התאמת מחברי אותות וכוח ליישומים רובוטיים ויישומים תעשייתיים אחרים בצפיפות גבוהה

מפעלים חכמים הופכים לאוטומטיים יותר ויותר באמצעות בינה ובקרה מבוזרות, תוך שימוש בקונספטים מודולריים של מכונות רובוטיות. פיזור פיזי זה של פונקציות בקרה מחייב חיבוריות באמצעות חוטים וכבלים המבטיחים מחברים אמינים ומאובטחים התואמים לדרישות הסביבתיות של המפעל המודרני. מחברים כאלה חייבים להיות בעלי התנגדות נמוכה, שטח מגע מספיק כדי להתמודד עם הזרמים הנומינליים שלהם, ומנגנוני נעילה חזקים כדי לעמוד בפני רעידות וזעזועים. בנוסף, עליהם להיות קלים להרכבה ושינוי כדי לאפשר עדכונים ושינויים מהירים.

מאמר זה מספק סקירה קצרה של דרישות החיבוריות של רובוטים תעשייתיים ואוטומציה במפעלים. לאחר מכן הוא מציג סדרה של מחברים של TE Connectivity AMP ומראה כיצד ניתן ליישם את המאפיינים שלהם כדי לתמוך בצורכי הספקת-הכוח, האותות, האמינות והבטיחות של יישומים אלה.

מהו מפעל חכם?

מפעל חכם הוא מתקן משולב המשתמש במכונות, רובוטים וחיישנים מקומיים המחוברים דיגיטלית לבקרה, איסוף נתונים, ניתוח וקבלת החלטות בזמן-אמת (איור 1). מפעלים כאלה הופכים יותר ויותר מבוזרים ומודולריים, מה שמאפשר להם להתאים בקלות לצרכים המשתנים של הייצור. הארגון המודולרי מעדיף בקרה מקומית ומכונות קטנות יותר כדי לשפר את גמישות הייצור.

איור 1: המפעל החכם משתמש במכונות, רובוטים וחיישנים מחוברים לרשת כדי להבטיח פעולה יעילה. (מקור התמונה: TE Connectivity AMP)

מתקנים אלה משתמשים בתחנות עבודה מודולריות המצוידות ברובוטים עצמאיים או שיתופיים (קובוטים). רובוטים ניידים, כגון רכבים מונחים אוטומטיים (AGV) או רובוטים ניידים אוטונומיים (AMR), מעבירים מוצרים בין תחנות עבודה. ל-AMR ול-AGV יש יתרון על פני רובוטים נייחים בכך שהם ניידים מאוד ויכולים להסתובב ולהעביר בין תחנות עבודה. כאשר AGV, AMR וקובוטים פועלים יחד, קו ייצור יכול לבצע משימות שונות בתוך תאים נפרדים. רובוטים יכולים לנוע בין תחנות עבודה או להיות מוצבים מחדש לפי הצורך, ובכך לשפר את היעילות הכוללת. תחנות עבודה אלו ממוקמות לעתים קרובות בסביבות קשות, ולכן המתכננים חייבים לקחת בחשבון שרובוטים ומכונות אוטומטיות אחרות עלולים להיחשף לטמפרטורות גבוהות, לחות, אבק, כימיקלים קורוזיביים, זעזועים ורעידות.

חיישנים עוקבים אחר כל הפעולות. בהתאם לתכן, החיישנים עשויים להיות חוטיים או אלחוטיים. חיישנים אלחוטיים מחוברים בדרך כלל דרך האינטרנט התעשייתי של דברים (IIoT). רובוטים ניידים מנוטרים ומבוקרים גם הם באמצעות IIoT.

כמקובל במערכות אלקטרוניות, המגמה בתעשייה היא לכיוון רובוטים, מכונות, חיישנים ובקרים קטנים יותר. הגודל הקטן והמשקל הקל מתורגמים לדרישות הספקת-כוח נמוכות יותר ויותר ושטח רצפה זמין עבור ייצור מוגבר. הם מתורגמים גם למעגלים מודפסים קטנים יותר (לוחות PC), הדורשים רכיבים בעלי נצילות נפחית גבוהה.

מחברי הספקת-כוח ואותות גמישים ואמינים

מחברים, בין אם חוט-לחוט, חוט-ללוח או חוט-לפאנל, חייבים לשאת באופן אמין אותות הספקת-כוח ובקרה. התוצאה של מחברים קטנים יותר הם מרווחים קרובים יותר ופסיעות עדינות יותר של המוליכים.

תכן מודולרי, מעצם הגדרתו, הוא גמיש; לכן, פתרונות המחברים חייבים להיות גמישים כמו המערכת האוטומטית. בהתאם לצורך בגמישות, יש לתכנן מחברים כך שיבטיחו נעילה בטוחה ונוחה שתמנע הן חיבור שגוי במהלך ההרכבה והן ניתוק מקרי כתוצאה מזעזועים ורעידות.

מחברי סדרת Dynamic‏ של TE Connectivity AMP מתוכננים לענות על הצרכים של מעגלי אותות והספקת-כוח תעשייתיים הדורשים צפיפות גבוהה. המחברים עומדים בדרישות אלו באמצעות מספר סדרות מחברים, המטפלות בזרמים שבין 2.6 ל-100 אמפר (A) ומתחים שבין 125 ל-1000 וולט. בהתאם לדירוגי הזרם והמתח, מחברים אלה מציעים חיבורים בצפיפות גבוהה עם מרווחי מוליכים מ-1.8 עד 24.5 מילימטרים (מ"מ).

מחברי Dynamic‏ הקומפקטיים ביותר הם סדרת Mini‏. סדרה זו, המיועדת עבור יישומי חוט-ללוח, היא בעלת מרווח מגעים של 1.8 מ"מ והיא זמינה עם מספר פינים של 12, 16 ו-20 מיקומים. הם מתאימית עבור גודלי חוטים של AWG‏ 22‏ עד AWG‏ 26‏ ומדורגים לטפל ב-250 וולט AC‏ (VAC‏) ב-A‏ 3‏.

דוגמה לכך היא ה-1-2834461-2‏ (איור 2, למעלה), בית שקע בעל 12 מגעים כאשר המגעים מסודרים בשתי שורות עם מרווח שורה-לשורה של 2.75 מ"מ. המחבר הוא באורך 19.3 מ"מ, רוחב 15.7 מ"מ וגובה 8.35 מ"מ.

איור 2: מוצגים רכיבי שקע כבל-ללוח Dynamic Mini עם 12 פינים (למעלה) ופס-פינים (למטה). (מקור התמונה: TE Connectivity AMP)

בית השקע מאוכלס במגעי שקע ‎2834464-5‏ של TE Connectivity AMP‏. אלו הם הדקי חוטים מכופפים מסגסוגת נחושת מצופה בדיל המתאימים עבור חוטי AWG‏ 26‏. הם מדורגים לטפל ב-A‏ 3‏ במתח עבודה של _AC‏V‏ 250‏ או _DC‏V‏ 125‏. כל מגע משתמש במגעון נעילה כדי לעגן את עצמו בתוך המארז. בנוסף, המארז כולל מנעול משני המורכב במישור פני השטח (Flush‏) כדי לספק שכבת אבטחה נוספת למנגנון הנעילה של הדק המגע.

השקע מתחבר ל-1-2834465-2‏, פס-פינים בהרכבה משטחית בעל 12 פינים (איור 2, למטה). פס-הפינים הוא באורך של 19.3 מ"מ, רוחב של 12.3 מ"מ וגובה של 8.7 מ"מ בלבד. פס-הפינים כולל פיני מגע מצופים בדיל בעלי חתך מרובע ועטופים במלואם.

זוג המחברים מקודדים כדי למנוע הכנסה שגויה וכולל תפס נעילה המספק משוב קולי וטקטילי כאשר השקע ופס-הפינים מחוברים במלואם. התפס שקוע מתחת לחלק העליון של המחבר כדי למנוע התנתקות מקרית. יתדות צדדיות מעניקות תמיכה מכנית לפס-הפינים.

הגודל הקטן יותר והאמינות הגבוהה יותר של מחברי סדרת Mini עונים לא רק על הדרישות של הסביבה התעשייתית, אלא גם של יישומים אחרים כגון רובוטיקה ורכב, הדורשים עמידות גבוהה יותר לרעידות.

מחברים לזרם גבוה יותר

גודל המחבר גדל כדי להתאים את עצמו לצורך לטפל בזרמים גבוהים יותר. מחברי Dynamic D1000 Slim‏ (איור 3) ממלאים את הנישה עבור תחום הזרם הגבוה הבא. לדוגמה, ה-1-2366600-4‏ הוא בית תקע בעל שתי שורות וארבעה מיקומים, עם פסיעת מגעים של 2.7 מ"מ ומרווח בין שורה-לשורה של 2 מ"מ. בית תקע זה מתחבר לבית השקע 1-2366515-4‏ עבור חיבור חוט-לחוט בקו-אחד. כמו מחברי סדרת Mini, ה-D1000 כולל תפס בעל משוב נשמע וטקטילי כדי להבטיח חיבור פוזיטיבי. קיימים מגעי לחיצה הן מסוג שקע והן מסוג לשונית, המטפלים בגודלי חוטים מ-AWG‏ 22‏ עד AWG‏ 30‏. מחבר D1000‏ מדורג לזרם מקסימלי של 8.3 אמפר, בהתאם לעובי החוט שנבחר.

איור 3: מוצגת ההרכבה של מחבר חוט-לחוט D1000 Slim בעל ארבעה מיקומים. (מקור התמונה: TE Connectivity AMP)

הבתים זמינים עם קידוד אופקי או אנכי כדי להבטיח חיבור נכון. סט המחברים המחוברים הוא באורך 21.5 מ"מ, רוחב 7.2 מ"מ וגובה 8.9 מ"מ. הבתים מסומנים בבירור הן עם זיהוי השורה והן עם סוג הקידוד כדי למזער שגיאות תצורה וחיווט (איור 4).

איור 4: מוצגים סימוני זיהוי השורות וכיוון הקידוד המשמשים עבור בתי D1000 Slim. (מקור התמונה: TE Connectivity AMP)

התקנה בשטח

סדרת Dynamic כוללת מגוון רחב של סוגי מחברים, בנוסף לגרסות מגע לחיצה. מחברים מסוג מהדקי כלוב או קפיץ, כגון סדרת D-2970‏ (איור 5), זמינים גם כן. מחברי מהדק קפיץ, בניגוד למחברי מגע לחיצה, קלים להתקנה או לשינוי באתר. החוטים, לאחר הסרת בידוד הקצה, מוכנסים לפתח כניסת החוט של גוף המחבר, שם מהדק קפיץ אוחז בחוט ונועל אותו במקומו. כפתור שחרור מאפשר להסיר חוט שהוכנס. אין צורך בכלים כדי לחווט או להסיר את חוט המחבר.

איור 5: ניתן לחווט את מחברי חוט-ללוח סדרת D-2970 ללא כלים, פשוט על ידי תחיבת חוט חשוף לפתח כניסת החוט. (מקור התמונה: TE Connectivity AMP)

דוגמאות לסדרת D-2970 כוללות את ה-2336491-4‏, פס-פינים בעל ארבעה מגעים ושורה אחת, המתחבר למחבר שקע 2336488-4‏ בעל ארבעה מיקומים עבור הרכבת חוט-ללוח-PC‏. זוג המחברים הוא בעל פסיעה של 5 מ"מ ומתאים לחוטים בתחום של AWG‏ 14‏ עד AWG‏ 24‏, המסוגלים לטפל בזרם מקסימלי של A‏ 14‏ על בסיס עובי החוט שנבחר. הם מדורגים למתחים גבוהים של עד V‏ 300‏.

מידות פס-הפינים הן 22 מ"מ רוחב, 34 מ"מ עומק ו-18.7 מ"מ גובה, בעוד שמידות השקע הן 24.9 מ"מ רוחב, 14.8 מ"מ עומק ו-9.8 מ"מ גובה.

סיכום

יש לבחור בקפידה מחברי הספקת-כוח ואותות תעשייתיים עבור רובוטיקה ואוטומציה במפעלים כדי להבטיח אמינות, בטיחות, גמישות ותקינות אותות. מחברי סדרת Dynamic של TE Connectivity AMP‏ מאפשרים למתכננים לבחור מתוך מגוון רחב של תצורות פינים, תוך הדגשת מאפיינים כגון צפיפות גבוהה, בית עם קידוד, סימונים ברורים, יכולת נעילה, עמידות בפני זעזועים ורעידות וגודל קומפקטי.