česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 29. únor 2024

Vývoj kruhových konektorů se nezastavil. Smyslem je vyhovět požadavkům z průmyslu

DPS 2/2023 | Články
Autor: Mark Patrick | Mouser Electronics
01.jpg

Kruhové konektory jako základ spojování v průmyslu

Technologie se zdokonalují a budují si svou základnu v nových oblastech tržního prostředí. S tím se pojí též i řada dalších požadavků či závislostí. Uveďme si příklad. Počítačové sítě se rozvíjí a spousta různých síťových protokolů a topologií na trhu bojuje o nadvládu. V průběhu let se ethernet vypracoval na metodu, kterou budou informační technologie (IT) upřednostňovat. Jeho přijetí dále rovněž podporovaly standardizace IEEE. Kromě výběru technologie zde ale bylo nutné učinit i praktické a neméně důležité rozhodnutí – ustanovit standard konektoru, pokud jde o řadu různých typů vzájemně soupeřících formátů. Dnes proto všude máme RJ-45.

Přijetí provozních technologií (OT) pro řízení průmyslových procesů a tovární automatizaci zažilo z pohledu konektorů něco podobného. Na rozdíl od většiny prostředí v IT představují průmyslové podmínky pro taková spojení mnoho potíží. Mechanické působení vibrací, nárazy, namáhání, možný výskyt kapalin či prachu a vystavení nebezpečným chemikáliím nebo zamoření – to vše je v průmyslu možné. Ve výrobě si k tomu většinou přičtěte i faktory související se všudypřítomnou vlhkostí a teplotou. Nepřetržitý pokrok v automatizaci a také při nasazování technologií rovněž znamená, že konektory musí vyhovět z pohledu zavedených elektromagnetických standardů, pokud jde o odolnost (EMI) a kompatibilitu (EMC).

Pro průmyslové OT se fakticky za účelem propojení úplně všeho, od akčních členů až po snímače, objevily kruhové konektory M8 (8 mm) a M12 (12 mm) se zámkem. Jejich kompaktní, a přesto stále univerzální konstrukce zde nabízí spoustu vývodů, včetně příslušného uspořádání (kódování), rozsahů pro napětí či proud nebo také šířky pásma. Pokud jde o data, signály a napájení, světově uznávaným standardem se stal především konektor M12. Výborně tak vyvažuje požadavky na využití v průmyslovém prostředí, zatímco rovněž vyhovuje z pohledu prostorových omezení, pokud jde o řídicí skříně s vysokou hustotou zapojení.

Prvky s označením A a B se budou např. hodit pro Fieldbus, DeviceNet a Profibus. Pro průmyslový ethernet, EtherCat a PROFINET jsou zase specifikovány konektory D. Označení konektorů napříč řadami M5 až M12 pro spoustu různých signálů, dat i napájení nám ilustruje obr. 1.


Obr. 1 Konektory M5 – M12 vyhovují spoustě požadavků, pokud jde o různé napájení, signály, ale i datové přenosy


Vývoj konektoru M12

S tím jak průmyslové iniciativy zabývající se provozním výkonem, jako je Průmysl 4.0 a také průmyslový internet věcí (IIoT), přináší další technologie, bude zde i rostoucí potřeba vše vzájemně propojit. Aplikace využívající prvky M12 si žádají více času nezbytného k zašroubování konektorů pro senzory, akční členy a také napájení. Potřeba většího počtu konektorů M12 u řídicí techniky rovněž představuje delší výrobu a komplikace spojené s hustotou jejich výskytu. V reakci na požadavky trhu proto firma Phoenix Contact vyvinula a standardizovala (IEC 61076-02-010) inovační alternativu ke klasickému uspořádání M12 se závitem a zámkem.

Nové konektory M12 od Phoenix Contact nabídnou pro kabelové spoje interní zamykací mechanizmus „push-pull“ a pro účely efektivního a také hladkého propojování zařízení, včetně jejich integrace, přináší též nové zarovnané řešení zásuvky. Nová zásuvka M12 bezpečně vyhovuje stávajícím konektorům se šroubovým závitem a také novému způsobu řešení konektoru.

Zmíněné vnitřní uspořádání zde umožňuje přímý přístup bez použití nástroje pro zajištění rychlého a také spolehlivého spoje, a to i v omezeném prostoru. Celek vidíme v řezu na obr. 2. Konektory „push-pull“ mohou oproti klasickým prvkům M12 se svými přednostmi vyniknout ve stísněných podmínkách, kde bude možná o něco větší hustota zapojení. Vhodné jsou také pro návrhy s více I/O nebo tam, kde bude docházet k častému spojování či rozpojování, např. během údržby a při změnách konfigurace.


Obr. 2 Kabelový konektor s interním zamykacím systémem „push-pull“ ve spojení s protikusem stejného typu
(zdroj: Phoenix Contact)


SMD prvky M12 pro povrchovou montáž a také reflow jsou na vzestupu

Většina konektorů M12 se jako „THR“ obvykle vsadila do vrtaných otvorů (Through Hole Reflow). Díky trendům v průmyslové automatizaci, jako jsou výpočty řešené přímo na místě, velká data (sběr dat např. u strojů s ještě větším počtem senzorů) a také digitalizace zde však máme rostoucí požadavky kladené na řídicí techniku. Vývojáři takových zařízení preferují společně s automatizačními inženýry automatickou výrobu desek plošných spojů s přispěním osazovacích strojů a možností přetavení, které vše urychlí a zajistí též stálou úroveň kvality. Výše zmiňované megatrendy dále přinesly sofistikovanější funkce, a tudíž i exponenciální nárůst v počtu součástek na desce. Firma Phoenix Contact proto přišla s komplexní nabídkou konektorů M12 SMD. Prvky určené k povrchové montáži se hodí zejména pro signály a data, zatímco obvykle vyhoví spojům s nízkými proudy. Pro aplikace s vyššími výkony (proudy) se pak doporučují konektory do vrtaných děr.

Konektor M12 pro povrchovou montáž od Phoenix Contact je k dispozici pro smíšené napájení a data (Y) a také jako „Gigabit“ (X). Díky své konstrukci složené ze dvou částí, viz také obr. 3, pak nebude konektory M12 SMD trápit přenos mechanického namáhání ze strany kabelového konektoru M12. Součástky M12 SMD podporují pájení přetavením a k dispozici jsou na platech i kotoučích, takže umožňují strojové osazování. Vyhoví proudům o velikosti až 4 A a napětím až do 250 V. SMD konektory obdržíme v provedení M8 (3–8 pinů) a také M12 (4–17 vývodů).


Obr. 3 Konektor firmy Phoenix Contact určený k povrchové montáži a složený ze dvou částí s volitelným ochranným prvkem (zdroj: Phoenix Contact)


Další rozvoj na poli M12: nástup vyšších výkonů

Kromě signálů a dat je nyní prostřednictvím konektorů M12 rovněž řešeno i napájení. Díky ještě kompaktnějšímu a výkonnému provedení elektronických součástek se rostoucí požadavky přicházející z průmyslu podobně dotýkají kompaktního řešení konektorů sloužících k přenosu výkonu.

Způsoby využití průmyslových konektorů se rozrůstají, a proto zde potřebujeme rozšířit výkonové předpoklady prvků M12 až za maximum v podobě limitního proudu 4 A na vývod. Součástky firmy Phoenix Contact s označením L, K, M a S, vyhovující dle IEC 61076-2-111, zde tudíž přináší vyšší proudovou zatížitelnost – viz také přehled na obr. 4, to vše v rámci kompaktního provedení typu M12. Povšimněte si, že označení L je určené pro stejnosměrné a S, K a M pak pro střídavé aplikace. Přesně zde se také koncentruje zájem trhu, stejně jako pozornost jejich výrobce.


Obr. 4 K rostoucí napěťové a také proudové zatížitelnosti konektorů řady M12 s označením L, K a S
(zdroj: Phoenix Contact)

Prvky s označením S vyhoví požadavkům až na 16 A (tři vodiče) nebo 12 A (čtyři vodiče) a zároveň 630 VAC. Varianta K (spec. UL) využije pět vedení (čtyři + ochranná zem), takže lze zajistit až 16 A při 600 VAC (630 VAC, IEC). Pro zmíněné nové konektory M12 určené pro vyšší výkony jsou k dispozici též i různé možnosti zapouzdření.


Další vývoj v řadách M8 slibuje miniaturizaci pro přenos dat

Více než deset let plnily konektory M12 D úlohu součástky průmyslové třídy, kterou bylo možné využít pro datové sítě, jako je PROFINET a Ethernet Cat5. Kvůli nedostatku prostoru v továrnách a tlaku vyvíjenému na hustotu, pokud jde o osazení řídicích skříní, byla na trhu chvíli zapotřebí kompaktnější, a přesto stále dostatečně robustní alternativa k takovému konektoru.

Řešení od firmy Phoenix Contact, konektor M8 D, propustí stejná data s rychlostí 100 Mb/s, jako je tomu v případě odpovídajícího konektoru M12, ovšem v provedení, které je o 30 % menší. Vysokých rychlostí lze proto během přenosu dat dosáhnout i ve stísněných podmínkách. Díky maximální proudové zatížitelnost 4 A, a 60 V, lze rovněž počítat se systémy Power over Ethernet. Prvky M8 s označením D jsou k dispozici pro stíněné a také nestíněné kabely a v provedení určeném k povrchové montáži – viz obr. 5.


Obr. 5 Konektor společnosti Phoenix Contact M8 D typu „Flush“ pro povrchovou montáž je navržený do síťových aplikací s Ethernet Cat5 a PROFINET


Kruhové konektory M8 a M12: inovace a další vývoj, který nebere konce

Robustní kruhové konektory v řadách M12 a M8 se v uplynulých deseti letech rozvíjely tak, aby dokázaly uspokojit rostoucí požadavky aplikací ze světa průmyslové automatizace. V tomto krátkém pojednání jsme vyzvedli pouze některé z řady inovací, ve kterých firma Phoenix Contact na tomto poli dále pokračuje. Vždyť se také jedná o zcela základní součástky kteréhokoli automatizačního systému.

www.mouser.com