连接器如何推动可持续发展

可持续性无疑已经成为现代工业制造领域的焦点议题之一。这不仅要求所使用的材料具有可持续性，生产流程也不例外。可持续的流程不仅要求高效，还要通过诸如避免机器停机和缩短停机时间来节省资源和成本。此外，员工的工作时长是生产设施的宝贵资源之一，而高效的维护和安装则是确保这一资源得到最大化利用的关键。
 
连接器在打造这样的可持续生产流程中发挥着重要作用。我们所关注的不仅仅是它们能快速连接或断开设备或附属装置的功能。事实上，现代连接器为生产工人提供了一个既安全又精确的连接方式，特别是在那些经常需要重新进行配置的模块化系统中尤其重要。准确无误的连接不仅有助于节省能源，还能够节约时间。
 
SmEC - 我们针对模块化机器与系统推出的连接器概念
 
连接器附带的一项最重要功能就是提供配合状态的信号指示。配合状态涉及到各种参数，具体取决于应用和连接器。插接状态通常可以为我们提供以下关键信息：

连接器是否已经正确插接到相应的配合连接器？

连接器是否实现完全的电气连接？

连接器是否实现完全的机械锁定？

连接器是否出现电气过载？

环境参数（如温度、湿度等）是否均在容许范围之内？

插接状态常通过LED、灯环或声音为操作员提供提示。在最简单的情况下，红/绿指示就足以让操作员知晓是否出现故障。而现代的全彩LED还可以通过不同的闪烁模式或动态效果来指示如电压之类的更多状态。除了这些直观的视觉和声音提示，数字接口还能将更为详细的数据发送至控制中心。浩亭技术集团推出的SmEC（智能电气连接器，图1）就能通过MQTT或OPC-UA PubSub来传递数据。数据以JSON格式提供，任何控制器均可接收并处理。除此之外，资产管理壳（Asset Administration Shell）还能够提供连接器的实时数据，实现数字孪生。
 
除了指示配合状态外，SmEC还内置了锁定机制，以避免连接器意外脱离。这不仅确保组件不被损坏，也确保了操作人员的安全。只有在断电且锁定状态释放之后，连接器才能断开连接。为此，SmEC集成了电压和电流的测量功能，并监控所连接的设备。这样，可以依据能源消耗数据计算出实时的碳足迹。
 

图1. 技术演示---具备状态显示和识别功能的智能电气连接器（SmEC）

 
数据二极管 - 我们针对防破坏功能推出的连接器概念
 
旧机器上也可以轻松地实现碳足迹的测量功能。数据二极管可以保护测量设备（如智能电气连接器）免于受到破坏（图2），原因在于其仅允许数据信号单向传输。这一特性确保数据可以从受保护的网络传送到非受保护的网络，比如发送至控制面板，使受保护的网络不会受到攻击。为了实现这一目标，浩亭开发了专用于连接器的数据二极管。它支持高达1Gbit/s的数据速率，能够传输常用的物联网协议，如OPC-UA、MQTT或Modbus-TCP。该数据二极管是由发射端的激光二极管和接收端的光敏二极管所构成的实体硬件，确保数据不会反向流通。
 

图2.数据二极管在连接器中实现的功能

 
Smart ix - 我们针对具有识别功能小型连接器推出的连接器概念
 
为了确保连接器正确插入相应的配合连接器中，需要能够识别该连接器。在最基本的层面上，可以通过增加电气触点作为编码针脚来实现这一点。与机械编码不同，这种方法允许机器控制系统确定目前插入了哪种配件。但这种方法在大型的灵活系统中很快就会受到限制。此外，用于电气编码的编码针脚会消耗大量的触点数量。一个更加理想的做法是使用总线系统和小型微控制器来识别连接器，或者选择通过近场通信（NFC）进行识别。这就要为每个连接器分配一个唯一的ID，这个ID与相应的组件（如配件或工具）相对应。这种方法也适用于非常小的连接器，如浩亭的Smart ix（图3）所示。Smart ix是一个10极的小型连接器，内部集成了微控制器。通过微控制器，能够实现精准的识别。ID用于单元或机器控制，确保与连接的组件建立正确的链接。这样，即便是像灯具、门触点或模拟传感器这样的简单部件，也可以被准确地识别。控制信号会告知用户组件是否已正确插入到对应的端口中。
 

图3.浩亭Smart ix Industrial - 具有识别功能的小型连接器

 
Han Protect - Han® 3A - 我们针对简化维修流程推出的连接器概念
 
在生产过程中，经常会因所需的专业人员暂时无法出现在现场而发生不必要的停工。例如，只有经过专业训练的工作人员才能更换出现问题的保险丝。由于保险丝通常位于控制柜内部，其他人很难进行替换。而将保险丝集成到连接器中，如Han Protect（图4），就可以实现从外部轻松更换保险丝。由于更换保险丝时要先断开连接器，所以即使是非专业人员，在低压的情况下也能轻松地进行替换。这有效地缩短了维修时间并降低了停机时长，从而对资源管理产生了深远的积极影响。
 

图4 Han Protect - 带有内置保险丝的Han® 3A连接器

 
浩亭技术集团在连接技术领域持续推出创新解决方案，致力于增强工业生产的可持续性。本文提出的智能连接器的概念将在2023年德国纽伦堡国际工业自动化及元器件展览会（SPS）的技术展示器上演示。