Konfiguroi teollisuusanturit ja -aktuaattorit nopeammin, turvallisemmin ja luotettavammin käyttämällä anturi-aktuaattorirasioita

Nykyaikaisten teollisuusautomaatiolaitteiden suunnittelijat osaavat arvostaa sitä, miten nopeasti ne voidaan laajentaa satojen neliömetrien alueelle laitoksen sisällä. Erillisten kaapeleiden asennus ohjaustietokoneen ja prosessialueella olevien lähestymisantureiden ja mekaanisten varsien välille voi lisätä epäjärjestystä laitoksen tuotantotiloihin ja vähentää laitteiden konfigurointiin kuluvaa aikaa. Lisäksi olemassa olevan anturin tai aktuaattorin vaihtaminen tai uudelleenkonfigurointi voi vaatia ylimääräisen kaapelin asentamista prosessipaikan ja ohjaustietokoneen välille, mikä hidastaa huoltoa. Ongelma vain laajenee, kun yhä useampia järjestelmiä liitetään esineiden internetiin (IoT), jotta niitä voidaan seurata etäkojelaudalla pilven kautta.

Teollisuusjärjestelmien suunnittelijat voivat yksinkertaistaa näitä liitäntäongelmia käyttämällä anturi-aktuaattorirasioita (joita kutsutaan myös jakorasioiksi ja liitäntärasioiksi). Näiden laitteiden avulla järjestelmään voidaan liittää useita antureita ja aktuaattoreita asentamalla ohjaustietokoneen ja rasian välille yksi pääjohto, johon liitetään prosessipaikassa monia liittimiä. Näin tuotantotilan johdotus yksinkertaistuu.

Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti teollisuusautomaation liitäntöihin liittyviä aiheita. Sen jälkeen siinä esitellään kolme esimerkkiä reaalimaailman anturi-aktuaattorirasioista – yksi Molexilta, Alpha Wirelta ja Phoenix Contactilta – ja osoitetaan, miten ne voivat yksinkertaistaa johdotusta teollisuusympäristössä ja samalla helpottaa huoltoa ja konfigurointia.

Ohjaustietokoneiden liittäminen antureihin ja aktuaattoreihin

Monet teollisuusautomaatioympäristöissä käytettävistä ohjaustietokoneista sijaitsevat kätevästi lähellä laitteita, joita ne ohjaavat. Tietokoneen ja anturien ja aktuaattorien väliset kaapelit voivat olla suhteellisen lyhyitä, usein noin yksi tai kaksi metriä pitkiä. Joissakin teollisuuslaitoksissa ohjaustietokoneet voivat kuitenkin sijaita monen metrin päässä, mikä edellyttää useiden kaapeleiden asentamista näiden kahden paikan välille. Tämä on yleistä kokoonpanotehtaan roboteissa, liukuhihnalaitteistoissa ja myös suurissa teollisuusajoneuvoissa, kuten kuorma-autoissa ja lentokoneissa. Joissakin tilanteissa prosessialue voi olla vaarallinen, koska se altistuu haitallisille kemikaaleille tai äärimmäisille lämpötiloille. Tämäntyyppisissä koneistoissa ohjaustietokone sijoitetaan usein turvallisen, suojatun matkan päähän luotettavuuden maksimoimiseksi.

Perinteinen kaapelointi edellyttäisi tällaisissa tilanteissa useiden kaapeleiden asentamista ohjaustietokoneen ja kunkin anturin ja aktuaattorin välille. Tämä ei ole aina mutkaton toimenpide. Anturi- tai aktuaattorikaapelin molemmissa päissä on käytettävä asianmukaisia kaapeliliittimiä. Monissa vaarallisissa ympäristöissä kaapelin turvallisen ja oikeaoppisen reitin varmistaminen voi viedä odotettua enemmän aikaa. Lisäksi kunkin anturin ja aktuaattorin kaapelien konfigurointiin ja liittämiseen kuluva aika hidastaa käyttöönottoa ja nostaa kustannuksia. Jos laitos on sammutettava useamman kuin yhden anturin tai aktuaattorin vaihtamiseksi tai konfiguroimiseksi, tämä pidentää seisokkiaikaa, mikä nostaa kustannuksia entisestään, joskus jopa dramaattisesti laitoksesta riippuen.

Anturi-aktuaattorirasiat

Anturi-aktuaattorirasioiden käyttäminen on teollisuusautomaatiolaitokselle turvallinen ja kustannustehokas ratkaisu. Näillä rasioilla kootaan ohjaustietokoneen kaikki anturi- ja aktuaattorikaapelit yhteen pääkaapeliin, jota kutsutaan usein Home Run -kaapeliksi ja joka kulkee prosessialueelle. Kaapeli päättyy lähellä prosessialuetta yhteen kestävään liitinrasiaan, joka sisältää yleensä vähintään kahdeksan M12-naarasliitintä. Anturi-aktuaattorirasioita kutsutaan myös usein nimellä liitäntärasia, jakorasia ja myös IO- tai I/O-rasia. Liitinrasia, johon M12-naarasliittimet on asennettu, on tiivistetty, valmiiksi johdotettu yksikkö, jonka koteloinnilla on vähintään IP67-luokitus.

Kaikkien antureiden ja aktuaattorien pääkaapeli on reititettävä ja asennettava vain kerran. Tästä on etua asennettaessa kaapeli ahtaisiin tiloihin, sillä teknikkojen ei tarvitse käyttää ylimääräistä aikaa ahtaisiin tiloihin ja niiden ympärille pääsyyn.

Anturi-aktuaattorirasiaa käytettäessä avulla teknikko liittää lyhennetyn kaapelin toisen pään läheiseen anturi-aktuaattorirasiaan ja toisen pään laitteeseen sen sijaan, että laitteet liitettäisiin asentamalla kullekin anturille ja aktuaattorille pitkiä kaapeleita ohjaustietokoneen ja prosessialueen välille. Liitäntä voidaan tehdä jopa muutamassa sekunnissa, mikä minimoi asentajan prosessialueella käyttämän ajan. Tämä yksinkertaistaa huoltoa ja parantaa turvallisuutta sekä säästää samalla aikaa ja vähentää virheitä.

Anturi-aktuaattorirasioiden valinta ja käyttö

Anturi-aktuaattorirasioita on monenlaisia, mutta joitakin huomioon otettavia tekijöitä ovat muun muassa näkyvyys, kestävyys, materiaalityyppi, paino, muoto, liitäntöjen määrä, virransiirtokapasiteetti, asennusvaihtoehdot ja IP-luokitus pölyä, kosteutta ja kaasua vastaan.

Molex tarjoaa esimerkiksi erityisen vaativiin ympäristöihin, kuten teollisuuskuorma-autoihin ja -varastoihin, joissa laitteet voivat altistua koville iskuille, jakorasiatuoteperheen Brad Safety Multi-Port Interconnection System (MPIS). Nämä raskaaseen käyttöön tarkoitetut rasiat on valmistettu polybuteenitereftalaatista (PBT), joka on sekä kevyttä että vahvaa ja kestää raskaiden laitteiden kovia iskuja tai jopa liikkuvan ajoneuvon iskun.

Sarjasta poimittu Molex 1202480510 MPIS 8-porttinen jakorasia tukee enintään 4 ampeeria (A) porttia kohti, ja enintään 12 A yhteensä kaikille kahdeksalle portille (kuva 1). Kussakin portissa on syvennys akryylinitriilibutadieenistyreenimuovista (ABS) valmistettua tarraa varten, joka helpottaa liitäntää. Nämä tarrat ovat paperitarroja kestävämpiä eivätkä ne repeä.

Kuva 1: Molex 1202480510 MPIS on kahdeksan M12-naarasliitintä sisältävä anturi-aktuaattorirasia. Kuhunkin porttiin voidaan kiinnittää lujasta ABS-muovista valmistettu tarra helpottamaan liitäntää. (Kuvan lähde: Molex)

Molex 1202480510 on kirkkaan oranssi, mikä lisää sen näkyvyyttä. Se soveltuu IP67-luokituksen ansiosta käytettäväksi likaisissa, pölyisissä ja kosteissa ympäristöissä sekä tyypillisellä lämpötila-alueella -25 °C ... +85 °C. Pääkaapeli on 5 metriä (m) pitkä ja tukee asiakaskohtaista kaapeliliitäntää. Tämä on yleensä M23-liitin, mutta kyseeseen voi tulla mikä tahansa käyttökohteeseen tarvittava liitin. Jokaisessa upotetussa M12-naarasliittimessä on kahdeksan nastaa alan standardikonfiguraationa. Jokaisessa portissa on meripihkan värinen ledi, joka ilmaisee, että porttiin on kytketty virta. Sen avulla on helppo tarkistaa nopeasti, että portti on aktiivinen, mikä on hyödyllistä konfiguroinnin aikana ja yhteysongelmia diagnosoitaessa.

Molexin anturi-aktuaattorirasiassa on kaksi reikää M4-kiinnitysruuveille. Näin rasia voidaan asentaa laitteeseen tai tukevasti seinään. Rasia on asennettava siten, että sen kahdeksan M12-naarasliitintä ovat helposti saavutettavissa. Asennuksen on oltava myös niin tukeva, että M12-liittimen työntäminen naarasliittimeen ei liikuta rasiaa paikaltaan.

Kevyet anturi-aktuaattorirasiasovellukset

Alpha Wire tarjoaa painorajoitteisiin sovelluksiin, kuten lentokoneet tai jotkin teollisuusajoneuvot, Alpha Connect -valikoiman passiivisia jakorasioita, mukaan lukien 8-porttisen anturi-aktuaattorirasian 901-10M NC032 (kuva 2). Tämä Alpha Connect -rasia on valmistettu kevyestä sinkkiseoksesta, joka soveltuu lentokoneisiin, pieniin kuorma-autoihin ja akkukäyttöisiin ajoneuvoihin, kuten haarukkatrukkeihin ja pieniin maansiirtokoneisiin, joissa jokaisella grammalla on merkitystä. Tuote sisältää 10-metrisen pääkaapelin, joka soveltuu lentokoneisiin ja ajoneuvoihin, joissa lyhin kahden pisteen välinen etäisyys ei usein ole suora linja vaan mutkitteleva reitti. Rasia on passiivinen eikä sen porteissa ole ledimerkkivaloja. Se sulautuu neutraalin beigen värinsä ansiosta huomaamattomasti moneen ympäristöön.

Laitteessa on kaksi pölysuojusta, joiden avulla kaksi käyttämätöntä liitäntää voidaan pitää puhtaina epäpuhtauksista. Anturi-aktuaattorirasialla ja siihen yhdistetyillä liittimillä on IP67-luokitus. Vapaiden liitäntöjen luokitus on IP65, joten niihin on asennettava pölysuojukset IP67-suojauksen varmistamiseksi.

Kuva 2: Alpha Wire 901-10M NC032 -anturi-aktuaattorirasia on valmistettu kevyestä sinkkiseoksesta. Kahdeksan M12-liitäntää ulottuvat kotelon yläpuolelle, joten liittimen yhdistäminen on nopeaa ja helppoa. Oikealla etualalla olevat kaksi toimitukseen sisältyvää pölysuojusta pitävät käyttämättömät liitännät puhtaina. (Kuvan lähde: Alpha Wire)

Kussakin M12-liitännässä on viisi nastaa. Asennuksen helpottamiseksi ensikäyttöönoton aikana M12-standardikaapelin värikoodi ja kunkin nastan toiminnot on painettu anturi-aktuaattorirasian sivulle. Kahdeksaa M12-liitäntää ei ole upotettu, vaan ne ulottuvat sinkkiseoskotelon yläpuolelle. Tämä mahdollistaa nopean ja helpon liittämisen, mikä on tärkeää kiireisessä teollisuusympäristössä.

Alpha Wire 901-10M NC032 -anturi-aktuaattorirasia on luokiteltu lämpötila-alueelle -40 °C ... +80 °C, joten se soveltuu hyvin kylmiin teollisuusympäristöihin, joita esiintyy sekä lentokoneissa että joissakin ajoneuvoissa.

Kompakti anturi-aktuaattorirasia

Phoenix Contact on suunnitellut pieniin, tilarajoitteisiin sovelluksiin 4-porttisen anturi-aktuaattorirasian 1692404 (kuva 3). Tämä rasia ei sisällä pääkaapelia, vaan se vaatii erillisen M23-kaapelikokoonpanon ohjaustietokoneeseen liittämistä varten. Tämän ansiosta rasian paikkaa voidaan helposti vaihtaa. Tämä mahdollistaa myös pääkaapelin helpon huollon ja vaihdon sen vaurioituessa.

Kuva 3: Phoenix Contact 1692404 -anturi-aktuaattorirasiassa on neljä 4-nastaista M12-porttia. Se vaatii ulkoisen M23-kaapelikokoonpanon ohjaustietokoneeseen liitäntää varten. (Kuvan lähde: Phoenix Contact)

1692404 on valmistettu polyamidista, joka kestää hyvin bensiiniä, moottoriöljyjä ja liuottimia, joita tavallisesti esiintyy moottoreiden läheisyydessä. Polyamidilla on myös erittäin suuri vetolujuus, ja se kestää iskutonta rasitusta ja taivutusta paremmin kuin useimmat muut materiaalit. Laitteella on IP67-luokitus, ja sen käyttölämpötila on -20 °C ... +75 °C. Näin se soveltuu karkeaan käsittelyyn varastoissa, toimistorakennuksissa ja tiloissa, joissa henkilökunta työskentelee yleisesti lähellä kemikaaleja.

Kukin neljästä M12-liittimestä kestää enintään 4 A, ja yksikön suurin nimellisvirrankulutus on yhteensä 12 A. Jokaisessa neljässä M12-portissa on keltainen ledi, joka ilmaisee, että portti on oikein liitetty ja toiminnassa. M23-portissa on vihreä ledi, joka ilmaisee, että pääkaapeli on oikein liitetty ja syöttää virtaa rasiaan. Tästä on hyötyä diagnostiikassa asennuksen ja konfiguroinnin aikana. Kaikki neljään M12-liitäntään liitetyt anturit ja aktuaattorit voidaan erottaa helposti irrottamalla yksittäinen M23-liitin. Tämä parantaa turvallisuutta ja vähentää seisokkeja huollon ja uudelleenkonfiguroinnin aikana.

Yhteenveto

Anturi-aktuaattorirasiat voivat säästää aikaa huollon ja ensiasennuksen aikana ja varmistaa samalla luotettavan yhteyden ohjaustietokoneiden ja antureiden/aktuaattorien välillä. Monia antureita ja aktuaattoreita voidaan liittää helposti paikallisesti prosessialueella sen sijaan, että kaikki kaapelit asennettaisiin yksitellen ohjaustietokoneeseen. Valitsemalla materiaalit oikein varmistetaan, että rasia toimii luotettavasti teollisessa kohdeympäristössä.