M12-konnektorer vs. alternativer i industrielle applikationer

M12-konnektorer er en udbredt, rund kabelterminering, der i vid udstrækning anvendes indenfor industri, mobile robotter og forbrugskvalitetsdesign til at forbinde sensorer, aktivering og andre komponenter (Field bus og andet) til styreenheder, samt andre systemer i automatiske maskiner. Den nøjagtige geometri og kontaktpunkter på M12-konnektorerne (ofte på enderne af kabler med PUR- eller PVC-kappe) er defineret i International Electrotechnical Commissions IEC 61076-2-101-standarder. M12-navnet stammer fra det metriske gevind på de fleste af konnektorernes koblingsmøtrikker og koblingsstik (beskrevet mere detaljeret nedenfor), som hovedsageligt har fæstnere med diameter på 12 mm og M12-gevind.

Adskillige specialiserede muligheder giver designingeniører mulighed for at definere fælles specifikationer, der er velegnede til design af maskiner eller produkter. Valgmuligheder inkludere:

• Retvinklede og lige form
• Han (mest almindelig) og hun geometri til fastgørelse på ledningssiden
• Afskærmede og uafskærmede indvendige dele
• Fuldt integreret ledningssæt samt modulopbyggede versioner
• Letvægts og forstærkede versioner
• Koblingsmøtrikker med forskellige design og konstruktioner

M12 QUICKON (IDC) konnektorer med skærm er en type M12-konnektorer som gør det muligt for installatører at koble deres maskiner til i felten. (Videokilde: Phoenix Contact)

Gennemgang af M12-standarden

M12-konnektorer blev først releaset i 1982 som en ikke-standardiseret 7/8 tommers konnektor med 3 kontaktpunkter, designet til en håndfuld applikationer. Det unikke træk ved konnektoren var (og i de fleste tilfælde stadig er) dens koblingsmøtrik - et hus på kabelenden, der er aksialt låst fast, men som kan rotere frit - og er derfor i stand til at blive skruet sammen med den matchende han- eller hun-konnektor. Først blev konnektoren standardiseret af IEC 61076-2-101 til brug sammen med sensorer og aktuatorer. Derefter blev standarden udvidet i de efterfølgende år til at definere flere M12-koder (der beskriver geometri af kontaktpunkter og funktionsvariationer), samt to mindre formater til brug med aktuatorer, såvel som PLC'er, switche og I/O. Disse omfatter M8-konnektorer (defineret af IEC 61076-2-104, med en fastgørelsesdiameter på 8 mm) samt M5-konnektorer (defineret af IEC 61076-2-105, med en fastgørelsesdiameter på 5 mm).

Figur 1: Standardisering af geometri af M12- og M8-konnektorer giver mange fordele - herunder tilgængelighed af værktøj til hurtig installation. Eksempel: Den Universelle skraldeskruetrækker inkluderer en konventionel 1/4-in. adapter så installatøren hurtigt kan stramme konnektoren - herunder runde M12- og M8-konnektorer samt M12F-, M8F- og M23-konnektorer (han og hun), der kan tilpasses. (Billedkilde: Weidmüller)

Den seneste udgave af IEC 61076-2-010 (2020) indeholder en af de største tilføjelser til standarden i lang tid - tilføjelsen af support og officielle definitioner af push-pull-forbindelser. Kabelfirmaer involveret i udvikling af standarden inkluderer Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact og HARTING. De største fordele ved push-pull M12-konnektorer er:

• Hvordan de reducerer monteringstiden dramatisk (ved at eliminere behovet for at skrue møtrikker ned og tjekke moment)
• Måden de laver forbindelser på, er mere kompakt end traditionelle M12-konnektorer.

Figur 2: M12 PushPull-konnektor klikker på plads for at forbinde de lodrette kontaktpunkter såvel som de forsænkede kontaktpunkter. 2020-udgaven af IEC 61076-2-010 definerer en push-pull M12-standard, der har til formål at udvidde den vellykkede anvendelser af push-pull M12-konnektorer, som allerede er på markedet i proprietære formater. (Billedkilde: HARTING)

Faktisk definerer standarden IEC 61076-2-010 2020 geometri for både de interne låseelementer på hun-halvdelen af ​​en push-pull konnektoren og de ydre låseelementer på han-halvdelen af ​​en push-pull konnektoren. Dette sikrer krydskompatibilitet mellem kabelprodukter.

En anden mulighed for konnektering

Ikke at forveksle med M12 push-pull findes der en anden rundt konnektor, der bruges til kommunikation og industriel perifer HMI udstyr - mini DIN-konnektoren. Her står DIN for Deutsches Institut für Normung - den styrende standardorganisation, der definerer strukturen og forbindelserne inden for disse typer af kabelterminaler. Mini DIN-konnektorer er afhængige af interferenstilpasning (friktion) mellem en bøsning på kabelenden for at forblive tilsluttet koblingsstikket, efter montering. Disse 9,5 mm (3/8'') mini DIN-konnektorer leveres med et kontaktpunkt-array med tre, fire, fem, seks, syv, otte eller ni elektriske kontaktpunkter, som er arrangeret for at forhindre utilsigtet fejltilslutning med visuelt lignende mini DIN-kabler. I mange tilfælde vil leverandørerne tilføje proprietær farvekodning til kabelenden og maskinens koblingsstik for at hjælpe montøren med at justere de to halvdele og gøre installationen nemmere.

Både mini-DIN- og M12-konnektorer har forskellige applikationer, hvor de er ideelle. Der er dog flere ikke-standard mini-DIN-konnektorer på markedet, hvilket kan give mere designfrihed og forvirring. Derudover giver interferenstilpasning på mini-DIN'ens sikringsbøsning mulighed for hurtig til- og frakobling. I modsætning hertil tager M12-konnektoren lidt længere tid at forbinde, men er i sagens natur mere sikker.

M12 kontaktpunkter og kode variationer

Figur 3: M12-konnektorer leveres i med forskellige antal kontaktpunkter og kodede tildelinger af kontaktpunkter. I nogle sæt skrues en koblingsmøtrik (aksialt fanget i kabelenden) ned på han-komponentens koblingsstik. Oprindeligt havde M12-konnektorer tre eller fire kontaktpunkter, men er nu yderlig tilgængelig med fem, seks, otte eller 12 kontaktpunkter. (Billedkilde: EE World)

Ud over antal kontaktpunkter er M12-konnektorer er også standardiseret på kodeversioner. Dette definerer kontaktpunkt-array, kanaler og hak for at forhindre forkert tilkobling, samt design af elektromagnetisk afskærmning.

A-kodede M12-konnektorer findes i overflod og bruges stadig til netværkssensorer og andre små enheder, der kører uden DC-strøm. B-kodede M12-konnektorer er almindelige i PROFIBUS-installationer. C-kodede dual-keyway (M12-Power) konnektorer udmærker sig i design, der kræver levering af AC-strøm til små automatiseringskomponenter. D-kodede M12-stik understøtter 100 Mb/sek. Ethernet, samt PROFINET-forbindelse.

Nyere M12-kodeversioner omfatter K-kodede og L-kodede konnektorer, der understøtter henholdsvis AC- og DC-strøm. Lignende muligheder er S-kodede konnektorer (i stand til at levere op til 690 V til kørende AC-motorer) og T-kodede M12-konnektorer til DC-strøm. Imidlertid har de X-kodede M12-konnektorer set den mest dramatiske stigning i brug til at understøtte 10 Gb/sek. industrielt Ethernet, såvel som strømforsyning til aktuatorer og stepmotorer, der udnytter Power over Ethernet 802.3at (PoE+)-forbindelser. Sidstnævnte giver nok effekt (W) til at køre forskellige aktuatorer ved fuld kraft.

Konklusion

Tiden er forbi, hvor kabler og fysiske netværk til automatiserede maskiner er afhængige af håndvridning, isolering, og test af rå ledninger i kabelbakker, som tog elektrikere hundredvis af timer at installere. Dagens M12-konnektorer (sammen med andre innovationer inden for kabling samt et spirende udvalg af specialiserede ledningssæt) eliminere ofte behovet for specialiserede teknikere til at udføre en installation og giver mulighed for hurtig, sikker og fejlfri installation, der er let at udskifte. M12-konnektorer er en del af en større tendens inden for maskin- og fabriksautomation i retning af enkle, modulære og ikke-proprietære løsninger.