Slimme fabrieken verbeteren voortdurend hun automatiseringsniveau door middel van gedecentraliseerde intelligentie en controle, waarbij gebruik wordt gemaakt van modulaire robotconcepten. De fysieke distributie van besturingsfuncties vereist verbindingen via draden en kabels, en connectoren moeten betrouwbaar en veilig genoeg zijn om te voldoen aan de milieueisen van moderne fabrieken. Deze connectoren moeten een voldoende lage impedantie hebben, een voldoende groot contactoppervlak om aan de nominale stroomvereisten te voldoen, en een krachtig vergrendelingsmechanisme gebruiken om trillingen en schokken te weerstaan. Bovendien moeten ze eenvoudig te monteren en aan te passen zijn en snel kunnen worden bijgewerkt en aangepast.
Dit artikel introduceert eerst kort de verbindingsvereisten van industriële robots en fabrieksautomatisering, en introduceert vervolgens de connectorserie van TE Connectivity AMP, waarbij wordt gedemonstreerd hoe de kenmerken van deze connectoren kunnen worden gebruikt om de vermogens-, signaal-, betrouwbaarheids- en veiligheidsvereisten van deze toepassingen te ondersteunen.
Wat is een slimme fabriek?
Een slimme fabriek is een uitgebreide faciliteit die gebruik maakt van digitaal onderling verbonden machines, robots en lokale sensoren voor controle, realtime gegevensverzameling, analyse en besluitvorming (Figuur 1). Dit type fabriek wordt steeds meer gedecentraliseerd en modulair, waardoor het gemakkelijk wordt om opnieuw te configureren om aan de voortdurend veranderende productie-eisen te voldoen. Een modulaire organisatie vergemakkelijkt de lokale controle en inzet van kleine machines om de productieflexibiliteit te verbeteren.
Schematisch diagram van op een netwerk aangesloten machines, robots en onderling verbonden sensoren (klik om te vergroten)
Figuur 1: Slimme fabrieken gebruiken op een netwerk aangesloten machines, robots en onderling verbonden sensoren om een efficiënte werking te garanderen. (Afbeeldingsbron: TE Connectivity AMP)
Deze faciliteiten maken gebruik van modulaire werkstations die zijn uitgerust met onafhankelijke of collaboratieve robots. Er zijn verschillende soorten mobiele robots, zoals Automated Guided Vehicles (AGV’s) of Autonomous Mobile Robots (AMR’s), die producten tussen werkstations verplaatsen. Vergeleken met vaste robots liggen de voordelen van AMR en AGV in hun sterke mobiliteit, waardoor ze kunnen roteren en tussen werkstations kunnen bewegen. Door het gezamenlijke werk van AGV, AMR en collaboratieve robots kan een productielijn verschillende taken in verschillende eenheden uitvoeren. Robots kunnen indien nodig tussen werkstations verplaatsen of herverdelen om de algehele efficiëntie te verbeteren. Deze werkstations bevinden zich vaak in ruige omgevingen, dus ontwerpers moeten er rekening mee houden dat robots en andere geautomatiseerde machines kunnen worden blootgesteld aan hoge temperaturen, vochtigheid, stof, corrosieve chemicaliën, maar ook aan schokken en trillingen.
Sensoren monitoren alle handelingen. Afhankelijk van het ontwerp kunnen sensoren bedraad of draadloos zijn. Draadloze sensoren zijn doorgaans verbonden via het Industrial Internet of Things (IIoT). Mobiele robots kunnen ook worden gemonitord met behulp van IIoT.
Net als bij typische elektronische systemen is de trend in de sector richting miniaturisatie van robots, machines, sensoren en controllers. Door het kleine formaat en het lichte gewicht is de vraag naar elektriciteit lager en de beschikbare ruimte groter, waardoor de productiviteit verbetert. Bovendien is het volume van printplaten ook kleiner, waardoor componenten een hogere volumetrische efficiëntie moeten hebben.
Flexibele en betrouwbare stroom- en signaalconnectoren
Of het nu draad-naar-draad, draad-naar-bord of draad-naar-paneel is, connectoren moeten op betrouwbare wijze stroom- en besturingssignalen overbrengen. Hoe kleiner de connector, hoe kleiner de afstand en hoe fijner de afstand tussen de geleiders.
Het doel van modulair ontwerp is het bereiken van flexibiliteit; Daarom moeten connectoroplossingen hetzelfde aanpassingsvermogen hebben als automatiseringssystemen. Om aan de behoefte aan flexibiliteit te voldoen, moet het ontwerp van connectoren zorgen voor een veilige en gemakkelijke vergrendeling om verkeerde combinaties tijdens de montage en onbedoeld uittrekken als gevolg van schokken en trillingen te voorkomen.
De Dynamic-serie connectoren van TE Connectivity AMP zijn ontworpen om te voldoen aan de behoeften van industriële signaal- en stroomcircuits met hoge dichtheid. Deze connectoren voldoen aan deze vereisten door middel van meerdere connectorseries, die stroomsterktes van 2,6 tot 100 ampère (A) en spanningen van 125 tot 1000 volt kunnen verwerken. Afhankelijk van de nominale stroom en spanning kunnen deze connectoren verbindingen met hoge dichtheid bieden met een afstand tussen de geleiders van 1,8 millimeter tot 24,5 millimeter (mm).
De meest compacte Dynamic connector is de Mini serie. Deze serie is geschikt voor wire-to-board-toepassingen, met een contactafstand van 1,8 mm en pinnummers van 12, 16 en 20. Acceptabele draden van 22 tot 26 AWG met een nominale spanning van 250 volt AC (VAC) en een stroomsterkte van 3 A.
1-2834461-2 (Afbeelding 2, bovenaan) is bijvoorbeeld een contactdoosbehuizing met 12 contacten en contacten die in dubbele rijen zijn gerangschikt, met een afstand van 2,75 mm tussen de kolommen. De connector is 19,3 mm lang, 15,7 mm breed en 8,35 mm hoog.
Schematisch diagram van TE Connectivity 12-pins Dynamic Mini-draad-naar-kaart-socket- en pinhoudercomponenten
Figuur 2: De componenten van de 12-pins Dynamic Mini wire-to-board-aansluiting (boven) en naaldhouder (onder) worden weergegeven. (Afbeeldingsbron: TE Connectivity AMP)
Het stopcontacthuis is voorzien van TE Connectivity AMP 2834464-5 buscontacten. Dit zijn gekrompen draadterminals van vertinde koperlegering die 26 AWG-draden kunnen accepteren. De nominale stroom bedraagt 3 A en de bedrijfsspanning is 250 VAC of 125 VDC. Elk contact maakt gebruik van een borgplaat om zichzelf in de behuizing te bevestigen. Bovendien is de behuizing uitgerust met een ingebed secundair slot om extra veiligheidsbescherming te bieden voor het vergrendelingsmechanisme van de contactterminals.
De aansluiting is aangesloten op 1-2834465-2, een 12-pins naaldhouder voor opbouwmontage (Afbeelding 2, onder). De lengte van de naaldhouder is 19,3 mm, de breedte is 12,3 mm en de hoogte is slechts 8,7 mm. De naaldhouder is voorzien van vertinde contactpennen met vierkante doorsnede en heeft een volledig bedekte structuur.
Deze connector heeft een sleutelbediening om onjuist inbrengen te voorkomen en is uitgerust met een vergrendeling die geluids- en voelbare feedback geeft wanneer de koker en de naaldhouder volledig zijn aangesloten. De vergrendeling bevindt zich in de uitsparing onder de bovenkant van de connector om onbedoeld ontgrendelen te voorkomen. De zijspijker biedt mechanische ondersteuning voor de naaldnaaf.
De connectoren uit de Mini-serie hebben kleinere afmetingen en een hogere betrouwbaarheid, die niet alleen kunnen voldoen aan de eisen van industriële omgevingen, maar ook aan andere toepassingen met hogere anti-vibratie-eisen zoals robots en auto's.