Jak ušetřit místo na konektoru a zároveň zachovat flexibilitu v náročných průmyslových prostředích

V průmyslových prostředích je výměna nebo upgrade kabelových zařízení náročná, protože demontáž a opětovná instalace vodičů a kabelů se provádí obtížně. Podobně platí, že přidání nových senzorů, procesoru nebo jiných komponent často vyžaduje kompletní výměnu a přepojení kabeláže.

Kromě toho se velikosti průmyslových zařízení stále zmenšují, což omezuje dostupný prostor pro více konektorů. Efektivní uspořádání pro vyhovující hustotu panelů zároveň vyžaduje menší konektory, které umožňují kombinaci více typů připojení v rámci jednoho konektoru.

Průmyslové prostředí klade své vlastní výzvy, pokud jde o zachování integrity zařízení: je důležité zabránit přístupu kapalin a prachu a poškození citlivých součástí.

Odpověď na všechny tyto problémy dává konektorizace, tedy nahrazení pevně připojených zařízení modulárními konektory. Tyto konektory, dostupné v kompaktních provedeních, umožňují kombinaci více typů zapojení do jednoho konektoru. V modulární formě lze tyto konektory rychle překonfigurovat tak, aby vyhovovaly modifikacím a aktualizacím bez nutnosti výměny zařízení nebo kabelu. Modulární konektory tvrzené proti vlivům okolí dále utěsňují prach a kapaliny, jakož i vliv vysokotlakých vodních trysek používaných ke sterilizaci.

Tento článek zkoumá základy modulárních konektorů a ukazuje způsob jejich výběru, sestavení a používání. Dále představuje příklady konektory od společnosti HARTING, které mohou konstruktéři využívat pro svůj další návrh průmyslového systému.

Konektorizace pomocí modulárních konektorů

Existují dva způsoby, jak zapojit napájení, signály a digitální data do průmyslového zařízení nebo aplikace.

Kabeláž může být buď trvale pevně zapojena, nebo může být instalována pomocí konektoru. Výběr závisí na několika faktorech. Pravděpodobně nejdůležitějším kritériem je skutečnost, jak často se bude zařízení odpojovat a vyžadovat opětovné připojení. Pokud musí být pevně připojené zařízení znovu připojováno, každý vodič musí být pečlivě odstraněn a znovu připojen, což má za následek značné náklady na pracovní sílu. Pravděpodobnost špatného zapojení je vysoká a oprava chyby může trvat hodiny.

Ačkoli může použití konektorů přinést vyšší počáteční náklady, po provedení tohoto rozhodnutí se přepojení se stává scénářem plug-and-play s malou pravděpodobností chybného zapojení, což snižuje potřebu kvalifikované pracovní síly. Použití konektorů k nahrazení pevně připojených kabelů - tzv. konektorizace - tedy nabízí mnoho dlouhodobých výhod.

Pokud jsou použity modulární konektory, zvyšuje se flexibilita instalace. Zvažte modulární konektor, který umožňuje připojení napájení, senzorů, analogových a digitálních signálů a dokonce i stlačeného vzduchu (obrázek 1). K dispozici je široká škála modulů. Příklad ukazuje sériovou datovou sběrnici RJ45 a USB, tři vícekolíkové moduly s řadou průměrů kolíků a modul se třemi pneumatickými linkami.

Obrázek 1: modulární konektor může zpracovávat signály, napájení, digitální komunikační rozhraní a dokonce i pneumatiku, vše v jediném konektoru. Moduly lze rychle a snadno měnit podle potřeby. (Zdroj obrázku: HARTING)

Konfigurace modulárního konektoru

Na obrázku 2 je jednoduché názvosloví různých součástí modulárního konektoru.

Obrázek 2: terminologie komponent modulárních konektorů HARTING. Rámy přidržují moduly a zapadají do tělesa nebo krytu. Konektory lze snadno otevřít a moduly přeskupit, přidat nebo odstranit pro jakékoli požadované úpravy. (Zdroj obrázku: HARTING)

Pevná část konektoru základny je pouzdro. Spojovacím koncem mobilní části je kryt. Rámy zapadají do krytu nebo krytu a slouží k zajištění modulů v určené poloze. Konektory lze nakonfigurovat s rezervním prostorem pro budoucí rozšíření pomocí prázdných modulů. Dva protilehlé konektory jsou k sobě připevněny pomocí šroubu nebo západkového pákového zámku. Kryty mohou používat vstup kabelu shora, několik vstupů shora, ze strany nebo několik vstupů ze strany. Těleso je přístupné shora nebo zdola.

Vzhledem k velkému počtu dostupných modulů, těles, krytů a dalších konektorových prvků, které společnost HARTING nabízí, může být výběr správných možností složitý úkol. Společnost HARTING tento proces zjednodušuje pomocí online konfigurátoru, který usnadňuje výběr a návrh modulárního konektoru (obrázek 3).

Obrázek 3: Uživatelské rozhraní online konfigurátoru HARTING Han zjednodušuje návrh a výběr součástí modulárních konektorů. (Zdroj obrázku: HARTING)

Konfigurátor vede konstruktéra při výběru drátových, datových, optických a pneumatických prvků pro konektor. Každý prvek nabízí uživateli možnosti, které odpovídají plánované konstrukci.

V tomto příkladu jsou vybrány elektrické prvky. Uživatel zadá počet a typy médií přenášených vodiči, požadavky na proud a několik dalších konstrukčních parametrů. Konfigurátor rychle ukáže několik možných konfigurací se seznamem dílů a zároveň poskytne izometrický nákres sestavy (obrázek 4).

Obrázek 4: znázornění konfigurátoru šestikolíkové zástrčky a základní zásuvky spolu s přidruženou základnou, krytem a kabelovou svorkou. (Zdroj obrázku: HARTING)

K návrhu je k dispozici kompletní dokumentace v podobně seznamů dílů, 3D modelů, datových listů, typových listů a prohlášeních o produktech ke stažení.

V uvedeném příkladu parametry zahrnovaly typ základny, požadovaný zámek, počet vodičů, maximální očekávané úrovně proudu a napětí a prostředí. Výsledné konfigurace zahrnovaly základnu HARTING 09400060311 namontovanou na panelu. Základna je vyrobena z tlakově litého hliníku se šroubovým zámkem a je určena do náročných prostředí. Tato základna byla spárována s výklopným, odolným upevňovacím rámem HARTING 09140060371 se dvěma moduly. Tento rám má prostor pro dva moduly. Zvoleným modulem byl šestipolohový samičí modul HARTING 09140063101. Související stříbrné krimpovací piny jsou HARTING 09330006220 pro vodič 20 AWG.

Kabelová strana konektoru vychází z krytu konektoru z tlakově litého hliníku HARTING 19400060411 se souvisejícím pevným dvoumodulovým upevňovacím rámem HARTING09140060361. Tento rám přijímá samčí modul HARTING 09140063001 se stříbrnými krimpovacími piny HARTING 09330006121 20 AWG. Sestava krytu je zakončena mosaznou kabelovou svorkou HARTING 19000005090 9-16. Základna a kryt pojme dva moduly a všechny nevyužité pozice lze tedy zaplnit prázdnými moduly, například HARTING 09140009950.

Ochrana životního prostředí

Všechny komponenty HARTING Han HPR pracují v teplotním rozsahu -40 °C až +125 C a jsou utěsněny a chráněny proti okolního prostředí až do IP68 a IP69K.

Stupeň ochrany proti vniknutí (IP) definovaný podle normy IEC 60529 vyjadřuje stupeň, kterým jsou součásti konektorů chráněny proti vnějším vlivům. Vnější vlivy zahrnují mechanické otřesy, cizí tělesa, vlhkost, prach a kapaliny, jako je voda, palivo, čisticí kapaliny, chladicí kapaliny a oleje.

První číslo v hodnocení IP vyjadřuje odolnost vůči pevným látkám. Stupeň se pohybuje v rozsahu 0 až 6. Číslo 6 představuje nejvyšší stupeň ochrany. Konektory s hodnocením 6 jsou prachotěsné a nabízejí plnou ochranu proti pevným částicím. Druhé číslo v hodnocení IP vyjadřuje odolnost vůči kapalinám. Toto údaj se pohybuje v rozsahu 0 až 9. Hodnocení 8 znamená, že zařízení je vodotěsné a chráněné před tlakem vody. Hodnocení 9K označuje ochranu před parními tlakovými čističi a podobnými kapalinami stříkanými pod tlakem. Proto je hodnocení IP68 nebo IP69K vynikající.

Řada HARTING Han HPR je určena pro náročná venkovní prostředí. Kryty a tělesa z tlakově litého hliníku mají povrchovou úpravu z epoxidového práškového laku, který jim dodává vynikající odolnost proti korozi a zároveň dobré utěsnění proti vlhkosti. Kovové součástí poskytují vynikající vlastnosti elektromagnetické kompatibility.

Pro více instalací s použitím stejných konektorů nabízí tato řada konektorů až šestnáct kódovaných klínových poloh pro zajištění správného spojení kabelů. Kompaktní řada HPR navíc šetří místo a vykazuje až o 25 % nižší hmotnost, než odpovídající standardní konektory HPR.

Závěr

Zajištění integrity, flexibility a rozšiřitelnosti připojení při současném splnění požadavků na tvarový faktor a náročnost průmyslových prostředí může být pro konstruktéry náročné. Bylo ukázáno, že proces velmi zjednodušuje konektorizace založená na vysoce konfigurovatelné, kompaktní a modulární koncepci se snadno použitelným online nástrojem pro výběr konektorových prvků.