Tout comme nos maisons et nos bureaux sont de plus en plus connectés chaque jour, les installations de production et autres sites industriels le sont également. Un câblage et des connecteurs rapides et fiables contribuent à garantir l’efficacité de la production et une livraison dans les délais. Cet article de Bel explore les avantages et les inconvénients des types de connecteurs Ethernet utilisés dans les applications industrielles.
L’adoption croissante d’Ethernet comme protocole de communication industrielle a joué un rôle clé dans cette évolution de l’usine intelligente. Initialement limité aux niveaux de contrôle et d'information de l'usine, un certain nombre d'extensions au protocole IEEE 802.3 d'origine ont été ratifiées par l'IEEE, permettant à Ethernet de prendre en charge les exigences déterministes des processus industriels. Ces extensions sont depuis devenues des normes ouvertes, largement déployées au sein de l’industrie et permettant une croissance exponentielle du déploiement d’Ethernet dans les environnements industriels.
Considérations de conception pour Ethernet industriel
Ethernet devient rapidement la technologie de réseau prédominante dans l'environnement industriel, avec un certain nombre de sous-normes Ethernet IEEE 802 récentes couvrant les mécanismes requis pour prendre en charge la communication en temps réel. Avec le nombre croissant de systèmes d'usine utilisant des équipements Ethernet, les concepteurs doivent s'assurer que les modules réseau peuvent survivre aux conditions difficiles de l'environnement de l'usine. Des facteurs tels que la robustesse, la plage de température de fonctionnement, la poussière, le bruit électrique et les vibrations doivent être pris en compte lors du choix des composants. Le connecteur RJ45 omniprésent, pendant de nombreuses années le pilier du câblage réseau, reste la solution de connecteur de choix dans l'environnement industriel et cet article examine certains des facteurs qui doivent être pris en considération lors de l'intégration de ces connecteurs dans les systèmes d'usine.
Changements d'Ethernet dans les environnements industriels
Les efforts continus visant à améliorer la productivité et le rendement des actifs ont entraîné une croissance annuelle des niveaux d’automatisation des usines et une prolifération des appareils connectés. Le déploiement des systèmes robotisés augmente rapidement, leur utilisation passant de la chaîne de montage traditionnelle à des applications plus petites et plus flexibles, y compris des espaces de travail collaboratifs, où l'opérateur humain et le robot travaillent ensemble. Cette augmentation des niveaux d’automatisation a été facilitée par le développement d’un certain nombre de normes communes, favorisant le développement de systèmes ouverts, garantissant l’interopérabilité d’une plus large gamme d’appareils de différents fabricants.
L’adoption croissante d’Ethernet comme protocole de communication industrielle a joué un rôle clé dans cette évolution de l’usine intelligente. Initialement limité aux niveaux de contrôle et d'information de l'usine, un certain nombre d'extensions au protocole IEEE 802.3 d'origine ont été ratifiées par l'IEEE, permettant à Ethernet de prendre en charge les exigences déterministes des processus industriels. Ces extensions sont depuis devenues des normes ouvertes, largement déployées au sein de l’industrie et permettant une croissance exponentielle du déploiement d’Ethernet dans les environnements industriels.
L'évolution continue d'Ethernet
Le protocole Ethernet couvre la couche 1 (physique) et la couche 2 (liaison de données) du modèle de couche OSI et décrit comment les périphériques mis en réseau peuvent formater les données pour les transmettre à d'autres périphériques réseau sur le même segment de réseau et comment diffuser ces données sur la connexion réseau. Initialement conçu pour fonctionner sur des câbles coaxiaux, un réseau local Ethernet classique utilise désormais des qualités spéciales de câbles à paires torsadées ou de câbles à fibre optique. Les normes Ethernet évoluent constamment pour inclure de nouveaux supports, des vitesses de transmission plus élevées et des changements dans le contenu des trames et les exigences fonctionnelles telles que 802.3af, définissant l'Alimentation électrique par câble Ethernet [POE].
Le système Ethernet le plus couramment installé dans l'environnement industriel est le 100 BASE-T (« BASE-T » signifiant l'utilisation d'un câblage à paires torsadées) offrant des vitesses de transmission allant jusqu'à 100 mégabits par seconde (Mbps). Gigabit Ethernet offre des vitesses de 1 000 Mbps (1 gigabit ou 1 milliard de bits par seconde) et 10 GbE, ou 10 Gigabit Ethernet, offre jusqu'à 10 Gbps. Des vitesses plus élevées sont constamment développées à des fins de standardisation.
PHY est l'abréviation de la couche physique du modèle OSI et fait référence aux circuits requis pour mettre en œuvre les fonctions de la couche physique. L'Ethernet PHY est un composant qui implémente la partie couche physique Ethernet des normes 1000BASE-T, 100BASE-TX et 10BASE-T et la fonctionnalité PHY est généralement implémentée dans une puce qui assure l'interface entre le domaine analogique de la modulation de ligne Ethernet et le domaine numérique de la signalisation par paquets de la couche de liaison. La figure 1 donne un aperçu des fonctionnalités mises en œuvre par un périphérique PHY.
Figure 1 : Connexion Ethernet PHY avec MAC et support physique
D’après la Figure 1, on peut voir qu’il existe deux autres composants importants qui composent la fonctionnalité Ethernet PHY. Les « magnétiques » sont des circuits analogiques conçus pour répondre aux exigences d'interface électrique des spécifications IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T, permettant à différents nœuds du réseau Ethernet de se connecter sur de longues distances. Les composants magnétiques répondent aux principales exigences d'interface électrique, notamment l'isolation électrique, l'équilibrage du signal, le rejet en mode commun, l'adaptation d'impédance et l'amélioration de la CEM. Le connecteur RJ45, un 8P8C à huit positions à faible coût, est depuis longtemps le pilier de la connectivité Ethernet et se retrouve sur tous les câbles Ethernet actuellement utilisés. Toute carte PHY doit donc inclure un connecteur RJ45 adapté.
Soutenir la demande en ICM sur le marché de l'Ethernet industriel
De nos jours, de nombreux fabricants de connecteurs fournissent des modules de connecteurs intégrés (ICM), dans lesquels le circuit magnétique est intégré au bloc de connecteur de type RJ45. L'utilisation d'ICM dans la conception d'une carte PHY offre plusieurs avantages, notamment un nombre réduit de composants - entraînant à son tour une diminution des coûts de production/assemblage, un blindage EMC potentiellement meilleur des signaux sensibles côté câble via le blindage métallique, et une empreinte de CI plus petite. Les ICM permettent également à la conception du module PHY d'être entièrement dans le domaine numérique, le circuit analogique étant intégré au connecteur.
En tant qu'inventeur et plus grand fournisseur de modules de connecteurs intégrés (ICM), Bel Magnetic Solutions, une société du groupe Bel, propose une large gamme de produits magnétiques pour les applications de communication, industrielles et commerciales. Le vaste portefeuille de Bel comprend 3 produits ICM spécifiquement destinés au marché Ethernet industriel, où des connexions fiables et à faible coût sont requises dans des environnements hostiles, avec des températures de fonctionnement comprises entre -40 °C et +85 °C. Adaptés à un certain nombre d'applications, notamment les contrôleurs Ethernet industriels, les cartes de contrôle de machines, les commandes d'éclairage Ethernet, les points d'accès sans fil industriels et les unités d'affichage vidéo industrielles, les ICM sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous.
| Numéro de pièce | Description |
| 2250015-1 | 1G, nPOE, languette vers le haut |
| 2250056-1 | 10/100, PoE, languette vers le haut |
| 2250066-1 | 10/100, nPOE, languette vers le haut |
Tableau 1 : ICM BEL TRP pour applications Ethernet industrielles
Compatibles avec tous les principaux PHY 10/100Base-T et 1GBase-T, ces ICM sont petits, faciles à utiliser et conçus pour gérer le stress et les contraintes de la vie en usine. Les connecteurs sont durables, ont une longue durée de vie utile garantissant des taux d'échec extrêmement faibles et peuvent fonctionner entre -40 °C et 85 °C. Les options de compatibilité de refusion IR et de conditionnement en bande et bobine prennent en charge l'insertion automatique sur les PCB, réduisant ainsi encore les coûts de production des modules.
Figure 2 : ICM BEL MagJack®
Leader en solutions ICM
Ethernet devenant le protocole de communication dominant dans l'usine, de plus en plus de machines industrielles, y compris une large gamme de systèmes robotiques, doivent être connectées aux réseaux Ethernet. Les concepteurs de périphériques de réseau à spécifications industrielles, tels que les contrôleurs Ethernet industriels et les cartes de contrôle de machines, doivent choisir soigneusement les composants, les considérations clés étant la robustesse, le cycle de vie et le coût. Les modules ICM jouent un rôle clé pour garantir une connectivité durable et fiable dans les environnements hostiles ; ces connecteurs doivent non seulement fournir la durabilité mécanique nécessaire, mais leurs performances électriques sont également essentielles dans l'environnement industriel hostile et bruyant.
Découvrez la variété de solutions Ethernet de Bel
Bel Magnetic Solutions propose une vaste gamme de modules de connecteurs intégrés (ICM), où la solution magnétique Ethernet est intégrée dans un package de connecteurs. La gamme de produits ICM couvre toutes les applications Ethernet actuellement disponibles sur le marché. Nos produits comprennent l’une des plus larges gammes de solutions magnétiques pour les réseaux à haut débit et les applications informatiques. Les ICM couvrent une gamme de vitesses et de technologies Ethernet de 10/100Base-T, 1GBase-T, 10GBase-T et d'alimentation électrique par câble Ethernet (PoE).