Connettori M12 contro le alternative nelle applicazioni industriali

I connettori M12 sono un'opzione di capicorda circolare onnipresente utilizzata ampiamente nei robot industriali, nei robot mobili e persino nelle progettazioni di tipo consumer per collegare i sensori, l'azionamento e altri componenti (bus di campo e non) ai controlli e ad altri sistemi nei macchinari automatizzati. Le esatte geometrie e la disposizione dei conduttori dei connettori M12 (spesso alle estremità del cavo rivestito in PUR o PVC) sono definite dalle norme IEC 61076-2-101 della Commissione Elettrotecnica Internazionale. Il nome M12 deriva dal fatto che la filettatura metrica della maggior parte dei dadi di accoppiamento dei connettori e dei ricettacoli di accoppiamento (descritti più dettagliatamente in breve) sono essenzialmente elementi di fissaggio di 12 mm di diametro con filettatura M12.

Decine di opzioni specializzate consentono ai progettisti di specificare i corsetti che sono particolarmente adatti alla progettazione della macchina o del prodotto. Le opzioni includono quelle con:

• Corpi ad angolo retto e corpi dritti
• Geometria di fissaggio lato filo maschio e (molto più comune) lato filo femmina
• Interni schermati e non schermati
• Set di cavi completamente integrato e versioni modulari
• Versioni leggere e corazzate
• Diversi modelli e costruzioni didadi di raccordo

I connettori schermati M12 QUICKON (IDC) sono un tipo di connettore M12 che permette agli installatori di cablare sul campo le connessioni delle loro macchine. (Fonte video: Phoenix Contact)

Revisione dello standard M12

I connettori M12 sono stati rilasciati per la prima volta nel 1982 come connettore a tre poli non standardizzato da 7 ⁄8 in. per una manciata di applicazioni. La caratteristica unica del connettore era (e nella maggior parte dei casi lo è ancora) il suo dado di accoppiamento - un alloggiamento sull'estremità del cavo bloccato assialmente sull'estremità del cavo ma lasciato girare liberamente - e quindi in grado di avvitare la geometria di fissaggio maschio o femmina corrispondente sul lato della presa. In primo luogo il connettore è stato standardizzato dalla IEC 61076-2-101 per l'uso con sensori e attuatori. Poi negli anni successivi lo standard si è ampliato per definire diversi codici M12 (dettagliando la geometria dei pin e le variazioni di funzione) e due formati più piccoli per l'uso con gli attuatori e con i PLC, gli interruttori e gli I/O. Questi includono connettori M8 (definiti da IEC 61076-2-104 e con un diametro di fissaggio di 8 mm) e connettori M5 (definiti da IEC 61076-2-105 e con un diametro di fissaggio di 5 mm).

Figura 1: La standardizzazione della geometria dei connettori M12 e M8 conferisce molti vantaggi - inclusa la disponibilità di strumenti per velocizzare l'installazione. Un esempio: I driver a cricchetto a vite possono ospitare un convenzionale 1/4 di pollice. adattatore attraverso il quale l'installatore può serrare rapidamente i connettori - compresi i connettori a spina rotondi M12 e M8, nonché le spine e le prese M12F, M8F e M23 personalizzabili. (Fonte dell'immagine: Weidmüller)

L'ultima iterazione della IEC 61076-2-010 (2020) contiene una delle più grandi aggiunte allo standard da tempo - l'aggiunta del supporto e delle definizioni ufficiali delle connessioni push-pull. Le aziende di cavi coinvolte nello sviluppo dello standard includono Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact e HARTING. I principali punti di forza delle connessioni M12 push-pull sono:

• Come riducono drasticamente il tempo di montaggio (eliminando la necessità di avvitare i dadi e verificando la coppia applicata)
• Come fanno le connessioni che sono più compatte dei tradizionali connettori M12.

Figura 2: Connettori M12 PushPull a scatto per unire le prese verticali e le prese ad incasso. L'edizione 2020 dello standard IEC 61076-2-010 definisce uno standard M12 push-pull destinato ad ampliare l'applicazione di successo dei connettori M12 push-pull, già presenti sul mercato in formati proprietari. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Infatti, la norma IEC 61076-2-010 2020 definisce le geometrie sia dei sottocomponenti di bloccaggio interno sulla metà del connettore femmina push-pull che dei sottocomponenti di bloccaggio esterno sulla metà del connettore maschio push-pull. Ciò garantisce la compatibilità incrociata tra i prodotti via cavo.

Un'altra opzione di connettore

Da non confondere con l'opzione M12 push-pull è un altro connettore rotondo che viene utilizzato nelle comunicazioni e nelle periferiche HMI industriali - il connettore miniatura-DIN. Qui, DIN sta per Deutsches Institut für Normung - l'organizzazione di normazione che definisce la struttura e i collegamenti all'interno di questi terminali per cavi. Si basano su un accoppiamento di interferenza (attrito) tra un manicotto all'estremità del cavo per rimanere inserito nella presa al momento del montaggio. Questi connettori mini-DIN da 9,5 mm (3/8 in.) sono dotati di array di pin con tre, quattro, cinque, cinque, sei, sette, otto o nove connettori elettrici disposti in modo da evitare connessioni errate accidentali con cavi mini-DIN visivamente simili. In molti casi, i fornitori aggiungeranno una codifica a colori proprietaria all'estremità del cavo e alla presa lato macchina per aiutare l'assemblatore ad allineare le due metà di connessione e rendere l'installazione un po' più semplice.

Sia i connettori mini-DIN che M12 hanno applicazioni distinte per le quali eccellono. Tuttavia, ci sono più connettori mini-DIN non standard sul mercato - che possono consentire una maggiore libertà di progettazione oltre che confusione. Inoltre, l'adattamento alle interferenze del manicotto di sicurezza mini-DIN consente un collegamento e uno scollegamento rapido. Al contrario, il fissaggio a vite dei connettori M12 richiede un po' più di tempo per l'unione, ma è intrinsecamente più sicuro.

Conteggio dei pin M12 e varianti codificate

Figura 3: I connettori M12 sono disponibili in vari conteggi di pin e assegnazioni di pin codificati. In alcuni set, un dado di accoppiamento (intrappolato assialmente all'estremità del cavo) si avvita sulla presa lato componente maschio. Originariamente, i connettori M12 avevano tre o quattro pin; ora sono disponibili con cinque, sei, otto o 12 pin. (Fonte: EE World)

Oltre al conteggio dei pin, i connettori M12 sono standardizzati anche nelle versioni a codice. Questo definisce l'array di pin, i canali e le tacche per prevenire l'accoppiamento improprio e il design dello schermo elettromagnetico.

I connettori M12 codificati A abbondano e sono ancora utilizzati per collegare in rete sensori e altri piccoli dispositivi che funzionano a corrente continua. I connettori M12 con codice B sono comuni nelle installazioni PROFIBUS. I connettori a doppia cava (M12 Power) codificati a C eccellono nei progetti che richiedono l'alimentazione in corrente alternata di piccoli componenti di automazione. I connettori M12 codificati con D supportano Ethernet 100 Mb/sec e connettività PROFINET.

Le versioni più recenti del codice M12 includono connettori codificati K e L che supportano rispettivamente l'alimentazione di corrente alternata e continua. Opzioni simili sono i connettori codificati a S (in grado di fornire fino a 690 V per il funzionamento di motori in corrente alternata) e i connettori M12 codificati a T per l'alimentazione in corrente continua. Tuttavia, i connettori M12 codificati X hanno visto l'aumento più drammatico nell'uso per supportare Ethernet industriale 10 Gb/sec e l'alimentazione di attuatori come i motori passo-passo che sfruttano la connettività Power over Ethernet 802.3at (PoE+). Quest'ultimo fornisce una potenza sufficiente per far funzionare vari attuatori a piena potenza.

Conclusione

Sono finiti i giorni in cui il cablaggio e il collegamento in rete fisico delle macchine automatizzate si basava sulla torsione a mano, sull'isolamento e sul collaudo dei fili nudi attraverso condotti che richiedevano centinaia di ore agli elettricisti per l'installazione. I connettori M12 di oggi (insieme ad altre innovazioni nel cablaggio e ad una serie di cavi precablati specializzati) possono spesso eliminare la necessità di tecnici specializzati per eseguire un'installazione anche se consentono un'installazione rapida, sicura e senza difetti, facile da sostituire se necessario. Infatti, i connettori M12 fanno parte di una tendenza più ampia nell'automazione di macchine e fabbriche verso soluzioni semplici, modulari e non proprietarie.