Miten säästää liitinten vaatimaa tilaa ja säilyttää joustavuus vaativissa teollisuusympäristöissä?

Kaapeloituja laitteita on vaikea vaihtaa tai päivittää teollisuusympäristössä, koska johtoja ja kaapeleita on vaikea irrottaa ja uudelleenasentaa luotettavasti. Samoin uusien anturien, prosessorin tai muiden komponenttien lisääminen edellyttää usein johdotuksen täydellistä vaihtoa ja uudelleenjohdotusta.

Lisäksi teollisuuslaitteiden koot pienenevät jatkuvasti, mikä rajoittaa useiden liittimien vaatimaa käytettävissä olevaa tilaa. Samaan aikaan paneelitiheyden kasvattaminen edellyttää tehokasta layoutia ja pienempiä liittimiä, joihin voidaan yhdistää useita erityyppisiä yhteyksiä saman liittimen sisällä.

Teollisuusympäristö asettaa laitteille omat haasteensa: on tärkeää estää nesteiden ja pölyn pääsy liittimien sisälle, koska ne vahingoittavat herkkiä komponentteja.

Liitinten käyttö – laitteiden kiinteän johdotuksen vaihto modulaariliittimiin – ratkaisee kaikki nämä ongelmat. Nämä kompaktit liittimet mahdollistavat useiden johdintyyppien yhdistämisen yhteen liittimeen. Modulaarisuuden ansiosta nämä liittimet voidaan konfiguroida nopeasti uudelleen muutosten ja päivitysten mukaan ilman, että laitetta tai kaapelia tarvitsee vaihtaa. Ympäristötekijöiltä suojatut modulaariset liittimet pitävät myös pölyn ja nesteet sekä sterilointiin käytettävien korkeapainesuihkujen vaikutuksen liittimen ulkopuolella.

Tässä artikkelissa tarkastellaan modulaaristen liittimien perusteita ja kerrotaan, miten ne valitaan, kootaan ja miten niitä käytetään. Artikkelissa esitellään esimerkkiliittimiä yritykseltä HARTING. Suunnittelijat voivat käyttää niitä suunnitellessaan seuraavaa teollisuuskäyttöön tarkoitettua järjestelmänsä.

Liittimien käyttö ja modulaariliittimet

On kaksi tapaa, joilla virta, signaalit ja digitaaliset tiedot voidaan kytkeä teollisuuslaitteeseen tai -sovellukseen.

Kaapelointi voi olla joko kiinteä tai siinä voidaan käyttää liittimiä. Valintaan vaikuttaa muutama tekijä. Tärkeintä on todennäköisesti se, kuinka usein laite irrotetaan ja kuinka usein se on kytkettävä uudelleen. Jos kiinteästi kytketty laite on kytkettävä uudelleen, jokainen johto on irrotettava ja kytkettävä uudelleen huolellisesti, mikä aiheuttaa huomattavia työkustannuksia. Väärän kytkennän mahdollisuus on suuri, ja virheen korjaaminen voi viedä tunteja.

Liittimien käyttäminen voi aluksi maksaa enemmän, mutta kun asiasta on päätetty, uudelleenjohdotus tapahtuu plug-and-play-mallin mukaisesti, jossa virhekytkentöjä on vaikea tehdä, mikä puolestaan vähentää ammattitaitoisen työvoiman tarvetta. Liittimien käyttäminen kiinteästi kytkettyjen kaapeleiden korvaamiseksi tarjoaakin monia pitkän aikavälin etuja.

Modulaariliittimien käyttö lisää asennuksen joustavuutta. Esimerkkinä modulaariliitin, joka voi sisältää käyttövirran, anturitietoja, analogisia ja digitaalisia signaaleja ja jopa pneumatiikkaa (kuva 1). Saatavilla on monenlaisia moduuleita. Esimerkissä näytetään RJ45 ja USB-sarjaliikenneväylä, kolme usean nastan moduulia erilaisilla nastahalkaisijoilla sekä moduuli kolmella pneumatiikkalinjalla.

Kuva 1: Modulaariliitin voi sisältää signaaleja, käyttövirran, digitaalisia viestintärajapintoja sekä jopa pneumatiikkaa, kaikki yhdessä liittimessä. Moduuleja voidaan muuttaa tarpeen mukaan nopeasti ja helposti. (Kuvan lähde: HARTING)

Modulaariliittimen konfigurointi

Kuvassa 2 esitetyn modulaariliittimen eri komponenteille on yksinkertaiset nimet.

Kuva 2: HARTING-modulaariliittimien komponenttien nimet. Runko pitää moduulit paikoillaan ja sen päälle tulee kotelo tai kuori. Liittimet voidaan avata helposti ja moduulit voidaan järjestellä uudelleen, niitä voidaan lisätä sekä poistaa halutulla tavalla. (Kuvan lähde: HARTING)

Perusliittimen kiinteä osa on kotelo. Irrotettavan osan vastaava pää on kuori. Runko istuu joko koteloon tai kuoreen ja se lukitsee moduulit paikoilleen. Liittimiin voidaan konfiguroida lisätilaa tulevaisuuden laajennustarpeita varten käyttämällä tyhjiä moduuleja. Kaksi liitinosaa kiinnitetään toisiinsa käyttämällä ruuveja tai lukitusvipua. Kaapeli voi tulla kuoren sisälle ylhäältä, eri kohdista ylhäältä, sivulta tai eri kohdista sivulta. Koteloon pääsee käsiksi joko ylhäältä tai alhaalta.

Kun otetaan huomioon miten paljon moduuleita, koteloita, kuoria ja muita liitinelementtejä HARTING tarjoaa, oikeiden vaihtoehtojen valinta voi olla kompleksinen tehtävä. HARTING helpottaa tätä prosessia verkkokonfiguraattorilla, jonka avulla modulaarisen liittimen valinta ja suunnittelu on helppoa (kuva 3).

Kuva 3: HARTING Han -verkkokonfiguraattorin käyttöliittymä yksinkertaistaa modulaariliittimen komponenttien suunnittelua ja valintaa. (Kuvan lähde: HARTING)

Konfiguraattori opastaa suunnittelijaa liittimen johto-, data-, optisten ja pneumaattisten elementtien valinnassa. Kukin elementti tarjoaa käyttäjälle vaihtoehtoja, joista hän voi valita kohteeseen parhaiten soveltuvan.

Tässä esimerkissä valitaan sähköisiä elementtejä. Käyttäjä syöttää johtimien lukumäärän ja tyypin, virransiirtovaatimukset ja muutaman muun suunnitteluun liittyvän kysymyksen. Konfiguraattori näyttää nopeasti muutamia mahdollisia kokoonpanoja, luettelee osat ja tarjoaa myös isometrisen piirroksen kokoonpanosta (kuva 4).

Kuva 4: Konfiguraattorin renderöinti kuusinapaisesta johtoon tulevasta urosliittimestä ja peruskannasta, samoin kuin sen kanta, kuori ja vedonpoistin. (Kuvan lähde: HARTING)

Liitin on täysin dokumentoitu ja tarjoaa ladattavat osaluettelot, 3D-mallit, tekniset tiedot, tyyppitiedot ja tuoteselosteet.

Tässä näytetyssä esimerkissä kysymykset koskivat alustan tyyppiä, haluttua lukitusta, johtimien lukumäärää, haluttua enimmäisvirta- ja jännitetasoa sekä ympäristöä. Ehdotetut konfiguraatiot sisälsivät paneeliasennetavan HARTING 09400060311-kannan. Kanta on valettua alumiinia, siinä käytetään ruuvilukitusta ja se on luokiteltu vaativiin ympäristöihin. Tähän kantaan yhdistettiin HARTING 09140060371 kahden moduulin saranoitu heavy-duty-kehys. Tähän kehykseen mahtuu kaksi moduulia. Valittu moduuli on kuuden nastan naarasmoduuli, HARTING 09140063101. Tätä vastaavat hopeiset puristettavat nastakannat ovat HARTING 09330006220 ja ne on tarkoitettu johdolle paksuudeltaan 20 AWG.

Liittimen kaapelipää perustuu valettuun alumiiniseen HARTING 19400060411 -liitinkuoreen ja siihen kuuluvaan kahden moduulin HARTING 09140060361 -heavy-duty-kehykseen. Tähän kehykseen voidaan asentaa HARTING 09140063001 -urosmoduuli ja HARTING 09330006121 20 AWG:n puristettavilla hopeanastoilla. Kuorikokoonpanoon voidaan lisätä HARTING 19000005090, messinkinen 9-16-kaapelipuristin. Kantaan ja kuoreen mahtuu kaksi moduulia, joten käyttämättömät paikat voidaan täyttää tyhjillä moduuleilla, kuten HARTING 09140009950.

Suojaus ympäristötekijöiltä

Kaikilla HARTING Han HPR -komponenteilla on lämpötilaluokitus -40 °C ... +125 °C ja ne ovat suojattu ympäristötekijöiltä jopa IP68- ja IP69K-luokituksen mukaisesti.

IEC 60529 -standardissa määritetyt suojausluokat (IP) kuvaavat sitä, miten hyvin liittimen komponentit on suojattu ulkoisilta tekijöiltä. Ulkoisiin tekijöihin kuuluvat mekaaniset iskut, vieraat kappaleet, kosteus ja pöly sekä nesteet, kuten vesi, polttoaine, puhdistusnesteet, jäähdytysnesteet ja öljyt.

IP-luokituksen ensimmäinen numero kuvaa suojausta kiinteiltä aineilta. Arvo on välillä 0 – 6. Numero 6 edustaa korkeinta suojaustasoa. Liittimet, joiden luokitus on 6, ovat pölytiiviitä ja tarjoavat täyden suojan kiinteitä hiukkasia vastaan. IP-luokituksen toinen numero kuvaa suojausta nesteiltä. Tämä numero on välillä 0 – 9. Luokitus 8 tarkoittaa, että laite on vesitiivis ja suojattu vedenpaineelta. 9K-luokitus tarkoittaa suojausta painehöyrypesureilta ja vastaavilta paineistetuilta nesteiltä. Siksi IP68- tai IP69K-luokitus on erinomainen.

HARTING Han HPR -sarja on tarkoitettu vaativaan ulkokäyttöön. Alumiinista valetut kuoret ja kotelot on pinnoitettu epoksijauhemaalilla, joka antaa niille erinomaisen korroosionkestävyyden ja suojaa ne hyvin kosteudelta. Metalliosat tarjoavat erinomaiset EMC-ominaisuudet.

Jos samoja liittimiä käytetään useammissa kohdissa, tämä liitinsarja tarjoaa jopa kuusitoista erilaista koodattua avainnusta, millä voidaan estää virhekytkennät. Lisäksi HPR compact -sarja säästää tilaa ja vähentää painoa, sillä se on jopa 25 % kevyempi kuin vastaavat HPR-vakioliittimet.

Yhteenveto

Liitoksien eheyden, joustavuuden ja laajennettavuuden varmistaminen ja samalla kokovaatimusten ja teollisuusympäristöjen vaatimusten täyttäminen voi olla suunnittelijoille haastavaa. Kuten artikkelissa on esitetty, erittäin konfiguroitavaan, kompaktiin ja modulaariseen lähestymistapaan perustuvat liittimet helppokäyttöisellä liitinelementtien verkkopohjaisella valintatyökalulla yksinkertaistavat prosessia huomattavasti.