Come risparmiare spazio dei connettori senza compromettere la flessibilità in ambienti industriali difficili

I dispositivi cablati in ambiente industriale sono difficili da sostituire o aggiornare perché rimuovere e reinstallare fili e cavi in modo affidabile non è facile. Allo stesso modo, l'aggiunta di nuovi sensori, di un processore o di altri componenti spesso richiede la sostituzione completa e il ricablaggio.

Inoltre, le dimensioni dei dispositivi industriali diventano sempre più piccole, limitando lo spazio disponibile per i connettori. Allo stesso tempo, un layout efficiente per la densità ottimale del pannello richiede connettori più piccoli che consentano di combinare più tipi di connessioni all'interno di un singolo connettore.

L'ambiente industriale pone sfide particolari all'integrità dei dispositivi: è importante evitare che liquidi e polvere possano infiltrarsi e danneggiare componenti delicati.

La connettorizzazione, ovvero la sostituzione dei dispositivi cablati con connettori modulari, risolve tutti questi problemi. Questi connettori, disponibili in forme compatte, consentono di combinare più tipi di cablaggio in un unico connettore. In forma modulare, questi connettori possono essere riconfigurati rapidamente per adattarsi a modifiche e aggiornamenti senza richiedere la sostituzione del dispositivo o del cavo. Inoltre, i connettori modulari resistenti alle condizioni ambientali proteggono da polvere e liquidi, nonché dall'impatto di getti d'acqua ad alta pressione utilizzati per la sterilizzazione.

Questo articolo esamina i principi base dei connettori modulari, mostrando come sceglierli, assemblarli e utilizzarli. Nella trattazione, saranno presentati connettori di esempio di HARTING che i progettisti possono utilizzare per lo sviluppo del loro prossimo sistema industriale.

Connettorizzazione con connettori modulari

Esistono due modi per collegare alimentazione, segnali e dati digitali a un dispositivo o a un'applicazione industriale.

Il cablaggio può essere effettuato in modo permanente oppure può essere installato mediante i connettori. La scelta dipende da alcuni fattori. Probabilmente il più importante è la frequenza con cui il dispositivo dovrà essere scollegato e ricollegato. Se il dispositivo cablato deve essere ricollegato, ogni filo deve essere attentamente rimosso e ricollegato, con conseguenti notevoli costi di manodopera. La possibilità di errori di cablaggio è elevata e possono essere necessarie ore di ricerca guasti per correre ai ripari.

L'uso di connettori può inizialmente costare di più, ma una volta presa questa decisione, il ricablaggio diventa un'operazione plug-and-play in cui è difficile commettere errori e questo riduce la necessità di manodopera specializzata. L'utilizzo di connettori al posto di cavi cablati, detto connettorizzazione, offre quindi molti vantaggi a lungo termine.

L'utilizzo di connettori modulari aumenta la flessibilità dell'installazione. Considerate un connettore modulare in grado di gestire alimentazione, sensori, segnali analogici e digitali e persino pneumatici (Figura 1). È disponibile un'ampia gamma di moduli. L'esempio mostra un bus dati seriale RJ45 e USB, tre moduli a più pin in vari diametri e un modulo con tre linee pneumatiche.

Figura 1: Un connettore modulare può gestire segnali, alimentazione, interfacce di comunicazione digitale e persino pneumatici, il tutto in un unico connettore. I moduli possono essere sostituiti in modo rapido e semplice secondo necessità. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Configurazione dei connettori modulari

Nella Figura 2 è riportata una semplice nomenclatura dei vari componenti di un connettore modulare.

Figura 2: Nomenclatura dei componenti dei connettori modulari di HARTING. I telai trattengono i moduli e si inseriscono nell'alloggiamento o nel cappellotto. I connettori si aprono facilmente e i moduli possono essere riorganizzati, aggiunti o eliminati in base alle modifiche necessarie. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

La parte fissa di un connettore di base è l'alloggiamento. L'estremità di accoppiamento della parte mobile è un cappellotto. I telai si inseriscono nell'alloggiamento o nel cappellotto e servono a bloccare i moduli in posizione. I connettori possono essere configurati con spazio aggiuntivo per espansioni future inserendo moduli fittizi. I due connettori di accoppiamento sono fissati tra loro mediante una vite o una leva di bloccaggio. I cappellotti possono avere un accesso ai cavi dall'alto, più accessi dall'alto, accesso laterale o più punti di accesso laterali. L'alloggiamento è accessibile dall'alto o dal basso.

Dato il gran numero di moduli, alloggiamenti, cappellotti e altri elementi di connessione offerti da HARTING, può essere complesso scegliere le opzioni giuste. HARTING semplifica questo processo con un configuratore online che facilita la scelta e la progettazione di un connettore modulare (Figura 3).

Figura 3: L'interfaccia utente del configuratore online HARTING Han semplifica la progettazione e la selezione dei componenti modulari dei connettori. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Il configuratore guida il progettista nella scelta degli elementi come filo, dati, ottica e pneumatica per il connettore. Ogni elemento presenta scelte che l'utente può abbinare al progetto previsto.

In questo esempio, vengono scelti gli elementi elettrici. L'utente inserisce il numero e i tipi di cavi, i requisiti di portata di corrente e risponde ad alcune domande di progettazione. Il configuratore mostra rapidamente alcune possibili configurazioni, elencando i componenti e fornendo anche un disegno isometrico dell'assieme (Figura 4).

Figura 4: Rendering del configuratore di una spina a sei pin e di una presa di base, insieme alla relativa base, al cappellotto e al serracavo associati. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Il progetto è completamente documentato con elenchi di componenti scaricabili, modelli 3D, schede tecniche e dichiarazioni di prodotto.

Nell'esempio illustrato, le domande comprendevano il tipo di base, la chiusura desiderata, il numero di conduttori, i livelli massimi di corrente e tensione previsti e l'ambiente. Le configurazioni risultanti includevano la base montabile a pannello 09400060311 di HARTING. La base è in alluminio pressofuso con chiusura a vite ed è classificata per ambienti difficili. Questa base è stata accoppiata con un telaio di fissaggio a doppio modulo, incernierato, per uso intensivo 09140060371 di HARTING. Questo telaio prevede spazio sufficiente per due moduli. Il modulo scelto è un modulo femmina a sei posizioni, il modello 09140063101 di HARTING. Le prese con pin a crimpare argentate associate sono 09330006220 di HARTING per fili da 20 AWG.

Il lato cavo del connettore si basa sul cappellotto in alluminio pressofuso 19400060411 di HARTING con il relativo telaio di fissaggio a doppio modulo per uso intensivo 09140060361 di HARTING. Questo telaio accetta il modulo maschio 09140063001 di HARTING con con pin a crimpare argentati da 20 AWG 09330006121 di HARTING. Il gruppo del cappellotto è completato da un morsetto in ottone 9-16 per cavi 19000005090 di HARTING. La base e il cappellotto ospitano due moduli, quindi le posizioni inutilizzate possono essere riempite con moduli fittizi, come il modello 09140009950 di HARTING.

Protezione ambientale:

Tutti i componenti Han HPR di HARTING funzionano in un intervallo di temperatura compreso tra -40 e +125 °C e sono sigillati per le condizioni ambientali con un grado di protezione fino a IP68 e IP69K.

I gradi di protezione dalle infiltrazioni (IP), definiti dalla norma IEC 60529, esprimono il livello di protezione dei componenti dei connettori dalle condizioni esterne. Le condizioni esterne includono urti meccanici, corpi estranei, umidità, polvere e liquidi come acqua, carburante, detersivi di pulizia, refrigeranti e oli.

Il primo numero del grado IP indica la resistenza ai solidi. La classificazione può variare da 0 a 6. Il numero 6 rappresenta il massimo livello di protezione. I connettori con una classificazione di 6 sono a tenuta di polvere e offrono una protezione totale contro il particolato solido. Il secondo numero del grado IP indica la resistenza ai liquidi. Questo numero va da 0 a 9. Una classificazione di 8 significa che il dispositivo è impermeabile e protetto dalla pressione dell'acqua. La classificazione 9K indica la protezione dal getto di vapore di idropulitrici e da liquidi simili sotto pressione. Pertanto, un grado di protezione IP68 o IP69K è eccellente.

La serie Han HPR di HARTING è destinata agli ambienti esterni più difficili. I cappellotti e gli alloggiamenti in alluminio pressofuso hanno una finitura verniciata a polvere epossidica che conferisce loro un'eccellente resistenza alla corrosione, oltre a risultare ottimamente sigillati contro le condizioni di umidità. I componenti metallici offrono eccellenti caratteristiche di compatibilità elettromagnetica.

Per le installazioni multiple che utilizzano gli stessi connettori, questa serie offre fino a sedici posizioni di polarizzazione codificate per assicurare il corretto accoppiamento dei cavi. Inoltre, la serie compatta HPR consente di risparmiare spazio e di ridurre il peso, essendo fino al 25% più leggera dei corrispondenti connettori standard HPR.

Conclusione

Garantire l'integrità, la flessibilità e l'espandibilità delle connessioni, nel rispetto dei requisiti di fattore di forma e dei rigori degli ambienti industriali, può essere una sfida per i progettisti. Come dimostrato, la connettorizzazione basata su un approccio altamente configurabile, compatto e modulare, con uno strumento di selezione online degli elementi di connessione facile da usare, semplifica notevolmente il processo.