מחברי M12 לעומת החלופות ביישומים תעשייתיים

מחברי M12 הם אפשרויות סיומות כבלים עגולות נפוצות המשמשות באופן נרחב בתכנים עבור תעשייה, רובוטים ניידים ואפילו בדירוג-צרכנים, כדי לחבר רכיבי חישה, הפעלה ואחרים (Fieldbus ואחרים) לפקדים ולמערכות אחרות במכונות אוטומטיות. הגיאומטריות המדויקות וסידורי המוליכים של מחברי M12 (לעיתים קרובות בקצוות של כבלים עם מעטי PUR או מעטי PVC) המוגדרים על ידי תקני IEC 61076-2-101 של ה- International Electrotechnical Commission‏. מקור השם M12 הוא בתבריג המטרי שעל מרבית אומי הצימוד ושקעי החיבור של המחברים (שיתוארו בפירוט רב יותר בהמשך) שהם למעשה אמצעי הידוק בקוטר של 12 מ"מ עם תבריג M12.

עשרות אפשרויות מיוחדות מאפשרות למהנדסי התכנון להגדיר כעין "מחוך" המתאים היטב לתכן המכונה או המוצר. האפשרויות כוללות אלו עם:

• גופים בזווית ישרה או ישרים
• גאומטריית אמצעי הידוק בצד-החוט זכר (ונפוץ הרבה יותר) נקבה
• חלקים פנימיים מסוככים ולא-מסוככים
• ערכות כבלים משולבות-במלואן כמו גם גרסות מודולריות
• גרסות קלות-משקל ומשורינות
• תכנים ומבנים שונים של אומי צימוד

מחברי M12 QUICKON‏ (IDC) מסוככים הם סוג של מחברי M12‏ המאפשרים למתקינים לחווט בשטח את חיבורי המכונות שלהם. (מקור הסרטון: Phoenix Contact‏)

סקירה של תקן M12‏

מחברי M12 הושקו לראשונה בשנת 1982 כמחברי שלושה-פינים 7/8 אינץ' לא-סטנדרטיים עבור מספר יישומים. המאפיין הייחודי של המחבר היה (וברוב המקרים הוא עדיין) אום הצימוד שלו - בית בקצה הכבל, הנעול אקסיאלית על קצה הכבל אך יכול להסתובב בחופשיות - ולכן מסוגל להתברג על גיאומטריית מחבר זכר או נקבה בצד השקע. תחילה הוגדר תקן המחבר IEC 61076-2-101‏ עבור שימוש עם חיישנים מפעילים (Actuators‏). לאחר מכן במהלך השנים התרחב התקן להגדרת מספר קודי M12 (המפרטים את גיאומטריית הפינים ואת השוני בפונקציות), כמו גם שני פורמטים קטנים יותר לשימוש עם מפעילים כמו גם עם PLC, מתגים ו- I/O‏. אלו כוללים מחברי M8‏ (המוגדרים בתקן IEC 61076-2-104‏ עם אמצעי הידוק בקוטר של 8 מ"מ) כמו גם מחברי M5‏ (המוגדרים בתקן IEC 61076-2-105‏ עם אמצעי הידוק בקוטר של 5 מ"מ).

איור 1‏: סטנדרטיזציה של גאומטריות מחברי M12‏ ו- M8‏ מעניקה יתרונות רבים - כולל זמינות הכלים לטובת התקנה מהירה. מקרה לדוגמה: מברגי ראצ'ט Screwty‏ עבור מתאמי 1/4-אינץ' קונבנציונליים שבאמצעותם יכול המתקין להדק במהירות מחברים, כולל מחברי M12‏ ו- M8‏ עגולים בתקיעה-פנימה כמו גם תקעים ושקעים M12F‏, M8F‏ ו- M23‏. (מקור התמונה: Weidmüller)

האיטרציה האחרונה של ה- (IEC 61076-2-010 (2020‏ כוללת את אחת התוספות החשובות ביותר לתקן מזה זמן רב - הוספת תמיכה והגדרות רשמיות של חיבורי Push-Pull‏. חברות הכבלים המעורבות בפיתוח התקן כוללות את Molex‏, CONEC‏, Weidmüller‏, Phoenix Contact ו- HARTING‏. היתרונות העיקריים של מחברי M12‏ Push-Pull הם:

• קיצור דרמטי של זמן ההרכבה (הודות לביטול הצורך בהברגת אומים ובשמירה על המומנט המיושם)
• חיבורים קומפקטיים יותר לעומת מחברי M12‏ מסורתיים.

איור 2‏: מחברי M12‏ Push-Pull‏ המתחברים למקומם בקליק עבור שקעים בולטים כמו גם שקעים שקועים. מהדורת 2020 של IEC 61076-2-010‏ מגדירה את תקן M12‏ Push-Pull‏ המיועד להרחיב עוד יותר את היישום המוצלח של מחברי M12‏ Push-Pull‏, שכבר נמצאים בשוק בפורמטים קנייניים. (מקור תמונה: HARTING)

למעשה, תקן (IEC 61076-2-010 (2020‏ מגדיר את הגאומטריות הן של תתי-הרכיבים הנועלים הפנימיים על חצי מחבר Push-Pull נקבה והן של תתי-הרכיבים הנועלים החיצוניים על חצי מחבר Push-Pull זכר. זה מבטיח תאימות צולבת בין מוצרי הכבלים.

אפשרות מחברים אחרת

קיימת אפשרות אחרת של מחברים עגולים המשמשים עבור תקשורת ובהתקנים היקפיים תעשייתיים HMI - מחברי DIN זעירים - ואין לבלבל בינם לבין M12‏ Push-Pull‏. כאן, DIN‏ משמעותו Deutsches Institut für Normung - מכון התקנים של ממשלת גרמניה המגדיר את המבנה והחיבורים בתוך סיומות כבלים. אלו מבוססים על התאמה בחיכוך בשרוול שעל קצה הכבל השומרת אותו מחובר לשקע בזמן ההרכבה. מחברי Mini-DIN‏ 9.5 מ"מ (3/8-אינץ') אלו מגיעים עם מערכי פינים של שלושה, ארבעה, חמישה, שישה, שבעה, שמונה או תשעה חיבורים המסודרים למניעת חיבורים לא-תקינים מקריים עם כבלי Mini-DIN הדומים ויזואלית. במקרים רבים הספקים מוסיפים קידוד צבע קנייני לקצות הכבלים ולשקעים שבצד-המכונה כדי לסייע למרכיב ליישר את שני חצאי החיבור ולהפוך את ההתקנה ליעילה יותר במידת מה.

לשני סוגי המחברים Mini-DIN ו- M12‏ יש יישומים מובהקים עבורם הם מצטיינים. עם זאת, ישנם יותר מחברי Mini-DIN לא-סטנדרטיים בשוק - המאפשרים מצד אחד חופש תכנון אך מצד שני גם בלבול. בנוסף, ההתאמה בחיכוך בשרוולי האבטחה של ה- Mini-DIN מאפשרת חיבורים וניתוקים מהירים. בניגוד לכך, התבריג של מחברי M12‏ דורש מעט יותר זמן לחיבור אך הוא אינהרנטית בטוח יותר.

מספר הפינים ואפשרויות הקידוד של M12‏

איור 3‏: מחברי M12‏ מגיעים עם מספרי פינים וסידורי פינים מקודדים שונים. במספר מערכים אום צימוד (נעולה אקסיאלית על קצה הכבל) מתברגת על שקע זכר על צד-הרכיב. במקור, למחברי M12 היו שלושה או ארבעה פינים; כעת הם זמינים עם חמישה, שישה, שמונה או שנים-עשר פינים. (מקור התמונה: EE World‏)

מלבד מספר הפינים, למחברי M12 יש גם תקן לגרסות קוד. הקוד מגדיר את מערך הפינים, הערוצים, החריצים למניעת חיבור לא-תקין, ואת תכן הסיכוך האלקטרומגנטי.

מחברי M12‏ קוד A‏ קיימים בשפע ומשמשים עבור חיישנים והתקנים קטנים אחרים המוזנים בהספק DC‏. מחברי M12‏ קוד B‏ נפוצים בהתקנות PROFIBUS‏. למחברי M12‏ קוד C‏ יש שני זיזי קיטוב והם מצטיינים בתכנים הדורשים הספקת-כוח AC עבור רכיבי אוטומציה קטנים. מחברי M12‏ קוד D‏ תומכים בחיבוריות Ethernet‏ Mb/sec‏ 100‏ כמו גם PROFINET‏.

גרסות קוד M12 חדשות יותר כוללות מחברים עם קודים K ו- L התומכים בהספקת-כוח AC ו- DC, בהתאמה. אפשרויות דומות הן מחברי M12‏ קוד S (המסוגלים לספק עד V‏ 690‏ עבור הפעלת מנועי AC) ומחברי M12‏ קוד T‏ עבור הספקת-כוח DC‏. עם זאת, השימוש במחברי M12‏ קוד X‏ גדל בצורה הדרמטית ביותר כדי לתמוך ב- Ethernet תעשייתי של Gb/sec‏ 10‏ כמו גם בהספקת-כוח עבור מפעילים (Actuators‏) כמו מנועי צעד תוך מינוף חיבוריות (+Power over Ethernet 802.3at (PoE‏. האחרונים מספקים הספק גדול דיו להפעלת מפעילים שונים בהספק מלא.

סיכום

חלפו הימים בהם הכבלים והרשת הפיזית של מכונות אוטומטיות הסתמכו על פיתול, בידוד ובדיקה ידניים של חוטים חשופים דרך צינורות, שלקחו לחשמלאים מאות שעות להתקין. מחברי M12 של ימינו (לצד חידושים אחרים בכבלים כמו גם מגוון מתפתח של ערכות כבלים מיוחדות) יכולים לעיתים לחסוך את הצורך בטכנאים מומחים כדי לבצע התקנה ואפילו תוך אפשור כינון מהיר, בטוח וללא תקלות שקל להחליפו במידת הצורך. למעשה, מחברי M12 הם חלק ממגמה הולכת ומתרחבת באוטומציה של מכונות ומפעלים לכיוון של פתרונות פשוטים, מודולריים ולא-קנייניים.