Für Sensor- und Aktoranwendungen werden A-kodierte M12-Rundsteckverbinder bevorzugt. Ob es um die Übertragung von Signalen, Daten oder Strom geht, der M12-Stecker ist als Schnittstelle zur Gerätevernetzung zu einer unverzichtbaren Schnittstelle geworden.
Der M12-Rundsteckverbinder hat sich zum universellen Standard für industrielle Steckverbindungen entwickelt. Viele Hersteller bieten diese kompakte, standardisierte Schnittstelle an, was sie für industrielle Anwendungen von der Signal- und Datenübertragung bis zur Energieübertragung attraktiv macht. Der robuste, mechanisch und umweltbeständige M12-Stecker ist nach seinem Verriegelungsgewinde mit einem Nenndurchmesser von 12 mm benannt. Das breite Anwendungsspektrum der M12-Steckverbinder spiegelt sich in der Anzahl der mechanischen Kodierungen (eindeutige anwendungsspezifische mechanische Gehäusekonturen) wider, die den Normen für den jeweiligen Anwendungsbereich entsprechen.
Staub und Flüssigkeiten können den M12-A Rundsteckverbindern von Würth Elektronik eiSos nichts anhaben. Die Steckverbinder sind gemäß IP67 und IP68 für den Einsatz in rauen Umgebungen ausgelegt.
Die mechanische Form des A-Codes ist der Ursprung aller M12-Codes; Alle anderen mechanischen Schließsysteme sind daraus entwickelt, weshalb unterschiedliche Codes (A, D, L, X, S usw.) mit jeweils unterschiedlicher Anzahl an Kontakten zur Verfügung stehen. Obwohl M12-Schnittstellen 2 bis 17 Kontakte haben können, werden in der Praxis am häufigsten 3, 4, 5, 8 oder 12 Pins verwendet. Die Anzahl der Pins hängt von verschiedenen Anforderungen ab. Beispielsweise erfordern Sensor- und Leistungsanwendungen 3 und 4 Pins, während Profinet- und Ethernet-Anwendungen 4 und 8 Pins erfordern und Feldbus, CAN-Bus und DeviceNet typischerweise 4 und 5 Pins erfordern. Für eine komplexe Signalisierung werden 12 Pins benötigt. In Tabelle 1 sind die Protokolle und die Anzahl der Anschlusspins aufgeführt, die auf physikalischer Ebene erforderlich sind.
Tabelle 1: Übersicht über die physikalische Schicht der M12-A-Kodierung. Würth Elektronik bietet M12-A-kodierte Rundsteckverbinder mit 4, 5 oder 8 Pins an.
Ausgeklügeltes Verbindungssystem
M12-A stellt die Option Signal mit Gleichstromversorgung dar und eignet sich besonders für Feldbusanwendungen in der industriellen Automatisierung. Die WR-CIRCM12-Serie verfügt über Schraubverschlussgehäuse und Kabelbaugruppen, erhältlich mit 4, 5 oder 8 Pins. Zu den Einsatzgebieten gehören industrielle Umgebungen, insbesondere Automatisierung und Robotik, sowie die Bereiche erneuerbare Energien, Kommunikationstechnik und Maschinenbau. Darüber hinaus sind Panel- und vor Ort verdrahtbare Versionen des M12-Steckverbinders cULus-zertifiziert (UL2238). Alle M12-Steckverbinder bieten einen Mindestschutz von IP67 oder IP68 gegen Staub, Schmutz und Wassereintritt.
Sorgen Sie für eine zuverlässige Ethernet-Kommunikation
Sensor- und Aktoranwendungen sind auf eine schnelle und fehlerfreie Übertragung digitaler Signale über Kabel angewiesen. Grundlage ist Ethernet Twisted Pair (EOTP), das als eine der wichtigsten physikalischen Schichten von Ethernet gilt. Es ist die Basis für die Protokolle EtherCAT, EtherNet/IP, Profinet, CC-Link IE, Powerlink, Sercos III und Modbus TCP.
Obwohl M12A nicht der ursprüngliche Steckverbinder ist, für den die EOTP-Schnittstelle entwickelt wurde, kann der Steckverbinder dennoch auf verschiedene Arten verwendet werden. Beispielsweise kann der 8-polige M12-Rundsteckverbinder als Ersatz für RJ45 in Verkabelungssystemen der ANSI/TIA-568-Kategorie 3 für die 10BASE-T-Ethernet-Schnittstelle mit 10 MBit/s verwendet werden. Cat-3-Kabel bestehen aus vier verdrillten Paaren mit einer typischen Differenzimpedanz von 100 Ohm. Abbildung 1 zeigt die empfohlene Belegung bei der Verkabelung von RJ45 (Modularstecker 8P8C) mit M12 A-kodierten Rundsteckverbindern. Bei der Verdrahtung eines M12 A-kodierten Rundsteckverbinders mit einem M12 A-kodierten Rundsteckverbinder wird hingegen empfohlen, die in Abbildung 2 dargestellte Pinbelegung zu verwenden.
Diese Pinbelegung minimiert Verzögerungsverzerrungen zwischen demselben Kontaktpaar. Diese Verkabelung ist eine weit verbreitete Konfiguration für A-kodierte M12-EOTP-Verkabelung. Obwohl 10BASE-T nur zwei Paare zur Signalisierung verwendet, wird davon abgeraten, nur zwei Paare im Kabel zu haben oder vierpolige A-kodierte Rundsteckverbinder zu verwenden, da dies zu Verwechslungen mit anderen weit verbreiteten Anwendungen führen kann. Andererseits wird empfohlen, für zwei Paare der EOTP-Verkabelung M12 D-kodierte Steckverbinder zu verwenden. Auch andere Fast-Ethernet-Varianten sind möglich, insbesondere 100Base-T für Anwendungen bis 100 Mbit/s, die D-kodierte Rundsteckverbinder mit zwei Kabelpaaren erfordern, oder höher für Base-T für Datenraten bis 10 Gbit/s. Für Letzteres ist allerdings ein X-kodierter Rundstecker mit vier Kabelpaaren erforderlich.
Ist es möglich, alternativ einen höher getakteten EOTP-Standard mithilfe der M12-A-Kodierung zu implementieren, ohne die Geschwindigkeit und Signalintegrität zu beeinträchtigen? Für den 100-Mbit/s-EOTP-Standard kann eine Schnittstelle mit einem A-kodierten Rundstecker mit der gleichen Pinbelegung wie für 10-BASE-T erstellt werden. Beim Entwurf solcher Schnittstellen muss die Signalintegrität berücksichtigt werden. Die gesamte Kabelbaugruppe, einschließlich der Anschlüsse, muss den ANSI/TIA-568-Standards entsprechen. Jedes Stecker-Buchsen-Paar und das Kabel selbst haben ein Verlust- und Übersprechbudget, das nicht überschritten werden kann. Es wird empfohlen, die S-Parameter dieser Schnittstelle zu testen, hauptsächlich abhängig von der Kabelkategorie und der Kabellänge. Selbst bei Datenraten von bis zu 10 Gbit/s ist es möglich, M12-Kreise mit A-Kodierung zu erstellen, indem die gleichen Pinbelegungen implementiert und die gleichen Überlegungen zur Signalintegrität wie bei der 10-BASE-T- und 100-BASE-T-Steckerschnittstelle angewendet werden. Die Kabellänge für diese Art von Schnittstelle ist normalerweise viel kürzer.
Breites Anwendungsspektrum
Damit ist das Einsatzspektrum des robusten M12-A-Rundsteckverbinders aber noch lange nicht erschöpft. Mit dem Kommunikationssystem IO-Link lassen sich beispielsweise smarte Sensoren und Aktoren elegant an Automatisierungssysteme gemäß IEC 61131-9 anbinden – über einen 5-poligen A-kodierten M12-Rundsteckverbinder verbunden mit einem dreiadrigen oder fünfadrigen Kabel. Kern 20 Meter Kabel. Verbindungen an dreiadrigen Kabeln werden als „Klasse A“ und Verbindungen an fünfadrigen Kabeln als „Klasse B“ bezeichnet. Geräteanschlüsse können je nach geforderter Kreuzkompatibilität über Festkabel oder 4- oder 5-polig M12 A-kodiert erfolgen.
Der M12-A beherrscht auch USB-Verbindungen. Mit der USB-Version 2.0 kann es sowohl als Stromquelle als auch als Hochgeschwindigkeits-Datenbus verwendet werden. M12-A-Rundsteckverbinder eignen sich zur Herstellung robuster USB-Kabelkonfektionen. Bei der Kabelkonfektionierung für USB 2.0 müssen Sie zwei Stromanschlüsse für V-Bus und GND sowie ein Twisted Pair mit einer Differenzimpedanz von 90 Ohm für das USB-Signal berücksichtigen. Handelt es sich bei dem Anschluss um einen Mini- oder Micro-USB-Stecker, können die ID-Pins so mit einem fünfpoligen M12 A-kodierten Rundstecker verbunden werden. Der Stecker ist mit dem Schirmgeflecht des Kabels abgeschirmt. Die Länge von USB-Kabeln liegt typischerweise zwischen 1 m und 3 m.
Die M12-Anschlusstechnik eignet sich hervorragend als Zwischenverbindung in industriellen Bussystemen, insbesondere CANbus, RS-485, Profibus und den physikalischen Schichten RS-422, RS-423 und RS-232. Obwohl CANbus ursprünglich für die Verwendung mit kleinen D-SUB-Steckern konzipiert wurde, ist der fünfpolige M12-A-kodierte Rundstecker die übliche Schnittstelle für CANbus. Es werden nur die an den Pins 4 und 5 angeschlossenen CAN_H- und CAN_L-Signalpaare benötigt. In dieser Konfiguration kann das Gerät Strom liefern. Zur elektrischen Übertragung werden verdrillte Adernpaare mit einer Nennimpedanz von 120 Ohm verwendet.
Die physikalische RS-485-Schicht wird üblicherweise für die Industrieprotokolle Modbus, OSDP, SSCP, SCSI-2, SCSI-3, Profibus, Nanoréseau, DMX 512 und AES 3 verwendet. Abbildung 3 zeigt die typische RS-485-Pinbelegung für einen 5- Pol A-kodiertes Kabel. Alternativ kann ein vieradriges geschirmtes Kabel verwendet werden. Die Verkabelung hängt stark von der benötigten Leistung ab, aber schließen Sie immer mindestens symmetrische TxD/RxD-Paare an den Positionen 2 und 4 ein, um die Latenz zu minimieren.
Profibus unterstützt das dezentrale Konzept. Die Tatsache, dass Profibus durch modulare Prinzipien an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden kann, macht diese Technologie auch in der Produktionsautomatisierung und Prozessindustrie attraktiv. Hier ist die M12-Anschlusstechnik unerlässlich. Die A-kodierte Variante wird für Stromversorgungen verwendet, während der B-kodierte Rundsteckverbinder für die Profibus-Signalübertragung vorgesehen ist (Abbildung 4).
Weitere industrielle Bussysteme mit M12-A-Rundsteckverbindern sind RS-411, RS-423 und RS-232. Hierfür eignen sich 8-polige, 5-polige und 4-polige Steckverbinder. Die Verkabelung hängt in erster Linie von den erforderlichen Signalen, der Leistung und der erforderlichen Erdung ab.