Réduire l'empreinte des connecteurs tout en préservant la flexibilité en environnements industriels difficiles

Dans l'environnement industriel, les dispositifs câblés sont difficiles à remplacer ou à mettre à niveau car il est difficile de débrancher et de rebrancher les fils et les câbles de manière fiable. De même, l'ajout de nouveaux capteurs, d'un processeur ou d'autres composants implique souvent un remplacement et un recâblage complets.

À cela s'ajoute le fait que la taille des dispositifs industriels est de plus en plus petite, ce qui limite l'espace disponible pour les connecteurs multiples. En même temps, une disposition efficace pour une bonne densité de panneau nécessite des connecteurs plus petits qui permettent une combinaison de plusieurs types de connexions dans un seul connecteur.

L'environnement industriel pose ses propres défis lorsqu'il s'agit de maintenir l'intégrité des dispositifs : il est important d'empêcher les liquides et la poussière de pénétrer dans les composants délicats et de les endommager.

La connectorisation — le remplacement des dispositifs câblés par des connecteurs modulaires — résout tous ces problèmes. Ces connecteurs, disponibles sous formes compactes, permettent de combiner plusieurs types de câblage dans un seul connecteur. Sous forme modulaire, ces connecteurs peuvent être rapidement reconfigurés pour s'adapter aux modifications et aux mises à jour sans nécessiter le remplacement du dispositif ou du câble. De plus, les connecteurs modulaires renforcés sont étanches à la poussière et aux liquides, ainsi qu'à l'impact des jets d'eau haute pression utilisés pour la stérilisation.

Cet article étudie les principes de base des connecteurs modulaires, et montre comment ils sont sélectionnés, assemblés et utilisés. Il présente des connecteurs de HARTING que les concepteurs peuvent utiliser pour leur prochaine conception de système industriel.

Connectorisation à l'aide de connecteurs modulaires

Il existe deux façons de câbler l'alimentation, les signaux et les données numériques dans une application ou un dispositif industriel.

Le câblage peut être soit effectué de manière permanente, soit installé à l'aide d'un connecteur. Le choix dépend de plusieurs facteurs. Le plus important est probablement la fréquence à laquelle le dispositif sera déconnecté et devra être reconnecté. Si le dispositif câblé doit être reconnecté, chaque fil doit être soigneusement débranché puis rebranché, ce qui entraîne des coûts de main-d'œuvre importants. Le risque d'erreur de câblage est élevé, et la réparation d'une erreur peut prendre des heures de dépannage.

L'utilisation de connecteurs peut coûter plus cher au départ, mais une fois cette décision prise, le recâblage devient un scénario plug-and-play où il est difficile d'effectuer un câblage incorrect, ce qui réduit le besoin de main-d'œuvre qualifiée. Ainsi, l'utilisation de connecteurs pour remplacer les câbles fixes — connectorisation — offre de nombreux avantages à long terme.

L'utilisation de connecteurs modulaires permet d'accroître la flexibilité de l'installation. Prenons l'exemple d'un connecteur modulaire capable de gérer l'alimentation, les capteurs, les signaux analogiques et numériques, et même les lignes pneumatiques (Figure 1). Il existe une grande variété de modules disponibles. L'exemple montre un bus de données série USB et un RJ45, trois modules multibroches avec différents diamètres de broches, et un module avec trois lignes pneumatiques.

Figure 1 : Un connecteur modulaire peut gérer les signaux, l'alimentation, les interfaces de communications numériques et même les lignes pneumatiques, et ce, dans un seul connecteur. Les modules peuvent être remplacés rapidement et facilement selon les besoins. (Source de l'image : HARTING)

Configurations de connecteurs modulaires

La Figure 2 présente une nomenclature simple des différents composants d'un connecteur modulaire.

Figure 2 : Nomenclature de composants d'un connecteur modulaire de HARTING. Les cadres retiennent les modules et s'insèrent dans le logement ou le capot. Les connecteurs peuvent être ouverts facilement, et les modules réorganisés, ajoutés ou supprimés pour toute modification requise. (Source de l'image : HARTING)

La partie fixe d'un connecteur de base est un logement. L'extrémité homologue de la partie mobile est un capot. Les cadres s'insèrent dans le logement ou le capot et servent à verrouiller les modules en place. Les connecteurs peuvent être configurés avec un espace supplémentaire pour une extension future en utilisant des modules factices. Les deux connecteurs homologues sont fixés ensemble à l'aide d'une vis ou d'un verrou à levier. Les capots peuvent présenter un accès aux câbles par le haut, multiple par le haut, par le côté ou multiple par le côté. Le logement est accessible par le haut ou par le bas.

Compte tenu du grand nombre de modules, de logements, de capots et d'autres éléments de connexion proposés par HARTING, il peut s'avérer complexe de sélectionner les bonnes options. HARTING simplifie ce processus grâce à un configurateur en ligne qui permet de sélectionner et de concevoir facilement un connecteur modulaire (Figure 3).

Figure 3 : L'interface utilisateur du configurateur en ligne Han de HARTING simplifie la conception et la sélection des composants de connecteurs modulaires. (Source de l'image : HARTING)

Le configurateur guide le concepteur dans la sélection des éléments filaires, de données, optiques et pneumatiques pour le connecteur. Chaque élément présente des choix pour l'utilisateur pour correspondre à la conception prévue.

Dans cet exemple, ce sont les éléments électriques qui sont choisis. L'utilisateur entre le nombre et les types de fils, les exigences de tenue en courant et quelques autres questions liées à la conception. Le configurateur affiche rapidement quelques configurations possibles, avec une liste de pièces et un dessin isométrique de l'assemblage (Figure 4).

Figure 4 : Représentation du configurateur pour un socle de base et une fiche à six broches, avec la base, le capot et le serre-câble associés. (Source de l'image : HARTING)

La conception est entièrement documentée avec des listes de pièces téléchargeables, des modèles 3D, des fiches techniques, des fiches de type et des déclarations de produits.

Dans l'exemple présenté, les questions portent sur le type de base, le verrou désiré, le nombre de conducteurs, les niveaux de courant et de tension maximum attendus et l'environnement. Les configurations résultantes incluent la base à montage sur panneau 09400060311 de HARTING. La base est en aluminium moulé avec verrouillage par vis et elle est répertoriée pour les environnements difficiles. Cette base est raccordée à un cadre de retenue à usage intensif à double module et à charnière 09140060371 de HARTING. Ce cadre peut accueillir deux modules. Le module choisi est un module femelle à six positions, le 09140063101 de HARTING. Les prises à broches à sertir en argent associées sont les broches 09330006220 de HARTING pour un fil de 20 AWG.

Le côté câble du connecteur est basé sur le capot de connecteur en aluminium moulé 19400060411 de HARTING avec son cadre de retenue à usage intensif à double module 09140060361 associé de HARTING. Ce cadre accepte le module mâle 09140063001 de HARTING avec les broches à sertir en argent 20 AWG 09330006121 de HARTING. L'assemblage de capot est complété par un serre-câble 9-16 en laiton 19000005090 de HARTING. La base et le capot peuvent accueillir deux modules. Les positions inutilisées peuvent donc être occupées par des modules factices, tels que le module 09140009950 de HARTING.

Protection environnementale

Tous les composants Han HPR de HARTING fonctionnent sur une plage de températures de -40°C à +125°C, et ils sont étanches et répertoriés jusqu'à IP68 et IP69K.

Les indices de protection (IP), définis dans la norme CEI 60529, expriment le degré de protection que les composants des connecteurs offrent contre les effets extérieurs. Les effets extérieurs incluent les chocs mécaniques, les corps étrangers, l'humidité, la poussière et les liquides tels que l'eau, les carburants, les liquides de nettoyage, les liquides de refroidissement et les huiles.

Le premier chiffre de l'indice IP est la résistance aux solides. La valeur peut varier de 0 à 6. Le chiffre 6 représente le plus haut niveau de protection. Les connecteurs répertoriés 6 sont étanches à la poussière et offrent une protection totale contre les particules solides. Le deuxième chiffre de l'indice IP correspond à la résistance aux liquides. Cette valeur va de 0 à 9. Un indice de 8 signifie que le dispositif est étanche et protégé contre la pression de l'eau. La valeur 9K indique une protection contre les nettoyeurs haute pression à jet de vapeur et les liquides sous pression similaires. Par conséquent, un indice IP68 ou IP69K est excellent.

La série Han HPR de HARTING est destinée aux environnements extérieurs difficiles. Les capots et les logements en aluminium moulé présentent une finition à revêtement poudre époxy qui leur confère une excellente résistance à la corrosion, tout en assurant une bonne étanchéité à l'humidité. Les composants métalliques offrent d'excellentes caractéristiques de compatibilité électromagnétique.

Pour les installations multiples utilisant les mêmes connecteurs, cette série de connecteurs offre jusqu'à seize positions de détrompage pour garantir un raccordement correct des câbles. De plus, la série HPR compacte permet d'économiser de l'espace et de réduire le poids, car ces connecteurs sont jusqu'à 25 % plus légers que les connecteurs HPR standard correspondants.

Conclusion

Garantir l'intégrité, la flexibilité et l'extensibilité des connexions — tout en se conformant aux exigences de facteur de forme et aux rigueurs des environnements industriels — peut constituer un défi pour les concepteurs. Comme illustré, la connectorisation basée sur une approche hautement configurable, compacte et modulaire, avec un outil de sélection des éléments de connexion en ligne facile à utiliser, simplifie considérablement le processus.