센서 액추에이터 박스를 통해 산업용 센서와 액추에이터를 더 빠르고, 안전하고, 신뢰할 수 있게 구성

현대 산업 자동화(IA) 장비 설계자는 수백 평방피트에 이르는 시설 전반에서 얼마나 빠르게 연결할 수 있는지를 실감할 수 있습니다. 공정 영역 내의 제어 컴퓨터, 근접 센서 및 기계 암 사이에서 별도의 케이블을 연결하면 작업 현장의 혼잡도가 증가하고 장비를 구성하는 시간이 길어질 수 있습니다. 또한 기존 센서 또는 액추에이터를 교체하거나 재구성하려면 공정 위치와 제어 컴퓨터 사이에 다른 케이블을 다시 연결해야 하므로 유지보수가 느려집니다. 뿐만 아니라 사물 인터넷(IoT)에 많은 시스템을 연결하여 클라우드를 통해 원격 대시보드에서 시스템을 추적해야 합니다.

이러한 연결 문제를 간소화하기 위해 산업용 시스템 설계자는 센서 액추에이터 박스(접속함 및 분배 박스라고도 함)를 사용할 수 있습니다. 이러한 장치를 통해 제어 컴퓨터부터 공정 위치의 많은 커넥터에서 종단 처리되는 박스까지 하나의 마스터 회선을 연결하여 많은 센서와 액추에이터를 연결할 수 있습니다. 그러면 현장 배선이 간소화됩니다.

이 기사에서는 IA 연결과 관련된 문제를 간략하게 설명합니다. 그런 다음 Molex, Alpha Wire 및 Phoenix Contact의 세 센서 액추에이터 박스를 실제 예시로 소개하고, 이러한 박스를 사용하여 유지보수와 구성을 간소화하면서 산업 환경에서 배선을 간소화할 수 있는 방법을 살펴봅니다.

센서 및 액추에이터에 제어 컴퓨터 연결

산업 자동화 환경의 많은 제어 컴퓨터를 제어 대상 장비 근처에 편리하게 배치할 수 있습니다. 컴퓨터와 센서 및 액추에이터를 연결하는 케이블이 약 1m ~ 2m 정도로 상대적으로 짧습니다. 하지만 일부 산업 시설에서는 제어 컴퓨터를 수 미터 간격으로 배치하여 두 위치 사이에서 여러 개의 케이블을 연결해야 할 수 있습니다. 이는 조립 공장 로봇, 컨베이어 벨트 시설, 대형 산업용 차량(예: 트럭, 항공기) 등에 일반적입니다. 위치가 유해한 화학 물질이나 극한 온도에 노출되어 공정 영역이 위험한 경우도 있습니다. 이러한 기계의 경우 신뢰성을 극대화하기 위해 안전하고 보호된 거리에 제어 컴퓨터를 배치합니다.

그런 상황의 기존 배선에서는 제어 컴퓨터에서 각 센서 및 액추에이터로 여러 케이블을 연결합니다. 이는 항상 간단한 작업이 아닙니다. 센서 또는 액추에이터 케이블의 양쪽 끝에 적절한 케이블 종단 커넥터를 사용해야 합니다. 대부분의 위험한 환경에서는 케이블을 안전하고 올바르게 연결하기 위해 예상보다 더 많은 시간이 걸릴 수 있습니다. 마지막으로 각 센서와 액추에이터에 대한 배선을 구성하고 연결하는 데 걸리는 시간으로 인해 배포 작업이 느려지고 비용이 증가합니다. 여러 센서 또는 액추에이터를 교체하거나 구성하기 위해 시설을 차단해야 하는 경우 다운타임이 증가하여 시설에 따라 비용이 획기적으로 증가할 수 있습니다.

센서 액추에이터 박스

안전하고 비용 효율적인 솔루션은 IA 시설에서 센서 액추에이터 박스를 사용하는 것입니다. 이러한 박스에서는 제어 컴퓨터에서 나오는 모든 센서 및 액추에이터 케이블을 단일 마스터 케이블(홈 런 케이블이라고도 함)로 그룹화하여 공정 영역에 연결합니다. 커넥터 리셉터클(일반적으로 8개 이상의 M12 커넥터)이 포함된 단일의 견고한 커넥터 박스 내부의 공정 영역 근처에서 케이블이 종단 처리됩니다. 센서 액추에이터 박스를 접속함, 분배 박스, IO 또는 I/O 박스라고도 합니다. M12 리셉터클이 실장된 커넥터 박스는 IP67 등급 이상의 사전 배선된 밀폐형 장치입니다.

모든 센서와 액추에이터에 대해 홈 런 케이블을 한 번만 연결하여 배치해야 합니다. 이렇게 하면 기술자가 협소한 공간 내부와 주위에서 케이블을 연결하기 위해 추가적인 시간으로 소요할 필요가 없으므로 한정된 공간에서 케이블을 연결할 때 유용합니다.

기술자는 각 센서 및 액추에이터에 대한 공정 영역과 제어 컴퓨터 사이에서 긴 케이블로 장비를 연결하는 대신 센서 액추에이터 박스를 사용하여 짧은 케이블의 한쪽 끝을 주변 센서 액추에이터 박스에 연결하고 다른쪽 끝을 장비에 연결합니다. 연결하는 데 몇 초면 되므로 설치 기사가 공정 영역에서 소요하는 시간을 최소화할 수 있습니다. 따라서 유지보수를 간소화하고 시간과 오류를 줄이면서 안전을 개선할 수 있습니다.

센서 액추에이터 박스 선택 및 사용

센서 액추에이터 박스는 다양한 설계에 적용되지만, 가시성, 견고성, 소재 유형, 무게, 폼 팩터, 리셉터클 수, 전류 처리 능력, 실장 옵션, 먼지 및 수분에 대한 IP 등급, 가스 유입 등 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.

예를 들어 장비에 심한 충격이 가해질 수 있는 산업용 트럭, 창고 등과 같은 열악한 환경에서 Molex는 Brad Safety MPIS(Multi-Port Interconnection System) 분배 박스 제품군을 사용합니다. 이러한 헤비듀티 박스는 가벼우면서 강력하며 중장비 또는 움직이는 차량의 강한 충격을 처리할 수 있는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)로 제조됩니다.

라인에서 연결되는 Molex 1202480510 MPIS 8포트 배분 박스는 포트당 최대 4A(8개 포트 합산 최대 12A)를 지원합니다(그림 1). 상호 연결을 돕기 위해 각 포트에는 아크릴로나이트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 플라스틱 소재 스냅인 레이블을 위한 오목한 공간이 있습니다. 이 레이블은 종이 레이블보다 강력하여 손상되지 않습니다.

그림 1: Molex 1202480510 MPIS는 8개의 M12 리셉터클을 포함하는 센서 액추에이터 박스입니다. 편리한 상호 연결을 위해 각 포트에서는 견고한 ABS 플라스틱 소재 스냅인 레이블을 지원합니다. (이미지 출처: Molex)

Molex 1202480510은 눈에 쉽게 띄는 밝은 주황색으로 되어 있고 IP67 등급이므로, 일반적으로 먼지가 많고 습도가 높은 환경의 -25°C ~ +85°C 온도 범위에서 사용하는 데 적합합니다. 홈 런 케이블은 5m이며 맞춤형 케이블 종단(일반적으로 M23 커넥터이나 응용 분야에 필요한 모든 커넥터 지원 가능)을 지원합니다. 오목한 홈이 있는 각 M12 리셉터클의 산업 표준 구성에는 8개의 핀이 있습니다. 각 포트에는 포트가 켜져 있음을 나타내는 호박색 LED가 있습니다. 이를 통해 포트가 활성 상태인지 빠르게 확인할 수 있으며, 구성 중에 연결 문제를 진단할 때 유용합니다.

Molex 센서 액추에이터 박스에는 M4 실장 나사를 위한 두 개의 슬롯 구멍이 있습니다. 이 구멍을 통해 박스를 장비 또는 벽면에 견고하게 실장할 수 있습니다. 8개의 M12 리셉터클에 쉽게 접근 가능하고 M12 커넥터를 리셉터클 안으로 밀어 넣을 때 변위되지 않을 정도로 견고한 위치에 박스를 실장해야 합니다.

경량 센서 액추에이터 박스 응용 분야

항공기, 산업용 차량과 같이 무게가 문제가 되는 응용 분야를 위해 Alpha Wire는 Alpha Connect 901-10M NC032 8포트 센서 액추에이터 박스를 비롯한 Alpha Connect 수동 분배 박스 제품군을 제공합니다(그림 2). 이 Alpha Connect 박스는 경량 아연 합금으로 제조되어, 무게가 중요한 항공기, 소형 트럭, 배터리 구동 차량(예: 지게차, 소형 토공 기계) 등에 적합합니다. 이 박스에는 10m 홈 런 케이블이 있으며, 두 지점 사이의 최단 거리가 직선이 아니라 굴곡이 많은 항공기, 차량 등에 적합합니다. 이 박스는 수동이며 포트 표시기 LED가 없습니다. 중간 베이지색을 사용하여 다양한 환경에서 눈에 띄지 않고 잘 어우러집니다.

이 장치에는 사용되지 않는 두 리셉터클에서 오염 물질을 차단하기 위해 두 개의 먼지막이 덮개가 있습니다. 커넥터와 결합된 센서 액추에이터 박스는 IP67 등급입니다. 결합되지 않은 리셉터클은 IP65 등급이므로 IP67 보호를 보장하기 위해 먼지막이 덮개를 설치해야 합니다.

그림 2: Alpha Wire 901-10M NC032 센서 액추에이터 박스는 경량 아연 합금으로 제조됩니다. 커넥터를 빠르고 쉽게 결합할 수 있도록 8개 M12 리셉터클이 하우징 위로 돌출되어 있습니다. 우측 전면의 두 먼지막이 덮개는 사용되지 않는 리셉터클을 청결하게 유지합니다. (이미지 출처: Alpha Wire)

각 M12 리셉터클에는 5개의 핀이 있습니다. 초기 설정 중에 쉽게 설치할 수 있도록 각 핀에 대한 표준 M12 케이블 색상 코드와 기능이 센서 액추에이터 박스의 측면에 인쇄되어 있습니다. 8개 M12 리셉터클은 오목한 홈이 없지만 아연 합금 하우징 위로 돌출되어 있습니다. 따라서 빠르고 쉽게 연결할 수 있습니다. 이는 분주한 산업 환경에서 중요합니다.

Alpha Wire 901-10M NC032 센서 액추에이터 박스는 -40°C ~ +80°C 온도 범위를 지원하므로 항공기와 일부 차량에서 발생되는 초저온 산업 환경에 적합합니다.

콤팩트 센서 액추에이터 박스

공간 제약적인 소규모 응용 분야를 위해 Phoenix Contact는 1692404 4포트 센서 액추에이터 박스를 설계했습니다(그림 3). 이 박스는 홈 런 케이블이 없으므로 박스를 쉽게 재배치할 수 있도록 별도의 M23 케이블 조립품을 제어 컴퓨터에 연결해야 합니다. 또한 홈 런 케이블을 쉽게 유지보수하고 손상된 경우 쉽게 교체할 수 있습니다.

그림 3: Phoenix Contact 1692404 센서 액추에이터 박스에는 네 개의 4핀 M12 포트가 있습니다. 이 박스를 제어 컴퓨터에 연결하려면 외부 M23 케이블 조립품이 필요합니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

1692404는 폴리아미드로 제조되어, 엔진 주변에서 일반적으로 발견되는 가솔린, 모터 오일, 용제 등에 대한 내성이 뛰어납니다. 또한 폴리아미드는 인장 강도가 매우 뛰어나서 대부분의 소재보다 무충격 응력 및 구부러짐을 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이 장치는 IP67 등급에 작동 온도 범위가 –20°C ~ +75°C이므로, 창고, 사무실 건물을 비롯하여 일반적으로 주변에서 작업자가 화학 물질을 취급하는 열악한 환경에 적합합니다.

네 개의 M12 커넥터는 각각 최대 4A를 처리할 수 있으며, 장치의 총 최대 정격 전류 소모는 12A입니다. 네 개의 M12 포트에는 각각 포트가 제대로 결합되어 작동 중임을 나타내는 노란색 LED가 있습니다. M23 포트에는 홈 런 케이블이 제대로 결합되어 박스를 구동 중임을 나타내는 녹색 LED가 있습니다. 따라서 설정 및 구성 중엔 진단하는 데 유용합니다. 단일 M23 커넥터를 제거하여 네 M12 리셉터클에 연결된 모든 센서와 액추에이터를 쉽게 분리할 수 있습니다. 따라서 유지보수 및 재구성 중에 안전이 향상되고 다운타임이 감소합니다.

결론

센서 액추에이터 박스를 사용하면 제어 컴퓨터와 센서/액추에이터 사이의 안정적인 연결을 보장하면서 유지보수 및 설정 중에 시간을 절약할 수 있습니다. 모든 케이블을 제어 컴퓨터에 개별적으로 연결하는 대신 공정 영역에서 많은 센서와 액추에이터를 로컬로 손쉽게 연결할 수 있습니다. 박스가 대상 산업 환경에서 안정적으로 작동하도록 적절한 소재를 선택해야 합니다.