 HT803/IXG-8/10S-63-72와 같은 크림핑 도구를 사용하여 전선 절연체를 절단하고 한 번의 동작으로 연결합니다.

가장 내구성이 높고 고품질의 종단을 위해서는 납땜을 하는 것이 좋습니다. Hirose는 IX40G-A-10S-CV(7.0)와 같이 이러한 종단 방법을 지원하는 플러그를 다양하게 제공합니다.

케이블 및 조립품 테스트를 위해, Hirose는 Amprobe(Fluke Networks 계열사) DSX CableAnalyzer를 위한 어댑터 세트인 DSX-CHA-5-IX-S를 제공합니다. 이 분석기를 사용하면 적절한 작동을 보장하고 모든 문제를 간단하게 진단할 수 있습니다.

결론

설계자는 ix Industrial 커넥터를 사용하여 스마트 공장 응용 분야에서 높은 포트 밀도와 안정성을 달성할 수 있습니다. IEC 61076-3-124에 따른 표준화를 통해 설계자는 제조업체 간 상호 운용성을 보장받을 수 있습니다. 플러그 및 리셉터클 옵션이 다양하므로 설계자가 장착 및 케이블 라우팅 방향을 선택하여 장비의 설치 공간을 줄이고, 케이블 스트레스를 방지하며, 간섭 위험을 최소화하면서 높은 대역폭을 달성할 수 있습니다.

추천 참고 자료

1. 인더스트리 4.0 고밀도 및 견고한 연결 요구 사항을 충족하는 방법