Cómo ahorrar espacio de conectores sin perder flexibilidad en entornos industriales difíciles

En el entorno industrial, los dispositivos cableados son difíciles de sustituir o actualizar porque es complicado quitar y volver a instalar los cables de forma fiable. Del mismo modo, la adición de nuevos sensores, un procesador u otros componentes, a menudo requiere la sustitución completa y el recableado.

Además, los tamaños de los dispositivos industriales son cada vez más pequeños, lo que limita el espacio disponible para múltiples conectores. Al mismo tiempo, un diseño eficiente para una buena densidad de paneles requiere conectores más pequeños que permitan combinar varios tipos de conexiones dentro de un mismo conector.

El entorno industrial plantea sus propios retos a la hora de mantener la integridad de los dispositivos: es importante evitar que los líquidos y el polvo ganen acceso y dañen los componentes delicados.

La conectorización -sustituir los dispositivos cableados por conectores modulares- resuelve todos estos problemas. Estos conectores, disponibles en formato compacto, permiten combinar varios tipos de cableado en un único conector. En forma modular, estos conectores pueden reconfigurarse rápidamente para adaptarse a modificaciones y actualizaciones sin necesidad de sustituir el dispositivo o el cable. Además, los conectores modulares endurecidos para el medio ambiente impiden la entrada de polvo y líquidos, así como el impacto de los chorros de agua a alta presión utilizados para la esterilización.

Este artículo examina los fundamentos de los conectores modulares, mostrando cómo se eligen, ensamblan y utilizan. A lo largo del camino, presenta conectores ejemplares de HARTING que los diseñadores pueden utilizar para su próximo diseño de sistemas industriales.

Conectorización mediante conectores modulares

Hay dos formas de cablear la alimentación, las señales y los datos digitales en un dispositivo o aplicación industrial.

El cableado puede ser permanente o puede instalarse mediante un conector. La elección depende de un par de factores. Probablemente, lo más importante es la frecuencia con la que se desconectará el aparato y será necesario volver a conectarlo. Si hay que volver a conectar el dispositivo cableado, es necesario retirar y volver a conectar cuidadosamente cada cable, lo que supone un costo de mano de obra considerable. Hay muchas posibilidades de que se produzcan errores de cableado y repararlos puede llevar horas.

El uso de conectores puede costar más al principio, pero una vez tomada la decisión, el recableado se convierte en un escenario plug-and-play en el que es difícil equivocarse, lo que reduce la necesidad de mano de obra cualificada. Por eso, el uso de conectores para sustituir a los cables rígidos -la conectorización- ofrece muchas ventajas a largo plazo.

Si se utilizan conectores modulares, aumenta la flexibilidad de la instalación. Piense en un conector modular que pueda gestionar la alimentación, los sensores, las señales analógicas y digitales, e incluso la neumática (Figura 1). Hay una amplia variedad de módulos disponibles. El ejemplo muestra un bus de datos serie RJ45 y un USB, tres módulos multipolo con distintos diámetros de pin/clavija y un módulo con tres líneas neumáticas.

Figura 1: Un conector modular puede gestionar señales, alimentación, interfaces de comunicación digital e incluso neumática, todo en un único conector. Los módulos pueden cambiarse rápida y fácilmente según las necesidades. (Fuente de la imagen: HARTING)

Configuración modular de conectores

En la figura 2 se muestra una nomenclatura sencilla de los distintos componentes de un conector modular.

Figura 2: Nomenclatura de los componentes de los conectores modulares HARTING. Los marcos sujetan los módulos y encajan en el interior del receptáculo o capó. Los conectores pueden abrirse fácilmente, y los módulos reordenarse, añadirse o eliminarse para cualquier modificación necesaria. (Fuente de la imagen: HARTING)

La parte fija de un conector de base es un receptáculo. El extremo de acoplamiento de la parte móvil es un capó. Los marcos encajan en el interior del receptáculo o capó y sirven para bloquear los módulos en su sitio. Los conectores pueden configurarse con espacio adicional para futuras ampliaciones mediante módulos ficticios. Los dos conectores se unen mediante un tornillo o una cerradura de palanca. Las campanas pueden tener acceso para cables superior, superior múltiple, lateral o lateral múltiple. Se puede acceder al receptáculo por arriba o por abajo.

Dado el gran número de módulos, carcasas, cubiertas y otros elementos de conexión disponibles que ofrece HARTING, puede resultar complejo seleccionar las opciones adecuadas. HARTING simplifica este proceso con un configurador en línea que facilita la selección y el diseño de un conector modular (figura 3).

Figura 3: La interfaz de usuario del configurador en línea HARTING Han simplifica el diseño y la selección de componentes de conectores modulares. (Fuente de la imagen: HARTING)

El configurador guía al diseñador en la selección de elementos de cableado, datos, ópticos y neumáticos para el conector. Cada elemento presenta opciones para que el usuario las adapte al diseño previsto.

En este ejemplo, se eligen los elementos eléctricos. El usuario introduce el número y los tipos de medios de cableado, los requisitos de conducción de corriente y algunas otras cuestiones relacionadas con el diseño. El configurador muestra rápidamente algunas configuraciones posibles, enumerando las piezas y proporcionando al mismo tiempo un dibujo isométrico del ensamblaje (Figura 4).

Figura 4: Representación en el configurador de un receptáculo de base y clavija de cable de seis patillas, junto con su base, cubierta y abrazadera de cable asociadas. (Fuente de la imagen: HARTING)

El diseño está totalmente documentado con listas de piezas descargables, modelos en 3D, fichas técnicas, hojas de características y declaraciones de producto.

En el ejemplo mostrado, las preguntas incluían el tipo de base, la cerradura deseada, el número de conductores, los niveles máximos de corriente y voltaje previstos y el entorno. Las configuraciones resultantes incluían la base montada en panel HARTING 09400060311. La base es de aluminio fundido a presión con cierre de rosca y está clasificada para entornos difíciles. Esta base se acopló con un bastidor de sujeción 09140060371 de doble módulo de HARTING, con bisagras y de alta resistencia. Este marco tiene espacio para dos módulos. El módulo elegido fue un módulo hembra de seis posiciones, el 09140063101 de HARTING. Las clavijas/clavijas de engarce plateadas asociadas son las 09330006220 de HARTING para cable de 20 AWG.

El lado del cable del conector se basa en la cubierta del conector 19400060411 de HARTING de aluminio fundido a presión con su marco de sujeción de doble módulo 09140060361 de HARTING de alta resistencia asociado. Este marco acepta el módulo macho 09140063001 de HARTING con clavijas/clavijas macho de plata 20 AWG 09330006121 de HARTING. El conjunto de la campana se remata con una abrazadera de latón 19000005090 de HARTING para cables 9-16. La base y la campana tienen capacidad para dos módulos, por lo que las posiciones no utilizadas pueden llenarse con módulos ficticios, como el 09140009950 de HARTING.

Protección del medio ambiente

Todos los componentes HARTING Han HPR funcionan en un rango de temperatura de -40 °C a +125 °C y están sellados y clasificados para entornos de hasta IP68 e IP69K.

Los grados de protección de ingreso (IP), definidos en la norma IEC 60529, expresan el grado de protección que ofrecen los componentes de los conectores frente a los efectos externos. Los efectos externos incluyen golpes mecánicos, cuerpos extraños, humedad, polvo y líquidos como agua, combustible, líquidos de limpieza, refrigerantes y aceites.

El primer número de la clasificación IP es la resistencia a los sólidos. La puntuación puede variar de 0 a 6. El número 6 representa el máximo nivel de protección. Los conectores con clasificación 6 son estancos al polvo y ofrecen protección total contra partículas sólidas. El segundo número de la clasificación IP es la resistencia a los líquidos. Este número oscila entre 0 y 9. Una clasificación de 8 significa que el dispositivo es estanco y está protegido contra la presión del agua. La clasificación 9K indica protección frente a limpiadores de chorro de vapor a presión y líquidos similares impulsados a presión. Por lo tanto, una clasificación IP68 o IP69K es excelente.

La Serie Han HPR de HARTING está diseñada para entornos exteriores difíciles. Los capós y receptáculos de aluminio fundido a presión tienen un acabado con recubrimiento de polvo epoxi que les confiere una excelente resistencia a la corrosión, a la vez que un buen sellado contra la humedad. Los componentes metálicos ofrecen excelentes características de compatibilidad electromagnética.

Para instalaciones múltiples que utilizan los mismos conectores, esta serie de conectores ofrece hasta dieciséis posiciones de codificación para asegurar el correcto acoplamiento de los cables. Además, la serie compacta HPR ahorra espacio y reduce el peso al ser hasta un 25% más ligera que los conectores estándar HPR correspondientes.

Conclusión:

Garantizar la integridad de las conexiones, la flexibilidad y la capacidad de ampliación, al tiempo que se cumplen los requisitos del factor de forma y los rigores de los entornos industriales, puede ser todo un reto para los diseñadores. Como se ha demostrado, la conectorización basada en un enfoque altamente configurable, compacto y modular, con una herramienta de selección de elementos conectores en línea fácil de usar, simplifica enormemente el proceso.