Tour d’horizon du connecteur Ethernet industriel

16 janvier 2020 / Généralités

Au cours de ces dix dernières années, nous avons beaucoup entendu parler de l’Internet des Objets (Ido), et du nombre croissant d’appareils connectés et de systèmes intégrés dû à la technologie des capteurs et au passage des périphériques traditionnels et analogiques à la communication IP. Alors que le terme Ido peut désormais sembler un peu dépassé, le terme Ido industriel devient de plus en plus répandu, car des avancées technologiques similaires se produisent dans le domaine industriel et l’Ethernet industriel arrive en tête de la part de marché comparé aux protocoles fieldbus traditionnels.

L’Ido industriel rassemble une gamme d’appareils industriels qui communiquent tous via un protocole Ethernet commun, permettant ainsi le partage d’informations sur plusieurs systèmes industriels, des modules d’E/S sur les machines aux contrôleurs logiques programmables (PLC) en passant par les systèmes qui analysent et gèrent le tout. Les connecteurs dans cet environnement doivent résister à de durs facteurs mécaniques (vibrations, force et impact), au potentiel de pénétration (poussière et liquides), au climat et aux produits chimiques (température, radiation et polluants) ainsi qu’aux interférences électromagnétiques – ces facteurs déterminant les paramètres M.I.C.E normalisés pour la classification des composants dans un réseau industriel.

Alors que les connecteurs Ethernet industriels doivent satisfaire à des paramètres M.I.C.E plus stricts, les différents types de connecteurs disponibles peuvent causer une certaine confusion – des connecteurs RJ-45 de qualité industrielle et toute une gamme de connecteurs à filetage de verrouillage de série M utilisés dans les applications d’automatisation d’usine, à de nouvelles conceptions compactes utilisées au niveau du capteur et du dispositif pour les applications Ethernet industrielles émergentes. Nous avons donc pensé qu’un un tour d'horizon des connecteurs industriels était une bonne idée.

Les M les moins connus

Plusieurs connecteurs de série M sont disponibles, avec différents nombres de broches, pour une gamme d’applications de signal et d’alimentation dans des environnements industriels. Les versions à nombre de broches inférieur sont généralement utilisées pour les applications non Ethernet traditionnelles de type Fieldbus et Profibus. Pour prendre en charge l’Ethernet industriel, un minimum de 4 conducteurs est nécessaire pour les applications à basse vitesse de 100 et 1000 Mb/s et au moins 8 conducteurs pour les vitesses plus élevées de 10Gb/s.

Nous ne consacrerons pas beaucoup de temps à ces connecteurs car il en existe plusieurs variétés et le choix dépend de l’équipement et de l’application spécifique. Par exemple, il existe le M5 à petit profil, utilisé pour les capteurs miniatures dans les espaces restreints tels que les systèmes de commande de véhicule, les bras robotisés, les caméras d’automatisation et autres équipements. Il existe également plusieurs autres connecteurs de série M comme les M16, M17, M23, M40 et M58, et plus encore.

Les M qui assurent

En matière d’Ethernet industriel, les connecteurs M12 et M8 sont de loin les plus populaires et sont universellement adoptés pour les systèmes de contrôle industriel. Ils sont disponibles avec différents nombres de broches, les versions à 4 ou 8 broches étant requises pour l’Ethernet et pouvant être utilisées avec un câble à paire torsadée, de catégorie 5e à catégorie 7A entièrement blindé.

Ce qui peut prêter à confusion, c'est le codage. Les connecteurs M12 sont généralement codés en tant que connecteurs A, B, C, D ou X. Les connecteurs M12 sont utilisés principalement pour les capteurs et les actionneurs peuvent prendre en charge l’Ethernet de 1 Gb/s, les connecteurs à code B sont destinés aux applications Profibus et les connecteurs codés C sont utilisés pour l’alimentation CA. Pour l’Ethernet industriel, le codage D à 4 broches peut prendre en charge un Ethernet de 100 Mb/s, mais les connecteurs à codage X à 8 broches et une gaine de qualité supérieure gagnent du terrain car ils peuvent prendre en charge l’Ethernet haut débit jusqu’à 10 Gb/s lorsqu’ils sont utilisés avec des câbles de catégorie 6A ou supérieure. Et en matière de PoE, le M12 à 4 broches peut prendre en charge le PoE de type 1, tandis que le M12 à 8 broches est requis pour les types 2 et supérieurs. Et, au cas où vous vous poseriez la question, Fluke Networks propose des adaptateurs de test M12 codés D et X.

Utilisés principalement pour les capteurs industriels, les connecteurs M8 sont le plus petit cousin du M12 (environ 30 % plus petit), ce qui les rend parfaits pour prendre en charge les petits dispositifs à capteurs et les espaces d’application restreints. Comme les connecteurs M12, les M8 sont également codés avec les connecteurs à code D à 4 broches prenant en charge 100 Mb/s et le PoE de type 1, et la version 8 broches prenant en charge jusqu’à 10 Gb/s et le PoE des types 2 et supérieurs.

Bien que les connecteurs RJ-45 sont l’interface de facto pour l’Ethernet, et qu’ils sont disponibles dans des versions conçues pour les environnements difficiles, les connecteurs de verrouillage M12 et M8 sont bien plus durables et mieux conçus pour gérer les vibrations continues des équipements industriels puisque leur système de verrouillage assure qu’ils sont bien fixés. Les assemblages de câbles M8 à RJ45 et M12 à RJ45 sont également assez courants lorsqu'une seule extrémité du câble doit être connectée à la machine.

Les plus récents et les plus petits

Issue de la collaboration entre Hirose et Harting, l’interface industrielle Ix est un nouveau connecteur miniaturisé 4 paires pour l’Ethernet haut débit qui est de 70 % plus petit que le RJ45 conventionnel et beaucoup plus robuste. Idéal pour les capteurs de vision et les petits contrôleurs, l’interface Ix jouit d’une performance de catégorie 6A pour prendre en charge l’Ethernet et le PoE jusqu’à 10 Gb/s, et pourra remplacer les connecteurs M8 dans de nombreux cas.

Les autres connecteurs plus récents qui sont en développement incluent des connecteurs Ethernet à paire unique pour prendre en charge la communication entre les appareils à faible vitesse (100/1000BASE-T1 et 10BASE-T1S/T1L) et l’alimentation PoDL au niveau de champ/ES, permettant ainsi d’obtenir des systèmes Ethernet industriels de bout en bout. (Cliquez ICI pour en savoir plus sur le SPE).

Pour le SPE dans l’environnement industriel, les organismes de normalisation TIA et ISO/IEC ont sélectionné une conception de connecteur développée par Harting. Pour les environnements bureautiques, ils ont adopté un connecteur SPE de qualité bureau de CommScope et Panduit appelé connecteur SPE de style LC en raison d’une taille et d’une forme similaires à celles d’un connecteur pour fibre optique LC.

Toujours prêt

Comme à son habitude, Fluke Networks continue de suivre le rythme des nouvelles technologies et a déjà une longueur d’avance, avec une interface de test disponible pour les derniers connecteurs Ethernet industriels. En collaboration avec Harting et Hirose, Fluke dispose désormais d’un adaptateur Ix disponible pour sa famille d’outils de certification de câblage réseau DSX Cableanalyzer™.

Fluke Networks a également récemment fait la démonstration d’un adaptateur prototype SPE de style LC pour DSX-8000 Cableanalyzer™. Étant donné que ces connecteurs ne sont pas encore disponibles sur le marché, comment avons-nous pu y arriver ? L’électronique à l’intérieur de l’adaptateur a été produite en petite série dans notre usine, et les connecteurs ont été fabriqués sur nos imprimantes 3D.

Bien que ces prototypes soient fragiles, et que nous n'en ayons fabriqué que la quantité suffisante pour que les fabricants de systèmes d’automatisation et de câbles industriels puissent les utiliser dans leurs laboratoires, une fois que les connecteurs SPE de qualité industrielle et commerciale seront disponibles et que le SPE commencera à être largement adopté, nous disposerons bien sûr d'adaptateurs robustes pour les deux types de connecteurs SPE pour une utilisation sur le terrain.

Cliquez sur ICI pour en savoir plus sur les solutions Ethernet industrielles de Fluke Networks.