极端环境下的物联网和工业物联网

在过去的十年里，我们经常听到物联网 (IoT) 以及它将如何改变我们的日常生活。虽然物联网已经成为一个有点被过度使用甚至是误用的术语，但是没有人能否认越来越多的“物件”正通过基于以太网的互联网协议 (IP) 进行数据收集和传输。这也发生在工业环境中，随着工业以太网的普及，越来越多的工业设备和机器连接到网络以支持实时生产数据的管理、控制、监视和采集。因此，我们现在也接收了不少关于工业物联网 (IIoT) 以及它将如何改变制造业的信息。

虽然物联网和工业物联网等相关的设备通信都是通过IP协议，并且它们共享一些连接器接口和智能化，但实际上它们在主要用途和目标方面是完全不同的。物联网主要是指消费者和最终用户使用的商业应用，其重点是支持业务需求、通信、安全、安保、健康和福利的日常系统，其主要目标是改善业务成果和日常生活。相比之下，工业物联网主要指机器和生产设备使用的工业应用，重点是自动化控制和监测，以提高效率，最大限度地提高生产率和优化运营。

物联网和工业物联网网络之间还有其他关键性区别，包括以太网应用要求 (即冲突检测与确定性实时以太网) 和拓扑变化，但通常人们谈论最多的区别之一是这些网络所处的环境因素。这些包括潜在的机械因素 (例如挤压和振动)、液体和灰尘进入、化学或气候问题 (如温度和腐蚀性溶剂) 以及电磁干扰 (EMI)。工业环境和工业物联网设备通常会受到这些因素的影响。物联网的普及意味着通过标准商用以太网进行通信的设备也可能受制于比以往任何时候都更恶劣的环境中。无论是户外餐厅的POS机、科学实验室的Wi-Fi接入点、码头的安防摄像头，还是手术室的医疗设备。用于建立连接的电缆和连接器也可能存在风险。这意味着很多需要满足工业物联网要求的电缆和接插件特性也同时对物联网适用。

值得庆幸的是，有一些行业标准使用MICE (机械、侵入、气候和电磁) 分类方法来研究这些环境因素，并对每一个因素定义了不同的严重程度，包括日常商业办公环境的1级、轻工业的2级和工业的3级。MICE参数可用于为物联网和工业物联网连接选择电缆和接插件。让我们来看看满足各种MICE参数的一些特性。

密封以防进入

在恶劣的环境中，连接器是重要的考虑对象，因为它们可能成为一个侵入点。当灰尘液体渗入网络连接，插座和插头内的触点会被腐蚀，不再保持连通性。例如医院的手术室，那里有移动式心脏监护仪、呼吸器和其他带轮子的医疗设备。用于环境消毒的溶剂会渗入未受保护的设备连接，随着时间的推移，这些连接可能会出现故障，在该环境中可能会引发灾难性的后果。

侵入不仅仅适用于液体。基于标准的MICE参数中的“I”也关注颗粒物 (即灰尘和碎片)，并根据颗粒物的最大直径对防护等级进行分类。例如，1级商业环境允许最大颗粒直径为12.5毫米，而2级和3级环境允许最大颗粒直径为50微米。侵入保护 (IP) 评级是一个由欧洲电工技术标准化委员会 (CENELEC) 制定的，基于标准的恶劣环境评级，有时也被称为IP规范。IP等级由字母“IP”和两位数字组成，第一位数字为固体防护等级 (如灰尘)，第二位数字为液体防护等级 (如水)。加固型网络连接的一个常见IP等级是IP67，它提供全面的防尘和防水保护。

当涉及到侵入保护时，考虑的不仅仅是插座和插头接口。带后密封垫片的IP44等级不锈钢面板提供保护性密封，防止湿气和碎屑渗入插座后端端接电缆的墙后空间。请注意，位于保护箱内的连接可能不需要额外的保护和IP67等级防护，但箱体本身可能需要提供保护。美国国家电气制造商协会 (NEMA) 对防护箱采用包含等同IP规范的标准评级系统。例如，NEMA 4X箱体的防护等级相当于IP66。

振动因数

装在机器上或靠近传动带、电机、泵、风扇和其他设备的物联网和工业物联网连接会受到持续的振动和运转影响，可能会因未对准、断开和因松动引起的长期磨损而出现问题。防止振动影响的一种方法是使用卡销式连接器耦合装置，如西蒙的加固型光铜连接器。90度角模制的加固型电缆组件，也可以帮助保持连接的振动，而手动弯折直型连接头则有可能会增加日后连接器松动的几率。

为了更好地防止振动，有些设备还会使用M系列连接器，例如在100 Mbps以太网应用中使用D-编码的M12连接器。这些连接器采用高度耐用的抗冲击圆形设计，利用锁紧螺纹防止其松动、断开或错位。它们也具有IP67防护等级来防止侵入，并对EMI进行屏蔽。M12较小的整体尺寸也非常适合在更多场景支持使用较小的工业物联网设备和传感器的趋势。西蒙提供M12电缆组件来支持这些应用。

电缆结构和护套材料至关重要

在恶劣环境下保护线缆，可能需要考虑电缆的整体结构及其护套材料。例如，受到其他设备 (如荧光灯、空调、X光机、电机、制动器等) 的电磁干扰的环境下应使用屏蔽电缆。EMI会产生干扰信号，从而降低传输性能，电缆屏蔽层会保护数据不受这些干扰信号的影响。在医院这样的环境中，数据的正确传输可能会影响救生程序的可靠性，这一点尤其重要。请注意，用于支持万兆以上传输速度、远距离主干布线的光缆不受电磁干扰的影响。

在电缆中应考虑的其他特性包括提高工作温度下耐用度的护套，以及使用更多的护套材料以抵御生产和其他恶劣环境中存在的各种环境因素。虽然用于商业级电缆的聚氯乙烯 (PVC) 护套可以支持一些轻工业环境，但在其他环境下可能有更高要求。例如，热塑性橡胶 (TPE) 护套材料支持更宽的工作温度范围，并且更耐受日晒、潮湿、磨损和腐蚀性化学品，而聚氨酯 (PUR) 的机械韧性更好，具有更高的抗拉强度和在机器上使用时的抗撕裂性。这就是为什么西蒙公司为加固型6A类屏蔽电缆跳线提供TPE护套，而M12电缆组件则采用PUR护套的原因。