Semplificate la distribuzione delle apparecchiature industriali con i connettori modulari configurabili

Quando si pensa a come realizzare le connessioni di segnale e di potenza nelle applicazioni industriali, di solito le molte opzioni di connessione disponibili devono essere realizzate in posizioni anguste. I progettisti devono specificare i vari cablaggi alla luce di fattori critici come il tempo di preparazione delle interconnessioni, la praticità e lo spazio disponibile. In queste situazioni, molti progetti di apparecchiature industriali ricorrono al cablaggio fisico da punto a punto in cui il tecnico collega manualmente i fili uno alla volta.

La realtà, tuttavia, è che questo cablaggio manuale in loco è molto dispendioso in termini di tempo e soggetto a errori e quindi anche costoso. In particolare, è costoso in termini di tempo perso, impegno ed errori se la disconnessione/riconnessione è necessaria per qualsiasi motivo, ad esempio la riparazione, l'espansione o la riorganizzazione.

La soluzione a questo problema di efficienza, costo, spazio e affidabilità è l'utilizzo di connettori modulari in quanto sono flessibili, versatili e facilmente gestibili. Possono anche essere forniti con una grande varietà di alloggiamenti per connettori e telai di montaggio che sono accoppiati con inserti abbinabili e selezionabili dal progettista, concepiti per gestire una gamma diversificata di segnali elettrici - compresi potenza, segnale e dati - utilizzando fili nudi, connettori D-Sub, cablaggio coassiale e persino fibra ottica e componenti pneumatici ad aria compressa.

Questo articolo utilizzerà un esempio pratico per evidenziare alcuni dei problemi dell'approccio manuale. Introdurrà quindi un approccio più flessibile ed efficiente basato sui connettori serie Han-Modular di HARTING mostrando anche come questi risolvono molti problemi di cablaggio. Verrà descritto uno strumento di configurazione che aiuta i progettisti a creare rapidamente il connettore ottimale basato sul sistema Han-Modular.

Cablaggio da punto a punto: rapido, facile, spesso disordinato

Sembra più facile implementare interconnessioni di base con un cablaggio da punto a punto, ma in molti casi i progettisti si pentono di questa decisione. Si consideri l'esempio dell'aggiornamento del cablaggio di un semplice termostato per una sola zona che richiedeva un relè intermedio tra l'unità intelligente e il controller del sistema di riscaldamento a favore di un termostato intelligente. Il cablaggio di quella zona appare disordinato ma è veloce da installare e ha sempre funzionato. Inoltre, poiché è di 24 V c.a., non pone problemi di sicurezza nel caso rimanga esposto.

Tuttavia, il proprietario ha deciso di aggiornare le altre due zone di riscaldamento con i termostati intelligenti. Anche il cablaggio da punto a punto aggiunto è stato fatto "a sommi capi" e il risultato è un groviglio di cavi che però ha sempre funzionato in modo sorprendente (Figura 1). Anche se funzionale, non è un buon approccio a lungo termine, in quanto questo schema sarebbe molto difficile da dipanare qualora si verificasse un problema e qualsiasi ulteriore aggiornamento sarebbe un incubo.

Figura 1: Il cablaggio disordinato da punto a punto può essere il risultato della complessità del progetto o anche della stratificazione incrementale delle funzionalità aggiunte a un sistema di base, come mostrato da questo cablaggio dei relè per l'aggiornamento a un termostato intelligente a tre zone. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Questa situazione era inaccettabile per ragioni pratiche, estetiche e documentali, per cui si è deciso di ripulire e ricablare l'intera disposizione mediante cablaggio con capicorda a forcella e morsettiere a vite (Figura 2). Ciò ha richiesto meno tempo e meno pianificazione rispetto all'utilizzo di tre connettori dedicati (uno per zona) ed è stato considerato un compromesso accettabile in questo caso, nonostante gli oltre 50 collegamenti discreti. Questa installazione ha dimostrato gli evidenti vantaggi delle connessioni da punto a punto cablate: richiedono una pianificazione relativamente limitata (spesso è sufficiente uno schema o un diagramma di interconnessione), un impegno minimo e può essere realizzata senza perdere tempo.

Figura 2: Il cablaggio di aggiornamento del termostato è stato migliorato grazie al ricablaggio con un ampio uso di capicorda a forcella e morsettiere a vite, ma richiedeva comunque estrema attenzione quando si ricablavano più di 50 connessioni per evitare errori e occupare uno spazio minore rispetto all'uso di connettori multicontatto. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Il mondo industriale è più complesso

In un contesto industriale, anche questo miglioramento del cablaggio avrebbe conseguenze negative a lungo termine. L'installazione di tutti questi singoli fili richiede controlli multipli sul posizionamento di ogni filo rispetto al disegno, oltre a doverne verificare l'integrità fisica. Anche l'etichettatura di ogni filo è fondamentale e di solito si devono seguire gli standard di etichettatura ANSI e ISO. Se l'apparecchiatura deve essere scollegata per la riparazione o il trasferimento, il complicato processo di connessione deve essere ripetuto a ritroso per la riconnessione successiva.

Ovviamente, i cavi precablati discreti e i connettori di accoppiamento offrono un'alternativa inizialmente interessante. Questi possono essere costruiti e testati in anticipo in un ambiente controllato, eliminando i cablaggi, ma portano anche nuovi problemi. Molte installazioni impiegano vari tipi di segnale di bassa e alta tensione con svariati valori nominali di corrente, segnali dei sensori, numerosi tipi di collegamenti dati, oltre a Ethernet, fibra ottica e persino aria a bassa pressione (componenti pneumatici). Il risultato è un insieme variegato di cavi e connettori, che occupa molto spazio sul pannello, può richiedere la polarizzazione se ci sono più cavi con lo stesso tipo di connettore e che richiede comunque parecchio tempo per la connessione/disconnessione.

Esiste una soluzione che sembra risolvere il dilemma dei cavi multipli/connettori, almeno all'inizio. I connettori standard sono disponibili con contatti di potenza e di segnale multipli in un alloggiamento comune. Questi sono in realtà solo una soluzione parziale per due motivi. In primo luogo, sono disponibili solo in set prestabiliti e fissi di numeri e tipi di contatti, ad esempio due posizioni per la potenza e sei per il segnale. In secondo luogo, sono disponibili solo per segnali di base di basso/alto livello e livelli di potenza, e alcuni segnali dati, ma non per Gigabit Ethernet (GbE), fibra ottica in vetro o plastica o anche per connessioni pneumatiche (aria) a bassa pressione.

Modularità totale: una soluzione migliore

Per aggirare questi vincoli di contatto, i progettisti possono utilizzare la serie di connettori Han-Modular di HARTING. Questi rappresentano lo stato dell'arte in termini di flessibilità e versatilità, grazie al numero e al tipo di contatti. Il progettista seleziona pressoché qualsiasi combinazione di connettori e contatti e poi sceglie un telaio su cui tenerli insieme con un alloggiamento adatto (Figura 3 e Figura 4).

Figura 3: La modularità definita dall'utente porta alla creazione di un connettore personalizzato con componenti standard. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Figura 4: Il risultato del processo mostrato in Figura 3 è un gruppo di connettori compatto, completamente personalizzato e in telaio chiuso, con lati di accoppiamento abbinati. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

I moduli Han supportano connettori e contatti (maschio e femmina) per correnti da pochi milliampere a 200 A, tensioni fino a 5.000 V, linee pneumatiche, linee dati, segnale di bus schermato e persino cavi in fibra ottica in plastica o vetro. Si tratta di una gamma di selezione elettrica e meccanica che non si trova in altri gruppi di connettori/contatti multifunzione.

L'utilizzo di questi connettori rende il cavo e il cablaggio un compito che può essere progettato, assemblato e testato come un cablaggio completo fuori sede anziché sul luogo di installazione, quindi semplice e veloce da collegare e scollegare (Figura 5).

Figura 5: I cavi terminati con connettori sono assemblati e testati fuori sede, quindi installati rapidamente sul posto e scollegati secondo necessità. Si noti che i diversi tipi di cablaggio si uniscono all'interno di ciascuno dei due connettori rettangolari, particolarmente visibili nel connettore a sinistra. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Vi è un altro vantaggio dato dall'alto grado di modularità e flessibilità di questa serie. Nel mondo reale della progettazione di prodotti, i requisiti cambiano e si evolvono via via che il progetto evolve. Con la serie Han-Modular, non c'è bisogno di ricominciare da capo nella ricerca di uno o più connettori che possano soddisfare i requisiti aggiunti; tutto ciò che deve fare il progettista è aggiungere un altro modulo interno al connettore di base.

Gli esempi evidenziano la gamma e la versatilità

Invece di descrivere i numerosi connettori e contatti disponibili nella serie Han-Modular, un breve sguardo ad alcuni di essi fornisce una buona idea delle opzioni.

In primo luogo, prendiamo il telaio che contiene i moduli di connessione. Un esempio è il telaio incernierato per impiego gravoso 09140240313 per sei moduli (Figura 6). I singoli moduli di collegamento vengono inseriti, fissati e bloccati in questo telaio.

Figura 6: Uno dei tanti telai disponibili per il fissaggio degli inserti dei connettori, il telaio incernierato 09140240313 per impiego gravoso, ha spazio per sei moduli di questo tipo. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Un sistema industriale all'avanguardia può anche dover supportare collegamenti GbE, quindi si può aggiungere il modulo gigabit 09140083012 con contatti maschio (Figura 7). Il connettore schermato è ha un funzionamento a 10 Gbit/s e supporta anche IEEE 802.3bt Power Delivery (anche detto PoE++).

Figura 7: Il connettore schermato GbE serie 09140083012 ha un funzionamento a 10 Gbit/s e supporta anche IEEE 802.3bt Power Delivery (PoE++). (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Allo stesso tempo, il connettore potrebbe dover supportare un'alimentazione in c.a. o c.c., per cui l'alloggiamento femmina a sei contatti 09332062648 per inserti a pressione può essere una buona scelta (Figura 8). Può gestire inserti a pressione da 500 V a 16 A utilizzando un filo pieno o a trefoli di sezione da 0,14 mm² a 2,5 mm² (26 ~ 14 AWG).

Figura 8: Le installazioni industriali richiedono solitamente elevate correnti in c.a. e c.c., che possono essere collegate tramite questo alloggiamento femmina a sei contatti 09332062648 per inserti a pressione, capace di gestire un'ampia gamma di dimensioni di fili pieni e a trefoli. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Per le installazioni in cui è necessario un connettore modulare RJ45 Cat 6A a 8 posizioni standard del settore, è disponibile il connettore 09454001520 (Figura 9).

Figura 9: Il sistema Han-Modular è dotato anche del connettore RJ45, che utilizza il connettore 09454001520. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Una delle caratteristiche distintive del sistema Han-Modular è la sua capacità di fornire connessioni ad aria a bassa pressione (pneumatiche) in aggiunta alla sua vasta gamma di opzioni di connessione elettrica. Ad esempio, 09140033501 è un modulo pneumatico compatibile con numerosi telai e configurabile per linee a bassa pressione di vari diametri, come stabilito dalla selezione di inserti idonei (Figura 10). Tra questi vi sono l'inserto metallico maschio 09140006304 (Figura 11) e l'inserto metallico femmina 09140006404 (Figura 12), entrambi per tubi di diametro interno di 4 mm.

Figura 10: I moduli Han vanno oltre il collegamento dei segnali, dei dati e della potenza di soli segnali elettrici e accettano il controllo pneumatico utilizzando moduli come 09140033501 per le connessioni dell'aria a bassa pressione e degli inserti adatti. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Figura 11: L'inserto metallico maschio 09140006304 è progettato per tubi pneumatici con un diametro interno di 4 mm. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Figura 12: L'inserto metallico 09140006404 è il connettore femmina per l'aria a bassa pressione, anch'esso per tubi con un diametro interno di 4 mm. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Anche in questo caso, si tratta solo di un piccolissimo campione dei molti inserti e connettori disponibili nella serie Han-Modular.

Lo strumento di configurazione è la chiave per la facilità d'uso

Mentre la serie Han-Modular è utile quando si collega una serie diversificata di tipi di fili, funzioni e dimensioni, le scelte possono intimorire e sembrare impossibili da configurare in modo ottimale. HARTING si occupa di questo fornendo gratuitamente lo strumento Han Configurator.

Questo strumento online semplifica notevolmente il processo di costruzione di un connettore Han-Modular personalizzato per applicazioni specifiche. Il progettista inserisce semplicemente i dettagli dei requisiti di connessione e lo strumento genera gli inserti modulari più adatti all'applicazione, fornendo anche i dettagli tecnici, disegni 3D e file di dati per molte diverse opzioni di connettori. Lo strumento riconosce anche il fatto che alcuni progettisti hanno già familiarità con il sistema Han e permette loro di configurare direttamente un'intera interfaccia senza seguire tutti i passi della configurazione guidata.

L'utilizzo dello strumento di configurazione inizia con l'identificazione del primo tipo di segnale da terminare (Figura 13).

Figura 13: Lo strumento di configurazione mostra un elenco dei molti tipi di connessione di base supportati dal sistema Han-Modular: i progettisti iniziano scegliendo uno dei diversi tipi da inserire nel connettore assemblato. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Lo strumento genera una serie di caselle a discesa con i dati specifici rilevanti, qui mostrati per i segnali elettrici: numero di contatti, corrente nominale, tensione nominale, calibro del filo e tecnica di terminazione. A seconda del tipo di segnale vengono mostrati diversi insiemi di dati (Figura 14).

Figura 14: Successivamente, lo strumento di configurazione invita il progettista a specificare i parametri di primo livello per quel tipo di segnale; qui viene mostrata la scelta per "Elettrico". (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Successivamente, i menu a discesa permettono al progettista di specificare ulteriori requisiti come il materiale dell'alloggiamento (Figura 15), la situazione di montaggio (Figura 16) e il tipo di bloccaggio (Figura 17), ancora una volta in riferimento ai connettori disponibili (qui per "Elettrico").

Figura 15: La parte inferiore della schermata iniziale chiede al progettista di specificare la preferenza per il materiale dell'alloggiamento. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Figura 16: La parte inferiore della schermata iniziale offre anche una selezione per la situazione di montaggio del connettore selezionato. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Figura 17: Un'altra scelta da fare è il meccanismo di bloccaggio del connettore richiesto. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Lo strumento genera quindi una prima soluzione possibile insieme ad altre soluzioni suggerite, con la configurazione visualizzata come modello 3D insieme all'elenco dei prodotti (Figura 18).

Figura 18: Una volta inseriti tutti i tipi di connessione necessari, i parametri e le preferenze, lo strumento genera il connettore assemblato completo e fornisce un'immagine 3D dettagliata, l'elenco dei componenti e tutte le altre informazioni necessarie. (Immagine per gentile concessione di HARTING)

Il progettista può selezionare la configurazione preferita o può modificare le soluzioni suggerite e sostituire i singoli componenti.

Il configuratore Han migliora e velocizza tutti gli aspetti del processo di progettazione, poiché l'ingegnere può raggiungere molteplici obiettivi:

• Esaminare il progetto dei connettori con una vista 3D interattiva
• Assicurarsi che la soluzione sia fattibile
• Collaborare facilmente con altri membri del team
• Salvare e condividere il file del connettore personalizzato
• Scaricare i file CAD STP standard e le schede tecniche
• Creare automaticamente la distinta base dettagliata

Conclusione

La scelta del giusto set di connettori per terminare un cavo in un ambiente industriale può essere frustrante. Il sistema Han-Modular di HARTING semplifica la creazione di una soluzione ottimale grazie all'elevato grado di flessibilità, modularità e configurabilità, il tutto supportato da un potente ed intuitivo strumento di configurazione. Di conseguenza, l'approccio con cablaggio da punto a punto può essere sostituito da una soluzione ottimizzata e personalizzata che offre comodità e facilità di connessione in uno spazio minimo.