Sådan sparer du plads på stikkene og bevarer samtidig fleksibiliteten i barske industrielle miljøer

I industrimiljøet er det en udfordring at udskifte eller opgradere enheder, der er kablet, fordi det er svært at fjerne og geninstallere ledninger og kabler på en pålidelig måde. Tilsvarende kræver tilføjelse af nye sensorer, en processor eller andre komponenter ofte en komplet udskiftning og omlægning af kabler.

Desuden bliver størrelsen på industrielle enheder stadig mindre, hvilket begrænser den tilgængelige plads til flere stik. Samtidig kræver et effektivt layout med henblik på en god paneltæthed mindre stik, der tillader en kombination af flere typer forbindelser i et enkelt stik.

Industrimiljøet giver sine egne udfordringer, når det gælder om at bevare enheders integritet: Det er vigtigt at forhindre, at væsker og støv får adgang og beskadiger sarte komponenter.

Konnektivitet– Udskiftning af fastfortrådte enheder med modulære stik kan løse alle disse problemer. Disse stik, der er tilgngeligh i kompakte former, som gør det muligt at kombinere flere ledningsformer i et enkelt stik. I modulær form kan disse stik hurtigt omkonfigureres for at imødekomme ændringer og opdateringer uden at kræve udskiftning af enhed eller kabel. De miljømæssigt hærdede modulære stik lukker også støv og væsker ude, og de kan ikke udsættes for påvirkninger fra højtryksvandstråler, der anvendes til sterilisering.

I denne artikel gennemgår vi de grundlæggende principper for modulære stik og vises, hvordan de vælges, samles og anvendes. Undervejs præsenteres eksemplariske stik fra HARTING, som designere kan bruge til deres næste industrielle systemdesign.

Tilslutning ved hjælp af modulopbyggede konnektorer

Der er to måder at tilslutte strøm, signaler og digitale data til en industriel enhed eller applikation på.

Kablerne kan enten være permanent fastforbundne, eller de kan installeres ved hjælp af et stik. Valget afhænger af et par faktorer. Det vigtigste er sandsynligvis, hvor ofte enheden vil blive afbrudt og kræve genindkobling. Hvis den fastfortrådte enhed skal genindkobles, skal hver enkelt ledning fjernes og genindkobles omhyggeligt, hvilket medfører betydelige arbejdsomkostninger. Der er stor risiko for fejlkobling, og det kan tage timevis af fejlfinding at reparere en fejl.

Det kan være dyrere at bruge stik i starten, men når først beslutningen er truffet, bliver omforbindelsen et plug-and-play-scenarie, hvor det er svært at lave fejlkoblinger, hvilket reducerer behovet for faglært arbejdskraft. Så brugen af stik til at erstatte kabler med fast kabelføring, såkaldt konnektering, giver mange langsigtede fordele.

Hvis der anvendes modulære stik, øger det fleksibiliteten i installationen. Overvej et modulært stik, der kan håndtere strøm, sensorer, analoge og digitale signaler og endda pneumatik (Figur 1). Der findes et bredt udvalg af moduler. Eksemplet viser en RJ45- og en seriel USB-databus, tre multi-pin-moduler med forskellige ben-diametre og et modul med tre pneumatiske linjer.

Figur 1: Et modulært stik kan håndtere signaler, strøm, digitale kommunikationsgrænseflader og endda pneumatik, alt sammen i et enkelt stik. Modulerne kan hurtigt og nemt udskiftes efter behov. (Billedkilde: HARTING)

Modulær konfiguration af stik

Der findes en enkel nomenklatur for de forskellige komponenter i et modulært stik, som er vist i figur 2.

Figur 2: Nomenklaturen for de modulære HARTING-konnektor-komponenter. Rammerne fastholder modulerne og passer ind i huset eller hætten. Stikkene kan nemt åbnes, og modulerne kan omarrangeres, tilføjes eller fjernes for at foretage de nødvendige ændringer. (Billedkilde: HARTING)

Den faste del af et grundstik er et hus. Den mobile del har en hætte i den modsatte ende af den mobile del. Rammerne passer ind i huset eller hætten og tjener til at fastlåse modulerne på plads. Stikkene kan konfigureres med ekstra plads til fremtidig udvidelse ved hjælp af dummy-moduler. De to parringsstik fastgøres til hinanden med en skrue eller en håndtagslås. Hætterne kan have kabeladgang fra toppen, flere kabler fra toppen, fra siden eller fra flere sider. Der er adgang til huset enten fra toppen eller bunden.

I betragtning af det store antal tilgængelige moduler, huse, hætter og andre forbindelseselementer, som HARTING tilbyder, kan det være en kompleks opgave at vælge de rigtige muligheder. HARTING forenkler denne proces med en online konfigurator, der gør det nemt at vælge og designe et modulært stik (Figur 3).

Figur 3: HARTING Han online-konfiguratorens brugergrænseflade forenkler design og valg af modulære forbindelseskomponenter. (Billedkilde: HARTING)

Konfiguratoren guider designeren i valget af ledninger, data, optiske og pneumatiske elementer til stikket. Hvert element giver brugeren mulighed for at vælge det design, der skal passe til det tilsigtede design.

I dette eksempel er de elektriske elementer valgt. Brugeren indtaster antallet og typerne af ledningsmedier, de strømførende krav og et par andre designrelaterede spørgsmål. Konfiguratoren viser hurtigt nogle få mulige konfigurationer og viser en liste over delene, samtidig med at der også vises en isometrisk tegning af samlingen (Figur 4).

Figur 4: En konfiguratorgengivelse af et stik med seks stifter og en sokkelbøsning med tilhørende sokkel, hætte og kabelklemme. (Billedkilde: HARTING)

Designet er fuldt dokumenteret med downloadbare styklister, 3D-modeller, datablade, typeblade og produktdeklarationer.

I det viste eksempel omfattede spørgsmålene typen af base, ønsket lås, antallet af ledere, det forventede maksimale strøm- og spændingsniveau og miljøet. De resulterende konfigurationer omfattede HARTING 09400060311 panelmonteret base. Basen er af støbt aluminium med skruelås og er godkendt til barske miljøer. Denne base blev kombineret med en HARTING 09140060371 dobbeltmodulet, hængslet, kraftig fastholdelsesramme med hængsler. Denne ramme har plads til to moduler. Det valgte modul var et seks positioner hunmodul, HARTING 09140063101. De tilhørende sølv krimpstifter er HARTING 09330006220 til 20 AWG-tråd.

Kabelsiden af stikket er baseret på HARTING 19400060411-stikhætte i trykstøbt aluminium med tilhørende HARTING 09140060361 tunge dobbeltmodul-fastholdelsesramme. Denne ramme accepterer HARTING 09140063001-hanemodulet med HARTING 09330006121 20 AWG-sølvkrimpstifter. Hætten er afsluttet med en HARTING 19000005090 messingkabel 9-16 klemme. Der er plads til to moduler i bunden og hætten, så de ubrugte pladser kan udfyldes med blindmoduler, f.eks. HARTING 09140009950.

Miljøbeskyttelse

Alle HARTING Han HPR-komponenterne fungerer i et temperaturområde fra -40 °C til +125 °C og er forseglede og miljømæssigt klassificerede i op til IP68 og IP69K.

IP-mærkningerne (IP), der er defineret i henhold til IEC 60529, udtrykker den grad af beskyttelse, som stikdelsernes komponenter giver mod ydre påvirkninger. Eksterne påvirkninger omfatter mekaniske stød, fremmedlegemer, fugtighed, støv og væsker som vand, brændstof, rengøringsvæsker, kølemidler og olier.

Det første tal i IP-klassificeringen er modstandsdygtigheden over for faste stoffer. Vurderingen kan variere fra 0 til 6. Tallet 6 repræsenterer det højeste beskyttelsesniveau. Stikkontakter med en 6 rating er støvtætte og giver fuld beskyttelse mod faste partikler. Det andet tal i IP-klassificeringen er modstandsdygtigheden over for væsker. Dette tal går fra 0 til 9. En klassificering på 8 betyder, at enheden er vandtæt og beskyttet mod vandtryk. 9K-klassificeringen angiver beskyttelse mod damprensere og lignende trykdrevne væsker. Derfor er en klassificering på IP68 eller IP69K fremragende.

HARTING Han HPR-serien er beregnet til barske udendørs miljøer. De støbte aluminiumskapper og -huse har en epoxy pulverlakeret overflade, der giver dem fremragende korrosionsbestandighed, samtidig med at de er godt forseglet mod våde forhold. Metalkomponenterne giver fremragende elektromagnetiske kompatibilitetsegenskaber.

Til flere installationer, der bruger de samme stik, tilbyder denne serie af stik op til 16 kodede nøglepositioner for at sikre korrekt kabeltilpasning. Derudover sparer HPR compact-serien plads og reducerer vægten ved at være op til 25 % lettere end tilsvarende HPR-standardkontakter.

Konklusion

Det kan være en udfordring for designere at sikre forbindelsesintegritet, fleksibilitet og udvidelsesmuligheder, samtidig med at de overholder formfaktorkravene og de strenge krav i industrielle miljøer. Som det fremgår, forenkler tilslutning baseret på en meget konfigurerbar, kompakt og modulær tilgang med et brugervenligt online værktøj til valg af tilslutningselementer processen betydeligt.