Konfigurera industriella givare och ställdon snabbare, säkert och tillförlitligt med lådor för givare och ställdon

Konstruktörer av utrustning för modern industriautomation kan uppskatta hur snabbt denna kan expandera så att den sträcker sig över hundratals kvadratmeter i en anläggning. Att förlägga separata kablar mellan styrdatorn och alla närhetsgivare och mekaniska armar i tillverkningsområdet kan göra anläggningsgolvet rörigt och fördröja den tid det tar att konfigurera utrustningen. Dessutom kan byte eller omkonfigurering av befintliga givare och ställdon kräva ytterligare en kabel mellan tillverkningsplatsen och styrdatorn, vilket fördröjer underhållet. Problemet blir ännu större när fler system ansluts till sakernas internet (IoT) för att spåra dem på en fjärrstyrd instrumentpanel via molnet.

För att förenkla dessa anslutningsproblem kan konstruktörer av industriella system använda lådor för givare och ställdon (även kallade kopplingslådor och fördelningslådor). Med hjälp av dessa enheter kan många givare och ställdon anslutas genom att förlägga en huvudkabel från styrdatorn till en låda som avslutas med många anslutningar på tillverkningsplatsen, vilket förenklar kabelförläggningen på golvet.

Artikeln diskuterar kortfattat de problem som är förknippade med anslutningar för industriell automation. Därefter presenteras tre verkliga exempel på lådor för givare och ställdon - en vardera från Molex, Alpha Wire och Phoenix Contact som visar hur de kan förenkla kabelförläggningen i en industriell miljö samtidigt som de underlättar underhåll och konfiguration.

Anslutning av styrdatorer till givare och ställdon

Många styrdatorer i industriella automationsmiljöer är bekvämt placerade nära den utrustning som de styr. Kablar från datorn till givarna och ställdonen kan vara relativt korta, ofta en eller två meter. I vissa industrianläggningar kan styrdatorerna dock vara placerade flera meter bort, vilket innebär att fler kablar måste dras mellan de två platserna. Detta är vanligt för robotar i monteringsfabriker, anläggningar med transportband och även stora industriella fordon såsom lastbilar och flygplan. I vissa situationer kan tillverkningsområdet vara farligt och platsen är exponerad för skadliga kemikalier eller extrema temperaturer. För denna typ av maskiner placeras styrdatorn ofta på ett säkert och skyddat avstånd för att maximera tillförlitligheten.

Konventionell kabelförläggning i sådana situationer skulle innebära att flera kablar skickas från styrdatorn till respektive givare och ställdon. Detta är inte alltid en enkel operation. Korrekt kabelterminering måste användas i respektive ände av kabeln till givaren och ställdonet. I många farliga miljöer kan det ta längre tid än förväntat att garantera att kabeln är säkert och korrekt förlagd. Den tid det tar att konfigurera och ansluta kablarna för respektive givare och ställdon fördröjer installationen och ökar kostnaderna. Om anläggningen måste stängas av för att byta ut eller konfigurera mer än en givare eller ett ställdon ökar stilleståndstiden, vilket ytterligare ökar kostnaderna, ibland dramatiskt beroende på anläggning.

Lådor för givare och ställdon

En säker och kostnadseffektiv lösning är använda lådor för givare och ställdon i en anläggning med industriell automation. Lådorna samlar ihop alla kablar från styrdatorn till givare och ställdon till en enda huvudkabel, som går till tillverkningsområdet. Kabeln termineras i närheten av tillverkningsområdet i en enda robust anslutningslåda som innehåller uttag för kontakter, vanligtvis åtta eller fler M12-kontakter. Lådor för givare och ställdon kallas ibland fördelningsdosor, distributionslådor och även I/O eller I/O-lådor. Anslutningslådan med de monterade M12-uttagen är en förseglad, föransluten enhet med IP67-klassificering eller bättre.

Huvudkabeln för alla givare och ställdon behöver bara förläggas och placeras vid ett tillfälle. Det är en fördel när kabeln ska förläggas i trånga utrymmen, eftersom teknikerna inte behöver spendera ytterligare tid på att åla sig in i trånga utrymmen.

I stället för att ansluta utrustningen via en lång kabel mellan styrdatorn och tillverkningsområdet för varje givare och ställdon kan en tekniker ansluta den ena änden av en kort kabel till den närliggande anslutningslådan för givare och ställdon och den andra änden till utrustningen. Det kan utföras på bara några sekunder, vilket minimerar den tid som installatören tillbringar i tillverkningsområdet. Det förenklar underhållet och förbättrar säkerheten samtidigt som det sparar tid och minskar antalet fel.

Välja och använda anslutningslådor för givare och ställdon

Det finns många olika typer av anslutningslådor för givare och ställdon, men några av de faktorer som bör beaktas är synlighet, tålighet, typ av material, vikt, mått, antal uttag, strömhanteringskapacitet, monteringsalternativ och IP-klassificering för inträngning av damm, fukt och gas, för att bara nämna några exempel.

I särskilt tuffa miljöer, t.ex. i industritruckar och lagerlokaler där utrustningen kan utsättas för kraftiga stötar, har Molex familjen Brad Safety MPIS-fördelningslådor (Multiport Interconnection System). Dessa slitstarka lådor är tillverkade av polybutylentereftalat (PBT) som är både lätt och starkt, och tål kraftiga stötar från tung utrustning eller till och med stötar från ett fordon i rörelse.

Molex MPIS-distributionslåda 1202480510 med 8 portar har stöd för upp till 4 A per port, med maximalt 12 A för alla åtta portar tillsammans (figur 1). För att göra sammankopplingen enklare har varje port ett fördjupat område för en etikett av ABS-plast (akrylnitrilbutadienstyren) med snäppfäste. Etiketterna är tåligare och går inte sönder jämfört med pappersetiketter.

Figur 1: Molex 1202480510 MPIS är en låda för givare och ställdon med åtta M12-uttag. För att underlätta sammankopplingen har varje port en etikett av tålig ABS-plast med snäppfäste. (Bildkälla: Molex)

Molex 1202480510 är ljusorange för att göra den lättare att se och är klassificerad enligt IP67, vilket gör den lämplig för användning i smutsiga, dammiga och fuktiga miljöer samt i temperaturer från -25 °C till +85 °C. Huvudkabeln är 5 meter och har stöd för en anpassad kabelterminering som vanligtvis består av en M23-kontakt, men kan vara en valfri kontakt som behövs i tillämpningen. Varje infälld M12-kontakt har åtta stift i en konfiguration enligt industristandard. Respektive port har en gul lysdiod som visar att porten är strömsatt. Detta hjälper dig att snabbt kontrollera om en port är aktiv, vilket är användbart vid konfiguration och diagnostisering av anslutningsproblem.

Lådan för givare och ställdon från Molex har två slitsade monteringshål för M4-skruvar. Detta gör att lådan kan monteras på utrustningen eller på en vägg. Lådan bör monteras där de åtta M12-kontakterna är lätta att nå, och vara tillräckligt fastsatt så att kraften från en inkoppling av en M12-kontakt i uttaget inte flyttar den.

Tillämpningar för lätta lådor för givare och ställdon

För tillämpningar där vikten är ett bekymmer, som i exempelvis flygplan eller vissa industrifordon, finns familjen Alpha Connect från Alpha Wire, som är passiva fördelningslådor, inklusive fördelningslådan för givare och ställdon, Alpha Connect 901-10M NC032 (figur 2). Denna låda från Alpha Connect är tillverkad av en lätt zinklegering som är lämplig för flygplan, små lastbilar och batteridrivna fordon, som t.ex. gaffeltruckar och små grävmaskiner, där varje gram räknas. Den har 10 m kabel, vilket är lämpligt för flygplan och fordon där det kortaste avståndet mellan två punkter ofta inte är en rak linje utan en snirklig passage. Lådan är passiv och har inga lysdioder för indikering av portar. Den neutrala beigea färgen gör att den smälter in diskret i många miljöer.

Enheten innehåller två dammskydd för att hålla två oanvända uttag rena från föroreningar. Lådan för givare och ställdon med kopplade kontakter är klassificerad enligt IP67. Icke anslutna uttag är klassificerade enligt IP65 och måste därför ha monterade dammskydd för att garantera skydd enligt IP67.

Figur 2: Lådan 901-10M NC032 för givare och ställdon från Alpha Wire är tillverkad av en lätt zinklegering. De åtta M12-anslutningarna sticker ut ovanför kapslingen så att det går snabbt och enkelt att koppla ihop kontakterna. Två medföljande dammskydd i den högra förgrunden håller oanvända uttag rena. (Bildkälla: Alpha Wire)

Respektive M12-kontakt har fem stift. För att underlätta den första installationen är de standardiserade färgkoderna och funktionerna för respektive stift i M12-kabeln tryckta på sidan av lådan för givare och ställdon. De åtta M12-kontakterna är inte infällda utan sticker ut ovanför kapslingen av zinklegering. Detta möjliggör en snabb och enkel anslutning, vilket är viktigt i en livlig industriell miljö.

Lådan 901-10M NC032 för givare och ställdon från Alpha Wire är märkt för -40 °C till +80 °C, vilket gör den lämplig för mycket kalla industriella miljöer, som både flygplan och vissa fordon stöter på.

Kompakt låda för givare och ställdon

För tillämpningar i små, begränsade utrymmen har Phoenix Contact konstruerat lådan 1692404 med 4 portar för givare och ställdon (figur 3). Lådan har ingen huvudkabel och kräver en separat färdigmonterad M23-kabel för anslutning till styrdatorn, vilket gör att lådan lätt kan flyttas. Det gör det också möjligt att enkelt underhålla och byta ut kabeln om den skadas.

Figur 3: Lådan 1692404 för givare och ställdon från Phoenix Contacts har M12-portar med fyra stift. Den kräver en extern M23-kabel för anslutning till styrdatorn. (Bildkälla: Phoenix Contact)

1692404 är tillverkad av polyamid, som har hög beständighet mot bensin, motoroljor och lösningsmedel som normalt finns i närheten av motorer. Polyamid har även en extremt hög draghållfasthet och klarar av påfrestningar och böjningar bättre än de flesta andra material. Enheten är klassificerad enligt IP67 och har en driftstemperatur på -20 °C till +75 °C, vilket gör den lämplig för tuff behandling i lagerlokaler, kontorsbyggnader och områden som vanligtvis används av personal som arbetar nära kemikalier.

Var och en av de fyra M12-kontakterna kan hantera upp till 4 A, med en total maximal nominell strömförbrukning för enheten på 12 A. Var och en av de fyra M12-portarna har en gul lysdiod som indikerar när porten är korrekt ansluten och fungerar. M23-porten har en grön lysdiod som visar att huvudkabeln är korrekt ansluten och att lådan är strömsatt. Detta är användbart för diagnostik vid installation och konfiguration. Samtliga givare och ställdon som är anslutna till de fyra M12-uttagen kan enkelt kopplas bort genom att dra ur den enda M23-kontakten. Detta ökar säkerheten och minskar stilleståndstiden vid underhåll och omkonfigurering.

Slutsats

Lådor för givare och ställdon kan spara tid vid underhåll och installation, samtidigt som de garanterar en tillförlitlig anslutning mellan styrdatorer och givare/ställdon. Många givare och ställdon kan enkelt anslutas lokalt i tillverkningsområdet istället för att förlägga alla kablar individuellt till styrdatorn. Ett korrekt val av material garanterar att lådan fungerar tillförlitligt i den industriella målmiljön.