Złącza przemysłowe

Specjalne złącza pozwalają na przesył sygnałów analogowych i cyfrowych w automatyce.

Złącza sygnałowe

Złącza sygnałowe cechują się szeroką gamą wielkości – począwszy od M5, przez M8 i M12, kończąc na M17, M23, M40 i M58. Złącza z mniejszymi oznaczeniami liczbowymi znajdują najczęściej zastosowanie w połączeniach czujników i urządzeń wykonawczych. Z kolei większe wersje służą do przesyłu sygnałów analogowych i cyfrowych. Złącza M40 i M58 umożliwiają przepływ prądu, którego wartość przekracza 150 A, natomiast wartość napięcia wynosi do 630 V. Dzięki specjalnym rozwiązaniom konstrukcyjnym montaż przewodu jest bardzo prosty. W zależności od wersji zaciski mogą być śrubowe, sprężynowe lub wykorzystujące szybkozłącza. Jeżeli jest taka potrzeba, to należy zastosować złącza ekranowane, spełniające wymagania kompatybilności elektromagnetycznej.

Przydatnym rozwiązaniem konstrukcyjnym są złącza wielopolowe. Mogą one np. mieć jedną klamrę, w której znajduje się od 6 do 48 pól. Jednak nie brakuje również wersji z dwiema klamrami z liczbą pól od 10 do 92. Złącza wielopolowe oferowane są również jako modułowe i miniaturowe.

Miniaturowe złącza S-013 z płaskimi pinami zaprojektowano z myślą o termoparach i czujnikach rezystancyjnych z przewodami o małych średnicach. Jeden z pinów złącza jest przeznaczony do uziemienia, przedłużenia ekranowania czujnika lub do podłączenia 3-przewodowych czujników rezystancyjnych Pt 100. Obudowa złącza jest wykonana z materiału odpornego na działanie temperatury wynoszącej do 220 °C. Ważne jest łatwe podłączenie przewodów. Istotną rolę odgrywa solidna konstrukcja. Maksymalna średnica kabla wynosi do 4,5 mm.

Z kolei firma Binder oferuje m.in. miniaturowe złącze żeńskie okrągłe M16 z kołnierzem. W złączu przewidziano siedem biegunów z przewodami lutowanymi. Maksymalna temperatura pracy wynosi 95 °C, a temperatura minimalna – 40 °C. Prąd znamionowy to 5 A przy napięciu 60 V. Jako zamknięcie przewidziano śruby. Materiał styku to CuSn a stopień ochrony wynosi IP67, natomiast kąt połączenia to 180°.

Z oferty firmy JST wybrać można m.in. złącza serii SH, SR, SZ przeznaczone do łączenia typu przewód-płytka. Raster styków wynosi 1 mm, a liczba pinów to dwa. Producent przewidział montaż elektryczny SMT a napięcie znamionowe wynosi 50 V przy prądzie 1 A. Ważna jest temperatura pracy, które mieszcząca się między –25 °C a 85 °C. Układ wyprowadzeń złącza to 1 × 2. Orientacja przestrzenna jest pionowa.

Złącza serii DF20 firmy HIROSE służą do realizacji połączeń typu przewód-płytka. Są to złącza z rastrem styków 1 mm. Złącze nie ma styków, a montaż odbywa się na przewód. Napięcie znamionowe wynosi 100 V. Układ wyprowadzeń złącza to 2 × 10 a orientacja przestrzenna jest prosta.

Złącza do wbudowania

Złącza o konstrukcji umożliwiającej wbudowanie bardzo często stosuje się do realizacji połączeń urządzeń wykonawczych, czujników i sterowników. Są to przede wszystkim wersje montowane od strony zewnętrznej bez możliwości regulacji. Złącza tego typu wkręca się bezpośrednio od zewnątrz obudowy. Ścianka obudowy powinna mieć tutaj grubość wynoszącą co najmniej 3 mm, ale w przypadku cieńszych ścianek można zastosować płaską nakrętkę mocującą. W zależności od wersji gwint może być metryczny lub specjalny PG. Dzięki zastosowanym specjalnym wycięciom złącze jest zabezpieczone przed obróceniem. Istotną rolę odgrywa wbudowana uszczelka chroniąca przed dostępem wilgoci do wnętrza urządzenia.

Złącza przeznaczone do zabudowy zewnętrznej są dostępne również w wersji regulowanej. Jest więc możliwe ustawianie położenia dla uzyskania optymalnego wyrównania wypustów kablowych łączników kątowych. Złącza wkręca się do obudowy, po czym można przeprowadzić regulację. Oferowane są również złącza do połączenia kątowego (90° lub 45°).

Specjalne złącza są przeznaczone do montażu od wewnątrz obudowy. Najczęściej są one łączone z obwodami urządzenia za pomocą pinów lub przewodów. Obudowę złącza wprowadza się od wewnątrz przez ściankę obudowy ale blokowanie płaską nakrętką odbywa się od zewnątrz urządzenia. Wersje przeznaczone do lutowania nabyć można z różnymi długościami styków oraz ze stykami ekranowanymi. Oprócz tego oferowane są złącza do lutowania na folii i montażu na płytkach drukowanych. Lutuje się je rozpływowo (THR) a podstawy styków mocowane są i lutowane na płytkach drukowanych wraz z komponentami SMD. Należy przy tym mieć na uwadze zoptymalizowaną geometrię złącza. Podstawy styków lutowane na fali zaciska się ręcznie na płytce, po czym przeprowadzane jest lutowanie.

Złącza serii C16-3 firmy Amphenol mają konstrukcję okrągłą z sześcioma pinami. Montaż elektryczny odbywa się poprzez zacisk śrubowy. Jako system blokowania wykorzystywany jest bagnet zewnętrzny a układ wyprowadzeń złącza to 5+PE. Napięcie znamionowe to 400 V przy prądzie do 21 A. Montaż mechaniczny wykorzystuje kołnierz z czterema otworami.

Złącza do zabudowy oferuje również firma HARTING. Chodzi tutaj m.in. o serię złączy Han F+B. Montaż mechaniczny wykorzystuje kołnierze z czterema otworami. Umożliwia to sprawny montaż np. na panelu. System blokowania przewiduje gwint zewnętrzny. Orientacja przestrzenna jest prosta a materiał obudowy to polipropylen. W warunkach przemysłowych sprawdzi się stopień ochrony IP67 lub IP69K. Uszczelki są wykonane z EPDM/TPE, natomiast temperatura pracy mieści się w granicach od –40 °C do 125 °C.

Złącza do fotowoltaiki

Specjalne złącza znajdują zastosowanie w instalacjach i urządzeniach fotowoltaicznych. Złącza takie powinny zapewnić szybki montaż bez konieczności używania specjalistycznych narzędzi. Złącza pozwalają na współpracę z kablami, które mają przekrój żyły od 2,5 mm² do 6 mm². Możliwy jest przy tym przepływ prądu o wartości 40 A z maksymalnym napięciem 1100 V. Montując przewód ze zdjętą izolacją trzeba go w pierwszej kolejności wprowadzić do złącza, a następnie zamknąć styk sprężynowy, skręcić dławnice oraz odryglować styki. Wtyki i gniazda można łączyć ze sobą ręcznie. Ważne jest zintegrowane ryglowanie, które wykonuje się tylko za pomocą wkrętaka. Wynika to z konieczności ochrony przed przypadkowym rozłączeniem.

Firma Suncon oferuje m.in. konektory potrójne pełniące funkcje sumatora/rozdzielacza. Złącza tego typu wykorzystuje się do połączeń równoległych paneli fotowoltaicznych. Napięcie znamionowe wynosi 1000 V przy prądzie 30 A. Z kolei temperatura pracy mieści się między –40 °C a 85 °C. Stopień ochrony to IP67. Podłączane przewody mogą mieć przekrój do 4 mm². Materiałem wykonania styków jest miedź pokryta cyną.

Z kolei z oferty firmy Multi-Contact wybrać można m.in. konektory
PV-KBT4/6II-UR (żeńskie) oraz
PV-KST4/6II-UR (męskie).
Przekrój przewodu wynosi 4 mm2 i 6 mm2, natomiast całkowita średnica przewodu z izolacją to 5,5 mm –  9 mm.

Złącza do stref zagrożonych wybuchem

Złącza, które znajdują zastosowanie w miejscach zagrożonych wystąpieniem wybuchu bardzo często są wykonane z modelowanego tworzywa sztucznego, niklowanego mosiądzu lub ze stali nierdzewnej.

Złącza z modelowanego tworzywa sztucznego najczęściej są wykonane z poliamidu, który jest odporny na wstrząsy. Poliamid zachowuje swoje właściwości przy skrajnych temperaturach. Modele wykonane z niklowanego mosiądzu sprawdzają się szczególnie we wtykach i gniazdach kołnierzowych w aparaturze ognioodpornej. Niklowany mosiądz jest stosowany w miejscach, które są narażone na działanie substancji chemicznych.

Stal nierdzewną, jako materiał wykonania złączy, stosuje się w miejscach narażonych na działanie słonej wody, kwasów i zasad. Złącza ze stali nierdzewnej znajdują zastosowanie w aplikacjach wymagających ochrony antykorozyjnej i odporności na uszkodzenia mechaniczne. Producenci oferują również złącza przeznaczone do kabli zbrojonych w oplocie lub ekranowanych. Przewiduje się specjalny zacisk zbrojenia, dzięki któremu można używać typowych kabli ekranowanych. Za pomocą zewnętrznej obejmy przewód jest zabezpieczany przed działaniem czynników zewnętrznych.

W gniazdach wtyków kołnierzowych, które są wykonane w technologii przeciwwybuchowej, niejednokrotnie przewiduje się specjalną osłonę zapewniającą dobre przewodzenie przy dużej liczbie punktów styku. Istotną rolę odgrywa specjalna powierzchnia wokół bolców wtykowych odpowiedzialna za ochronę podczas podłączania i rozłączania. Dla wyeliminowania ryzyka niewłaściwego doboru wtyków i gniazd kołnierzowych przewiduje się oznaczenia zgodne z systemem CEE. Z myślą o zastosowaniu w strefach zagrożonych wybuchem należy wybrać złącza do transmisji danych przy częstotliwości 100 MHz i transferze do 100 Mbit/s. Stąd też rozwiązania tego typu mogą pracować z sieciami Fast Ethernet i Ethernet. Istnieje możliwość ich używania w systemach wymiany danych z interfejsem USB. W niektórych modelach przewidziano pierścień o mocowaniu bagnetowym.

Firma Amphenol Industrial oferuje m.in. złącza sygnałowe Amphe-EX przeznaczone do pracy w miejscach narażonych na obecność mieszaniny wybuchowej. Chodzi przede wszystkim o przemysł chemiczny, wydobywczy i energetyczny. Złącza te mają dopuszczenie ATEX i IECex dla strefy 1 i można je wykorzystywać do łączenia zwykłych kabli miedzianych, a także koncentrycznych światłowodowych, RJ 45, USB i innych. Zakres średnic wynosi od 12 AWG do 28 AWG (Ø 0,32…2,05 mm).

Z oferty firmy Dacpol wybrać można m.in. złącza sterownicze M12 z typem ochrony II 1 G Ex ia IIC T6 Ga. Złącza są wykonane z niklu a stopień ochrony to IP66/IP67. Temperatura pracy wynosi od –40 °C do 80 °C. Złącze ma gwint M12 × 1, natomiast elementy odpowiedzialne za kontakt są pozłacane. Przekrój przewodów wynosi max. 0,75 mm2, przy średnicy 4–6 mm lub 6–8 mm.

Złącza do trudnych warunków eksploatacyjnych

Złącza pracujące w trudnych warunkach eksploatacyjnych wykonuje się z materiałów, które muszą być wytrzymałe mechanicznie i powinny gwarantować pewność połączeń przy niskiej rezystancji styku i wysoki stopień szczelności. W typowym złączu przemysłowym przewiduje się wkładki stykowe – męską i żeńską oraz obudowę: panelową, przenośną, skrzynkowa. W innej kombinacji jako wkładkę–obudowę przewiduje się dławice kablowe. Wkładki stykowe można montować bez obudów. Wykorzystuje się do tego otwory wycięte np. w obudowach czy panelach. W zależności od potrzeb dobiera się wkładkę gwintową lub do zaprasowania. Dzięki wkładkom gwintowym można wielokrotnie podłączać i odłączać przewody bez konieczności używania specjalnych narzędzi. Z kolei wkładki do zaprasowania mają przewagę nad gwintowanymi w postaci większej liczby styków we wkładce o takich samych wymiarach. Wkładki do zaprasowania wykorzystują wkładki właściwe oraz styki (piny). Oferowane są również obudowy przenośne, które można montować na przewodach i kablach oraz obudowy panelowe przeznaczone do montażu panelowego. Na rynku nie brakuje również obudów skrzynkowych instalowanych na powierzchni lub na konstrukcji.

Złącza wysokonapięciowe dużej mocy

Złącza przeznaczone do połączeń wysokonapięciowych dużej mocy są najczęściej ekranowane. Nowoczesne modele cechują się niewielkimi wymiarami w stosunku do obciążeń, jakie przenoszą. Ochronę przed działaniem czynników zewnętrznych zapewnia stopień ochrony IP67. Niektóre modele pozwalają na przesył prądu o natężeniu 250 A. Na rynku są oferowane modele spełniające wymagania EN 60309-1 w zakresie bezpieczeństwa, izolacji oraz odporności: temperaturowej, na uderzenia, na wyciąganie kabla. Niektóre wersje mogą być stosowane jako przełączane gniazda (AC23), zgodnie ze standardem EN60947-3. Bardzo często przewiduje się wiele możliwości ustawień wkładu dla gniazda i wtyku. W zależności od modelu wybierana jest obudowa wykonana z włókna szklanego wzmacnianego poliamidem-6 lub bazująca na poliamidzie z dławikiem kablowym z neoprenu. Są również oferowane wersje z obudową aluminiową. Małą rezystancję połączenia uzyskano dzięki zastosowaniu kontaktów ze stopów srebra. Tym sposobem zyskuje się zwiększoną odporność na łuk elektryczny oraz bezpieczeństwo podczas przełączania. Styki są samoczyszczące dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów. Zaciski styków zapewniają ciągłe połączenie z kablem, dzięki elastycznym tulejkom, które są ograniczone pierścieniami. Konstrukcja ta jest odporna na wibracje. Wszystkie części przewodzące są srebrzone w celu ochrony przed korozją.

Warto wspomnieć o jednożyłowych złączach wysokoprądowych. Najczęściej mają one konstrukcję cylindryczną. Z racji stosowania do pracy w instalacjach znajdujących się na zewnątrz pomieszczeń, ważny jest tutaj wysoki stopień IP. Niektóre wersje złączy pozwalają na przepływ prądu o wartości przekraczającej 120 A. Typowe złącze tego typu ma niezawodność mechaniczną wynoszącą 500 cykli. Ważna jest przy tym możliwość pracy w szerokim zakresie temperatury (-40 °C do 125 °C). Istotną rolę odgrywa odporność na działanie mgły solnej, wibracji i udarów. Rezystancja izolacji to 5 MΩ w temperaturze 25 °C.

Warto również wspomnieć o złączach jednobiegunowych wyrównujących potencjały masy. Dzięki specjalnej blokadzie jest zapewniona ochrona przed przypadkowym rozłączeniem. Trwałość mechaniczna przekracza 500 cykli. Złącza umożliwiają połączenie kabli plecionych, których przekroje wynoszą od 10 mm² do 35 mm². Jeżeli aplikacja tego wymaga, to wybrać można wersję ze śrubą osiową lub kontaktami zagniatanymi. Przekrój poprzeczny typowego gniazda wynosi 60 mm × 21,8 mm przy głębokości, łącznie z kołnierzem, wynoszącej 85 mm.

W ofercie firmy Encitech znajdują się listwy zaciskowe rozłączalne. Do montażu elektrycznego przewiduje się zacisk śrubowy. Prąd znamionowy wynosi 16 A przy napięciu 500 V. Montaż mechaniczny odbywa się na przewód. W listwie przewidziano dwa tory. Systemem blokowania jest zatrzask a maksymalny przekrój przewodu wynosi 2,5 mm2.

Z kolei w ofercie firmy Wago znajdują się złącza serii 770. Typem przejścia może być w tym przypadku trójnik. Prąd znamionowy dla złączy serii 770 wynosi 25 A przy napięciu do 250 V. Temperatura pracy mieści się między –35 °C a 85 °C.

Złącza rozłączające obwód

W złączach rozłączających (dekontaktorach) po naciśnięciu przycisku na zaczepie urządzenia wtykowego obwód elektryczny jest przerywany. Wtyczka odskakuje w położenie spoczynkowe i zatrzymuje się na zamku bagnetowym. Można więc bezpiecznie wyjąć wtyczkę obracając ją o ćwierć obrotu w lewo lub prawo. Wtyk i gniazdo są wtedy rozłączone a niezamierzony dostęp do części pozostających pod napięciem zapewnia obrotowa tarcza zabezpieczająca. W dekontaktorach prąd płynie przez dociskane czołowo styki wykonane ze stopu srebra i niklu. Zyskuje się tu niską rezystancję przejścia. Jak wiadomo, srebro zapewnia optymalną przewodność i nie traci swoich właściwości w wyniku utleniania. Sprężyny w stykach gniazda wtykowego zapewniają docisk. Jest więc eliminowane przegrzewanie się styków lub ich nadpalanie.

Nowoczesne rozwiązania w zakresie systemów połączeń z rozłączaniem obwodów bazują na budowie modułowej. Stąd też np. z dwóch elementów podstawowych (gniazdo do wbudowania i wtyk do wbudowania) oraz trzech elementów dobudowywanych (adapter do nadbudowania, adapter do przybudowania i uchwyt) można zrealizować osiem różnych odmian. Jako zaletę takiego rozwiązania wymienia się przede wszystkim możliwość stworzenia wielu konfiguracji za pomocą jednego produktu. Kluczową rolę odgrywa mocna obudowa z metalu lub poliestru, który jest wzmocniony włóknem szklanym. Szczelność urządzenia osiąga się automatycznie przy łączeniu lub zamknięciu pokrywy gniazda. Systemy rozłączające obwody są również dostępne jako wersje wielosygnałowe oraz przeznaczone do układów gwiazda/trójkąt.

W ofercie firmy Pro-Mac znajdują się m.in. dekonektory ISV, będące urządzeniami wtykowymi ze zintegrowaną funkcją łączeniową, pozwalającą na bezpieczne rozłączenie pod obciążeniem urządzenia prądowego o maksymalnym natężeniu prądu do 250 A. Rozłączenie odbywa się przez naciśnięcie przycisku. Nie ma więc potrzeby używania dodatkowych wyłączników lub blokad elektrycznych i mechanicznych. W dekonektorach prąd przewodzony jest przez dociskane czołowo styki ze stopu srebra i niklu. Zapewnia to bardzo wysoką rezystancję przejścia.

Z oferty firmy Phoenix Contact wybrać można złącza odłącznikowe oraz złącza z odłącznikami nożowymi. Ich obciążalność prądowa wynosi 31 A przy maksymalnym napięciu znamionowym 1 kV. Jako zalety wynikające ze stosowania takich rozwiązań należy wymienić przede wszystkim wygodne odłączanie obwodów odłącznikiem dźwignicowym, wtykiem rozdzielającym lub stykiem obrotowym. Ważna jest przy tym możliwość przeprowadzenia wygodnego pomiaru prądu dzięki kontroli zarówno przed jak i za punktem odłączenia. Z kolei bezpieczna obsługa jest zapewniona poprzez zatrzask dźwigni rozdzielającej w pozycjach krańcowych. Trzeba mieć na uwadze jednoznaczną identyfikację punktu odłączenia dzięki zastosowaniu kolorowego wyróżnienia.

Złącza HF

Złącza HF (High Frequency) są złączami wysokiej częstotliwości przesyłanego sygnału. Najczęściej wykorzystuje się je do transmisji sygnałów, danych i obrazu. Ponadto bardzo często są montowane na płytkach drukowanych. Producenci złączy HF to m.in. Hirose Electronic, ABUS, TE Connectivity, Interkabel, Econ connect, Telecom Security, SSB, Rosenberger, Hicon, ELAN, Damar & Hagen, BKL Conrad Components, Neutrik, IMS, Amphenol, Huber & Suhner, Electronic, TRU COMPONENTS, Telegärtner. Typowe złącza wysokiej częstotliwości to BNC, SMA, SSMB, HDTV-BNC, MMBX, SSMC, F, BMA, QLA, QLS i QMA. Złącza HF mogą pracować przy częstotliwości 0,2 GHz do aż 65 GHz. Średnice złącz wynoszą od 1,6 mm do 60 mm.

Nowoczesne złącza wysokiej częstotliwości przeznaczone do stosowania w aplikacjach szerokopasmowych, pozwalają na transmisję sygnałów o bardzo szerokim paśmie. Złącza tego typu projektuje się dla poprawy niezawodności testowania obwodów wysokiej częstotliwości na etapie badań i produkcji oraz dla zaoszczędzenia powierzchni obwodów drukowanych w przenośnych urządzeniach elektroniki. Stąd też zastosowanie obejmuje telefony komórkowe, tablety, systemy GPS oraz systemy pomiarowe zapewniając kompatybilność z szerokopasmowymi standardami bezprzewodowej transmisji danych Wi-Fi, WiMAX, 4G, Bluetooth, ZigBee. Typowe złącza mogą być stosowane do 11 GHz i mają bardzo niski poziom strat wtrąconych. Maksymalna wartość współczynnika fali stojącej VSWR nie przekracza 1,5. System składa się ze specjalnie zaprojektowanych elementów sprężystych i podwójnych kontaktów wewnątrz złącza, co zapewnia niezawodne połączenie. Istotne jest również, że cały element ogranicza wpływ czynników środowiskowych.

Złącza w.cz. oferuje m.in. firma Unicon. Są one wykonane z wytrzymałego materiału, którym bardzo często jest teflon. Istotną rolę odgrywa również pokrycie styków złotem lub srebrem. W szczególności chodzi tutaj o współosiowe złącza wysokiej częstotliwości typu UHF, SMA, BNC, N, TNC oraz C. Złącza pozwalają na montaż szerokiej gamy kabli, takich jak CNT400, H1000, H155, RF240, RG174, RG213, RG255, RG316, RG58, RG59.

Z kolei złącze DELOCK 88727 to adapter, który może być wykorzystany do połączenia ze sobą elementów technologii wysokiej częstotliwości. Złącze jest pokryte mosiądzem pozłacanym. Jego długość to 19 mm a średnica HEX 8,00 mm, maks. 9,00 mm. Impedancja złącza wynosi 50 Ω.

Podsumowanie

Oferta rynkowa w zakresie złącz przemysłowych jest bardzo bogata. Stąd też odpowiednie rozwiązanie dobiera się ściśle pod kątem aplikacyjnym. Chodzi tutaj przede wszystkim o odpowiednie zastosowanie złącz. W następnej kolejności uwzględnia się jego parametry techniczne. Specjalne złącza są dobierane pod kątem przesyłu danych. Istotną rolę odgrywa spełnianie wymagań konkretnych standardów komunikacyjnych.

źródło: Automatyka 5/2019