M12-kontakter kontra alternativene i industrielle utrustninger

M12-kontakter er et allestedsnærværende rundt kabeltermineringsalternativ som brukes flittig i industrielle, mobile robot- og til og med forbrukerkvalitetsdesign til å koble føling, aktivering og andre komponenter (feltbuss og ellers) til kontroller og andre systemer i automatiserte maskiner. De nøyaktige geometriene og lederarrangementene for M12-kontakter (ofte på endene av PUR-kabel med kappe eller PVC-kabel med kappe) er definert i IEC 61076-2-101-standardene fra International Electrotechnical Commission. M12-navnet stammer fra hvordan den metriske gjengen på de fleste kontaktmuttere og parrings-stikkontakter (beskrevet mer detaljert senere i artikkelen) er hovedsakelig fester 12 mm-diameter med en M12-gjenge.

Dusinvis av spesialiserte alternativer lar designingeniører spesifisere korsett som er spesielt godt egnet til maskin- eller produktutformingen. Alternativer inkluderer kontakter med:

• Rettvinklede og rette kropper
• Hanner og (langt vanligere) hunner med festegeometri for kabelside
• Skjermede og uskjermede innvendige deler
• Fullt integrert ledningssett så vel som modulære versjoner
• Lettvekts- og pansrede versjoner
• Forskjellige design og konstruksjoner av koblingsmuttere

Skjermede M12 QUICKON (IDC)-kontakter er en type M12-kontakt som lar installatører koble maskinens tilkoblinger i felt. (Videokilde: Phoenix Contact)

Gjennomgang av M12-standarden

M12-kontakter ble første gang utgitt i 1982 som en ikke-standardisert 7/8 tommers 3-pinners kontakt for en håndfull bruksområder. Den unike egenskapen til kontakten var (og er i de fleste tilfeller fortsatt) koblingsmutteren – et hus på kabelenden som er aksialt låst på kabelenden, men som kan spinne fritt – og derfor kan skrus på den matchende hann- eller hunn-festegeometrien på stikkontaktsiden. Først ble kontakten standardisert av IEC 61076-2-101 for bruk med sensorer og aktuatorer. I løpet av de påfølgende årene utvidet standarden til å definere flere M12-koder (med detaljer om pinnegeometri og funksjonsvariationer) samt to mindre formater for bruk med aktuatorer så vel som PLS-er, brytere og I/O (inngang/utgang). Disse inkluderer M8-kontakter (definert av IEC 61076-2-104 og har en 8-mm festediameter) samt M5-kontakter (definert av IEC 61076-2-105 og har en 5-mm festediameter).

Figur 1: Standardisering av M12- og M8-koblingsgeometri gir mange fordeler – inkludert tilgjengeligheten av verktøy for å fremskynde installasjonen. Typeeksempel: Screwty-skralleskruetrekkere har plass til en konvensjonell 1/4-tommer. adapter som installatøren raskt kan stramme kontaktene gjennom — inkludert runde M12- og M8-kontakter samt tilpasselige M12F-, M8F- og M23-kontakter og -kontakter. (Bildekilde: Weidmüller)

Den siste iterasjonen (skrittvis tilnærming) av IEC 61076-2-010 (2020) inneholder et av de største tilleggene til standarden på lenge – tillegg av støtte og offisielle definisjoner av push-pull-tilkoblinger (drift i to retninger). Kabelselskaper som er involvert i utviklingen av standarden inkluderer Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact og HARTING. De viktigste styrkene ved push-pull-M12-tilkoblinger med drift i to retninger er:

• Hvordan de reduserer monteringstiden dramatisk (ved å eliminere behovet for å skru ned muttere og verifisere påført dreiemoment)
• Hvordan de lager forbindelser som er mer kompakte enn tradisjonelle M12-kontakter.

Figur 2: M12 PushPull-kontakter klikker på plass for å koble oppreiste stikkontakter så vel som forsenkede stikkontakter. 2020-utgaven av IEC 61076-2-010 definerer en M12-standard for push-pull beregnet på å forstørre den vellykkede anvendelsen av M12-kontakter for push-pull, som allerede er på markedet i proprietære formater. (Bildekilde: HARTING)

Faktisk definerer IEC 61076-2-010 2020 geometriene til både de indre låseunderkomponentene på hunn-halvdelen på push-pull-kontakten og de ytre låseunderkomponentene på hann-halvdelen på push-pull-kontakten. Det sikrer krysskompatibilitet mellom kabelprodukter.

Et annet kontaktalternativ

Ikke å forveksle med M12 push-pull-alternativet er en annen rund kontakt som brukes i kommunikasjon og industriell HMI-utstyr – miniatyr-DIN-kontakten. Her står DIN for Deutsches Institut für Normung – den styrende standardiseringsorganisasjonen, som definerer strukturen og forbindelsene i disse kabelskoene. De er avhengige av en interferenstilpasning (friksjon) mellom en hylse på kabelenden for å forbli koblet til stikkontakten ved montering. Disse 9,5 mm (3/8 tommer) mini-DIN-kontaktene leveres med stiftmatriser som har tre, fire, fem, seks, syv, åtte eller ni elektriske kontakter arrangert for å forhindre utilsiktede feilkoblinger med visuelt lignende mini-DIN-kabler. I mange tilfeller vil leverandørene legge til proprietær fargekoding til kabelenden og maskinsiden for å hjelpe montøren med å justere de to tilkoblingshalvene og gjøre installasjonen noe mer enkel.

Både mini-DIN- og M12-kontakter har forskjellige bruksområder som de utmerker seg for. Det finnes imidlertid flere ikke-standard mini-DIN-kontakter på markedet – noe som kan gi mer designfrihet/konstruksjonsfrihet, men også forvirring. I tillegg gir interferenspassningen på mini-DIN-sikringshylsen mulighet for rask tilkobling og frakobling. Skruefestet til M12-kontaktene tar derimot litt mer tid å koble sammen, men er i seg selv sikrere.

Antall M12-pinner og kodede variasjoner

Figur 3: M12-tilkoblinger kommer i forskjellige pinnetall og kodede pinnetildelinger. I noen sett skrus en koblingsmutter (aksialt fanget på kabelenden) ned på hannkomponentsiden av stikkontakten. Opprinnelig hadde M12-kontaktene tre eller fire stift; nå er de tilgjengelige med fem, seks, åtte eller 12 stift. (Bildekilde: EE World)

I tillegg til pinnetall, er M12-kontakter også standardisert på kodeversjoner. Dette definerer pinnematrisen, kanaler og hakk for å hindre feil paring, og elektromagnetisk skjermdesign.

A-kodede M12-kontakter finnes i overflod og brukes fremdeles til å nettverkssensorer og andre små enheter som drives av likestrøm (DC). B-kodede M12-kontakter er vanlige i PROFIBUS-installasjoner. C-kodede dual keyway (M12 Power)-kontakter utmerker seg i design som krever tilførsel av vekselstrøm til små automatiseringskomponenter. D-kodede M12-kontakter støtter 100 Mb/sek Ethernet så vel som PROFINET-tilkobling.

Nyere M12-kodeversjoner inkluderer K-kodede og L-kodede kontakter som støtter tilførsel av vekselstrøm og likestrøm. Lignende alternativer er S-kodede kontakter (i stand til å levere opptil 690 V til for å drive vekselstrømsmotorer (AC-motorer) og T-kodede M12-kontakter for likestrøm (DC-strøm). X-kodede M12-kontakter har imidlertid sett den mest dramatiske økningen i bruk for å støtte industriell Ethernet på 10 Gb/sek, så vel som strømforsyning til aktuatorer som trinnmotorer som utnytter Power over Ethernet 802.3at-tilkobling (PoE+). Sistnevnte gir nok effekt (watt) til å kjøre ulike aktuatorer med full effekt.

Konklusjon

Borte er de dagene da kabling og fysisk nettverk av automatiserte maskiner var avhengig av håndvridning, isolering og testing av bare ledninger gjennom ledninger som tok elektrikere hundrevis av timer å installere. Dagens M12-kontakter (sammen med andre innovasjoner innen kabling samt en spirende rekke spesialiserte ledningssett) kan ofte eliminere behovet for spesialiserte teknikere for å utføre en installasjon, selv om det gir mulighet for raskt, sikkert og feilfritt oppsett som er enkelt å bytte ut om nødvendig. M12-kontakter er faktisk en del av en større trend innen maskin- og fabrikkautomasjon mot enkle, modulære og ikke-proprietære løsninger.