Forenkle distribusjon av industrielt utstyr ved å bruke konfigurerbare modulkontakter

Når bruken av signal- og strømtilkoblinger for industrielle installasjoner skal planlegges, er det som regel mange strøm-, jord- og signaltilkoblinger som må lages i trange omgivelser. Teknikere må spesifisere kabling av mange typer, og forberedelsestid, bekvemmelighet og plass for sammenkoblinger også er svært viktige faktorer. I disse situasjonene bruker mange industrielle utstyrskonstruksjoner grunnleggende punkt-til-punkt-fastkoblinger der teknikeren manuelt kobler til ledningene én av gangen.

Realiteten er imidlertid at denne manuelle fastkoblingen er veldig tidkrevende ute i felten og utsatt for feil – noe som gjør den kostbar. Den er spesielt kostbar når det kommer til tap a tid, gjenopprettingsarbeid og feil hvis det av en eller annen grunn er nødvendig å koble fra/til, for eksempel under reparasjon, utvidelse eller reorganisering.

Løsningen på dette problemet relatert til effektivitet, pris, plass og pålitelighet er å bruke modulkontakter, siden de er fleksible, allsidige og enkle å håndtere. De kan også leveres med et stort utvalg av kontakthus og festerammer som kommer sammenkoblet med innsatser utvalgt etter behov av teknikere, slik at de er i stand til å håndtere et mangfold av spesifikke elektriske signaler – for eksempel strøm, signal og data – ved å kun bruke uisolerte ledninger, D-Sub-kontakter, koaksialkabler og til og med fiberoptiske kabler og trykkluftpneumatikk.

Denne artikkelen vil bruke et praktisk eksempel for å fremheve noen av problemene relatert til manuelle tilnærminger. Den vil deretter ta for seg en mer fleksibel og effektiv tilnærming basert på kontaktene i Han-Modular-serien fra HARTING, og viser samtidig hvordan de løser mange av problemene relatert til kabling. Deretter beskrives et medfølgende konfigurasjonsverktøy (Configurator Tool) som gjør det enklere for teknikere å raskt bygge den optimale kontakten basert på Han-Modular-systemet.

Punkt-til-punkt-fastkobling: raskt, enkelt og ofte rotete

Det virker enklere å implementere grunnleggende sammenkoblinger med punkt-til-punkt-fastkobling, men i mange tilfeller byr denne beslutningen på resultater som senere angres. Se på eksemplet som viser en ledningsoppgradering for en grunnleggende «dum» termostat med én enkelt sone som krevde et mellomrelé mellom smartenheten og varmesystemstyringen, til en smart versjon. Kablingen til den første sonen var vilkårlig og rotete, men var rask å installere, og den fungerte. Fordi hele sammenstillingen var 24 volt vekselstrøm (AC), var det ingen problemer relatert til uisolerte ledningsdeler eller sikkerhet.

Året etter bestemte huseieren seg imidlertid for å oppgradere de to andre varmesonene til smarte termostater. Den ekstra punkt-til-punkt-fastkoblingen ble utført «kjapt», og resultatet ble et rottereir som utrolig nok fungerte som det skulle (figur 1). Selv om dette fungerer som det skal, er ikke denne løsningen noen god langsiktig tilnærming, fordi den vil være veldig vanskelig å feilsøke senere hvis det skulle oppstod problemer, og ekstra oppgraderinger vil være et mareritt.

Figur 1: Rotete punkt-til-punkt-fastkoblinger kan være et resultat av prosjektkompleksitet eller til og med gradvis oppgradering av ekstra funksjonalitet for et grunnsystem, slik det er vist på denne installasjonen for en tre-sonet smart-termostatoppgradering. (Bildekilde: Bill Schweber)

Denne situasjonen var uakseptabel av praktiske, estetiske og dokumentasjonsmessige årsaker, så det ble tatt en beslutning om å rydde opp og legge nye ledninger ved å koble til med åpne kabelsko og skruerekkeklemmer (figur 2). Dette tok mindre tid og planlegging enn å bruke tre dedikerte kontakter (én per sone), og ble ansett som et akseptabelt kompromiss i dette tilfellet, til tross for over 50 frittstående tilkoblinger. Denne installasjonen demonstrerte de tydelige fordelene med fastkoblede punkt-til-punkt-tilkoblinger. De krever relativt lite planlegging (et koblingsskjema er ofte nok), minimal forpliktelse, og de kan implementeres umiddelbart.

Figur 2: Den oppgraderte ledningslayouten til termostaten ble forbedret ved å koble til ledningene på nytt ved å bruke åpne kabelsko og skruerekkeklemmer, men når over 50 tilkoblinger skal tilkobles må det utvises ekstrem forsiktighet for å unngå feil, og installasjonen tar opp betydelig plass sammenlignet med multikontakter. (Bildekilde: Bill Schweber)

Den industrielle verden er mer kompleks

I industrielle omgivelser vil selv den forbedrede ledningslayouten føre til uheldige implikasjoner på lang sikt. Installering av alle disse individuelle ledningene krever flere kontroller når det kommer til plassering av hver ledning i forhold til tegningen, og den fysiske integriteten må også kontrolleres. Det er også viktig å merke hver ledning, og det er vanligvis ANSI- og ISO-merkingsstandarder som må følges. Hvis utstyret må kobles fra på grunn av reparasjon eller flytting, må den kompliserte layouten frakobles og deretter kobles til på nytt på et senere tidspunkt.

Frittstående, forhåndskablede ledninger og sammenpassende kontakter er åpenbart et attraktivt alternativ i begynnelsen. Disse kan bygges og testes på forhånd i kontrollerte omgivelser, samtidig som kablingen elimineres, men dette byr også på nye bekymringer. Mange installasjoner benytter en blanding av signaltyper, for eksempel lav og høy spenning over en rekke strømklassifiseringer, sensorsignaler, mange typer datalenker, i tillegg til Ethernet, optisk fiber og til og med lavtrykksluft (pneumatikk). Resultatet er en variert samling av kabler og kontakter som tar opp betydelig plass i panelet, kan kreve kileforbindelse hvis det er flere kabler med samme tilkoblingstype og fortsatt tar tid å koble til/fra.

Det er en løsning som ser ut til å løse dilemmaet med flere kabler/kontakter, i hvert fall i begynnelsen. Standardkontakter er tilgjengelige med flere strøm- og signalkontakter i et felles kontakthus. Dette er egentlig bare en delvis løsning, av to grunner. For det første er de kun tilgjengelige i forhåndsdefinerte, faste sett med kontaktnumre og -typer, for eksempel to posisjoner for strøm og seks for signal. For det andre er de bare tilgjengelige for grunnleggende signaler og effektnivåer på lavt/høyt nivå, samt visse datasignaler (ikke for gigabit Ethernet – GbE), optisk fiber av glass eller plast eller til og med lavtrykks pneumatiske (luft) tilkoblinger.

Full modularitet: En bedre løsning

For å omgå disse kontaktbegrensningene, kan teknikere bruke kontakter i HARTING Han-Modular-serien. Disse representerer det ytterste innen fleksibilitet når det kommer til tilpasset komponentutvalg takket være antallet og typene kontakter som er tilgjengelige. Teknikere velger en nesten hvilken som helst kombinasjon av konnektorer og kontakter, og velger deretter en kontaktramme som skal romme disse og et passende kontakthus (figur 3 og figur 4).

Figur 3: Brukerdefinert modularitet resulterer i konstruksjon av en tilpasset kontakt med standardkomponenter. (Bildekilde: HARTING)

Figur 4: Resultatet fra prosessen vist i figur 3 er en kompakt, fullstendig tilpasset, innkapslet kontaktsammensetning med samsvarende sammenkoblingssider. (Bildekilde: HARTING)

Han-modulene støtter plugger og stikkontakter (hann og hunn) for strømverdier som spenner fra noen få milliampere til 200 ampere (A), spenninger på opptil 5000 volt, pneumatiske slanger, datalinjer, skjermet bussignal og til og med optisk fiber-kabler av plast eller glass. Det er et utvalg av elektriske og mekaniske alternativer som ikke finnes i andre multifunksjonskontakter/kontaktmoduler.

Når disse kontaktene benyttes blir kabelen og ledningene til en forhåndskonstruert oppgave, som kan utvikles, monteres og testes som en komplett kabelbunt eksternt i stedet for på installasjonsstedet, enkelt og raskt koblet til og fra (Figur 5).

Figur 5: Kontaktterminerte kabler monteres og testes eksternt, og kan deretter kjapt installeres og kobles fra på stedet etter behov. Legg merke til de forskjellige ledningstypene som er kombinert i hver av de to rektangulære kontaktene, som er mest synlig i kontakten til venstre. (Bildekilde: HARTING)

Det er en annen fordel med den høye graden av modularitet og fleksibilitet i denne serien. I den virkelige verden av produktkonstruksjon, endrer og utvikler kravene seg etter hvert som prosjektet går fremover. Med Han-Modular-serien er det ingen grunn til å starte på nytt for å finne en kontakt eller konnektorer som imøtekommer disse ekstra kravene. Alt en tekniker trenger å gjøre er å legge til en annen intern modul i den grunnleggende kontakten.

Eksempler fremhever bruksområdene og allsidigheten

I stedet for å ramse opp de mange konnektorene og kontaktene som er tilgjengelige i Han-Modular-serien, tar vi en liten titt på noen av dem for å gi et inntrykk av alternativene som er tilgjengelige.

Først ser vi på rammen som holder kontaktmodulene på plass. Et eksempel er den robuste rammen 09140240313 med robuste hengsler for seks moduler (figur 6). De individuelle tilkoblingsmodulene settes inn, sikres og låses i denne rammen.

Figur 6: 09140240313 er en av de mange tilgjengelige rammene som rommer kontaktinnsatsene, og den har plass til seks slike moduler. (Bildekilde: HARTING)

Et toppmoderne industrielt system kan til og med ha behov for å støtte Gigabit Ethernet (GbE)-lenker, så 09140083012 gigabit-modulen med hann-kontakter kan legges til (figur 7). Den skjermede kontakten er klassifisert til 10 gigabit per sekund (Gbit/s) og støtter IEEE 802.3bt (også kalt PoE++)-strømforsyning.

Figur 7: Denne skjermede 09140083012 GbE-kontakten i serien er klassifisert til 10 Gbit/s og støtter IEEE 802.3bt (PoE ++)-strømforsyning. (Bildekilde: HARTING)

Kontakten kan samtidig ha behov for å støtte store mengder veksel- eller likestrøm, så 09332062648- hunnkontakthuset med seks kontakter for pressinnsatser kan være et godt valg (figur 8). Den kan ta pressinnsatser klassifisert til 500 volt ved 16 A ved å bruke entrådet eller flertrådet ledning i størrelser som spenner fra 0,14 mm² til 2,5 mm² (AWG 26 til AWG 14).

Figur 8: Industrielle installasjoner krever vanligvis vesentlige mengder vekselstrøm og likestrøm, som kan kobles til via dette 09332062648-kontakthuset med seks kontakter for pressinnsatser; og det har plass til et bredt utvalg av entrådede og flertrådede ledningstykkelser. (Bildekilde: HARTING)

For installasjoner som krever industristandarden RJ45 Cat 6A-modulpluggen med 8 posisjoner, er 09454001520-kontakten tilgjengelig (Figur 9).

Figur 9: Han-Modular-systemet har også en løsning for den populære RJ45-kontakten, ved å bruke 09454001520-kontakten. (Bildekilde: HARTING)

Et av kjennetegnene til Han-Modular-systemet er dets evne til enkelt å tilveiebringe lavtrykksluft (pneumatikk)-tilkoblinger, i tillegg til det brede utvalget av elektriske tilkoblingsalternativer. For eksempel er 09140033501 en pneumatikkmodul som er kompatibel med de mange rammene, og kan konfigureres for lavtrykkslinjer med forskjellige diametere i henhold til utvalget av passende innsatser (figur 10). Blant disse finner vi hannmetallinnsatsen 09140006304 (figur 11) og den komplementære hunnmetallinnsatsen 09140006404 (figur 12), der begge disse er for rør med en innvendig diameter (ID) på 4 mm.

Figur 10: Han-modulene kan brukes til mer enn å kun koble til elektriske signaler, data og strøm, de kan også brukes til pneumatisk styring ved hjelp av moduler som 09140033501 for tilkobling av lavtrykksluft og passende innsatser. (Bildekilde: HARTING)

Figur 11: 09140006304-hannmetallinnsatsen er konstruert for pneumatiske rør med en innvendig diameter på 4 mm. (Bildekilde: HARTING)

Figur 12: 09140006404-metallinnsatsen er hunnkontakten for lavtrykksluft, samt rør med en indre diameter på 4 mm. (Bildekilde: HARTING)

Dette er bare et veldig lite utvalg av de mange tilgjengelige innsatsene og kontaktene i Han-Modular-serien.

Konfigurasjonsverktøyet er viktig for å oppnå enkel bruk

Selv om Han-Modular-serien er nyttig når du kobler til et mangfoldig utvalg av ledningstyper, -funksjoner og -tykkelser, kan valgene være overveldende og tilsynelatende umulige å konfigurere optimalt. HARTING reduserer dette problemet ved å tilby det gratis Han Configurator-verktøyet.

Dette nettverktøyet forenkler prosessen med å bygge en tilpasset Han-Modular-kontakt for spesifikke konstruksjoner. Teknikeren legger bare inn informasjonen om tilkoblingskravene, så vil verktøyet tilveiebringe modulinnsatsene som er best tilpasset for konstruksjonen, og oppgir samtidig tekniske detaljer, 3D-tegninger og datafiler for mange forskjellige kontaktalternativer. Verktøyet erkjenner også at det er teknikere som allerede er kjent med Han-systemet, og gir dem muligheten til å konfigurere et helt grensesnitt direkte uten å måtte gå gjennom assistenten trinn for trinn.

Bruken av konfigurasjonsverktøyet begynner med å identifisere den første signaltypen som skal avsluttes (Figur 13).

Figur 13: Konfigurasjonsverktøyet (Configurator Tool) viser en liste over de mange grunnleggende tilkoblingstypene som støttes av Han-Modular-systemet. Teknikere begynner med å velge en av de mange typene de vil implementere i kontaktmodulen. (Bildekilde: HARTING)

Verktøyet responderer med nedtrekksbokser for relevante, spesifikke data, som er vist her for elektriske signaler: antall kontakter, strømklassifisering, spenningsområde, ledningstykkelse og termineringsteknikk. Ulike datasett vises i henhold til signaltypen (figur 14).

Figur 14: Deretter ber konfigurasjonsverktøyet teknikeren om å spesifisere parameterne på høyeste nivå for denne signaltypen. Valget som vises her er «elektrisk». (Bildekilde: HARTING)

Deretter gjør opp-/nedtrekksmenyen det mulig for teknikeren å spesifisere tilleggskrav, for eksempel kontakthusmateriale (figur 15), modulsituasjon (figur 16) og låstype (figur 17), som er passende for de tilgjengelige kontaktene (vist her for «elektrisk»).

Figur 15: Bunnen av startskjermen ber om teknikerens preferanser for kontakthusmateriale. (Bildekilde: HARTING)

Figur 16: Bunnen av startskjermen gir også et utvalg for modulsituasjonen for den valgte kontakten. (Bildekilde: HARTING)

Figur 17: Et annet valg som må tas er den påkrevde låsemekanismen for kontakten. (Bildekilde: HARTING)

Verktøyet genererer deretter en første gjennomførbare løsning sammen med andre foreslåtte løsninger, som har konfigurasjonen vist som en 3D-modell sammen med produktlisten (Figur 18).

Figur 18: Når alle nødvendige tilkoblingstyper, parametere og preferanser er oppgitt, bygger verktøyet den komplette kontaktmodulen og gir et detaljert 3D-bilde, en deleliste og all annen nødvendig informasjon. (Bildekilde: HARTING)

Teknikeren kan velge den ønskede konfigurasjonen eller endre de foreslåtte løsningene og erstatte individuelle komponenter.

Han-konfiguratoren forbedrer og fremskynder alle aspekter av konstruksjonsprosessen, siden den kontakt-spesifiserende utvikleren kan oppnå flere mål:

• Utforsk kontaktkonstruksjon med en interaktiv 3D-visualisering
• Sørg for at løsningen er gjennomførbar
• Samarbeid enkelt med andre teammedlemmer
• Lagre og del den tilpassede kontaktfilen
• Last ned standard CAD STP-filer og datablader
• Opprett automatisk en detaljert materialliste (BOM)

Konklusjon

Utfordringene relatert til å velge det riktige settet med kontakter for å terminere en kabel i industrielle omgivelser, kan være frustrerende. HARTING Han-Modular-systemet forenkler prosessen med å komme til en optimal løsning takket være deres høye grad av fleksibilitet, modularitet og konfigurerbarhet, og som er fullstendig støttet av et kraftig, intuitivt konfigurasjonsverktøy (Configurator Tool). Som et resultat kan den fastkoblede punkt-til-punkt-tilnærmingen erstattes av en optimalisert, tilpasset løsning som tilbyr lettvinthet og praktisk tilkobling på minimal plass.