Новые возможности автоматизации
Для ряда приложений при подключении питания предъявляются особые требования к конструкции применяемых устройств и соединителей. Требование к обеспечению пылевлагозащищённости соединения иногда вступает в конфликт с технологичностью и удобством монтажа, что ставит перед разработчиками устройств довольно сложные задачи. Производители промышленных соединителей стараются оперативно реагировать на требования рынка, учитывают особенности применений и монтажа изделий. При этом ключевыми факторами по-прежнему остаются увеличение эффективности производства и снижение себестоимости продукции. Новая разработанная серия промышленных разъёмов IPD немецкого электротехнического концерна Phoenix Contact изначально ориентирована на весьма узкое применение, но при этом обеспечивает подключение кабелей питания к устройствам со степенью защиты IP67 и надёжное влагозащищённое соединение в жёстких условиях эксплуатации. При разработке соединителей, в первую очередь ориентированных на массовое производство, было учтено требование светотехнической отрасли. Разъёмы позволяют максимально автоматизировать монтаж и обеспечивают максимальное удобство подключения непосредственно на объекте без использования специального инструмента. В данной серии соединителей применена наиболее перспективная с точки зрения повышения эффективности производства технология быстрого монтажа проводников push-in (см. рис. 1).
Внешние воздействия, возникающие во влажной среде, оказывают негативное влияние на соединения, превращая разводку кабелей и подключение питания к устройствам в серьёзную задачу. Промышленные системы, в частности на объектах дорожной инфраструктуры, должны выдерживать ряд строгих требований к электропитанию устройства. Помимо полной защиты от попадания пыли, системы, применяемые вне помещений, должны безотказно работать в агрессивных средах, иметь соответствующий уровень защиты от влаги и УФ-излучения.
Даже при наличии герметичного корпуса критическим элементом любого изделия являются его интерфейсы подключения к линиям питания и другим устройствам. Именно эти соединения определяют работоспособность аппаратуры в полевых условиях. Основными требованиями, предъявляемыми к электромеханическим компонентам, являются надёжное соединение и бесперебойное питание в течение длительного времени. Тенденция к уменьшению габаритов устройств и стремление к большей экономической эффективности производства являются дополнительными аргументами для создания компактных конструкций соединителей с минимально возможным количеством составных частей и соединений. Кроме того, к узлу соединения кабеля питания и прибора применяются дополнительные требования, касающиеся удобства и скорости монтажа. В связи с этим при разработке новых типов соединителей необходимо учитывать как себестоимость изделия, так и потенциальную экономию, которую можно получить путём сокращения трудозатрат и времени на монтаж и обслуживание конечных устройств.
Уровень автоматизации приборостроительных предприятий позволяет механизировать практически все технологические этапы изготовления устройств, однако заключительный этап сборки по-прежнему предполагает использование ручного труда. В настоящее время имеется большая потребность в максимальной автоматизации производства, что определяет особые требования ко всем компонентам, используемым в составе промышленного устройства, в том числе и к внешним соединителям. Так, например, в производстве светодиодных светильников, особенно в промышленном и уличном исполнении, автоматизация становится залогом конкурентоспособности и низкой себестоимости изделия. Кроме того, принимая во внимание необходимость предоставления последующего сервисного обслуживания и расширенной гарантии (в ряде случаев до 7–10 лет), качество компонентов, элементной базы, соединителей, корпусов устройств становится определяющим фактором.
Ограниченность существующих решений
На данный момент самым простым типом влагозащищённого подключения кабеля к устройствам и шкафам управления является обычный кабельный ввод. При этом подключение кабеля внутри устройства осуществляется с помощью дополнительных клемм или пайки. В то же время для устройств с предварительно собранными кабелями возможности дальнейшего использования в полевых условиях сильно ограничены. Это связано с тем, что длины кабелей являются фиксированными, но непосредственно на объектах требования к длине кабеля питания могут быть изменены и при этом также необходимо обеспечить герметичность соединения. В результате при подключении или распределении питания от устройства к устройству, например при подключении промышленных светодиодных светильников, применяются дополнительные элементы: муфты сращивания кабеля, распределительные коробки, разъёмы. Всё это, безусловно, сказывается на стоимости и надёжности всей системы в целом. В большинстве случаев такие изделия экономически оправданно производить либо с внешним проходным соединителем, либо с возможностью подключения кабеля внутри устройства. Кабель будет подготовлен и смонтирован непосредственно на объекте в соответствии с требованиями проекта, при этом необходимо обеспечить качество и надёжность соединения, а также защитить определённые узлы устройства от попадания пыли и влаги.
Второй тип устройств оснащается уже готовым кабелем определённой длины, но для подключения на месте также потребуются дополнительные соединители или распределительные коробки. Соединения в разъёмах типа «кабель-кабель» также накладывают дополнительные требования к квалификации монтажников и используемому монтажному инструменту. В таких решениях широко распространены винтовые или обжимные соединения. При этом вероятность появления ошибок и надёжность соединения напрямую зависят от квалификации монтажника.
Новая технология подключения
Именно для повышения эффективности производства при разработке нового типа разъёмов питания на 3 и 5 контактов компанией Phoenix Contact была выбрана технология подключения push-in. Основой push-in-соединителей является пружинный контакт быстрого монтажа (см. рис. 2).
Технология не требовательна к квалификации монтажника, не накладывает дополнительных ограничений на монтажный инструмент, позволяет монтировать как одножильные, так и многожильные проводники, интуитивно понятна и предоставляет широкие возможности по автоматизации производства. Всё это определяет успешность и востребованность данной технологии в современных условиях и хорошо вписывается в парадигму Индустрии 4.0, которая подразумевает эффективное и гибко настраиваемое производство, автоматизацию трудоёмких технологических процессов и позволяет исключить или минимизировать вероятность ошибок, что в конечном итоге благоприятно сказывается на качестве и себестоимости конечного продукта.
Проходные соединители серии IPD от Phoenix Contact позволяют подключать от 3 до 5 проводов сечением до 2,5 мм2 без применения специальных инструментов. Подключение может производиться как вручную, так и автоматически (роботами). Промышленный соединитель IPD не является стандартным разъёмом, однако обеспечивает возможность быстрого подключения кабеля питания с внешней стороны устройства и идеально подходит для промышленных и уличных светильников, а также для других промышленных устройств. Это стало возможным благодаря специальной проходной муфте с возможностью герметичного крепления на передней стенке устройства. Муфта оснащена двусторонними push-in-контактами, что позволяет произвести соединение на самом устройстве и с помощью специального кожуха обеспечить защиту от влаги и других внешних воздействий. Жёсткие одножильные и многожильные снабжённые наконечниками проводники могут быть вставлены в разъём непосредственно, т.е. без приведения в действие толкателя. Многожильные проводники без наконечников могут быть вставлены в муфту с использованием встроенного толкателя для открытия пружины (см. рис. 3). Таким образом, внешние кабели питания могут быть подключены к устройству несколькими простыми действиями.
Простая система для сложных условий эксплуатации
Степень защиты IP66/IP67 обеспечивает надёжное соединение с устройством для использования вне помещений, при неблагоприятных внешних воздействиях, во влажной среде и при температурах от -40 до +100°C. Кроме того, push-in-соединение обеспечивает надёжный контакт при ударах и вибрации. Рабочее напряжение в соединителях серии IPD может достигать 690 В, токи – 20 А, что позволяет использовать их в различных применениях.
Кабель питания вводится через герметичный кожух соединителя и подключается непосредственно к самому устройству. Затем кожух соединителя соединяется с прибором и защёлкивается посредством поворота на 180°. Герметизация кабеля осуществляется затягиванием гайки в хвостовой части кожуха. Специальная кодировка блочной и кабельной частей соединителя позволяет подключить кожух практически вслепую и безошибочно найти правильное положение для блокировки, что необходимо для безопасной работы и надёжного соединения, особенно если монтаж производится в сложных условиях или в ограниченном пространстве. Кожух блокируется в закрытом положении и для отсоединения кабеля требуется разъединить интегрированную защёлку с помощью отвёртки. Все конструктивные особенности и технологии монтажа проводников тщательно прорабатывались на этапе проектирования соединителя, при этом учитывались как специфические требования светотехнической отрасли, так и общие, предъявляемые к промышленному оборудованию, используемому вне помещений. Так, например, блокировка кожуха и блочной части в закрытом положении защищает место соединения от непреднамеренного открытия, что является безусловным требованием для всех промышленных уличных светильников в странах Европы.
Серия соединителей IPD (см. рис. 4) построена на современной технологии подключения проводников, имеет функциональный дизайн и обеспечивает удобство и надёжность монтажа. Для разделения разных по назначению интерфейсов доступны различные цвета соединителей и специальные маркировочные бирки.
Заключение
Технология монтажа проводов push-in успешно работает в промышленном оборудовании на протяжении нескольких лет и с каждым годом набирает всё большую популярность. Она обеспечивает удобный и простой монтаж без использования специальных инструментов. Благодаря ряду бесспорных преимуществ push-in-соединители ак-
тивно внедряются во все отрасли промышленности.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
