M12-kontaktdon kontra alternativ i industriella tillämpningar

M12-kontaktdon är ett allmänt förekommande runt kabeldonsalternativ som används i stor utsträckning inom industri, mobila robotar och till och med konsumentprodukter för att ansluta sensorer, styrdon och andra komponenter (fältbussbaserade och andra) till reglage och andra system i automatiserade maskiner. De exakta geometrierna och ledararrangemangen för M12-kontaktdon (ofta i ändarna av PUR-mantlad eller PVC-mantlad kabel) definieras av International Electrotechnical Commissions IEC 61076-2-101-standarder. M12-namnet härstammar från att den metriska gängan på de flesta av kontaktdonens kopplingsmuttrar och -uttag (beskrivs närmare nedan) i princip är fästelement med 12 mm diameter med M12-gänga.

Dussintals specialalternativ låter designingenjörer specificera korsetter som är särskilt lämpade för maskinen eller produktdesignen. Bland alternativen finns:

• Rätvinkliga och raka kroppar
• Han- och (långt vanligare) hon-fästdonsgeometri på ledartrådsidan
• Skärmat eller oskärmat innanmäte
• Fullt integrerad sladduppsättning samt modulära versioner
• Lätta och pansarversioner
• Olika design och konstruktioner av kopplingsmuttrar

Skärmade M12 QUICKON (IDC)-kontakter är en typ av M12-kontaktdon som gör det möjligt för installatörer att koppla ihop maskinens anslutningar i fält. (Videokälla:Phoenix Contact )

Granskning av M12-standarden

M12-kontaktdon släpptes första gången 1982 som ett ej standardiserat 7⁄8 tums trepoligt kontaktdon för en handfull tillämpningar. Kontaktens unika egenskap var (och är i de flesta fall fortfarande) dess kopplingsmutter - ett hölje på kabeländen som axiellt låses mot kabeländen men tillåts snurra fritt - och därför kan skruvas fast på den matchande han- eller honfästdonsgeometrin på uttagssidan. Först standardiserades kontakten enligt IEC 61076-2-101 för användning med sensorer och styrdon. Under de efterföljande åren utvidgades standarden till att definiera flera M12-koder (med detaljerad stiftgeometri och funktionsvariationer) samt två mindre format för användning med styrdon samt PLC:er, switchar och I/O. Dessa inkluderar M8-kontaktdon (definierade av IEC 61076-2-104 och med en fästdonsdiameter på 8 mm) samt M5-kontakter (definierade av IEC 61076-2-105 och med en fästdonsdiameter på 5 mm).

Figur 1: Standardisering av M12- och M8-kontaktdonsgeometri ger många fördelar - inklusive tillgången på verktyg för att snabba installationen. Typexempel: Screwtys skruvmejslar med spärrfunktion rymmer en konventionell 1/4-tums adapter genom vilken installatören snabbt kan dra åt kontakterna - inklusive runda M12- och M8-kontakter samt anpassningsbara M12F-, M8F- och M23-stickdon och -uttag. (Bildkälla: Weidmüller )

Den senaste varianten av IEC 61076-2-010 (2020) innehåller ett av de största bidragen till standarden på tämligen lång tid - tillägget av support och officiella definitioner av push-pull-kopplingar. Kabelföretag som medverkar till standardens utveckling är bl.a. Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact och HARTING. De viktigaste styrkorna för push-pull M12-kopplingar är:

• Att de dramatiskt minskar monteringstiden (genom att eliminera behovet av att skruva ner muttrarna och bekräfta anbringat åtdragningsmoment)
• Att de gör kopplingar som är mer kompakta än traditionella M12-kontakter.

Figur 2: M12 PushPull-kontaktdonen klickas på plats och kan anslutas till såväl utanpåliggande som infällda kontakter. 2020 års upplaga av IEC 61076-2-010 definierar en push-pull-M12-standard, vilken är avsedd att utöka den framgångsrika användningen av push-pull-M12-kontaktdon som redan finns på marknaden i egna format. (Bildkälla: HARTING)

Faktum är att IEC 61076-2-010 2020 definierar geometrin för både de inre låskomponenterna på den hon-halvan av push-pull-donet och de yttre låskomponenterna på han-halvan på push-pull-donet. Det säkerställer tvärkompatibilitet mellan kabelprodukter.

Ett annat anslutningsalternativ

Ej att förväxla med M12 push-pull-alternativet är en annan rund kontakt som används i kommunikations- och industriell HMI-kringutrustning - det miniatyriserade DIN-kontaktdonet. Här står DIN förDeutsches Institut für Normung - den reglerande standardorganisationen som definierar strukturen och anslutningarna inuti dessa kabeldon. De bygger på en greppassning (friktion) mellan ett hölje på kabeländen och uttaget för att förbli anslutet till uttaget efter monteringen. Dessa mini-DIN-kontaktdon på 9,5 mm (3/8 tum) levereras med stiftuppsättningar med 3, 4, 5, 6, 7, 8 eller 9 elektriska kontaktpunkter som är arrangerade så att de förhindrar oavsiktliga felaktiga anslutningar med visuellt liknande mini-DIN-kablar. I många fall lägger leverantörerna till en egen färgkodning till kabeländen och maskinsidans uttag för att hjälpa installatören att rikta in de två kopplingshalvorna och göra installationen något enklare.

Både mini-DIN- och M12-kontaktdon har sina olika tillämpningar där de är utmärkta val. Det finns dock fler ostandardiserade mini-DIN-kontaktdon på marknaden - vilket dels kan ge större konstruktionsfrihet men också öka förvirringen. Dessutom möjliggör greppassningen i mini-DIN-fästhylsan snabb in- och frånkoppling. Som kontrast till detta tar skruvanordningen på M12-kontaktdonen lite mer tid att ansluta men är i sig säkrare.

M12-stiftantal och kodade variationer

Figur 3: M12-kontaktdon finns med olika stiftantal och kodade stifttilldelningar. I vissa varianter skruvas en kopplingsmutter (som löper axiellt på kabeländen) ned på hanuttaget på komponentsidan. Ursprungligen hade M12-kontaktdon 3 eller 4 stift; nu finns de med 5, 6, 7, 8 eller 12 stift. (Bildkälla:EE World )

Förutom stiftantalen är M12-kontaktdon också standardiserade på kodversioner. Detta definierar stiftuppsättningen, kanaler och spår för att förhindra felaktig hopkoppling, samt konstruktionen på den elektromagnetiska skärmningen.

A-kodade M12-kontaktdon finns i överflöd och används fortfarande för nätverkssensorer och andra små produkter som drivs med likström. B-kodade M12-kontaktdon är vanliga i PROFIBUS-installationer. C-kodade M12 Power-kontaktdon med dubbla spårformationer utmärker sig i konstruktioner som kräver matning av växelström till små automationskomponenter. D-kodade M12-kontaktdon stöder 100 Mb/s Ethernet samt PROFINET-konnektivitet.

Nyare M12-kodversioner inkluderar K-kodade och L-kodade kontaktdon som stödjer matning av både växel- och likström. Liknande alternativ är S-kodade kontaktdon (kan mata upp till 690 V för att köra växelströmsmotorer) och T-kodade M12-don för likström. Dock har X-kodade M12-kontaktdon sett en dramatisk ökning i tillämpningar med stöd för 10 Gb/s industriellt Ethernet samt strömförsörjningar till ställdon som stegmotorer som nyttjar anslutning via Power over Ethernet 802.3at (PoE+). Den senare ger tillräcklig effekt för att driva olika ställdon med full effekt.

Slutsats

Borta är de dagar då kabeldragning och fysisk nätverksinstallation av automatiserade maskiner byggde på att vrida, isolera och testa nakna ledningar för hand genom kabelrännor som det tog elektriker hundratals timmar att installera. Dagens M12-kontaktdon (tillsammans med andra innovationer inom kabeldragning samt ett växande utbud av specialiserade kabelsatser) kan ofta eliminera behovet av specialutbildade för installationen, samtidigt som de möjliggör snabb, säker och felfri installation som är enkel att byta ut vid behov. Faktum är att M12-kontaktdon är en del av en större trend inom maskin- och fabriksautomation mot enkla, modulära och generiska lösningar.