Come abbinare i connettori di segnale e di alimentazione alle applicazioni industriali robotiche e ad alta densità

Le fabbriche intelligenti si stanno sempre più automatizzando grazie all'intelligenza e al controllo decentralizzati, utilizzando concetti di macchine robotiche modulari. Questa distribuzione fisica delle funzioni di controllo richiede una connettività tramite fili e cavi terminati con connettori affidabili e sicuri, in linea con le esigenze ambientali della fabbrica moderna. Tali connettori devono avere una bassa resistenza, un'adeguata superficie di contatto per gestire le correnti nominali e solidi meccanismi di bloccaggio per resistere a vibrazioni e urti. Inoltre, devono essere facili da assemblare e modificare, per aggiornamenti e cambiamenti veloci.

Questo articolo fornisce una breve panoramica delle esigenze di connettività dei robot industriali e dell'automazione di fabbrica. Presenta quindi una serie di connettori di TE Connectivity AMP e mostra come le loro caratteristiche possano supportare le esigenze di alimentazione, segnale, affidabilità e sicurezza di queste applicazioni.

Che cos'è la fabbrica intelligente?

La fabbrica intelligente è una struttura integrata che utilizza macchine, robot e sensori locali interconnessi digitalmente per il controllo, la raccolta dati in tempo reale, l'analisi e il processo decisionale (Figura 1). Queste fabbriche stanno diventando sempre più decentralizzate e modulari e possono essere riconfigurate facilmente per soddisfare le mutevoli esigenze di produzione. L'organizzazione modulare favorisce il controllo locale e le macchine più piccole per aumentare la flessibilità della produzione.

Figura 1: La fabbrica intelligente utilizza macchine, robot e sensori interconnessi in rete per garantire un funzionamento efficiente. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity AMP)

Queste strutture utilizzano postazioni di lavoro modulari dotate di robot indipendenti o collaborativi (cobot). I robot mobili, come i veicoli a guida automatica (AGV) o i robot mobili autonomi (AMR), spostano i prodotti tra varie postazioni di lavoro. Rispetto ai robot fissi, gli AMR e gli AGV hanno il vantaggio di essere mobili e di poter ruotare e spostarsi tra le postazioni di lavoro. Con AGV, AMR e cobot che lavorano insieme, una linea di produzione può avere azioni diverse svolte in celle separate. I robot possono passare da una postazione di lavoro all'altra o essere riassegnati secondo le necessità, migliorando così l'efficienza complessiva. Queste postazioni di lavoro sono spesso situate in ambienti difficili, quindi i progettisti devono tenere conto del fatto che i robot e le altre macchine automatizzate possono essere esposti a temperature elevate, umidità, polvere, sostanze chimiche corrosive, urti e vibrazioni.

I sensori monitorano tutte le operazioni e, a seconda del progetto, possono essere cablati o wireless. I sensori wireless sono comunemente collegati tramite l'Internet delle cose industriale (IIoT), così come lo sono i robot mobili.

La tendenza del settore dei sistemi elettronici è di ridurre le dimensioni di robot, macchine, sensori e controller. La riduzione di dimensioni e peso si traduce in una minore richiesta di energia e in una maggiore disponibilità di spazio per aumentare la produzione. Si traducono anche in schede a circuiti stampati più piccole, che richiedono componenti con un'elevata efficienza volumetrica.

Connettori di alimentazione e segnale flessibili e affidabili

I connettori–filo-filo, filo-scheda o filo-pannello–devono trasportare in modo affidabile i segnali di alimentazione e di controllo. I connettori più piccoli hanno una spaziatura più ravvicinata e un passo più denso dei conduttori.

La progettazione modulare, per definizione, è flessibile; pertanto, le soluzioni di connessione devono essere adattabili come il sistema automatizzato. Coerentemente con l'esigenza di flessibilità, i connettori devono essere progettati in modo da garantire il bloccaggio sicuro e pratico, che impedisca sia l'accoppiamento errato durante l'assemblaggio sia lo scollegamento accidentale dovuto a urti e vibrazioni.

I connettori serie Dynamic di TE Connectivity AMP sono progettati per soddisfare le esigenze dei circuiti industriali di segnale e di alimentazione che richiedono un'elevata densità. Questi connettori soddisfano tali requisiti attraverso diverse serie di connettori, che gestiscono correnti da 2,6 a 100 A e tensioni da 125 a 1000 V. A seconda delle correnti e delle tensioni nominali, questi connettori offrono interconnessioni ad alta densità con passi dei conduttori da 1,8 a 24,5 mm.

I connettori Dynamic più compatti sono quelli appartenenti alla serie Mini. Destinata ad applicazioni filo-scheda, questa serie ha un passo dei contatti di 1,8 mm ed è disponibile con piedinature di 12, 16 e 20 posizioni. Accetta fili di sezione compresa tra 22 e 26 AWG ed è in grado di gestire 250 V c.a. a 3 A.

Un esempio è il modello 1-2834461-2 (Figura 2, in alto), un alloggiamento per presa a 12 contatti con i contatti disposti su doppia fila con una distanza tra le file di 2,75 mm. Il connettore misura 19,3 mm di lunghezza, 15,7 mm di larghezza e 8,35 mm di altezza.

Figura 2: Elementi di una presa cavo-scheda Dynamic Mini a 12 pin (in alto) e basetta (in basso). (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity AMP)

L'alloggiamento della presa è popolato dai contatti femmina 2834464-5 di TE Connectivity AMP. Si tratta di terminali a crimpare in lega di rame stagnato che accettano fili da 26 AWG e sono in grado di gestire 3 A a una tensione di lavoro di 250 V_c.a. o 125 V_c.c.. Ogni contatto utilizza un dentino di bloccaggio per ancorarsi all'alloggiamento. Inoltre, l'alloggiamento è dotato di un secondo meccanismo di bloccaggio montato a filo per fornire un ulteriore livello di sicurezza a quello del terminale di contatto.

La presa si accoppia alla basetta a 12 pin a montaggio superficiale 1-2834465-2 (Figura 2, in basso). La basetta ha una lunghezza di 19,3 mm, una larghezza di 12,3 mm e un'altezza di soli 8,7 mm e comprende pin di contatto stagnati a sezione quadrata completamente rivestiti.

La coppia di connettori è polarizzata per evitare inserimenti errati ed è dotata di un fermo di chiusura che fornisce un riscontro acustico e tattile quando la presa e la basetta sono completamente innestati. Il fermo è incassato sotto la parte superiore del connettore per evitare che si sganci accidentalmente. I perni laterali forniscono il supporto meccanico alla basetta.

Le dimensioni ridotte e la maggiore affidabilità dei connettori serie Mini soddisfano i requisiti non solo degli ambienti industriali, ma anche di altre applicazioni robotiche e automotive che richiedono una maggiore resistenza alle vibrazioni.

Connettori per correnti superiori

Le dimensioni del connettore aumentano per soddisfare la necessità di gestire correnti più elevate. I connettori Dynamic D1000 Slim (Figura 3) soddisfano l'intervallo di corrente superiore. Ad esempio, il modello 1-2366600-4 è un connettore a due file e quattro posizioni con un passo dei contatti di 2,7 mm e una distanza tra le file di 2 mm. L'alloggiamento della spina si innesta nell'alloggiamento della presa 1-2366515-4 per un collegamento in linea filo-filo. Come i connettori serie Mini, il modello D1000 è dotato di un meccanismo di chiusura con riscontro acustico e tattile per garantire l'innesto positivo. Sono disponibili contatti a crimpare sia presa che linguetta, con fili di sezione da 22 a 30 AWG. Il connettore D1000 è classificato per una corrente massima di 8,3 A, a seconda della sezione del conduttore selezionato.

Figura 3: Assemblaggio di un connettore filo-filo D1000 Slim a quattro posizioni. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity AMP)

Gli alloggiamenti sono disponibili con polarizzazione orizzontale o verticale per garantire l'accoppiamento corretto. Il connettore accoppiato misura 21,5 mm di lunghezza, 7,2 mm di larghezza e 8,9 mm di altezza. Gli alloggiamenti sono chiaramente etichettati con l'identificazione della fila e del tipo di polarizzazione per ridurre al minimo gli errori di configurazione e di cablaggio (Figura 4).

Figura 4: Identificazione della fila e orientamento di polarizzazione degli alloggiamenti D1000 Slim. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity AMP)

Installazione sul campo

La serie Dynamic comprende un'ampia gamma di tipi di connettore, oltre alle versioni con contatto a crimpare. Sono disponibili anche connettori con gabbia o morsetto a molla, come la serie D-2970 (Figura 5). I connettori con morsetto a molla, a differenza dei connettori con contatto a crimpare, sono facili da installare o modificare in loco. I fili, dopo aver rimosso l'isolante, si inseriscono nella porta di ingresso del filo del corpo del connettore, dove un morsetto a molla li aggancia e li blocca in posizione. Un pulsante di rilascio consente di rimuovere il filo inserito. Non sono richiesti attrezzi per collegare o scollegare il connettore.

Figura 5: I connettori filo-scheda serie D-2970 possono essere cablati senza attrezzi, semplicemente inserendo un filo spellato nella porta di ingresso del filo. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity AMP)

Esempi della serie D-2970 includono il modello 2336491-4, una basetta a quattro contatti e fila singola che si accoppia con il connettore a quattro posizioni 2336488-4 per l'assemblaggio filo-scheda. La coppia di connettori ha un passo dei contatti di 5 mm e può ospitare fili da 14 a 24 AWG, in grado di gestire un massimo di 14 A in base alla sezione del conduttore selezionato ed è classificata per tensioni fino a 300 V.

La basetta misura 22 mm di larghezza, 34 mm di profondità e 18,7 mm di altezza, mentre la presa misura 24,9 mm di larghezza, 14,8 mm di profondità e 9,8 mm di altezza.

Conclusione

I connettori industriali di alimentazione e segnale per la robotica e l'automazione industriale devono essere selezionati con attenzione per garantire affidabilità, sicurezza, flessibilità e integrità del segnale. I connettori serie Dynamic di TE Connectivity AMP offrono ai progettisti un'ampia scelta di piedinature, enfatizzando caratteristiche quali l'alta densità, l'alloggiamento polarizzato, le marcature chiare, la capacità di bloccaggio, la resistenza agli urti e alle vibrazioni e le dimensioni compatte.