פשט פריסת ציוד תעשייתי על ידי שימוש במחברים מודולריים הניתנים להגדרת תצורה

כאשר שוקלים כיצד לבצע חיבורי אותות ואספקת-כוח עבור יישומים תעשייתיים, בדרך כלל קיימים חיבורי אותות, אספקת-כוח והארקה רבים שיש לבצע בחללים צרים. מתכננים צריכים לפרט סוגים רבים של חווט, בעוד זמן הכנת חברור, נוחות ומקום הינם גם כן גורמים קריטיים. במצבים אלה, תכנים רבים של ציוד תעשייתי משתמשים בחווט קשיח בסיסי מנקודה-לנקודה, בו הטכנאי מחבר ידנית את החוטים, אחד אחד.

אולם, המציאות היא, שחווט קשיח ידני זה באתר צורך הרבה זמן בשדה, נוטה לטעויות ולפיכך יקר. הוא יקר במיוחד באבדן זמן, מאמץ שחזור וטעויות אם מסיבה כלשהי יש צורך לנתקו/לחבר אותו מחדש, כולל תיקון, הרחבה או סידור מחדש.

הפתרון לבעיות אלו של יעילות, עלות, מקום ואמינות הוא להשתמש במחברים מודולריים, כיוון שהם גמישים, רב-תכליתיים ומנוהלים בקלות. הם גם באים עם מגוון גדול של בתי מחבר ומסגרות הרכבה המשודכים עם גופי תחיבה שונים ומותאמים לפי בחירת המתכנן, מתוכננים לטפל‏ בתחום רחב של אותות חשמליים מסוימים — כולל אספקת-כוח, אותות‏ וסוגי נתונים — תוך שימוש בחוטים חשופים, מחברי D-Sub‏, חווט קואקסיאלי, ואפילו סיבים אופטיים ופנאומטיקה של אוויר-דחוס.

מאמר זה ישתמש‏ בדוגמה פרקטית כדי להדגיש חלק מהבעיות הקיימות עם גישה ידנית. אחר כך יציג גישה‏ גמישה ויעילה יותר המבוססת על מחברי סדרת ה-Han-Modular מבית HARTING‏ ויראה גם כיצד הם פותרים בעיות חווט רבות. יתואר כלי מגדיר-תצורה (Configurator Tool) נלווה, שתפקידו לעזור למתכננים לבנות במהירות את המחבר האופטימלי המבוסס על מערכת ה-Han-Modular.

חווט קשיח מנקודה-לנקודה: מהיר, קל‏, לעיתים מבולגן

נראה קל יותר לממש חברור בסיסי עם חווט קשיח מנקודה-לנקודה, אך במקרים רבים מצטערים על החלטה זו. חשוב על הדוגמה של שדרוג חווט של תרמוסטט "טיפש", פשוט, חד-אזורי, ליחידה חכמה, שדרש ממסר ביניים בין היחידה החכמה ובקר מערכת החימום. החווט של אותו אזור ראשון היה לא מאורגן ונראה מבולגן אך היה מהיר להתקנה ועבד. כמו כן, מאחר וכולו עבד על 24 וולט AC, לא היו בעיות עם חווט חשוף ובטיחות.

אולם, בשנה העוקבת, בעל הבית החליט לשדרג את שני האזורים האחרים לתרמוסטטים חכמים. החווט הנוסף מנקודה-לנקודה גם כן נעשה במהירות והתוצאה הייתה "קן של עכבר" שלמרבה הפלא עבד (איור 1). למרות שתפקד, לטווח ארוך זו לא גישה טובה, מאחר ומאוחר יותר, במקרה שמתגלית בעיה, יהיה קשה מאד לאתר תקלות, וכל שדרוג נוסף יהיה סיוט.

איור 1: חווט מבולגן מנקודה-לנקודה יכול להיות התוצאה של מורכבות פרויקט או אפילו הוספת רובד של פונקציונליות נוספת למערכת‏ בסיסית, כפי שמוצג על ידי חווט ממסרים זה עבור שדרוג תרמוסטט חכם‏ שלושה-אזורים. (מקור תמונה: Bill Schweber)

מצב זה היה בלתי קביל מסיבות פרקטיות, אסתטיות ותיעוד, כך שנתקבלה ההחלטה לסדר ולחווט מחדש את כל הסידור על ידי חווט קשיח עם הדקים מסוג spade lug ופסים של הדקי בורג (איור 2). זה לקח פחות זמן ותכנון משימוש בשלושה מחברים יעודיים (אחד לאזור) ונחשב לפשרה מקובלת במקרה זה, למרות שהיה כרוך ביותר מ-50 חיבורים בדידים. התקנה זו מדגימה את היתרונות הנראים של חיבורי חווט קשיח מנקודה-לנקודה: הם דורשים יחסית תכנון מועט (מספיק בדרך כלל שרטוט או דיאגרמת חברור), מחויבות מינימלית וניתן להתחיל מיד.

איור 2: חווט שדרוג התרמוסטט שופר על ידי חווט מחדש עם שימוש נרחב בהדקים מסוג spade lug ופסים של הדקי בורג, אבל עדיין נדרשה תשומת לב רבה כדי למנוע טעויות בזמן החווט מחדש של יותר מ-50 חיבורים, וכן תופס מקום משמעותי בהשוואה לשימוש במחברים מרובי-מגע (multicontact). (מקור תמונה: Bill Schweber)

העולם התעשייתי הוא מורכב יותר

בסביבה תעשייתית, אפילו לחווט המשופר ההוא יהיו השלכות שליליות בטווח ארוך. התקנת כל החוטים הבדידים ההם דורשת בדיקות מרובות של מיקום כל חוט בהשוואה לשרטוט, כמו גם בדיקה של שלמות פיזית. תיוג של כל חוט הוא קריטי גם כן ובדרך כלל יש למלא אחר תקני תיוג ISO ו-ANSI. אם יש לנתק את הציוד לצורך תיקון או העברה, חייבים לנתק את החיבור המסובך, וחיבורו מחדש דורש חזרה על כל התהליך.

לכן ברור שכבלים בדידים מחווטים-מראש ומחברים מתאימים מציעים מראש אלטרנטיבה אטרקטיבית. הם ניתנים לבניה ובדיקה מראש בסביבה מבוקרת, ובכך נמנע חווט קשיח, אך גם גורמים לדאגות חדשות. התקנות רבות משתמשות בתמהיל של סוגי אותות‏ כגון מתחים נמוכים וגבוהים על פני מגוון של דרגות זרם, אותות חיישנים, מספר סוגים של קישורי נתונים, כמו גם Ethernet‏, סיב אופטי ואפילו אוויר בלחץ-נמוך (פניאומטי). התוצאה היא‏ אוסף מגוון של כבלים ומחברים, שתופס מקום משמעותי בפנל, עלול לדרוש מפתוח במקרה שישנם מספר כבלים עם אותו סוג מחבר, ועדיין לוקח זמן לחבר/לנתק.

קיים פתרון שנראה שפותר ‏את הדילמה של כבלים/מחברים מרובים, לפחות ממבט ראשון. קיימים מחברים סטנדרטיים עם מגעי הספק ואותות מרובים בבית מחבר משותף. אלה הם באמת רק פתרון חלקי משתי סיבות. ראשית, הם זמינים עם סט קבוע, נקבע מראש, של מספר וסוגי מגעים, כגון שני חיבורים עבור הספק ושישה עבור אותות. שנית, הם זמינים עבור רמות אות והספק בסיסיות נמוכות/גבוהות בלבד ואותות נתונים מסוימים, אך לא עבור Gigabit Ethernet‏ (GbE), סיב אופטי זכוכית או פלסטיק, או אפילו חיבורים פניאומטיים (אוויר) בלחץ-נמוך.

מודולריות מלאה: פתרון טוב יותר

כדי לעקוף מגבלות מגעים אלו, מתכננים יכולים להשתמש בסדרת המחברים HARTING Han-Modular. מחברים אלה מייצגים את הפתרון העדכני ביותר במונחים של גמישות מגוון-והתאמה, הודות למספר ולסוגי המגעים. המתכנן בוחר כמעט כל שילוב של מחברים ומגעים ואחר כך בוחר במסגרת מחברים שיחזיק אותם ביחד עם בית מחברים מתאים (איור 3 ואיור 4).

איור 3: תוצאות מודולריות מוגדרות-משתמש ביצירת מחבר‏ מותאם-במיוחד עם רכיבים סטנדרטיים. (מקור תמונה: HARTING)

איור 4: התוצאה של התהליך המוצג באיור 3 הוא‏ מכלל מחברים סגור, קומפקטי, מותאם-במיוחד במלואו, עם צידי חיבור מותאמים. (מקור תמונה: HARTING)

מודולי ה-Han תומכים במחברים ומגעים (זכר ונקבה) עם זרמים ממספר מילי-אמפר עד 200 אמפר (A‏), מתחים עד 5,000 וולט, צנרת פניאומטית, קווי נתונים, אותות אפיק מסוככים, ואפילו כבלי סיב אופטי עשויים פלסטיק או זכוכית. זהו מגוון מבחר חשמלי ומכני שלא נמצא במכללי מחבר/מגע מרובי-תפקוד אחרים.

השימוש במחברים אלה הופך את הכבל והחווט למשימה קדם-הנדסית שניתנת לתכנון, הרכבה ובדיקה כרתמה שלמה מחוץ לאתר, להבדיל מביצוע משימות אלו באתר ההתקנה, ולאחר מכן לחבר ולנתק במהירות ובפשטות (איור 5).

איור 5: כבלים עם סיומת מחבר שמורכבים ונבדקים מחוץ לאתר, אחר כך מותקנים במהירות באתר ומנותקים לפי הנדרש; שים לב לסוגי החווט השונים המשולבים בכל אחד מהמחברים המלבניים, נראים במיוחד במחבר השמאלי. (מקור תמונה: HARTING)

קיים יתרון נוסף לדרגת המודולריות והגמישות הגבוהה של סדרה זו. בעולם המציאותי של תכנון מוצר, הדרישות משתנות ומתפתחות במשך הפרויקט. עם סדרת ה-Han-Modular, אין צורך להתחיל לחפש שוב מחבר או מחברים המסוגלים להתאים לדרישות נוספות אלו; כל שעל המתכנן לעשות הוא להוסיף מודול פנימי נוסף למחבר הבסיסי.

דוגמאות המדגישות את התחום והוורסאטיליות

במקום לצטט את המחברים והמגעים הרבים הזמינים בסדרת Han-Modular, מבט חטוף על כמה מהם מספק תחושה טובה של האפשרויות.

ראשית, ישנה המסגרת המחזיקה את מודולי המחבר. דוגמה אחת היא המסגרת הצירית לעבודה מאומצת עבור שישה מודולים 09140240313 (איור 6). מודולי החיבור האינדיבידואליים מוכנסים, מאובטחים ונעולים במסגרת זו.

איור 6: אחת מהמסגרות הרבות הקיימות עבור החזקת תחיבי המחבר, המסגרת הצירית לעבודה מאומצת 09140240313 היא בעלת מקום עבור שישה מודולים כאלה. (מקור תמונה: HARTING)

מערכת תעשייתית עדכנית ביותר עשויה אפילו לדרוש תמיכה בקישורי GbE, כך שניתן להוסיף את מודול ה-gigabit ‏09140083012 עם מגעים זכריים (איור 7). המחבר המסוכך מדורג לעבודה ב-10 ג'יגה-ביט לשנייה (Gbit/s) וגם תומך באספקת כוח IEEE 802.3bt (נקרא גם ++PoE).

איור 7: מחבר מסוכך 09140083012‎­‎ GbE זה בסדרה מדורג לעבודה ב-10 ג'יגה-ביט לשנייה (Gbit/s) וגם תומך באספקת כוח IEEE 802.3bt‏ (++PoE). (מקור תמונה: HARTING)

באותו הזמן, המחבר עשוי להידרש לתמוך באספקת כוח AC או DC משמעותית, כך שבית המחבר הנקבי שישה-מגעים עבור תחיבי לחיצה 09332062648 יכול להיות בחירה טובה (איור 8). הוא יכול לטפל בתחיבי לחיצה מדורגים ל-500 וולט ב-‎16 A תוך שימוש בחוט חד-גידי או שזור במידות מ-0.14 ממ"ר (mm²) עד 2.5‎ mm² ‏(AWG 26 עד AWG 14).

איור 8: התקנות תעשייתיות בדרך כלל דורשות אספקות כוח AC ו-DC משמעותיות, שניתנות לחיבור דרך בית מחבר נקבי שישה-מגעים 09332062648 זה עבור תחיבי לחיצה ; הוא מטפל בתחום רחב של מידות חוט חד-גידי ושזור. (מקור תמונה: HARTING)

עבור התקנות בהן נדרש תקע מודולרי 8-חיבורים בתקן-תעשייה RJ45 Cat 6A‏, זמין המחבר 09454001520 (איור 9).

איור 9: מערכת ה-Han-Modular מציעה פתרון גם עבור מחבר ה-RJ45 הנפוץ, על ידי שימוש במחבר ה-09454001520. (מקור תמונה: HARTING)

אחד המאפיינים הייחודיים של מערכת ה-Han-Modular הוא היכולת שלה לספק בקלות חיבורי אוויר בלחץ-נמוך (פניאומטיים) בנוסף למערך הרחב שלה של אפשרויות חיבור חשמלי. לדוגמה, ה-09140033501 הוא מודול פנאומטי התואם למסגרות הרבות, וניתן להגדרת תצורה עבור קווי לחץ-נמוך בקטרים שונים כפי שנקבע על ידי הבחירה בתחיבים מתאימים (איור 10). ביניהם נמצאים תחיב המתכת הזכרי 09140006304 (איור 11) ותחיב המתכת הנקבי המשלים 09140006404 (איור 12), שניהם עבור צינור עם קוטר פנימי (ID) של 4 מ"מ.

איור 10: הביצועים של מודולי ה-Han הם מעבר לחיבור אותות, נתונים ואספקות-כוח חשמליים בלבד, על ידי התאמה לחיבור בקרה פניאומטית תוך שימוש במודולים כגון ה-09140033501 עבור חיבורי אוויר בלחץ-נמוך ותחיבים מתאימים. (מקור תמונה: HARTING)

איור 11: תחיב המתכת הזכרי 09140006304 מתוכנן עבור צנרת פניאומטית עם קוטר פנימי של 4 מ"מ. (מקור תמונה: HARTING)

איור 12: תחיב המתכת 09140006404 הוא המחבר הנקבי עבור אוויר בלחץ-נמוך, גם כן עבור צנרת בקוטר פנימי (ID) של 4 מ"מ. (מקור תמונה: HARTING)

שוב, אלה הם דגימה זעירה בלבד של התחיבים והמחברים הרבים הקיימים בסדרת ה-Han-Modular

Configurator Tool הוא מפתח לקלות שימוש

בעוד סדרת ה-Han-Modular היא שימושית כאשר מחברים מערך מגוון של סוגי חוטים, פונקציות ומידות, המבחר יכול להיות מדהים ולכאורה בלתי-אפשרי לקבוע קונפיגורציה אופטימלית. HARTING‏ מטפלת בכך על ידי הספקת כלי הקונפיגורציה החינמי Han Configurator Tool.

כלי מקוון זה מפשט בהרבה את התהליך של בניית מחבר Han-Modular‏ מותאם-במיוחד עבור יישומים ספציפיים. המתכנן פשוט מזין את פרטי דרישות החיבור והכלי מציין את התחיבים המודולריים המתאימים ביותר עבור היישום, בעוד הוא מספק גם פרטים טכניים, שרטוטי תלת-ממד וקבצי נתונים עבור אפשרויות מחבר שונות רבות. הכלי גם מכיר בכך שיש מתכננים שמכירים את מערכת ה-Han ומאפשר להם להגדיר ישירות ממשק שלם מבלי לעבור את כלי הסיוע צעד-אחר-צעד.

השימוש ב-Configurator Tool מתחיל עם זיהוי סוג האות הראשון שיש לחבר לסיומת (איור 13).

איור 13: ה-Configurator Tool מציג רשימה של סוגי החיבור הרבים הנתמכים על ידי מערכת ה-Han-Modular; מתכננים מתחילים על ידי בחירת אחד מהסוגים השונים שהם רוצים לבנות במכלל המחבר. (מקור תמונה: HARTING)

הכלי מגיב עם תפריטים יורדים עבור נתונים ספציפיים רלוונטיים, מוצגים כאן עבור אותות חשמליים: מספר מגעים, דרוג זרם, דרוג מתח, עובי חוט וטכניקת סיומת. סטים של נתונים שונים מוצגים בהתאם לסוג האות (איור 14).

איור 14: הצעד הבא, ה-Configuration Tool מבקש מהמתכנן לציין את הפרמטרים העיקריים עבור אותו סוג אות; מוצגת כאן המבחר עבור "חשמלי". (מקור תמונה: HARTING)

הצעד הבא, תפריטים יורדים/עולים מאפשרים למתכנן לציין דרישות נוספות כגון חומר בית המחבר (איור 15), מצב הרכבה (איור 16) וסוג נעילה (איור 17), שוב, בהתאם למחברים הקיימים (מוצגות כאן עבור “חשמלי”).

איור 15: תחתית המסך הראשון שואלת את המתכנן על חומר בית המחבר שהוא מעדיף. (מקור תמונה: HARTING)

איור 16: תחתית המסך הראשון מציעה גם מבחר מצבי הרכבה עבור המחבר הנבחר. (מקור תמונה: HARTING)

איור 17: בחירה נוספת להעשות היא מנגנון נעילת המחבר הנדרש. (מקור תמונה: HARTING)

אחר כך, הכלי מפיק פתרון בר-ביצוע אפשרי ראשון יחד עם פתרונות מוצעים אחרים, עם הצגת הקונפיגורציה כתלת-ממד, נוסף על רשימת המוצר (איור 18).

איור 18: לאחר הזנת כל סוגי החיבור, הפרמטרים וההעדפות הדרושים, הכלי בונה את מכלול המחבר השלם ומספק תמונת תלת-ממד מפורטת וכל אינפורמציה דרושה אחרת. (מקור תמונה: HARTING)

המתכנן יכול לבחור את התצורה המועדפת או יכול לשנות את הפתרון המוצע ולהחליף רכיבים בדידים.

ה-Han Configurator משפר ומאיץ את כל ההיבטים של תהליך התכנון, מאחר והמהנדס המגדיר את המחבר יכול להשיג יעדים מרובים:

• לחקור תכן מחבר עם ויזואליזציית תלת-מימד אינטראקטיבית
• להבטיח שהפתרון הוא בר-מימוש
• לשתף פעולה בקלות עם חברי צוות נוספים
• לשמור ולחלוק את קובץ המחבר המותאם-במיוחד
• להוריד קבצי CAD STP סטנדרטיים וגליונות נתונים
• ליצור אוטומטית מפרט חומרים (BOM) מפורט

מסקנה

האתגרים של בחירת הסט המתאים של מחברים שיהווה סיומת לכבל במערך תעשייתי יכולים להיות מתסכלים. מערכת ה-HARTING Han-Modular מפשטת את ההגעה לפתרון אופטימלי הודות לדרגות הגבוהות שלה של גמישות, מודולריות ויכולת לקבוע קונפיגורציה, הכל בתמיכת כלי קונפיגורציה (Configurator Tool) חזק ואינטואיטיבי. כתוצאה מכך, גישת החווט הקשיח מנקודה-לנקודה ניתנת להחלפה על ידי פתרון ממוטב, מותאם-במיוחד, שמציע נוחות וקלות-חיבור ותופס מקום מינימלי.