L’avvento di nuove applicazioni e la crescente diffusione di infrastrutture e fabbriche smart hanno contribuito all’aumento della richiesta di interconnessioni elettriche affidabili e robuste in grado di soddisfare particolari requisiti, come ad esempio, un peso ridotto e una maggiore resistenza alla corrosione.
Soluzioni mature per trend emergenti
La trasformazione digitale e l’elettrificazione sono senza dubbio due tra le principali tendenze odierne che offrono prospettive di sostenibilità insieme a ulteriori miglioramenti del tenore e della qualità della vita.
Poiché il processo decisionale basato sui dati è uno dei fattori chiave della trasformazione digitale, le aziende devono essere in grado di acquisire, spesso in tempo reale, dati sempre più precisi, accurati e numerosi dai loro asset e processi.
Nelle attrezzature e negli impianti industriali è presente un numero sempre maggiore di sensori, che vengono installati in nuovi punti, mentre nelle infrastrutture esistenti si procede all’aggiornamento dei sensori presenti.
Tali aggiornamenti, oltre a richiedere l’aggiunta di ulteriori canali di rilevamento, comportano la necessità di disporre di più sensori in ambienti gravosi, caratterizzati dalla presenza di umidità, sporcizia e polvere, temperature estreme, vibrazioni e sollecitazioni. In questi contesti operativi, i sensori potrebbero anche subire danni di natura fisica.
In modo analogo, la spinta verso l’elettrificazione sta contribuendo a far aumentare la richiesta di interconnessioni, sia di potenza sia di segnale, in una gamma di applicazioni diversificate tra di loro, dai microgeneratori alle biciclette e scooter elettrici, dalle apparecchiature di servizio per i veicoli elettrici (caricabatterie) ai sistemi BESS (Battery Energy Storage System – sistemi di accumulo a batteria). L’affidabilità è cruciale, così come lo sono il peso ridotto e la capacità di resistere all’azione di fenomeni ambientali come la corrosione.
D’altra parte, una connettività sempre più diffusa può comportare l’insorgere di alcune problematiche, come ad esempio tempistiche di installazione prolungate, una maggiore complessità, l’aumento dei rischi di errori di cablaggio e una manutenzione più onerosa.
Mentre in passato le architetture di cablaggio erano più semplici e solitamente comportavano il collegamento di un ridotto numero di fili, oggigiorno è necessario connettere un numero decisamente maggiore di canali in modo rapido, efficiente e accurato. Oltre a ciò, molto spesso è necessario effettuare l’installazione e la manutenzione sul campo.
Connettori M12: punti di forza e opportunità
I connettori circolari standard possono rappresentare una valida risposta alle esigenze sopra delineate. L’utilizzo di connettori di questo tipo comporta numerosi vantaggi in applicazioni industriali particolarmente gravose, tra cui una tenuta sicura e affidabile grazie a un elevato grado di protezione IP.
Le versioni per montaggio a pannello possono essere installate in modo molto semplice senza ricorrere a utensili speciali per creare un’apertura “ad hoc”. Questi connettori, inoltre, possono essere fissati senza problemi con un dado posteriore ed essere rimossi senza utilizzare utensili speciali.
Affidabile e ampiamente utilizzato, il connettore M12, conforme allo standard IEC 61076-2-101, è un primo esempio. Sono disponibili differenti configurazioni con un numero variabile di contatti come, ad esempio, la serie M12 di Bulgin (Figura 1) che prevede da 3 a 17 contatti nel fattore di forma standard con diametro di 12 mm.
La codifica rappresenta un mezzo efficace per evitare gli errori di cablaggio, mentre il meccanismo di serraggio a vite permette di confermare e garantire la corretta e completa connettività per tutti i canali interessati.
I connettori circolari M12 sono ideali per applicazioni quali networking, trasmissione dati, erogazione di potenza ed Ethernet industriale ad alta velocità. Impiegati solitamente nel campo dell’automazione industriale, i connettori M12 sono sempre più richiesti anche in altri settori: medicale, sicurezza/rilevamento, elettrificazione in ambito automotive (veicoli elettrici compresi) ed energie rinnovabili sono alcuni tra i numerosi esempi.
Grazie al design compatto e all’elevata robustezza, questi connettori sono ideali per l’uso in applicazioni “mission critical”.
Sempre più intelligenti e affidabili
Se da un lato si assiste a un aumento della domanda di connettori in grado di operare in ambienti ostili, dall’altro i progettisti sono alla ricerca di dispositivi in grado di abbinare caratteristiche specifiche quali peso ridotto ed elevata resistenza alla corrosione. Si tratta di esigenze contrastanti, che spesso i prodotti standard non sono in grado di soddisfare.
I connettori M12 installabili sul campo di Bulgin, provvisti di un robusto dado di accoppiamento in alluminio, rappresentano un’alternativa più leggera e resistente rispetto alle versioni con dado placcato in nickel.
Essi si propongono come una soluzione di tipo “plug&play” per aggiornare i sistemi di sensori esistenti e possono aiutare i progettisti a ottenere sensibili riduzioni di peso nei cablaggi elettrici utilizzati nelle applicazioni di mobilità elettrica.
I connettori M12 standard vengono solitamente utilizzati in ambienti dove la possibilità che si verifichino fenomeni di corrosione è minima e richiedono quindi un grado di protezione IP67.
Tutti i connettori con corpo metallico della famiglia M12 installabili sul campo sono realizzati con ottone nichelato. Con i loro dadi di accoppiamento in ottone nichelato, essi rappresentano una valida alternativa ai connettori M12 con corpo in plastica e anello di bloccaggio in alluminio.
Tuttavia, con un semplice trattamento chimico del dado di accoppiamento in alluminio utilizzato nelle versioni con corpo in plastica, è possibile utilizzare questi connettori in ambienti in cui il rischio di corrosione è reale. Per l’utilizzo in ambienti del tipo appena descritto, gli anelli di serraggio dell’accoppiamento sono stati sottoposti a trattamenti di anodizzazione naturale (argento).
Tra le applicazioni più frequenti di questi robusti connettori circolari si possono annoverare le biciclette elettriche, mezzi sicuramente sottoposti a sollecitazioni ambientali, elettriche e meccaniche di notevole entità. Per consentirne l’uso nelle giornate piovose e garantire l’impermeabilità contro gli spruzzi d’acqua e l’ingresso della polvere, è indispensabile sigillare le connessioni per la trasmissione di dati e potenza.
Grazie all’uso di materiali resistenti alla corrosione, i connettori possono operare in condizioni ambientali che provocano fenomeni di condensazione all’interno e all’esterno dei connettori stessi. Inoltre, possono verificarsi improvvisi spike (impulsi di tensione) che potrebbero essere provocati da correnti di spunto in fase di avviamento o generati durante la frenata rigenerativa. Vibrazioni e sollecitazioni meccaniche sono altri fenomeni da tenere in considerazione.
La resistenza meccanica, l’impermeabilità e la protezione contro l’ingresso della polvere sono caratteristiche richieste anche in applicazioni quali generatori e parchi fotovoltaici. Il meccanismo di bloccaggio dei connettori è sicuramente utile per i cavi che collegano i pannelli fotovoltaici, che possono subire flessioni e piegature in fase di installazione e sono soggetti ai movimenti imputabili ai cicli di espansione e contrazione termica.
Allo stesso modo, la capacità di funzionare in maniera affidabile in ambiente esterni e in condizioni climatiche avverse può avere un’importanza fondamentale nel caso di apparecchiature installate in località remote, come ad esempio, i contatori smart e le stazioni meteorologiche.
I fattori che contribuiscono a preservare l’integrità delle connessioni di segnale e di potenza si possono così riassumere: tenuta adeguata, costruzione robusta e utilizzo di materiali resistenti alla corrosione.
I cablaggi utilizzati nell’automazione industriale, come le connessioni Ethernet e Profinet, non solo richiedono la sicurezza meccanica e l’integrità elettrica dei connettori M12 di Bulgin, ma possono trarre vantaggio dalla codifica integrata in questi connettori, che permette di eliminare gli errori di installazione “on-site” minimizzando nel contempo i tempi di fermo (downtime).
Oltre ai modelli in formato M12, la famiglia di connettori circolari Buccaneer di Bulgin comprende anche versioni in formato M5, M8, M16 e M23, in configurazioni diritte o ad angolo retto installabili sul campo con cavi sovrastampati.
Bulgin offre diverse opzioni con diversi gradi di protezione – IP67, IP68 e IP69K – contro polvere, acqua e getti ad alta pressione. Questi connettori sono disponibili con contatti di potenza in grado di supportare correnti/tensioni nominali di 8 A/250 V, oltre che in configurazioni ibride per la trasmissione di potenza e segnale.
Bulgin propone anche i connettori della serie Data Buccaneer per applicazioni Ethernet, USB (Figura 2) e SMB. Un’altra alternativa possibile, che prevede l’uso di connettori di tipo rettangolare, potrebbe avere ripercussioni negative sulla classificazione IP e su altre caratteristiche come la spaziatura.
Solitamente utilizzati in applicazioni che richiedono una connettività affidabile e robusta, i connettori circolari Buccaneer trovano spazio nei più svariati settori: automazione di fabbrica, controllo di processo, robotica, macchinari industriali, sistemi di illuminazione esterni, installazioni di energie rinnovabili, equipaggiamenti marini, apparecchiature per l’agricoltura smart, trasporti e mobilità elettrica.
Grazie alla loro resistenza ai processi di sterilizzazione, spesso sono utilizzati nei dispositivi medicali.
Conclusioni
I connettori circolari rappresentano una risposta efficace alle necessità di assicurare un’integrazione senza problemi di svariate tipologie di sensori e apparecchiature.
Grazie a essi, è possibile realizzare in modo estremamente semplice una trasmissione dati robusta e affidabile tra differenti dispositivi, come ad esempio sensori di temperatura, manometri, sensori di vibrazioni, misuratori di flusso e controlli motore.
La loro adozione assicura la compatibilità tra apparecchiature di generazioni diverse e una connettività affidabile all’interno di uno stabilimento.
La flessibilità che contraddistingue i connettori circolari standard, come i dispositivi in formato M12, permette di soddisfare al meglio le esigenze di connettività delle moderne fabbriche, in cui coesistono apparecchiature di tipo “legacy” e una pluralità di sensori, sia cablati sia wireless.
Tali connettori continuano a evolversi con il progredire dell’elettrificazione e della trasformazione digitale, apportando miglioramenti come la riduzione del peso e una maggiore resistenza alla corrosione, beneficiando dei nuovi sviluppi come il dado di accoppiamento opzionale in alluminio per i tipi di connettori con corpo in plastica.
*articolo di Mark Patrick, Mouser Electronics
Per maggiori informazioni sulla serie M12 di Bulgin clicca qui.
Per maggiori informazioni sulla famiglia di connettori circolari Buccaneer clicca qui.
