Como economizar espaço nos conectores, preservando a flexibilidade em ambientes industriais adversos

No ambiente industrial, é um desafio substituir ou atualizar os dispositivos cabeados, pois é difícil remover e reinstalar fios e cabos de forma confiável. Da mesma forma, a adição de novos sensores, um processador ou outros componentes muitas vezes requer uma substituição completa e uma nova fiação.

Além disso, os tamanhos dos dispositivos industriais continuam a diminuir, limitando o espaço disponível para vários conectores. Ao mesmo tempo, um layout eficiente para uma boa densidade de painel requer conectores menores que permitam uma combinação de vários tipos de conexões dentro de um único conector.

O ambiente industrial apresenta seus próprios desafios quando se trata de manter a integridade dos dispositivos: é importante evitar que líquidos e poeira entrem e danifiquem componentes delicados.

A conectorização — substituir os dispositivos com conexão direto no fio por conectores modulares — resolve todos esses problemas. Esses conectores, disponíveis em formas compactas, permitem a combinação de vários tipos de fiação em um único conector. Na forma modular, esses conectores podem ser rapidamente reconfigurados para acomodar modificações e atualizações sem a necessidade de substituição de dispositivos ou cabos. Além disso, conectores modulares reforçados ambientalmente selam poeira e líquidos, bem como o impacto dos jatos de água de alta pressão utilizados para a esterilização.

Este artigo examina os fundamentos dos conectores modulares, mostrando como eles são escolhidos, montados e utilizados. Ao fazer isso, ele apresenta exemplos de conectores da HARTING, os quais os projetistas podem usar em seu próximo projeto de sistema industrial.

Conectorização utilizando conectores modulares

Há duas maneiras de conectar alimentação, sinais e dados digitais em um dispositivo ou aplicação industrial.

O cabeamento pode ser conectado permanentemente direto no fio, ou pode ser instalado usando um conector. A escolha depende de alguns fatores. Provavelmente, o mais importante é a frequência com que o dispositivo será desconectado e reconectado. Se o dispositivo com conexão direto no fio tiver que ser reconectado, cada fio precisa ser cuidadosamente removido e reconectado, resultando em custos substanciais de mão-de-obra. A chance de erro no cabeamento é alta e pode levar horas para solucionar os problemas causados por esse erro.

O uso de conectores pode inicialmente custar mais, mas uma vez tomada essa decisão, a reconexão se torna um cenário de plug-and-play onde é difícil conectar errado, reduzindo a necessidade de mão-de-obra qualificada. Assim, o uso de conectores para substituir cabos com conexão direto no fio — o que é chamado de conectorização — oferece muitos benefícios a longo prazo.

Se forem utilizados conectores modulares, isso aumenta a flexibilidade da instalação. Considere um conector modular que possa lidar com alimentação, sensores, sinais analógicos e digitais e até mesmo pneumáticos (Figura 1). Há uma grande variedade de módulos disponíveis. O exemplo mostra um RJ45 e um barramento de dados serial USB, três módulos multipinos com uma variedade de diâmetros dos pinos e um módulo com linhas pneumáticas triplas.

Figura 1: um conector modular pode lidar com sinais, alimentação, interfaces de comunicação digital e até mesmo pneumática, tudo em um único conector. Os módulos podem ser trocados rápida e facilmente, conforme a necessidade. (Fonte da imagem: HARTING)

Configuração de conectores modulares

Há uma nomenclatura simples dos vários componentes de um conector modular mostrados na Figura 2.

Figura 2: a nomenclatura dos componentes dos conectores modulares da HARTING. As estruturas retêm os módulos e se encaixam dentro da capas ou do capô. Os conectores podem ser abertos facilmente, e os módulos podem ser rearranjados, adicionados ou excluídos para quaisquer modificações necessárias. (Fonte da imagem: HARTING)

A parte fixa da base de um conector é uma capa. A extremidade de acoplamento da parte móvel é um capô. As molduras se encaixam dentro da capa ou do capô e servem para travar os módulos no lugar. Os conectores podem ser configurados com espaço extra para expansão futura, utilizando módulos fictícios. Os dois conectores de acoplamento são fixados juntos usando uma rosca ou uma trava com alavanca de travamento. Os capôs podem ter acesso superior, superior múltiplo, lateral ou lateral múltiplo para o cabo. A capa pode ser acessada tanto por cima como por baixo.

Dado o grande número de módulos, capas, capôs e outros elementos de conexão disponíveis que a HARTING fornece, pode ser um empreendimento complexo selecionar as opções corretas. A HARTING simplifica esse processo com um configurador on-line que facilita a seleção e o projeto de um conector modular (Figura 3).

Figura 3: a interface de usuário do configurador on-line HARTING Han simplifica o projeto e a seleção de componentes de conectores modulares. (Fonte da imagem: HARTING)

O configurador orienta o projetista na seleção de elementos para fios, dados, ópticos e pneumáticos para o conector. Cada elemento apresenta escolhas para que o usuário combine com o projeto pretendido.

Nesse exemplo, os elementos elétricos são escolhidos. O usuário digita o número e os tipos de mídia dos fios, os requisitos de condução de corrente e algumas outras questões relacionadas ao projeto. O configurador mostra rapidamente algumas configurações possíveis, listando as peças enquanto também fornece um desenho isométrico do conjunto (Figura 4).

Figura 4: uma renderização do configurador de um conector de seis pinos e receptáculo base, juntamente com sua base associada, capô e grampos de cabos. (Fonte da imagem: HARTING)

O projeto é totalmente documentado com listas de peças para download, modelos 3D, fichas técnicas, folhas de tipo e declarações de produtos.

No exemplo mostrado, as perguntas incluíram o tipo de base, a trava desejada, o número de condutores, os níveis máximos de corrente e tensão esperados e o ambiente. As configurações resultantes incluíram a base montada em painel HARTING 09400060311. A base é de alumínio fundido utilizando trava de rosca e é classificada para ambientes agressivos. Essa base foi combinada com um módulo duplo HARTING 09140060371 articulado, com moldura de retenção para serviço pesado. Essa moldura tem espaço para dois módulos. O módulo escolhido foi um módulo fêmea de seis posições, o HARTING 09140063101. Os soquetes para pinos crimpados de prata associados são os HARTING 09330006220 para fio 20 AWG.

O lado do cabo do conector é baseado no capô do conector HARTING 19400060411 de alumínio fundido com sua moldura de retenção de módulo duplo para serviço pesado HARTING 09140060361 associada, . Essa moldura aceita o módulo macho HARTING 09140063001 com os pinos crimpados de prata HARTING 09330006121 para 20 AWG. A montagem do capô é completada por um grampo de cabos de latão 9/16 HARTING 19000005090. A base e o capô acomodam dois módulos, de modo que qualquer posição não utilizada pode ser preenchida com módulos fictícios, tais como o HARTING 09140009950.

Proteção ambiental

Todos os componentes HARTING Han HPR operam em uma faixa de temperatura de -40 °C a +125 °C, são selados e tem classificação ambiental até IP68 e IP69K.

As classificações de proteção contra entrada (IP), definidas pela IEC 60529, expressam o grau de proteção que os componentes dos conectores oferecem contra efeitos externos. Os efeitos externos incluem choque mecânico, corpos estranhos, umidade, poeira e líquidos, como água, combustível, fluidos de limpeza, refrigerantes e óleos.

O primeiro número na classificação IP é a resistência aos sólidos. A classificação pode variar de 0 a 6. O número 6 representa o mais alto nível de proteção. Conectores com classificação 6 são à prova de pó e oferecem proteção total contra partículas sólidas. O Segundos número na classificação IP é a resistência aos líquidos. Esse número varia de 0 a 9. Uma classificação 8 significa que o dispositivo é estanque e protegido contra pressão de água. A classificação 9K indica proteção contra lavadores por jato de pressão de vapor e líquidos similares acionados por pressão. Portanto, uma classificação de IP68 ou IP69K é excelente.

A série HARTING Han HPR é destinada a ambientes externos agressivos. Os capôs e capas de alumínio fundido têm um acabamento em pintura a pó epóxi, dando-lhes uma excelente resistência à corrosão, ao mesmo tempo em que são bem vedados contra condições úmidas. Os componentes metálicos proporcionam excelentes características de compatibilidade eletromagnética.

Para instalações múltiplas usando os mesmos conectores, essa série de conectores oferece até dezesseis posições polarizadas codificadas para assegurar o correto acoplamento dos cabos. Além disso, a série compacta HPR economiza espaço e reduz o peso por ser até 25% mais leve do que os conectores HPR padrão correspondentes.

Conclusão

Assegurar a integridade da conexão, flexibilidade e expansibilidade — e ao mesmo tempo estar em conformidade com os requisitos do fator forma e os rigores dos ambientes industriais — pode ser um desafio para os projetistas. Como mostrado, a conectorização baseada em uma abordagem altamente configurável, compacta e modular, com uma ferramenta de seleção de elementos de conector on-line fácil de usar, simplifica muito o processo.