Configurare sensori e attuatori industriali in modo più rapido, sicuro e affidabile con le scatole

I progettisti delle moderne attrezzature di automazione industriale (AI) sanno che queste possono coprire velocemente anche centinaia di metri quadrati all'interno di una struttura. La stesura di cavi separati tra il computer di controllo e qualsiasi sensore di prossimità e braccio meccanico nell'area di processo può ingombrare l'impianto e rallentare la configurazione dell'apparecchiatura. Inoltre, la sostituzione o la riconfigurazione di un sensore o di un attuatore esistente può richiedere il passaggio di un altro cavo tra il punto del processo e il computer di controllo, rallentando la manutenzione. Il problema si infittisce con la spinta a collegare più sistemi all'Internet delle cose (IoT) per controllarli da un quadro di comando remoto tramite il cloud.

Per semplificare questi problemi di connettività, i progettisti di sistemi industriali possono utilizzare scatole per attuatori e sensori (chiamate anche scatole di derivazione e cassette di distribuzione). Utilizzando questi dispositivi, molti sensori e attuatori possono essere collegati su una linea master dal computer di controllo a una scatola che termina in molti connettori nella posizione del processo, semplificando il cablaggio dell'impianto.

Questo articolo discuterà brevemente i problemi associati alla connettività per l'automazione industriale. Introdurrà quindi tre esempi reali di scatole per attuatori e sensori - una ciascuna di Molex, Alpha Wire e Phoenix Contacte mostrerà come usarle per semplificare il cablaggio in un ambiente industriale, facilitando la manutenzione e la configurazione.

Collegare i computer di controllo ai sensori e agli attuatori

Molti computer di controllo negli ambienti di automazione industriale per motivi pratici sono situati vicino alle apparecchiature che controllano. I cavi dal computer ai sensori e agli attuatori possono essere relativamente corti, spesso solo di uno o due metri. Tuttavia, in alcuni impianti industriali, i computer di controllo possono essere situati a molti metri di distanza, richiedendo cavi più lunghi. Questa situazione è tipica negli impianti di assemblaggio robotici, nei nastri trasportatori e anche nei grandi veicoli industriali come gli autocarri e gli aerei. In alcune situazioni, l'area di processo può essere pericolosa, esposta a sostanze chimiche dannose o a temperature estreme. Per questo tipo di macchinari, il computer di controllo è spesso posto a una distanza sicura e protetta per massimizzare l'affidabilità.

Il cablaggio tradizionale in queste situazioni comporterebbe la stesura di più cavi dal computer di controllo a ogni sensore e attuatore. Questo non è sempre semplice. Si devono utilizzare opportuni connettori di terminazione del cavo su ogni estremità del cavo del sensore o dell'attuatore. In molti ambienti pericolosi può richiedere più tempo del previsto per garantire che il cavo sia instradato in modo sicuro e corretto. Infine, il tempo necessario per configurare e collegare il cablaggio per ogni sensore e attuatore rallenta la messa in opera e aumenta i costi. Se l'impianto deve essere fermato per sostituire o configurare più di un sensore o attuatore, si aggiungono tempi di fermo che aumentano ancor più i costi, in alcuni impianti anche vertiginosamente.

Scatole per attuatori e sensori

Una soluzione sicura e conveniente per un impianto AI è l'uso delle scatole per attuatori e sensori. Queste scatole raggruppano tutti i cavi di sensori e attuatori dal computer di controllo in un unico cavo master, spesso chiamato cavo master, instradato verso l'area di processo. Il cavo termina vicino all'area di processo in una singola scatola di connettori rinforzata che contiene le prese, di solito per otto o più connettori M12. Le scatole per attuatori e sensori a volte sono anche dette scatole di derivazione, cassette di distribuzione e anche scatole IO o I/O. Questa scatola con le prese M12 montate è un'unità sigillata e precablata con grado di protezione IP67 o superiore.

Il cavo master per tutti i sensori e gli attuatori deve essere instradato e posizionato solo una volta. Questo è un vantaggio quando si instrada il cavo in aree ristrette, dato che i tecnici non devono faticare a raggiungere spazi angusti.

Con una scatola, invece di collegare le apparecchiature facendo passare un lungo cavo tra il computer di controllo e l'area di processo per ogni sensore e attuatore, il tecnico collega un'estremità di un cavo accorciato alla scatola più vicina e l'altra estremità alle apparecchiature. Questa procedura può essere una questione di pochi secondi, minimizzando il tempo sprecato nell'installatore nell'area del processo. Inoltre, semplifica la manutenzione e migliora la sicurezza, risparmiando tempo e riducendo gli errori.

Scelta e uso delle scatole per attuatori e sensori

Le scatole per attuatori e sensori sono disponibili in vari stili, ma alcuni fattori da considerare includono la visibilità, la robustezza, il tipo di materiale, il peso, il fattore di forma, il numero di prese, la capacità di gestire la corrente, le opzioni di montaggio e i gradi di protezione IP contro l'ingresso di polvere, umidità e gas.

Ad esempio, in ambienti particolarmente difficili, come gli autocarri industriali e i magazzini dove le apparecchiature possono essere soggette a impatti violenti, Molex propone la famiglia di cassette di distribuzione per sistema di interconnessione multiporta (MPIS) Brad Safety. Queste pesanti scatole sono in polibutilentereftalato (PBT), un materiale leggero ma robusto in grado di gestire forti impatti da attrezzature pesanti o anche da un veicolo in movimento.

Nella linea di Molex, la cassetta di distribuzione MPIS a 8 porte 1202480510 supporta fino a 4 A per porta, con un massimo di 12 A per le otto porte combinate (Figura 1). Per aiutare durante l'interconnessione, ogni porta ha un'area incassata per un'etichetta in plastica di acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS). Queste etichette sono più robuste e non si strappano rispetto alle etichette di carta.

Figura 1: 1202480510 di Molex è una scatola per attuatori e sensori MPIS con otto prese M12. Per la facilità di interconnessione, ogni porta supporta un'etichetta in robusta plastica ABS. (Immagine per gentile concessione di Molex)

La scatola 1202480510 di Molex è di colore arancione brillante per facilitare la visibilità e ha un grado di protezione IP67, che la rende adatta all'uso in ambienti sporchi, polverosi e umidi e a temperature comprese tra -25 °C e +85 °C tipici. Il cavo master è lungo 5 metri e supporta una terminazione personalizzata che di solito è un connettore M23 ma può essere qualsiasi connettore necessario per l'applicazione. Ogni presa M12 incassata ha otto pin in una configurazione standard del settore. Ogni porta ha un LED ambra per indicare quando è alimentata. Ciò aiuta a verificare rapidamente se una porta è attiva, utile durante la configurazione e quando si diagnosticano problemi di connessione.

La scatola per attuatori e sensori di Molex ha due fori per le viti di montaggio M4 che ne permettono il montaggio sull'apparecchiatura o a parete. La scatola dovrebbe essere montata in un punto in cui le otto prese M12 siano facilmente accessibili e abbastanza sicuro in modo che non si sposti quando si spingono a forza i connettori M12 nelle prese.

Scatole leggere per attuatori e sensori

Per le applicazioni in cui il peso è un problema, come gli aerei o alcuni veicoli industriali, Alpha Wire offre la famiglia di cassette di distribuzione passive Alpha Connect, tra cui la scatola a 8 porte 901-10M NC032 Alpha Connect (Figura 2). Questa scatola Alpha Connect in lega di zinco leggera è adatta agli aerei, ai piccoli autocarri e ai veicoli alimentati a batteria come i carrelli elevatori e le piccole macchine di movimento terra dove ogni grammo conta. Ha un cavo master di 10 m, appropriato per aerei e veicoli dove la distanza più breve tra due punti spesso non è una linea retta ma tortuosa. La scatola è passiva e non ha LED indicatori della porta. Il colore beige neutro è poco appariscente in molti ambienti.

L'unità include due coperchi antipolvere per mantenere pulite dai contaminanti le due prese inutilizzate. La scatola per attuatori e sensori con i connettori accoppiati ha un grado di protezione IP67. Le prese non accoppiate hanno un grado di protezione IP65 e quindi dovrebbero avere coperchi antipolvere installati per assicurare la protezione IP67.

Figura 2: La scatola per attuatori e sensori 901-10M NC032 di Alpha Wire è in lega di zinco leggera. Le otto prese M12 sporgono sopra l'alloggiamento in modo che l'accoppiamento dei connettori sia facile e veloce. I due coperchi antipolvere inclusi in primo piano a destra mantengono pulite le prese inutilizzate. (Immagine per gentile concessione di Alpha Wire)

Ogni presa M12 ha cinque pin. Per facilitare l'installazione durante la configurazione iniziale, la codifica a colori del cavo M12 standard e le funzioni di ogni pin sono stampate sul lato della scatola. Le otto prese M12 non sono incassate, ma sporgono sopra l'alloggiamento in lega di zinco per permettere una connessione veloce e facile, importante in un ambiente industriale dinamico.

La scatola per attuatori e sensori 901-10M NC032 di Alpha Wire è adatta a temperature da -40 a +80 °C, il che la rende appropriata per ambienti industriali molto freddi, come gli aerei e altri veicoli.

Scatola compatte per attuatori e sensori

Per le applicazioni piccole e con vincoli di spazio, Phoenix Contact ha progettato la scatola per attuatori e sensori a 4 porte 1692404 (Figura 3). Questa scatola non ha un cavo master e richiede un cavo assemblato M23 separato per connettersi al computer di controllo, che ne permette il facile trasferimento. Facilita anche la manutenzione e la sostituzione del cavo qualora venga danneggiato.

Figura 3: La scatola per attuatori e sensori 1692404 di Phoenix Contact ha quattro porte M12 a 4 pin. Richiede un cavo assemblatoM23 esterno per la connessione al computer di controllo. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

La scatola 1692404 è in poliammide, un materiale con alta resistenza alla benzina, agli oli per motori e ai solventi tipici degli ambienti con motori. La poliammide ha anche una resistenza alla trazione estremamente elevata e può gestire le sollecitazioni non da impatto e la flessione meglio della maggior parte degli altri materiali. L'unità ha un grado di protezione IP67 e una temperatura di funzionamento da -20 a +75 °C che la rende ideale per gli ambienti di magazzino, uffici e aree comunemente occupate da personale che lavora vicino a sostanze chimiche.

Ognuno dei quattro connettori M12 può gestire fino a 4 A, con una corrente nominale massima totale per l'unità di 12 A. Ognuna delle quattro porte M12 ha un LED giallo che indica quando la porta è correttamente accoppiata e funzionante. La porta M23 ha un LED verde per indicare che il cavo master è accoppiato correttamente e alimenta la scatola. Questo è utile per la diagnostica durante l'installazione e la configurazione. Tutti i sensori e gli attuatori collegati alle quattro prese M12 possono essere facilmente scollegati staccando il singolo connettore M23. Ciò aumenta la sicurezza e riduce i tempi morti durante la manutenzione e la riconfigurazione.

Conclusione

Le scatole per attuatori e sensori possono far risparmiare tempo durante la manutenzione e la configurazione, garantendo al contempo una connettività affidabile tra i computer di controllo e i sensori/attuatori. Molti sensori e attuatori possono essere facilmente collegati localmente nell'area di processo invece di instradare tutti i cavi singolarmente al computer di controllo. La corretta selezione dei materiali assicura che la scatola funzioni in modo affidabile nell'ambiente industriale finale.