如何在嚴峻的工業環境中節省連接器空間並保持靈活性

工業環境的電線和纜線不易徹底移除並重新安裝，因此要更換或升級有線裝置並非易事。同樣的，加裝新的感測器、處理器或其他元件往往也需要徹底更換及重新佈線。

此外，工業裝置的尺寸越來越小，侷限了安裝多個連接器的空間。與此同時，連接器的尺寸必須小到能夠在單一連接器中結合多種連接類型，才能實現高效的佈局，達到良好的面板密度。

而在維持裝置完整性方面，工業環境也面臨獨特挑戰，那便是必須防止液體和灰塵進入易損元件，以免造成損壞。

連接器化 (即以模組化連接器取代固線式裝置) 可以解決這一切問題。這類連接器的結構精巧，一個連接器裡能結合多種佈線類型。透過模組化的方式，這些連接器便可迅速重新配置來適應改動和更新，無需更換裝置或纜線。此外，環境防護型模組化連接器能阻擋灰塵和液體，也能抵擋滅菌專用高壓水柱的衝擊。

本文將探討模組化連接器的基礎知識，並說明如何挑選、組裝和使用這類連接器，並介紹 HARTING 的幾款經典連接器產品，以便設計人員在往後設計工業系統時派上用場。

使用模組化連接器進行連接器化

有兩種方法可將電源、訊號和數位資料連接到工業裝置或應用中。

配線方式可採永久固線，也可使用連接器進行安裝，選擇何種方式取決於幾個因素。最重要的因素可能是裝置斷開和需要重新連接的頻率。若必須重新連接固線式裝置，移除和重新連接每條電線時都必須格外小心，人力成本相當高。而且接錯的機率很大，以致需花上幾小時排除故障才能修復錯誤。

雖然使用連接器的初期成本可能較高，但好處是重新佈線後便可隨插即用，大幅降低接錯線的風險，進而降低對於熟手的依賴。因此從長遠來看，以連接器代替固線式纜線 (即連接器化) 的好處較多。

使用模組化連接器可以提高安裝的靈活性。不妨考慮使用能處理電源、感測器、類比與數位訊號，甚至是氣動線路的模組化連接器 (圖 1)。目前有多種模組可供選擇。以下範例為一個 RJ45 與一個 USB 序列資料匯流排、三個具有多種引腳直徑的多引腳模組，以及一個具有三條氣動線路的模組。

圖 1：該模組化連接器可以同時處理訊號、電源、數位通訊介面，甚至是氣動線路。這些模組可以根據需要輕鬆快速地進行更改。(圖片來源：HARTING)

模組化連接器配置

圖 2 為模組化連接器中不同元件的簡易名稱。

圖 2：HARTING 模組化連接器元件的名稱。框架可用於固定模組，並安裝於外罩或護罩內。連接器不僅可輕鬆打開，而且無論需進行何種改動，都能輕鬆地重新排列或增減模組。(圖片來源：HARTING)

基座連接器的固定部分是一個外罩。移動式零件的配接端是護罩。框架安裝於外罩或護罩內，用於將模組鎖定到位。連接器可使用虛擬模組配置出更多空間，以便日後進行擴充。兩個配接連接器以螺絲或鎖定桿鎖固定在一起。護罩可從頂部、多頂部、側面或多側面方式連接纜線。外罩可從頂部或底部連接纜線。

由於 HARTING 提供非常多模組、外罩、護罩及其他連接器元件，因此作出正確選擇可能不易。HARTING 的線上配置工具簡化了這個流程，讓挑選和設計模組化連接器更簡單 (圖 3)。

圖 3：HARTING Han 的線上配置工具使用者介面簡化了模組化連接器元件的設計和選擇。(圖片來源：HARTING)

此配置工具可引導設計人員挑選連接器的電線、資料、光學和氣動元件。每個元件都有多種選擇，使用者能根據預期設計進行搭配。

此範例中選擇的是電氣元件。使用者在輸入電線介質的數量和類型、載流需求，以及其他設計相關問題之後，配置工具迅速找出可行的配置並列出各零件，同時還提供組件的等角圖 (圖 4)。

圖 4：配置工具繪製出六引腳電線插頭、基座插座，以及相關的基座、護罩和纜線夾的圖片。(圖片來源：HARTING)

此設計提供完整的文件，包括可下載的零件清單、3D 模型、資料表、類型表和產品聲明。

在所示範例中，配置工具的問題包括基座的類型、所需的鎖、導線數量、預期的最大電流與電壓等級，以及所處環境。最終產生的配置為 HARTING 的 09400060311 面板安裝式基座。此基座是一款採用螺絲鎖且適用於嚴峻環境的壓鑄鋁座。此基座與 HARTING 的 09140060371 雙模組鉸鏈式耐用型固定框架配接。此框架能容納兩個模組。選用的模組為六腳位母頭模組的 HARTING 09140063101。相關的銀製壓接器引腳插槽為適用於 20 AWG 電線的 HARTING 的 09330006220。

連接器纜線側則採用壓鑄鋁製 HARTING 的 19400060411 連接器護罩以及相關 HARTING 的 09140060361 耐用型雙模組固定框架。此框架接受 HARTING 的 09140063001 公模組，以及 HARTING 的 09330006121 20 AWG 銀製壓接器引腳。護罩組件的頂部為 HARTING 的 19000005090 黃銅纜線 9-16 電纜夾。該基座和護罩可容納兩個模組，因此未使用的腳位可用虛擬模組覆蓋，例如 HARTING 的 09140009950。

環境防護

所有 HARTING Han HPR 元件的工作溫度皆為 -40°C 至 +125°C，且完全密封，環境防護等級高達 IP68 與 IP69K。

侵入防護 (IP) 等級係根據 IEC 60529 所定義，表示連接器元件對外部影響的防護程度，外部影響包括機械衝擊、異物、濕氣、灰塵和液體，像是水、燃油、清潔液、冷卻液及油等。

IP 等級第一位數字是指對固體的防護能力，共分為 0 到 6 級。6 代表最高防護等級。6 級的連接器能防塵，並能完全阻擋固體微粒。IP 等級第二位數字是指對液體的防護能力，範圍為 0 到 9。等級 8 表示裝置防水且不受水壓影響。9K 級表示能防護蒸汽噴射壓力清潔劑和類似的壓力驅動式液體。因此，IP68 或 IP69K 等級的防護效能極為出色。

HARTING Han 的 HPR 系列適用於嚴峻的戶外環境，其壓鑄鋁製護罩和外罩採用環氧樹脂粉末塗層，具有優異的抗腐蝕性以及良好的密封性，不受潮濕環境影響。另外，其金屬元件也具有優異的電磁相容性。

若用相同的連接器進行多次安裝，該系列連接器可提供多達 16 個編碼腳位，確保纜線配接正確。此外，HPR 精巧型系列更省空間，重量也更輕，比相應的 HPR 標準連接器輕 25%。

結論

對於設計人員而言，確保連接方面具有良好的完整性、靈活性和可擴充性，同時符合尺寸規格與嚴峻的工業環境要求，可能會感到非常棘手。如本文所述，使用高度可配置、精巧型模組化連接器，以及簡單易用的線上連接器元件選擇工具，即可大幅簡化此過程。