המחברים העגולים ממשיכים להתפתח כדי לענות על דרישות תעשייתיות

בית » New-Tech Magazine » המחברים העגולים ממשיכים להתפתח כדי לענות על דרישות תעשייתיות

מחברים עגולים, יסוד החיבור בתעשייה

בזמן שהטכנולוגיה מתקדמת ומשיגה דריסת רגל בענפי שוק חדשים, היא מביאה איתה מגוון דרישות ויחסי תלות אחרים. למשל, במקביל להתפתחות רשתות המחשבים, התחרו על השליטה בשוק טופולוגיות ופרוטוקולים רבים ושונים של עבודה ברשת. עם השנים, טכנולוגיית האתרנט (Ethernet) תפסה מקום כשיטה המועדפת לעבודה ברשת בתחום טכנולוגיית המידע (IT). קביעת תקנים על-ידי ה-IEEE תרמה לאימוץ טכנולוגיה זו. לצד הבחירה בטכנולוגיה, התקבלה החלטה מעשית וחשובה לא פחות ‒ קביעת תקן למחברים מבין הסוגים השונים של פורמטים מתחרים. כיום, מחבר RJ45 Ethernet נמצא בכל מקום.

אימוץ טכנולוגיית תפעול (OT) לשליטה בתהליכים תעשייתיים ולאוטומציה של מפעלים היה מלווה בהתפתחות דומה בתחום המחברים. בניגוד למרבית סביבות ה-IT, סביבות תעשייתיות טומנות בחובן אתגרים רבים למחברים. כוחות מכניים של תנודות, זעזועים, לחץ, חדירה אפשרית של נוזלים או אבק, וחשיפה לחומרים כימיים מסוכנים ולמזהמים, כולם מהווים חלק מהתחום התעשייתי. גורמים סביבתיים של טמפרטורה ולחות קיימים אף הם במידה נרחבת במרבית אתרי הייצור. ההתקדמות הנמשכת באוטומציה ובפריסת טכנולוגיות מציגה גם את הדרישה למחברים שיעמדו בתקנים מבוססים של חסינות (EMI) ותאימות אלקטרומגנטית (EMC).

עבור יישומי OT בתעשייה, המחברים העגולים הננעלים M8‏ (8 מ”מ) ו-M12‏ (12 מ”מ) תפסו את מקומם כשיטה בפועל לחיבור הכול, מאקטואטורים ועד חיישנים. המבנה הקומפקטי ועם זאת הרב-תכליתי שלהם מספק מגוון פינים, סידורי פינים (שנקראים קידוד), דירוגי מתח וזרם וכן רוחבי פס לנפח נתונים. באופן ספציפי, מחבר M12 הפך לתקן העולמי לחיבור נתונים, אותות והספק. הוא מאזן בצורה מושלמת את דרישות השימוש בסביבה תעשייתית, ובמקביל עומד במגבלות השטח של ארונות בקרה בצפיפות גבוהה.

איור 1 :הולכה אל ודרך ה-PCB היא חלק חשוב בניהול תרמי בצפיפות גבוהה, ודורשת שימוש במעגלים שווים לקביעת הנתיבים התרמיים היעילים ביותר )א(, )ב(. תכן תרמי טוב ממטב את מצבי העברת החום של הולכה והסעה )ג(.

ההתפתחות של מחבר M12

ככל שיוזמות בביצועים תפעוליים תעשייתיים, כגון Industry 4.0 והאינטרנט של הדברים בהיבט התעשייתי (IIoT), מביאות לפריסות טכנולוגיה רבות יותר, קיים צורך גובר והולך בקישוריות. יישומים מבוססי M12 מחייבים את המתקינים להשקיע יותר זמן בחיבור חיישן, אקטואטור וכבלי חשמל. הדרישה לשקעים רבים יותר למחברי M12 בציוד בקרה נושאת איתה גם זמן ייצור ארוך יותר ואתגרים לגבי צפיפות מחברים. כתגובה לדרישות השוק, Phoenix Contact פיתחה ותיקננה (IEC 61076-02-010) חלופה חדשנית לסידור הנעילה המסורתי בהברגה של ה-M12.

מחברי M12 החדשים מבית Phoenix Contact מתאפיינים במנגנון נעילה פנימי של דחיפה-משיכה עבור מחברי כבלים, ומאפשרים שימוש בשקע נקבה חדש של דחיפה-משיכה בהתקנה משווה, לחיבור ושילוב של מכשירים בצורה יעילה וחלקה

שקע M12 החדש מסוגל להכיל בצורה מאובטחת מחברים מחורצים קיימים ואת מחבר הדחיפה-משיכה החדש.

סידור הדחיפה-משיכה הפנימי מציע גישה פשוטה ללא שימוש בכלים לביצוע חיבור מהיר ומאובטח, אפילו בשטח מוגבל. איור 2 מציג חתך של מחבר הכבל הפנימי מסוג דחיפה-משיכה כשהוא מצומד לשקע מכשיר מסוג דחיפה-משיכה.

איור 2 :מחבר הכבל הפנימי מסוג דחיפה-משיכה כשהוא מצומד למחבר מכשיר מסוג דחיפה-משיכה (מקור: Phoenix Contact)

בהשוואה למחברי מכשירים קונבנציונליים מסוג M12, מחבר הדחיפה-משיכה יכול להציע יתרונות ביישומים תלויי שטח, שבהם צפיפות גבוהה מעט יותר של מחברים היא אפשרית. הוא מתאים גם עבור עיצובים מרובי I/O ועבור עיצובים שבהם מעגלי ניתוק/חיבור תכופים הם הכרחיים, למשל בתחזוקה ובקביעת תצורה מחדש.

M12 SMD (מכשיר בטכנולוגיית השמה משטחית) עבור הרכבה בהלחמה נמצא בעלייה

באופן מסורתי, מרבית מחברי המכשירים מסוג M12 השתמשו בגישת ההתקנה Through-Hole‏ (THR = הלחמת Through Hole). ואולם, עם מגמות האוטומציה בתעשייה, כגון מחשוב קצה, ביג דאטה (איסוף נתונים, למשל, במכונות – יותר ויותר חיישנים) ודיגיטציה, ישנה דרישה גוברת לציוד בקרה תעשייתי. מתכנני הציוד ומהנדסי האוטומציה מעדיפים ייצור אוטומטי של מעגלים מודפסים באמצעות מכונות Pick and Place והרכבה בהלחמה. תהליך זה מאיץ את ייצור הציוד ומוביל לרמת איכות עקבית ביותר. המגמות הבולטות שהוזכרו מובילות לפונקציונליות מתוחכמת יותר, ובסופו של דבר לגדילה מעריכית ברכיבי PCB. כתוצאה מכך, Phoenix Contact יצרה מערך מוצרים מקיף של מחברי מכשירים מסוג M12 SMD. מחברים בטכנולוגיית השמה משטחית מתאימים במיוחד ליישומי נתונים ואותות, ובדרך כלל מסוגלים לאפשר חיבורי הספק בזרם נמוך. עבור יישומים בזרם ובהספק גבוה, מומלץ להשתמש במחבר Through-Hole.

מחבר המכשירים Phoenix Contact M12 בטכנולוגיית השמה משטחית זמין עבור קידוד Y ההיברידי של הספק ונתונים, ועבור קידוד X של Gigabit.

מחבר המכשירים מסוג M12 SMD אינו נתון להעברת לחץ מכני ממחבר הכבל מסוג M12, הודות לגישת המבנה בשני חלקים של מחבר M12 ‒ ראו איור 3.

איור 3 :מחבר המכשירים בטכנולוגיית השמה משטחית במבנה של שני חלקים מבית Phoenix Contact ובו נראה קפיץ מגן אופציונלי למבנה (מקור: Phoenix Contact )

מחבר המכשירים מסוג M12 SMD המאפשר הלחמה זמין בפורמט אריזה של מגש או בליפוף להרכבה אוטומטית. הוא מסוג להתמודד עם זרם עד 4 אמפר ומתח עד 250 וולט. מחברי SMD זמינים עבור M8‏ (3 עד 8 פינים) ועבור M12‏ (4 עד 17 פינים).

התפתחות נוספת של ה-M12: הופעתן של יכולות עוצמתיות יותר

בנוסף לאותות ולנתונים, גם הספק מועבר כעת באמצעות מחברי M12. בגלל שהמכשירים החשמליים נהיים קומפקטיים וחזקים יותר, גוברת הדרישה מצד התעשייה לפתרון של מחבר קומפקטי דומה להעברת הספק

ככל שגדל הגיוון במקרי שימוש למחברים לתעשייה, קיים צורך להרחיב את יכולות העברת ההספק של המחבר מסוג M12 מעבר למגבלה של 4 אמפר לפין. הקידודים L,‏ K,‏ M ו-S של Phoenix Contact ,התואמים ל-IEC 61076-2-111, מציגים יכולת זרם גבוהה יותר ‒ עיינו בטבלה המובאת באיור 4 ‒ הכול בתוך אריזת M12 הקומפקטית. חשוב לשים לב כי קידוד L מיועד עבור DC ואילו הקידודים S,‏ K ו-M מיועדים ליישומי AC.

ההתמקדות בשוק ואצל Phoenix Contact היא בקידודים K,‏ S ו-M עבור AC ובקידוד L עבור יישומי DC.

איור 4 :היכולות המוגברות בתחום זרם ומתח של סדרת מחברי M12 המוצעות באמצעות סידורי הקידוד L ,K ו-S (מקור: Phoenix Contact)

קידוד S מסוגל להתמודד עם עד 16 אמפר (שלושה חוטים) או 12 אמפר (ארבעה חוטים) ב-‎630 VAC. מפרט UL של קידוד K משתמש בחמישה חוטים (ארבעה והארקת מגן) כדי לספק עד 16 אמפר ב-‎600 VAC‏ (IEC 630 VAC).

יש מגוון אפשרויות של מבנה עבור מחברי M12 אלה בהספק גבוה.

המשך התפתחות סדרת M8 מאפשר מזעור של יישומי העברת נתונים

במשך למעלה מעשור, מחברי M12 בקידוד D שימשו בתור המחבר שנותן מענה לכל הצרכים ברמה התעשייתית, עבור שיטות של רשתות נתונים כגון PROFINET ו-Ethernet Cat5. ככל ששטח רצפת הייצור הפך יקר המציאות והצפיפות בארונות הבקרה נהייתה נתונה ללחץ, לזמן מה הופיעה דרישה בשוק לחלופה קומפקטית יותר, ועם זאת חזקה, של מחברים.

מחבר M8 בקידוד D של Phoenix Contact מפיק את אותן יכולות נתונים של ‎100 Mbps כמו מחבר M12 שווה הערך, אך באריזה קטנה יותר ב-30%, כך שהוא מאפשר שיעורי נתונים גבוהים בשטח מצומצם. עם דירוג זרם מרבי של 4 אמפר ו-60 וולט, הוא מתאים גם להספק דרך פריסות אתרנט.

ה-M8 בקידוד D זמין עבור כבלים מוגנים ובלתי מוגנים, בגרסת השמה משטחית ‒ ראו איור 5.