Forenkle distributionen af industrielt udstyr ved hjælp af konfigurerbare modulære stik

Når man overvejer, hvordan man laver signal- og strømforbindelser til industrielle applikationer, er der generelt mange strøm-, jord- og signalforbindelser, der skal laves i minimale indstillinger. Designere er nødt til at specificere kabler af mange typer, mens forberedelsestid, bekvemmelighed og plads også er kritiske faktorer. I disse situationer anvender mange industrielle udstyrsdesign grundlæggende punkt-til-punkt "hardwiring”, hvor teknikeren manuelt forbinder ledningerne en ad gangen.

Virkeligheden er imidlertid, at denne manual on-site hardwiring er meget tidskrævende i marken, tilbøjelige til fejl, og derfor dyrt. Det er især dyrt i tabt tid, restaureringsindsats og fejl, hvis en afbrydelse/genforbindelse er nødvendig af en eller anden grund, herunder reparation, udvidelse eller omarrangering.

Løsningen på dette effektivitets-, omkostnings-, plads- og pålidelighedsproblem er at bruge modulære stik, da de er fleksible, alsidige og nemme at administrere. De kan også leveres med et stort udvalg af konnektorhuse og monteringsrammer, der er parret med designer-valgbare mix-and-match-indsatser designet til at håndtere en bred vifte af specifikke elektriske signaler - herunder strøm, signal- og datatyper - ved hjælp af bare ledninger, D-Sub-konnektorer, koaksialkabler og endda optisk fiber- og trykluftpneumatik.

Denne artikel vil bruge et praktisk eksempel til at fremhæve nogle af problemerne med en manuel tilgang. Det vil derefter indføre en mere fleksibel og effektiv tilgang baseret på Han-Modular-seriens stik fra HARTING, der også viser, hvordan de løser mange ledningsproblemer. Et medfølgende konfigurationsværktøj til at hjælpe designere med hurtigt at opbygge det optimale stik baseret på Han-Modular-systemet vil blive beskrevet.

Punkt-til-punkt-hårdledninger: hurtig, nem men ofte rodet

Det synes lettere at implementere grundlæggende sammenkoblinger med punkt-til-punkt-hårdledninger, men i mange tilfælde fortrydes denne beslutning. Overvej eksemplet med en opgradering til en simpel en-zone "stum" termostat, som krævede et mellemrelæ mellem den smarte enhed og varmesystem-controlleren, til en smart.enhed Ledningerne i den første zone var tilfældige og så rodet ud, men var hurtige at installere og fungerede. Da det hele var 24 volts AC, var der heller ingen problemer med synlige ledninger og sikkerhed.

Det følgende år besluttede husejeren imidlertid at opgradere de to andre varmezoner til intelligente termostater. Den tilføjede punkt-til-punkt-ledning blev også udført “på den hurtige”, og resultatet blev en rotterede, som virkede forbløffende (figur 1). Selv om dette er funktionelt, er det ikke en god langsigtet tilgang, da denne ordning ville være meget vanskelig at fejlfinde senere, hvis der opstod et problem, og eventuelle yderligere opgraderinger ville være et mareridt.

Figur 1: Rodet punkt-til-punkt hardwiring kan være resultatet af projektets kompleksitet eller endda trinvis lagdeling af ekstra funktionalitet til et basissystem, som vist ved dette kabel til relæerne til en trezonet smart termostatopgradering. (Billedkilde: Bill Schweber)

Denne situation var uacceptabel af praktiske, æstetiske og dokumentationsmæssige årsager, så beslutningen blev taget om at rydde op og tilslutte hele arrangementet ved hjælp af hardwiring med spadeklapper og skrueterminallister (figur 2). Dette tog mindre tid og planlægning end at bruge tre dedikerede stik (en pr. zone) og blev betragtet som et acceptabelt kompromis i dette tilfælde på trods af over 50 diskrete forbindelser. Denne installation demonstrerede de tilsyneladende fordele ved hardwirede punkt-til-punkt-forbindelser: de kræver relativt lidt planlægning (et skematisk eller sammenkoblingsdiagram er ofte nok), minimalt engagement og kan startes straks.

Figur 2: Termostatens opgraderingskabler blev forbedret ved omledning med omfattende brug af spadeklapper og skrueterminallister, men krævede stadig ekstrem forsigtighed ved omledning af over 50 tilslutninger for at undgå fejl og samtidig optage betydelig plads sammenlignet med brug af multikontaktkonnektorer. (Billedkilde: Bill Schweber)

Den industrielle verden er mere kompleks

I et industrielt miljø vil selv en forbedret ledningsføring have skadelige langsigtede konsekvenser. Installation af alle disse individuelle ledninger kræver flere kontroller af hver lednings placering versus tegningen samt kontrol af fysisk integritet. Mærkning af hver ledning er også kritisk, og der er normalt ANSI og ISO mærkningsstandarder til at følge. Hvis udstyret skal frakobles med henblik på reparation eller flytning, skal den komplicerede forbindelsesproces fortrydes, og dens genforbindelse kræver gentagelse af processen.

Det er klart, at diskrete prækablede kabler og parringskonnektorer er et attraktivt alternativ i begyndelsen. Disse kan bygges og testes på forhånd i en kontrolleret indstilling, samtidig med at hardwiring elimineres, men giver også nye bekymringer. Mange installationer anvender en blanding af signaltyper såsom lav og høj spænding over en række aktuelle ratings, sensorsignaler, mange typer datalinks samt Ethernet, optisk fiber og endda lavtryksluft (pneumatisk). Resultatet er en varieret samling af kabler og stik, som optager betydelig panelplads, kan kræve nøglering, hvis der er flere kabler med samme stiktype, og det stadig tager tid at forbinde/frakoble.

Der er en løsning, som synes at løse multikabel-/konnektordilemmaet, i det mindste først. Standardstik fås med flere strøm- og signalkontakter i et fælles hus. Det er i virkeligheden kun en delvis løsning af to grunde. For det første er de kun tilgængelige i forudbestemte, faste sæt af kontaktnumre og -typer, f.eks. to positioner for strøm og seks for signal. For det andet er de kun tilgængelige for grundlæggende lavt/højt niveau signal og effektniveauer, og nogle datasignaler, men ikke for gigabit Ethernet (GbE), glas eller plast optisk fiber, eller endda lavt tryk pneumatiske (luft) forbindelser.

Fuld modularitet: en bedre løsning

For at komme uden om disse kontaktbegrænsninger kan designere bruge HARTING Han-Modular-serien af stik. Disse repræsenterer det nyeste inden for mix-and-match-fleksibilitet på grund af antallet og typen kontakter. Designeren kan vælge næsten enhver kombination af konnektorer og kontakter, og derefter vælger en konnektorramme til at holde dem sammen med et passende hus (figur 3 og figur 4).

Figur 3: Brugerdefineret modularitet resulterer i oprettelse af en brugerdefineret konnektor med standardkomponenter. (Billedkilde: HARTING)

Figur 4: Resultatet af den proces, der er vist i figur 3, er en kompakt, fuldt tilpasset, lukket konnektorenhed med matchende parringssider. (Billedkilde: HARTING)

Han-modulerne understøtter stik og kontakter (han og hun) til strøm fra et par milliampere til 200 ampere (A), spændinger op til 5.000 volt, pneumatisk slange, datalinjer, afskærmet bus signal og endda plast eller glas optiske fiberkabler. Det er et elektrisk og mekanisk udvalg, der ikke findes i andre multifunktionskoblings-/kontaktenheder.

Brug af disse stik gør kablet og kablerne til en prækonstrueret opgave, der kan designes, samles og testes som en komplet hardwware uden for anlægget i stedet for på installationsstedet, hvorefter de nemt og hurtigt kan tilsluttes og frakobles (figur 5).

Figur 5: Tilslutnings-terminerede kabler samles og testes uden for stedet, installeres derefter hurtigt på stedet og frakobles efter behov; bemærk de forskellige typer ledninger, der er flettet sammen i hver af de to rektangulære tilslutninger, især synlige i tilslutningen til venstre. (Billedkilde: HARTING)

Der er en anden fordel ved den høje grad af modularitet og fleksibilitet i denne serie. I den virkelige verden af produktdesign ændrer kravene sig og udvikler sig, efterhånden som projektet skrider frem. Med Han-Modular-serien er der ikke behov for at starte forfra i søgningen efter et stik eller stik, der kan imødekomme disse ekstra krav; alt, hvad en designer skal gøre, er at tilføje endnu et internt modul til det grundlæggende stik.

Eksempler fremhæver rækkevidden og alsidigheden

I stedet for at kalde de mange stik og kontakter, der er tilgængelige i Han-Modular-serien, giver et kort kig på nogle en god fornemmelse af mulighederne.

Først er der rammen, der holder stikmodulerne. Et eksempel er 09140240313 tunge hængslet ramme til seks moduler (figur 6). De enkelte tilslutningsmoduler indsættes, fastgøres og låses i denne ramme.

Figur 6: En af de mange tilgængelige rammer til at holde stik indsatser, 09140240313 tunge hængslet ramme, har plads til seks sådanne moduler. (Billedkilde: HARTING)

Et state-of-the-art industrisystem kan endda have brug for at understøtte GbE-links, så 09140083012 gigabit-modulet med mandlige kontakter kan tilføjes (figur 7). Det afskærmede stik er klassificeret til 10 gigabit pr. sekund (Gbit/s) og understøtter også IEEE 802.3bt (også kaldet PoE++) strømforsyning.

Figur 7: Dette afskærmede 09140083012-GbE-stik i serien er klassificeret til 10 Gbit/s drift og understøtter også IEEE 802.3bt (PoE++) strømforsyning. (Billedkilde: HARTING)

Samtidig kan konnektoren have brug for at understøtte betydelig AC eller DC, så 09332062648 seks-kontaktshuset til presseindsatser kan være et godt valg (figur 8). Den kan håndtere presseindsatser vurderet til 500 volt ved 16 A ved hjælp af massiv eller snoet tråd i størrelser fra 0,14 millimeter kvadrat (mm²) til 2,5 mm² (AWG 26 til AWG 14).

Figur 8: Industrielle installationer kræver normalt betydelige mængder AC og DC, som kan tilsluttes via dette 09332062648 seks-kontaktshus til presseindsatser; det håndterer en lang række faste og snoede trådstørrelser. (Billedkilde: HARTING)

For installationer, hvor der er behov for et industristandard RJ45 Cat 6A 8-positions modulært stik, er 09454001520-konnektoren tilgængelig (figur 9).

Figur 9: Han-Modular-systemet omfatter også den udbredte RJ45-konnektor ved hjælp af 09454001520-konnektoren. (Billedkilde: HARTING)

Et af Han-Modular-systemets kendetegn er dets evne til nemt at levere lavtryksluftforbindelser (pneumatiske) ud over dets brede udvalg af elektriske tilslutningsmuligheder. For eksempel er 09140033501 et pneumatisk modul, som er kompatibelt med de mange rammer og kan konfigureres til lavtryksledninger med forskellige diametre som indstillet ved valg af passende indsatser (figur 10). Blandt disse er 09140006304 han-metalindsats (figur 11) og den komplementære 09140006404 hun-metalindsats (figur 12), begge til 4 mm indvendig diameter (ID) slanger.

Figur 10: Han-modulerne går ud over tilslutning af elektriske signaler, data og strøm ved at rumme pneumatisk styring ved hjælp af moduler som 09140033501 til lavtrykslufttilslutninger og egnede indsatser. (Billedkilde: HARTING)

Figur 11: 09140006304 han-metalindsats er designet til pneumatiske slanger med en indvendig diameter på 4 mm. (Billedkilde: HARTING)

Figur 12: 09140006404 metalindsatsen er hunstikket til lavtryksluft, også til slanger med et 4 mm ID. (Billedkilde: HARTING)

Igen er disse bare en meget lille stikprøve af de mange tilgængelige indsatser og stik i Han-Modular-serien.

Configurator Tool er nøglen til brugervenlighed

Mens Han-Modular-serien er nyttig, når du forbinder et stort udvalg af trådtyper, funktioner og størrelser, kan valgene være overvældende og tilsyneladende umulige at konfigurere optimalt. HARTING løser dette ved at levere det gratis Han Configurator Tool.

Dette online værktøj forenkler i høj grad processen med at bygge en tilpasset Han-Modular stik til specifikke applikationer. Designeren indtaster blot detaljerne i tilslutningskravene, og værktøjet finder de bedst tilpassede modulære indsatser til applikationen, mens det giver også tekniske detaljer, 3D-tegninger og datafilertil mange forskellige tilslutningsmuligheder. Værktøjet anerkender også, at der er designere, der allerede kender Han-systemet, og giver dem mulighed for at konfigurere en hel grænseflade direkte uden at gå gennem assistenten trin-for-trin.

Brug af konfigurationsværktøjet begynder med at identificere den første signaltype, der skal afsluttes (figur 13).

Figur 13: Configurator-tool viser en liste over de mange grundlæggende forbindelsestyper, der understøttes af Han-Modular-systemet; designere begynder med at vælge en af de flere typer, de ønsker at indbygge i stiksamlingen. (Billedkilde: HARTING)

Værktøjet reagerer med pull-down-bokse for relevante specifikke data, som vises her for elektriske signaler: antal kontakter, strømklasse, spændingsklasse, trådtykkelse og termineringsteknik. Forskellige datasæt vises afhængigt af signaltypen (figur 14).

Figur 14: Dernæst beder Configuration Tool designeren om at angive de øverste niveauparametre for den pågældende signaltype; vist her er valget af “Elektrisk”. (Billedkilde: HARTING)

Dernæst giver pull-down/up-menuer designeren mulighed for at angive yderligere krav såsom Housing Material (figur 15), Assembly Situation (figur 16) og Locking Type (figur 17), som igen passer til de tilgængelige konnektorer (vist her for “Electric”).

Figur 15: Nederst på startskærmen beder om designerens præference for boligmateriale. (Billedkilde: HARTING)

Figur 16: Nederst på startskærmen tilbyder også et valg for forsamlingssituation for det valgte stik. (Billedkilde: HARTING)

Figur 17: Et andet valg, der skal træffes, er den påkrævede koblingslåsmekanisme. (Billedkilde: HARTING)

Værktøjet genererer derefter en første mulig løsning sammen med andre foreslåede løsninger, hvor konfigurationen vises som en 3D-model sammen med produktlisten (figur 18).

Figur 18: Når alle de nødvendige forbindelsestyper, parametre og præferencer er indtastet, bygger værktøjet den komplette konnektorsamling og giver et detaljeret 3D-billede, en liste over dele og alle andre nødvendige oplysninger. (Billedkilde: HARTING)

Designeren kan vælge den foretrukne konfiguration eller kan ændre de foreslåede løsninger og udskifte individuelle komponenter.

Han-konfiguratoren forbedrer og fremskynder alle aspekter af designprocessen, da den konnektorspecificerende ingeniør kan opnå flere mål:

• Udforsk konnektordesign med en interaktiv 3D-visualisering
• Sørg for, at løsningen er levedygtig
• Samarbejd nemt med andre team-medlemmer
• Gem og del den brugerdefinerede forbindelsesfil
• Download standard CAD STP-filer og datablade
• Opret automatisk en detaljeret stykliste (stykliste)

Konklusion

Udfordringerne ved at vælge det rigtige sæt stik til at afslutte et kabel i en industriel indstilling kan være frustrerende. HARTING Han-Modular systemet forenkler at komme til en optimal løsning på grund af deres høje grad af fleksibilitet, modularitet og konfigurationsevne, alle understøttet af en kraftfuld, intuitiv Configurator Tool. Som et resultat kan den hardwirede punkt-til-punkt-tilgang erstattes af en optimeret, tilpasset løsning, der tilbyder bekvemmelighed og nem tilslutning i minimal plads.