Förenkla installationen av industriutrustning med konfigurerbara modulära kontakter

När man funderar på hur man bäst gör signal- och strömanslutningar för industriella tillämpningar, finns det i allmänhet många ström-, jord- och signalanslutningar som måste göras i trånga miljöer. Konstruktörer måste specificera kablar av olika typer, medan förberedelsetid, bekvämlighet och utrymme också är kritiska faktorer. I dessa situationer använder många industriutrustningar en enkel ”hårdkoppling” från punkt till punkt, där en tekniker manuellt ansluter kablarna en i taget.

Verkligheten är dock att denna manuella kabeldragning på plats i praktiken är mycket tidskrävande, felbehäftad och därigenom kostsam. Det är särskilt dyrt i förlorad tid, återställningsarbete och fel om en frånkoppling/återanslutning behövs av någon anledning, såsom för reparationer, expansion eller omdragning.

Lösningen på problemet med effektivitet, kostnad, utrymme och tillförlitlighet är att använda modulära kontakter eftersom de är flexibla, mångsidiga och enkla att använda. De kan också levereras med ett stort urval av kontakthöljen och monteringsramar som är ihopkopplade med valbara mix-and-match-insatser som är utformade för att hantera en lång rad specifika elektriska signaler - inklusive kraftmatning, signal och data - med nakna ledningar, D-Sub-kontakter, koaxialkablar och t.o.m. optisk fiber och tryckluft.

Denna artikel använder ett praktiskt exempel för att belysa några av problemen med en manuell strategi. Sedan presenteras en mer flexibel och effektiv strategi baserad på Han-Modular-serien av kontakter frånHARTING, och visar också hur dessa löser många kabeldragningsproblem. Sedan går artikeln igenom det medföljande konfigureringsverktyget för att hjälpa konstruktörer att snabbt bygga det optimala kontaktdonet med Han-Modular-systemet.

Punkt-till-punkt-ledningar: snabbt, enkelt, ofta rörigt

Det verkar vara enklare att implementera grundläggande hopkopplingar med punkt-till-punkt-ledningar, men i många fall ångrar man ett sådant beslut. Tänk på exemplet med en uppgradering av ledningarna till en enkel "dum" termostat för en zon, vilken krävde ett mellanliggande relä mellan den smarta enheten och värmesystemets styrenhet, till en smart termostat. Ledningarna i denna första zon låg lite hursomhelst och det såg rörigt ut, men de var snabba att installera och det fungerade. Eftersom det hela var 24 VAC fanns det inga problem med blottlagda ledningar och säkerhet.

Men året därpå bestämde husägaren att uppgradera de två andra värmezonerna till smarta termostater. Den nya punkt-till-punkt-dragningen gjordes också av bara farten och resultatet blev ett råttbo som otroligt nog fungerade (figur 1). Även om det är funktionellt är detta inte ett bra långsiktigt tillvägagångssätt, eftersom detta system skulle bli mycket svårt att felsöka senare om ett problem uppstår och eventuella ytterligare uppgraderingar skulle bli en mardröm.

Figur 1: Röriga punkt-till-punkt-ledningar kan vara resultatet av projektkomplexitet eller till och med en inkrementell skiktning av tillagd funktionalitet till ett bassystem, vilket visas av denna ledningsdragning för reläerna för uppgradering av en smart termostat för 3 zoner. (Bildkälla: Bill Schweber)

Denna situation var oacceptabel praktiskt, estetiskt och dokumentationshänseende, så beslutet togs att städa upp och koppla om hela arrangemanget med hårdkoppling med gaffelstiftkontakter och skruvplintar (figur 2). Detta tog mindre tid och planering än att använda tre dedikerade kontakter (en per zon) och betraktades som en acceptabel kompromiss i detta fall, trots över 50 diskreta anslutningar. Installationen visade de uppenbara fördelarna med fast kopplade punkt-till-punkt-anslutningar: de kräver relativt lite planering (ett diagram eller ett kopplingsschema räcker ofta), minimalt med ansträngningar och kan startas omedelbart.

Figur 2: De uppgraderade kopplingarna för termostaten har förbättrats genom att gå över till att använda gaffelstiftkontakter och skruvplintar, men de krävde fortfarande extrem försiktighet när du kopplar om 50 anslutningar för att undvika misstag, samtidigt som det tar upp betydande utrymme jämfört med att använda multikontaktdon. (Bildkälla: Bill Schweber)

Industrivärlden är mer komplex

I en industriell miljö skulle även den förbättrade ledningen få skadliga långsiktiga konsekvenser. Att installera alla dessa enskilda ledningar kräver flera kontroller av varje lednings placering jämfört med ritningen, samt kontroll av den fysiska integriteten. Att märka varje ledning är också avgörande, och det finns vanligtvis ANSI- och ISO-märkningsstandarder att följa. Om utrustningen måste kopplas bort för reparation eller omplacering måste den komplicerade anslutningsprocessen göras om och när den ska anslutas igen måste processen upprepas.

Uppenbarligen erbjuder diskreta, förinstallerade kablar och hopkopplingsdon ett attraktivt alternativ initialt. Dessa kan byggas och testas i förväg i en kontrollerad miljö samtidigt som hårdkoppling elimineras, men de kan också medföra nya problem. Många installationer använder en blandning av signaltyper som låga och höga spänningar med kraftigt varierande strömmar, sensorsignaler, många typer av datalänkar, liksom Ethernet, optisk fiber och till och med lågtryckspneumatik. Resultatet är en brokig samling kablar och kontaktdon, som tar upp stort panelutrymme, som kan kräva specialformer på donen till skydd om det finns flera kablar av samma kontakttyp, och som ändå tar tid att koppla till och från.

Det finns en lösning som tycks lösa problemet med flera kablar/kontaktdon, åtminstone i förstone. Standardkontakter finns med flera ström- och signalkontakter i ett gemensamt hölje. Dessa är egentligen bara en partiell lösning av två skäl. För det första är de endast tillgängliga i förutbestämda, fasta uppsättningar kontaktnummer och -typer, såsom 2 st positioner för strömmatning och 6 st för signaler. För det andra är de endast tillgängliga för grundläggande låg/hög nivå på signal- och matningsnivåer, och vissa datasignaler, men inte för gigabit Ethernet (GbE), glas- eller plastoptisk fiber eller ens pneumatiska lågtrycksanslutningar.

Full modularitet: en bättre lösning

För att komma runt dessa kontaktbegränsningar kan konstruktörer använda kontakterna i HARTING:s serie Han-Modular. Dessa representerar den senaste tekniken när det gäller mix-and-match-flexibilitet, till följd av antal och typer av kontakter. Konstruktören väljer nästan vilken kombination som helst av kontaktdon och kontakter och väljer sedan en anslutningsram för att hålla ihop dem med ett lämpligt hölje (figur 3 och figur 4).

Figur 3: Användardefinierad modularitet resulterar i skapandet av en specialanpassad kontakt med standardkomponenter. (Bildkälla: HARTING)

Figur 4: Resultatet från processen som visas i figur 3 är en kompakt, helt anpassad, inkapslad kontaktdonsmodul med matchande hopkopplingssidor. (Bildkälla: HARTING)

Han-modulerna stöder kontaktdon och kontakter (han och hon) för strömmar från några milliampere till 200 ampere (A), spänningar upp till 5 000 volt, pneumatiska slangar, dataledningar, skärmade bussignaler och till och med plast- eller glasoptiska fiberkablar. Det är ett elektriskt och mekaniskt sortimentsurval som inte finns i andra multifunktionskontakter/kontaktmoduler.

Genom att använda dessa kontaktdon blir kabeln och ledningarna till en fördesignad arbetsuppgift som kan konstrueras, monteras och testas som ett komplett kabelknippe utanför anläggningen snarare än på installationsplatsen och sedan enkelt och snabbt kopplas i och ur (figur 5).

Figur 5: Kontaktdonsterminerade kablar kan monteras och testas utanför anläggningen och sedan snabbt installeras på plats och kopplas bort vid behov; notera de olika typerna av ledningar som kombineras i de båda rektangulära kontaktdonen, vilket syns särskilt tydligt i donet till vänster. (Bildkälla: HARTING)

Det finns ytterligare en fördel med den höga graden av modularitet och flexibilitet i denna serie. I den verkliga produktkonstruktionsvärlden förändras kraven och utvecklas när projektet fortsätter. Med Han-Modular-serien behöver du inte börja om igen för att söka efter en kontakt eller kontakter som kan tillgodose eventuella tillkommande krav; allt en konstruktör behöver göra är att lägga till en till intern modul i grundkontaktdonet.

Några exempel belyser utbudet och mångsidigheten

I stället för att nämna de många kontaktdon och kontakter som finns i Han-Modular-serien, ger en kort titt på bara några stycken en god känsla för möjligheterna.

Först har vi ramen som innehåller kontaktdonsmodulerna. Ett exempel är den kraftiga gångjärnsramen 09140240313 för 6 st moduler (figur 6). De enskilda anslutningsmodulerna sätts in, fixeras och låses i denna ram.

Figur 6: En av de många tillgängliga ramarna för att hålla i kontaktinsatserna, den kraftiga gångjärnsramen 09140240313, har plats för 6 st sådana moduler. (Bildkälla: HARTING)

Ett toppmodernt industrisystem kan till och med behöva stödja GbE-länkar, så gigabit-modulen 09140083012 med han-kontakter kan läggas till (figur 7). Det skärmade kontaktdonet är klassat till 10 Gbit/s och stöder också strömförsörjning via IEEE 802.3bt (även kallat PoE ++).

Figur 7: Denna avskärmade 09140083012-GbE-kontakt i serien är klassad till 10 Gbit/s och stöder också strömförsörjning via IEEE 802.3bt (PoE ++). (Bildkälla: HARTING)

Samtidigt kan kontaktdonet behöva mata avsevärda strömstyrko - AC eller DC - så hondonet 09332062648 med 6 st kontakter för pressinsatser kan vara ett bra val (figur 8). Den kan hantera pressinsatser med en effekt på 500 volt vid 16 A med massiv ledning eller kardeltråd i storlekar från 0,14 - 2,5 mm² (AWG 26 till AWG 14).

Figur 8: Industriella installationer kräver vanligtvis höga växel- eller likströmmar, vilket kan anslutas via hondonet 09332062648 med 6 st kontakter för pressinsatser; detta don klarar ett brett storleksomfång av massiva ledningar och kardeltråd. (Bildkälla: HARTING)

För installationer där en RJ45 Cat 6A 8-polig modulplugg av industristandard behövs, finns kontaktdonet 09454001520 (figur 9).

Figur 9: Han-Modular-systemet tillhandahåller också det allmänt använda RJ45-kontaktdonet med 09454001520-kontakten. (Bildkälla: HARTING)

En av de utmärkande egenskaperna hos Han-Modular-systemet är dess förmåga att enkelt erbjuda pneumatiska lågtrycksanslutningar utöver det breda utbudet av elektriska anslutningsmöjligheter. Exempelvis är 09140033501 en pneumatisk modul som är kompatibel med de många ramarna och som kan konfigureras för lågtrycksledningar med olika diametrar, vilket konfigureras genom att välja lämpliga insatser (figur 10). Bland dessa är hanmetallinsatsen 09140006304 (figur 11) och den tillhörande honmetallinsatsen 09140006404 (figur 12), båda för rör med 4 mm innerdiameter (ID).

Figur 10: Han-modulerna gör mer än att koppla ihop bara elsignaler, data och effekt - de klarar även pneumatiska flöden med moduler som exempelvis 09140033501 för lågtrycksluftanslutningar och lämpliga insatser. (Bildkälla: HARTING)

Figur 11: haninsatsen 09140006304 av metall är konstruerad för pneumatiska slangar med en innerdiameter på 4 mm. (Bildkälla: HARTING)

Bild 12: HARTING:s metallinsats 09140006404 är honkontaktdonet för lågtrycksluft, också för slangar med 4 mm ID. (Bildkälla: HARTING)

Återigen är detta bara ett mycket litet urval av de många tillgängliga insatserna och kontaktdonen i Han-Modular-serien.

Konfiguratorverktyget är nyckeln till enkel användning

Även om Han-Modular-serien är otroligt användbar när man ansluter en mängd olika ledningstyper, funktioner och storlekar, kan alla alternativ kännas överväldigande och till synes omöjliga att konfigurera optimalt. HARTING har löst detta genom gratisverktyget Han Configurator.

Detta onlineverktyg förenklar processen för att bygga en anpassad Han-Modular-kontakt för specifika tillämpningar. Konstruktören anger helt enkelt detaljerna i anslutningskraven och verktyget visar de bäst anpassade modulinsatserna för tillämpningen, samtidigt som det ger tekniska detaljer, 3D-ritningar och datafiler för många olika anslutningsalternativ. Verktyget förstår också att det finns konstruktörer som redan känner till Han-systemet och låter dem konfigurera ett helt gränssnitt direkt utan att gå igenom assistenten steg för steg.

Att använda konfiguratorverktyget börjar med att identifiera den första signaltypen som ska avslutas (figur 13).

Figur 13: Konfiguratorverktyget visar en lista över de många grundläggande kontakttyper som stöds av Han-Modular-systemet; konstruktören börjar med att välja endera av de typer som hen vill bygga in i det modulära kontaktdonet. (Bildkälla: HARTING)

Verktyget svarar med nedrullningslistor för relevant specifik information, som här visas med elektriska signaler: antal kontakter, strömklassning, spänningsklassning, ledningsdimension och termineringsteknik. Olika datamängder visas beroende på signaltypen (figur 14).

Figur 14: Därefter ber konfigurationsverktyget konstruktören att specificera parametrarna för den översta nivån för den signaltypen. Här visas valet av "Electric". (Bildkälla: HARTING)

Därefter låter upp/ned-rullmenyer konstruktören ange ytterligare krav som höljesmaterial (figur 15), monteringssituation (figur 16) och låsningstyp (figur 17), också utifrån vad som passar de tillgängliga kontakterna (visas här för “Electric").

Figur 15: Längst ned på startskärmen ombeds konstruktörens ange preferenser för höljesmaterial. (Bildkälla: HARTING)

Figur 16: I botten av startskärmen finns också ett urval för monteringssituation för den valda kontakten. (Bildkälla: HARTING)

Figur 17: Ett annat val som ska göras är önskad kontaktlåsmekanism. (Bildkälla: HARTING)

Verktyget genererar sedan en första möjlig lösning tillsammans med andra föreslagna lösningar, med konfigurationen visad som en 3D-modell tillsammans med produktlistan (figur 18).

Bild 18: När alla nödvändiga anslutningstyper, parametrar och inställningar har angetts, bygger verktyget ihop den kompletta kontaktdonsmodulen och ger en detaljerad 3D-bild, komponentlista och all annan information som behövs. (Bildkälla: HARTING)

Konstruktören kan välja önskad konfiguration eller kan ändra de föreslagna lösningarna och ersätta enskilda komponenter.

Han-konfiguratorn förbättrar och påskyndar alla aspekter av konstruktionsprocessen, eftersom ingenjören som specificerar anslutningarna kan uppnå flera mål:

• Utforska kontaktdonskonstruktionen med en interaktiv 3D-visualisering
• Se till att lösningen är praktiskt gångbar
• Samarbeta enkelt med andra teammedlemmar
• Spara och dela den specialgjorda kontaktdonsfilen
• Ladda ner standardiserade CAD STP-filer och datablad
• Automatiskt skapa en detaljerad materiallista (BOM)

Slutsats

Utmaningarna med att välja rätt uppsättning kontakter för att terminera en kabel i industrimiljö kan vara frustrerande. HARTING Han-Modular-systemet gör det enklare att hitta en optimal lösning till följd av deras höga grad av flexibilitet, modularitet och konfigurerbarhet. Allt stöds dessutom av ett kraftfullt, intuitivt konfiguratorverktyg. Som ett resultat kan den hårdkopplade punkt-till-punkt-metoden ersättas med en optimerad, specialanpassad lösning som ger bekvämlighet och enkla hopkopplingar på en minimal yta.