구성 가능한 모듈식 커넥터를 사용하여 산업용 장비 배포 간소화

산업용 응용 제품을 위한 신호 및 전력 커넥터를 구축하는 방법을 고려할 때, 일반적으로 여러 전력, 접지, 신호 연결을 엄격한 설정으로 지정해야 합니다. 설계자는 여러 유형의 케이블 연결을 지정해야 하며, 상호 연결 준비 시간, 편의성, 공간도 중요한 요인입니다. 이러한 상황에서, 여러 산업용 장비 설계는 기본적인 점 대 점 "배선"에 의존합니다. 이 방식의 경우 기술 전문가가 전선을 한 번에 하나씩 수동으로 연결합니다.

그러나 실제로 이 수동 현장 배선은 시간이 많이 걸리고, 오류가 발생하기 쉬우며, 결과적으로 비용이 많이 듭니다. 수리, 확장 또는 재배치를 비롯한 이유로 연결 끊기/재연결이 필요한 경우 버리는 시간, 복원 작업 및 오류 면에서 특히 손실이 큽니다.

이러한 효율, 비용, 공간, 신뢰성 문제에 대한 해결책은 유연하고, 다양한 기능을 갖추고 있으며, 손쉽게 관리할 수 있는 모듈식 커넥터를 사용하는 것입니다. 모듈식 커넥터는 또한 나선, D 서브 커넥터, 동축 케이블, 심지어 광 섬유와 압축 공압을 사용하여 전력, 신호, 데이터 유형을 비롯한 다양한 특정 전기 신호를 처리할 수 있도록 설계된, 설계자가 선택할 수 있는 믹스 앤 매치 인서트와 쌍을 이루는 다양한 커넥터 하우징 및 실장 프레임으로 제공됩니다.

이 기사에서는 실례를 사용하여 수동 접근 방식에서 발생할 수 있는 몇 가지 문제를 중점적으로 알아봅니다. 그런 다음 HARTING의 Han-Modular 계열 커넥터를 기반으로 하는 보다 유연하고 효율적인 접근 방식과 이러한 방식이 여러 배선 문제를 해결하는 과정도 설명합니다. 설계자가 Han-Modular 시스템을 기반으로 하는 최적의 커넥터를 빠르게 구축하는 데 도움이 되는 구성기 도구에 대해서도 설명합니다.

빠르고 수월하지만 어지러워지기 쉬운 점 대 점 배선

점 대 점 배선으로 기본 상호 연결을 구현하는 것이 더 쉬워보이지만 대부분의 경우 이러한 결정을 후회하게 됩니다. 스마트 장치와 난방 시스템 컨트롤러 사이에 중간 계전기를 필요로 하는 간단하고 "단순한" 1구역 온도 조절기 배선을 스마트하게 업그레이드하는 예를 살펴보겠습니다. 이 첫 번째 영역을 배선하는 과정은 무의미하고 어지러워 보였지만 빠르게 설치되고 잘 작동했습니다. 또한, 모두 24V AC였기 때문에 노출된 배선과 안전과 관련하여 문제가 없었습니다.

그러나, 다음 해에 주택 소유자가 두 개의 다른 난방 구역을 스마트 온도조절기로 업그레이드하기로 결정했습니다. 추가된 점 대 점 배선도 빠르게 수행되었고 그 결과는 쥐 둥지 같았지만 놀랍게도 제대로 작동했습니다(그림 1). 기능적으로 작동하지만 이는 장기적인 측면에서 좋은 접근 방식이 아닙니다. 이 방식은 나중에 문제가 발생했을 때 문제를 해결하기가 매우 어려울 수 있으며 추가적인 업그레이드는 끔찍할 수 있습니다.

그림 1: 3구역 스마트 온도 조절기 업그레이드를 위한 이 계전기 배선에서 볼 수 있듯이, 어지러운 점 대 점 배선은 프로젝트 복잡성의 결과이거나 기본 시스템에 추가된 기능의 점진적 계층화의 결과일 수 있습니다. (이미지 출처: Bill Schweber)

이러한 상황은 실용적, 심미적, 문서화적 이유로 용납되지 않았습니다. 따라서 전체 배열을 정리하고 스페이드 러그 및 나사 단자 스트립으로 배선하는 방식으로 재배선하도록 결정했습니다(그림 2). 이는 3개의 전용 커넥터(구역당 1개)를 사용하는 것보다 시간과 계획이 적게 걸렸으며, 50개 이상의 개별 연결에도 불구하고 허용 가능한 절충안으로 보였습니다. 이 설치는 배선된 점 대 점 연결의 명백한 이점을 보여주었습니다. 상대적으로 적은 계획(대부분 회로도 또는 상호 연결 구성도만으로 충분함)과 최소한의 작업이 필요하며 즉시 시작할 수 있다는 것입니다.

그림 2: 온도 조절기 업그레이드 배선은 스페이드 러그 및 나사 단자 스트립을 광범위하게 사용하여 재배선함으로써 개선되었습니다. 그러나 50개가 넘는 연결을 재배선할 때 실수를 피하기 위해 세심한 주의가 요구되었으며 다중 접점 연결을 사용할 때와 비교하여 상당한 공간을 차지했습니다. (이미지 출처: Bill Schweber)

더욱 복잡한 산업 세계

산업 환경에서는 이렇게 개선된 배선도 장기적으로 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 모든 개별 전선을 설치하려면 각각의 배선 배치를 도면과 여러 번 비교해야 하고 물리적 무결성도 확인해야 합니다. 각 전선에 레이블을 지정하는 것도 중요하며 일반적으로 ANSI 및 ISO 레이블링 표준을 준수해야 합니다. 수리 또는 재배치를 위해 장비에서 연결을 끊어야 하는 경우 복잡한 연결 과정을 실행 취소해야 하며 재연결하려면 그 과정을 반복해야 합니다.

분명히, 개별적인 사전 배선 케이블 및 결합 커넥터는 초기에 매력적인 대안을 제공합니다. 이는 배선 과정 없이도, 제어된 환경에서 미리 구축 및 테스트될 수 있지만 새로운 문제를 야기합니다. 많은 설치에서 다양한 전류 정격, 센서 신호, 다양한 유형의 데이터 링크, 이더넷, 광섬유, 심지어 저압 공기(공압)에 걸쳐 저전압 및 고전압과 같은 혼합된 신호 유형이 사용됩니다. 결과적으로 다양한 케이블 및 커넥터 모음이 상당한 패널 공간을 차지합니다. 또한 커넥터 유형이 동일한 케이블이 여러 개 있는 경우 키잉이 필요할 수 있으며 여전히 연결/분리에 시간이 걸립니다.

적어도 처음에는 다중 케이블/커넥터 딜레마를 해결할 것으로 보이는 해결책이 있습니다. 표준 커넥터는 공통 하우징에 다양한 전력 및 신호 접점으로 제공됩니다. 이는 두 가지 이유로 단지 부분적인 해결책에 불과합니다. 먼저, 표준 커넥터는 사전 결정된, 고정 접접 수 및 유형으로만 제공됩니다(예: 전력의 경우 2접점, 신호의 경우 6접점). 두 번째로, 이 커넥터는 기본 low/high 레벨 신호 및 전력 레벨 및 일부 데이터 신호에 대해서만 사용 가능하며, 기가비트 이더넷(GbE), 유리 또는 플라스틱 광 섬유 및 저 공기압(공기) 연결에는 사용할 수 없습니다.

완전한 모듈화: 더욱 유용한 솔루션

이러한 접점 제약을 해결하기 위해, 설계자는 HARTING Han-Modular 계열 커넥터를 사용할 수 있습니다. 이 커넥터는 접점 수 및 유형으로 인한 믹스 앤 매치 유연성 측면에서 최고를 나타냅니다. 설계자는 거의 모든 커넥터 및 접점 조합 중에서 선택한 후 적절한 하우징과 함께 고정할 프레임을 선택하면 됩니다(그림 3 및 그림 4).

그림 3: 사용자 정의 모듈성을 통해 표준 부품을 사용하여 맞춤형 커넥터를 생성할 수 있습니다. (이미지 출처: HARTING)

그림 4: 그림 3에 표시된 프로세스의 결과 일치하는 결합 면을 가진, 콤팩트하고 완전하게 맞춤화된 커넥터 조립품이 생성됩니다. (이미지 출처: HARTING)

Han 모듈은 수 밀리암페어 ~ 200암페어(A)의 전류 및 최대 5,000V의 전압, 공압 하우징, 데이터 라인, 차폐형 버스 신호, 플라스틱/유리 광섬유 케이블에 대한 커넥터 및 접점(수 및 암)을 지원합니다. 이는 다른 다기능 커넥터/접점 조립품에서 찾을 수 없는 전기적 및 기계적 선택 범위입니다.

이러한 커넥터를 사용하면 케이블과 배선을 설치 현장 외에서 완전한 하네스로 설계, 조립 및 테스트한 다음 간단하고 빠르게 연결/분리할 수 있는 사전 엔지니어링 작업으로 전환할 수 있습니다(그림 5).

그림 5: 커넥터 종단 케이블은 현장 외에서 조립 및 테스트한 후 현장에서 빠르게 설치하고 필요에 따라 분리됩니다. 특히 왼쪽 커넥터에서 볼 수 있는 두 개의 직사각형 커넥터 각각에 병합된 여러 유형의 배선에 유의하십시오. (이미지 출처: HARTING)

이 계열의 고도의 모듈성 및 유연성으로 인한 또 다른 혜택이 있습니다. 실제 제품 설계 세계에서는 프로젝트가 진행됨에 따라 요구 사항이 변화되고 발전합니다. Han-Modular 계열을 사용하면 이러한 추가적 요구 사항을 수용할 수 있는 커넥터를 다시 검색할 필요가 없습니다. 설계자는 기본 커넥터에 다른 내부 모듈을 추가하기만 하면 됩니다.

범위 및 가시성을 강조 표시하는 예

Han-Modular 계열에서 제공되는 많은 커넥터 및 접점을 설명하는 것보다, 몇 가지를 간단히 살펴보면 옵션을 잘 이해할 수 있습니다.

먼저, 커넥터 모듈을 고정하는 프레임이 있습니다. 한 예로 6개 모듈을 위한 09140240313 고강도 힌지형 프레임이 있습니다(그림 6). 이 프레임으로 개별 연결 모듈이 삽입 및 고정되고 잠깁니다.

그림 6: 커넥터 인서트를 고정하는 데 사용할 수 있는 여러 프레임 중 하나인 09140240313 고강도 힌지형 프레임은 이러한 6개 모듈을 위한 공간이 있습니다. (이미지 출처: HARTING)

최첨단 산업용 시스템의 경우 GbE 링크를 지원해야 할 수 있으므로 수 접점을 가진 09140083012 기가비트 모듈을 추가해야 합니다(그림 7). 이 차폐형 커넥터는 10Gbit/s 작동에 정격화되었으며 또한 IEEE 802.3bt(PoE++라고도 함) 전력 전달을 지원합니다.

그림 7: 이 차폐형 09140083012­ GbE 커넥터는 10Gbit/s 작동에 정격화되었으며 또한 IEEE 802.3bt(PoE++) 전력 전달을 지원합니다. (이미지 출처: HARTING)

동시에, 이 커넥터는 상당한 AC 또는 DC 전력을 지원할 수 있으므로 프레스 인서트를 위한 09332062648 6접점 하우징(암)이 좋은 선택일 수 있습니다(그림 8). 이는 0.14mm² ~ 2.5mm²(AWG 26 ~ AWG 14) 크기의 단선 또는 연선을 사용하여 500V(16A 기준) 정격의 프레스 인서트를 처리할 수 있습니다.

그림 8: 산업용 설치에서는 일반적으로 프레스 인서트를 위한 이 09332062648 6접점 하우징(암)을 통해 연결할 수 있는 상당한 크기의 AC 및 DC 전력을 필요로 합니다. 이 하우징은 다양한 단선 및 연선 크기를 처리합니다. (이미지 출처: HARTING)

산업 표준 RJ45 Cat 6A 8접점 모듈식 플러그가 요구되는 설치의 경우, 09454001520 커넥터를 사용할 수 있습니다(그림 9).

그림 9: Han-Modular 시스템은 또한 09454001520 커넥터를 사용하여, 광범위하게 사용되는 RJ45 커넥터를 위한 프로비전을 제공합니다. (이미지 출처: HARTING)

Han-Modular 시스템의 눈에 띄는 특징 중 하나는 광범위한 전기 연결 옵션 이외에 저압 공기(공압) 연결을 손쉽게 제공하는 기능입니다. 예를 들어 09140033501은 여러 프레임에서 사용할 수 있는 공압 모듈이며 적절한 인서트 선택에 따라 다양한 지름의 저압 라인에 대해 구성할 수 있습니다(그림 10). 여기에는 09140006304 금속 인서트(수)(그림 11) 및 보완적 09140006404 금속 인서트(암)(그림12)이 있으며 모두 4mm 내부 지름(ID) 튜브에 적합합니다.

그림 10: Han 모듈은 저압 공기 연결 및 적합한 인서트를 위해 09140033501과 같은 모듈을 사용하여 공압 제어를 수용함으로써 전기 전용 신호, 데이터 및 전력을 연결하는 것 그 이상을 제공합니다. (이미지 출처: HARTING)

그림 11: 09140006304 금속 인서트(수)는 4mm 내부 지름의 공압 튜브에 맞게 설계되었습니다. (이미지 출처: HARTING)

그림 12: 09140006404 금속 인서트는 저압 공기 및 4mm ID 튜브를 위한 커넥터(암)입니다. (이미지 출처: HARTING)

이는 Han-Modular 계열에서 제공되는 여러 인서트 및 커넥터에 대한 아주 작은 샘플일 뿐입니다

사용 편의성의 핵심인 구성기 도구

Han-Modular 계열은 다양한 전선 유형, 기능, 크기를 연결할 때 유용하지만, 선택은 어마어마하게 큰 일이 될 수 있으며 최적으로 구성하기가 불가능해 보일 수 있습니다. HARTING은 무료 Han 구성기 도구를 제공함으로써 이를 해결합니다.

이 온라인 도구는 특정 응용 제품을 위한 맞춤형 Han-Modular 커넥터를 구축하는 프로세스를 크게 간소화합니다. 설계자가 연결 요구 세부 사항을 입력하면 응용 제품에 가장 적합한 모듈식 인서트가 호출되는 방식입니다. 또한 여러 다양한 커넥터 옵션을 위한 기술 세부 정보, 3D 도면, 데이터 파일도 제공됩니다. 이 도구는 또한 Han 시스템에 이미 익숙한 설계자가 있음을 인식하고, 이러한 설계자가 보조적인 점진적 단계를 거치지 않고 전체 인터페이스를 직접 구성할 수 있도록 합니다.

구성기 도구 사용은 종단할 첫 번째 신호 유형을 식별하는 것으로 시작합니다(그림 13).

그림 13: 이 구성기 도구는 Han-Modular 시스템에서 지원되는 여러 기본 연결 유형 목록을 보여줍니다. 설계자는 커넥터 조립품에 구축하려는 여러 유형 중 하나를 선택하는 것으로 시작합니다. (이미지 출처: HARTING)

이 도구는 관련된 특정 데이터에 대한 풀다운 박스에 응답합니다. 여기에는 전기 신호에 대해 접점 수, 전류 정격, 전압 정격, 전선 게이지, 종단 기술이 표시되어 있습니다. 신호 유형에 따라 서로 다른 데이터 세트가 표시됩니다(그림 14).

그림 14: 다음으로, 구성 도구는 설계자에게 해당 신호 유형에 대한 최상위 파라미터를 지정하도록 요청합니다. 여기에는 “Electric”(전기) 선택 사항이 표시되어 있습니다. (이미지 출처: HARTING)

그 다음, 풀다운/업 메뉴를 통해 사용 가능한 커넥터에 적합한 하우징 재료(그림 15), 조립 위치(그림 16), 잠금 유형(그림 17)과 같은 추가적인 요구 사항을 지정할 수 있습니다(여기에는 “Electric”(전기)에 대해 표시되어 있음).

그림 15: 시작 스크린의 하단에서는 하우징 재료에 대한 설계자의 기본 설정을 요청합니다. (이미지 출처: HARTING)

그림 16: 시작 스크린의 하단에서는 또한 선택한 커넥터의 조립 위치를 선택할 수 있습니다. (이미지 출처: HARTING)

그림 17: 또 다른 선택 사항은 필요한 커넥터 잠금 메커니즘입니다. (이미지 출처: HARTING)

이제 이 도구는 실현 가능한 첫 번째 솔루션과 함께 다른 제안 솔루션을 생성하며 제품 목록과 함께 3D 모델 구성을 표시합니다(그림 18).

그림 18: 필요한 모든 연결 유형, 파라미터, 기본 설정을 입력하면 완전한 커넥터 조립품이 구축되고 자세한 3D 이미지, 부품 목록 및 필요한 다른 모든 정보가 제공됩니다. (이미지 출처: HARTING)

설계자는 원하는 구성을 선택하거나, 제안된 솔루션을 수정하고 개별 부품을 바꿀 수 있습니다.

커넥터를 지정하는 엔지니어가 여러 목표를 달성할 수 있으므로 Han 구성기는 다음과 같이 설계 프로세스의 모든 측면을 개선하고 가속화합니다.

• 대화형 3D 가상화를 통해 커넥터 설계 탐색
• 솔루션의 실현 가능성 보장
• 다른 팀 구성원들과 손쉽게 협업
• 맞춤형 커넥터 파일의 저장 및 공유
• 표준 CAD STP 파일 및 규격서 다운로드
• 세부적인 부품 명세서(BOM)를 자동으로 생성

결론

산업 환경에서 케이블을 종단하는 데 올바른 커넥터 세트를 선택하는 과제는 어려울 수 있습니다. HARTING Han-Modular 시스템은 강력한 지능형 구성기 도구에서 지원되는 높은 수준의 유연성, 모듈 가능성, 구성 가능성으로 인해 최적의 솔루션을 획득하는 과정을 간소화합니다. 결과적으로 최소한의 공간에서 편의성과 연결 용이성을 제공하는 최적화된 맞춤형 솔루션으로 점 대 점 배선 접근 방식을 대체할 수 있습니다.