M12-liittimet verrattuina vaihtoehtoihin teollisuuden käyttökohteissa

M12-liitin on hyvin yleinen pyöreä kaapeliliitäntävaihtoehto. Sitä käytetään laajalti teollisuudessa, mobiiliroboteissa ja jopa kuluttajatason tuotteissa antureiden, aktuaattoreiden ja muiden komponenttien (kenttäväylien ja muiden) liittämiseksi automaattisten koneiden ohjaukseen ja muihin järjestelmiin. M12-liitinten tarkat geometriat ja johdinjärjestelyt (yleensä PUR- tai PVC-vaippakaapeleiden päissä) on määritelty IEC (International Electrotechnical Commission) -järjestön IEC 61076-2-101 -standardeissa. M12-nimi tulee siitä, että useimpien liitinten liitosmuttereiden ja niiden vastakappaleiden (kuvaillaan yksityiskohtaisemmin jäljempänä) metrinen kierre tekee niistä kiinnityselementtejä, joiden halkaisija on 12 mm ja joilla on M12-kierre.

Kymmenet erikoisvaihtoehdot mahdollistavat sen, että suunnittelijat voivat määritellä ”korsetteja”, jotka sopivat erityisen hyvin koneeseen ja tuotemalliin. Vaihtoehtoihin kuuluu:

• Suorakulmaiset ja suorat rungot
• Uros- ja (paljon yleisemmin) naarasjohdinpuolen kiinnitysgeometria
• Suojatut ja suojaamattomat sisärakenneosat
• Täysin integroidut johtosarjat sekä modulaariset versiot
• Kevyet ja vahvistetut versiot
• Erilaiset liitosmutterimallit ja -rakenteet

Suojatut M12 QUICKON (IDC) -liittimet ovat M12-liitintyyppiä, jonka avulla asentajat voivat johdottaa koneen liitännät paikan päällä. (Videon lähde: Phoenix Contact)

M12-standardin kehitys

M12-liittimet tulivat markkinoille ensimmäistä kertaa vuonna 1982 ei-standardisoituna kolminastaisena 7⁄8”-liittimenä muutamaa käyttökohdetta varten. Liittimen ainutlaatuisena ominaisuutena oli (ja useimmissa tapauksissa on yhä) sen liitosmutteri – kaapelin päähän aksiaalisesti lukittu kotelo, joka kuitenkin sallii vapaan kiertämisen – ja joka voidaan siten kiertää sopivaan uros- tai naaraskiinnitingeometriaan vastapuolella. Ensimmäinen liitin standardisoitiin käyttöön antureiden ja aktuaattorien kanssa IEC 61076-2-101 -standardissa. Seuraavina vuosina standardia laajennettiin useiden M12-koodien (yksityiskohtaiset tiedot nastageometriasta ja toimintovarianteista) sekä kahden pienemmän muodon määrittelemiseksi aktuaattorien sekä PLC-laitteiden, kytkinten ja I/O-linjojen kanssa käyttöön. Niihin sisältyvät M8-liittimet (määritelty IEC 61076-2-104 -standardissa, kiinnityselementin halkaisija 8 mm) sekä M5-liittimet (määritelty IEC 61076-2-105 -standardissa, kiinnityselementin halkaisija 5 mm).

Kuva 1: M12- ja M8-liitingeometrian standardisointi tarjoaa monia etuja – mukaan lukien asennusta nopeuttavien työkalujen saatavuus. Tyypillinen esimerkki: Screwty-räikkäavaimiin voidaan kiinnittää perinteinen 1/4-tuuman sovitin, jonka avulla asentaja voi kiristää liittimet nopeasti – myös M12- ja M8-pyöröliittimet sekä räätälöitävät M12F-, M8F- ja M23-uros- ja naarasliittimet. (Kuvan lähde: Weidmüller)

Standardin IEC 61076-2-010 (2020) uusin iteraatio sisältää yhden suurimmista täydennyksistä vähään aikaan – push-pull-liitäntöjen tuen ja virallisten määritelmien lisäyksen. Standardin kehittämiseen osallistuneisiin yrityksiin kuuluvat Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact ja HARTING. M12-push-pull-liitäntöjen suurimpia vahvuuksia ovat:

• Miten radikaalisti ne lyhentävät asennukseen kuluvaa aikaa (muttereiden kiertämiseen ja kiristysmomentin tarkistamisen tarve jää pois)
• Miten niillä voi tehdä liitäntöjä, jotka ovat perinteisiä M12-liittimiä kompaktimpia.

Kuva 2: M12 PushPull -liittimet napsahtavat paikoilleen sekä pysty- että upotetuissa liitännöissä. Standardin IEC 61076-2-010 vuoden 2020 versiossa on määritelty M12-push-pull-standardi, jonka tarkoituksena on laajentaa hyväksi osoittautuneiden M12-push-pull-liitinten käyttöä. Näitä on jo tarjolla markkinoilla valmistajien omina malleina. (Kuvan lähde: HARTING)

Standardi IEC 61076-2-010 2020 määrittelee itse asiassa sekä sisäisten lukitusalikomponenttien geometrian push-pull-naarasliittimessä että ulkoisten lukitusalikomponenttien geometrian push-pull-urosliittimessä. Näin taataan kaapelituotteiden välinen ristiinsopivuus.

Toinen liitinvaihtoehto

M12-push-pull-vaihtoehtoon ei saa sekoittaa toista pyöreää liitintä, jota käytetään tiedonsiirrossa ja teollisuuden HMI-oheislaitteissa – DIN-miniatyyriliitintä. DIN on tässä lyhenne sanoista Deutsches Institut für Normung (saksalainen standardisointilaitos). Se on hallitseva standardointiorganisaatio, joka määrittelee näiden kaapeliliitinten rakenteen ja liitännät. Nämä liittimet perustuvat kaapelin pääteholkin puristusliitokseen (kitka), jotta ne pysyvät kytkettynä vastakappaleeseen asennettaessa. Nämä 9,5 mm:n (3/8”) mini-DIN-liitttimet sisältävät kosketinnastaryhmiä kolmella, neljällä, viidellä, kuudella, seitsemällä, kahdeksalla tai yhdeksällä sähköliittimellä aseteltuina niin, ettei silmämääräisesti samanlaisten mini-DIN-kaapeleiden tahaton väärinkytkentä ole mahdollista. Monissa tapauksissa toimittajat lisäävät kaapelin päähän ja konepuolen vastakappaleeseen oman värikoodauksensa, jotta asentajan on helpompi kohdistaa toisiinsa kaksi liitinpäätä, mikä selkeyttää hieman asennusta.

Sekä mini-DIN- että M12-liittimet on tarkoitettu erilaisiin käyttötarkoituksiin, joihin ne soveltuvat erinomaisesti. Markkinoilla on kuitenkin enemmän ei-standardinmukaisia mini-DIN-liittimiä, jotka tarjoavat enemmän suunnittelun vapautta, mutta aiheuttavat myös sekaannusta. Lisäksi mini-DIN-kiinnitysholkin kitkaliitos mahdollistaa nopean liitännän ja irrotuksen. M12-liitinten ruuvikiinnitys vie puolestaan hieman enemmän aikaa, mutta on luonnostaan varmempi.

M12-nastamäärät ja koodatut variantit

Kuva 3: M12-liittimissä on erilaisia nastamääriä ja koodattuja nastamäärityksiä. Joissakin sarjoissa liitosmutteri (kiinnitetty aksiaalisesti kaapelin päähän) ruuvataan kiinni uroskomponenttipuolen vastakappaleeseen. M12-liittimissä oli alun perin kolme tai neljä kosketinnastaa, mutta nyt niitä on saatavilla viidellä, kuudella, kahdeksalla tai 12 nastalla. (Kuvan lähde: EE World)

Nastamäärien ohella M12-liittimillä on myös standardisoidut koodiversiot. Versio määrittelee nastajärjestyksen, kanavat ja lovet virheellisen liitännän estämiseksi sekä sähkömagneettisen suojauksen rakenteen.

A-koodatut M12-liittimet ovat hyvin yleisiä ja niitä käytetään yhä antureiden ja muiden pienten tasavirralla toimivien laitteiden verkotukseen. B-koodatut M12-liittimet ovat yleisiä PROFIBUS-järjestelmissä. C-koodatut kaksiuraiset (M12-teho) liittimet soveltuvat erinomaisesti rakenteisiin, joissa tarvitaan vaihtovirran syöttöä pieniin automaatiokomponentteihin. D-koodatut M12-liittimet tukevat 100 mbps:n ethernet- sekä PROFINET-yhteyksiä.

Uudempiin M12-koodiversioihin sisältyy K-koodattuja ja L-koodattuja liittimiä, jotka tukevat AC- ja DC-virran syöttöä. Samankaltaisia vaihtoehtoja ovat S-koodatut liittimet (jotka voivat syöttää jopa 690 V vaihtovirtamoottorien käyttöön) ja T-koodatut M12-liittimet tasavirran syöttöön. X-koodattujen M12-liittimien käyttö on kuitenkin kokenut kaikkein suurimman nousun. Ne tukevat 10 gbps:n teollisuus-ethernetiä sekä virransyöttöä aktuaattoreihin, esimerkkinä Power over Ethernet 802.3at (PoE+) -yhteyttä käyttävät askelmoottorit. Jälkimmäisin tarjoaa riittävästi watteja erilaisten aktuaattorien käyttöön täydellä teholla.

Yhteenveto

Ne ajat ovat ohi, kun automaattisten koneiden johdotus ja fyysinen verkotus perustui yksittäisten johdinten kiertämiseen käsin, eristykseen ja testaukseen sekä asennukseen asennusputkien kautta. Tällöin asennus kesti sähköasentajilta satoja tunteja. Nykypäivän M12-liittimet (kuten myös muut johdotuksen innovaatiot sekä erikoiskaapelisarjojen kasvava joukko) voivat usein eliminoida erikoistuneiden asentajien tarpeen asennuksessa ja samalla ne mahdollistavat nopean, turvallisen ja virheettömän kokoonpanon, joka on helppo vaihtaa tarvittaessa. M12-liittimet ovat tosiasiassa osa suurempaa trendiä koneiden ja tehtaiden automaatiossa kohti yksinkertaisempia, modulaarisia ja avoimia ratkaisuja.