运动设计中的以太网供电（PoE）和M12连接器

尽管物联网对于消费类设备中的外行最为可见，但IIoT规模巨大。大部分物联网应用都在商业、工厂和医疗保健环境中……在近6万亿美元的物联网市场中，超过三分之一应用场景在制造业。

连接性是所有这些IIoT的基础——提供控件、设备、机器和云所需的电源和数据传输，以执行IIoT功能。当前的主要趋势包括边缘计算以及云连接服务——具有无线通信的组件;基于以太网的网络;开源编程;统一开发环境(UDE)形式的软件，可实现大规模互操作性;以及标准化的协议、电缆和连接器选项。

在本文中，我们仅深入探讨了两个对当今的运动控制系统至关重要的支持IIoT的连接标准——不起眼的M12连接器以及以太网供电(PoE)。然后，我们将简要介绍第三项相关标准，即单对以太网或SPE的另一项标准，以简化自动化。

M12和M8连接器

常见的运动组件

我们以NAPP-14步进电机上带有X编码的M12连接器为例，生产厂家是Applied Motion Products，它具有闭环电流控制。这些电机可以采用以太网供电(PoE)连接。

过去，获取足够的能量来为PoE上的电动机供电非常具有挑战性，但是现在，由于工业以太网交换机采用了更高功率的IEEE标准，这种情况正在改变。实际上，802.3at(PoE )标准可以为连接设备提供30 W的功率——足以在全功率下运行NEMA-14步进电机。

我们将在本文的下一部分中介绍PoE。但是，为什么在此步进电机上使用M12连接器?以及“X编码”的含义是什么?

回想一下，M8、M12以及连接器是圆形电缆终端，可将自动化设备安全地连接到较大的系统以及常见的现场总线网络。与以往的硬接线设计相比，它们大大缩短了安装时间，甚至可以消除雇用电工来安装自动化机械的需要。

图1.

以太网标准无处不在——一直到其RJ45插座连接器。尽管这些RJ45插座中的变压器很常见，但在坚固的M12连接器中却很少见。现在，浩亭M12 Magnetics包含了带有变压器的M12插座，从而避免了需要在连接电路板的插座旁边放置电气组件的问题。这样可以节省空间和成本，并提高可靠性：不必将导线布置在许多不同的组件上，就可以使导线更轻，更直接。另外，这些连接器比不同制造商生产的插座和变压器的组合更可靠。 M12 Magnetics接口能够提供10Gbit和最大PoE ，以实现可靠的电源和数据传输。

现在，很难想象先设计自动化系统布线，后考虑电缆组和连接器：毕竟，所有传感器和执行器都必须通过预连接的布线进行硬接线，而且常常是无护套的。这些导体要求电工将它们通过导管插入控制装置中。如果某些组件发生故障，则必须断开所有组件接线并拔出，然后由电工重新接线。在启动前还需要专家测试接线错误的风险。

护套电缆上的M8和M12连接器避免了这些复杂的程序。这些连接器的起源可以追溯到1982年发布的专有7⁄8英寸三引脚连接器，该连接器带有一个称为连接螺母的自由旋转外壳。就像当今的大多数M8和M12连接器一样，该设计的外部连接螺母拧紧在设备和设备的公插座上，以实现电缆导体的最大可靠性连接以及对灰尘和流体的机械屏蔽。几年后，M12连接器问世，并迅速成为主要标准。M12名称是指该连接器连接螺母的标准公制M12螺纹(直径12 mm)。较小的M8连接器(几年后于1989年问世)也因其连接螺母的公制螺纹而得名，也就是外径为8 mm的较粗M8螺纹。

如今，M8连接器将工业传感器的执行器、开关、PLC和I / O连接到各种自动化系统。相比之下，M12连接器被广泛用于工厂自动化，测试和测量，食品和饮料以及机器人应用中。它们带有三个或四个引脚(如在市场上的初始版本一样，后者用于高级传感器和执行器)以及5个、6个、8个或12个引脚。它们在经受冲洗和腐蚀性物质影响的恶劣环境中表现出色。实际上，具有IP65、IP67IP68和IP69K防护等级的M12连接器相当普遍。这些连接器即使浸入水中也能保持水密性。这就是它们在食品和饮料，橡胶和塑料以及纺织和印刷应用中如此普遍的原因之一。

图2.Encoder产品公司MA58H绝对值编码器是重型多圈空心孔绝对值编码器。它们的工作温度范围为-40°C至85°C，并且在轴上的防护等级为IP65，其余部分的防护等级为IP67。 注意标准M12连接器的编码器顶部的螺纹连接。

大多数传感器和电源应用都需要3引脚和4引脚M12布置。PROFINET和以太网使用4引脚和8引脚计数，而大多数CANbus和DeviceNet连接使用4引脚和5引脚计数。某些信号传输模式需要12个引脚。

图3.M8和M12连接器被汽车行业首次采用，是硬接线或依靠更精密的连接器类型的更好替代方案。如今，它们已用于所有自动化行业。此处显示了Encoder Products 的MA58H绝对编码器的两个M12连接器。

M12连接器编码是一个标准化的配合和屏蔽几何形状的系统，以确保正确应用连接器类型的许多变体。例如，X编码连接器(在我们的步进电机PoE示例中已在前面提到)是一种更新的8引脚选件，可以满足CAT6A对10 Gb / 秒数据传输的要求。其他通用密钥(编码)的变化是：

l 编码的M12连接器，用于传感器、直流电源和1 Gbit以太网

l B编码的PROFIBUS M12连接器

l C编码(双键槽)M12连接器，用于为执行器和传感器提供交流电源

l 用于100 Mbit以太网的D编码4引脚M12连接器

l 用于交流电源的S编码M12连接器(代替C编码连接)

l T编码的M12连接器(最终将取代A编码的连接器)用于直流电源

A、B和D连接器最为流行，因为它们是原始的M12连接器变体。也就是说，X编码连接器在高速工业以太网中越来越普遍，并且正在取代用于以太网应用的A和D编码M12连接器。其他更新的M12连接器包括用于交流电源的K编码连接器和用于PROFINET直流电源的L编码连接器。

M12连接器(直角和直角)的设计符合IEC 61076-2-101的标准。带有M12连接器的PVC和PUR护套电缆对均适用;多种选择可实现完全定制电线。选项包括屏蔽和非屏蔽电缆和连接器;铠装电缆;以及不锈钢连接螺母和其他元件。