使用可配置的模組化連接器簡化工業設備部署

思考如何在工業應用中進行訊號與電源連接時，通常要在狹窄空間中進行諸多電源、接地及訊號的連接。設計人員不只要指定眾多類型的纜線，互連作業的準備時間、便利性以及空間也是關鍵的考量因素。在此情況下，許多工業設備設計都回歸基本的點對點「硬接線」，由技術人員逐一人工連接電線。

但在現實中，這種現場人工硬接線作業非常耗時、容易出錯，因此也相當耗費成本。若基於任何原因 (包括修復、延長或重新佈局) 而需要斷開／重新連接電線，此時的時間損失、回復作業及失誤，成本會特別高昂。

若要解決此效率、成本、空間與可靠性的問題，就是使用模組化連接器，因為其靈活、多用途且容易管理。此外也提供多種連接器外罩與安裝框架，可搭配設計人員挑選的混搭嵌件，以處理多種指定的電氣訊號，包括電源、訊號與數據類型，並可使用裸線、D-Sub 連接器、同軸纜線，甚至是光纖及壓縮空氣氣動型。

本文將使用實際範例來凸顯採取人工作法時的一些問題。接著將介紹以 HARTING 提供的 Han-Modular 系列連接器為基礎的靈活有效方法，並且說明其如何解決眾多接線問題。此外也會說明隨附的配置工具，以協助設計人員以 Han-Modular 系統為基礎，建構最佳化連接器。

點對點硬接線：快速簡便但往往雜亂

利用點對點硬接線似乎比較容易進行基本互連，但在許多情況下，這個決定終究會令人後悔。舉例來說，若要將一個簡易的「智障型」單區恆溫器的接線連接到智慧型恆溫器，就需要升級接線，在智慧單元與加熱系統控制器之間添加一個中間繼電器。第一區的接線看起來隨意亂接，但安裝迅速又可作用。此外，由於全採用 24 VAC，因此接線外露並無安全疑慮。

但幾年後，屋主決定要將其他兩個暖氣區，升級成智慧恆溫器。新增的點對點接線也一樣「迅速」完成，結果接線就像老鼠窩一樣，但也令人驚人的有作用。即便有用，但並非長久之計，因為此配置若日後發生問題時，會相當難進行故障排解，若要進行額外的升級，也會是夢魘一場。

圖 1：雜亂的點對點硬接線可能是出自於專案複雜性，或者是在基本系統上陸續添加更多功能而導致，如此例中，三區智慧恆溫器升級作業的繼電器接線如示。(圖片來源： Bill Schweber)

基於實用性、美觀與文件記錄的考量，此情況是不可接受的，因此後來決定要清理並全部重新佈線，並使用鏟形接片及螺絲接線條進行硬接線。這比使用三個獨立的連接器 (每一區一個) 還要節省時間與規劃，且在此例中，是可接受的妥協方式，即便還是有超過 50 個離散連接。此裝設情況即可展現點對點連接硬接線的優點：需要的規劃相對較少 (通常一張線路圖或互連圖就已足夠)、投入心力最少，而且可立即開始動工。

圖 2：恆溫器升級接線透過重新接線的方式進行改善，其中廣泛使用鏟形接片與螺絲接線條，但因為要重新接線超過 50 個連接，因此還是要相當謹慎以免失誤，此外比起使用多觸點連接器來說，這也會佔用更多空間。(圖片來源：Bill Schweber)

工業情況更為複雜

在工業情況下，即便是接線改良也可達到決定性的長期影響。要安裝全部的單獨電線，須對每一條電線多次檢查其位置是否符合圖面，並檢查實體完整性。標示每一條電線也很重要，通常有 ANSI 及 ISO 標示標準可依循。若設備需要斷開以便修復或移位，必須逆轉複雜的連接流程，重新連接時再次重複此流程。

很明顯地，離散式預接纜線與配接連接器可提供吸引人的初步替代方式。這些元件可在受控環境中預先打造並測試，並可省去硬接線工作，但也會帶來新的疑慮。許多裝設情況採用混合的訊號類型，例如在不同電流額定值下提供低電壓與高電壓、感測器訊號、多種類型的數據鏈路，更有乙太網路、光纖，甚至還有低壓空氣 (氣動)。如此一來會有多種不同的纜線及連接器組合，不僅佔用可觀的板空間，若有多種纜線搭配相同的連接器類型，甚至可能需要鍵合，此外連接／斷開也需要花時間。

有個解決方案似乎可解決多種纜線／連接器的兩難問題，至少一開始是如此。提供含有多種電源及訊號觸點，且採用通用外罩的標準連接器。此解決方案僅可解決部分問題，原因有二：首先，僅提供預先決定且固定組數及類型的觸點，例如電源用雙腳位、訊號用六腳位。其次，僅提供基本的低／高位準的訊號及電源，以及一些數據訊號，但不適用於 Gigabit 乙太網路 (GbE)、玻璃或塑膠光纖、甚至也不可用於低壓氣動 (空氣) 連接。

全模組化：更優異的解決方案

為了避開這些觸點限制，設計人員可使用 HARTING 的 Han-Modular 系列連接器。這些產品提供不同數量與類型的觸點，因此具有先進的混搭靈活性。設計人員可選擇幾乎各種連接器與觸點組合，然後挑選連接器框架來進行固定，再使用適當的外罩 (圖 3 與圖 4)。

圖 3：依照使用者指定的模組化程度打造採用標準元件製化連接器。(圖片來源：HARTING)

圖 4：圖 3 製程所示的結果是緊湊、全客製化的封閉式連接器組件，搭配相符的配接面。(圖片來源：HARTING)

Han 模組支援的連接器及觸點 (公與母端)，可用於小至數 mA 至 200 A 的電流、高達 5,000 V 的電壓、氣動外罩、數據線路、屏蔽匯流排訊號，甚至是塑膠或玻璃光纖纜線。這是其他多功能連接器／觸點組件無法達到的電氣與機械選項。

使用這些連接器即可預先對纜線及接線作業進行工程設計、組裝並測試，當作場外的完整索具使用，而不是在安裝現場，接著即可輕鬆快速連接並斷開 (圖 5)。

圖 5：連接器端接式纜線在場外組裝及測試，接著可快速在現場安裝並在必要時斷開；請注意，兩個矩形連接器各有納入不同類型的接線，尤其是左邊的連接器特別明顯可見。(圖片來源：HARTING)

此系列的高模組化程度及靈活性還可帶來另一個優點。在實際的產品設計中，設計需求會隨著專案進展而有所改變及演化。透過 Han-Modular 系列，就無需再一次尋找可以配合這些額外需求的連接器；設計人員僅需在基本連接器上添加另一個內部模組即可。

凸顯範圍與多用途的範例

無需全覽 Han-Modular 系列涵蓋的多款連接器與觸點，其實只要簡單看一下其中一些就可清楚瞭解各種選項。

首先要看框架，可用來固定連接器模組。以 09140240313 重負載鉸鏈型框架為例，就可固定六個模組 (圖 6)。個別連接模組皆可插入、固定並鎖定在框架上。

圖 6：在眾多可用來固定連接器嵌件的框架中，有個 09140240313 重負載鉸鏈型框架具有容納六個模組的空間。(圖片來源：HARTING)

先進的工業系列甚至可能要支援 GbE 鏈路，因此就可添加具有公端觸點的 09140083012 Gigabit 模組 (圖 7)。此屏蔽式連接器的工作速率額定值達 10 Gbit/s，也支援 IEEE 802.3bt (亦稱為 PoE++) 電力傳輸。

圖 7：此屏蔽式 09140083012 GbE 連接器的工作速率額定值達 10 Gbit/s，且支援 IEEE 802.3bt (PoE++) 電力傳輸。(圖片來源：HARTING)

此時，連接器可能也要支援足夠的 AC 或 DC 電力，因此按壓式嵌件用的 09332062648 六觸點母端外罩是不錯的選擇。此元件可處理額定值達 500 V ＠ 16 A 的按壓式嵌件，可使用 0.14 mm² 至 2.5 mm² (AWG 26 至 AWG 14) 的實心線或絞線。

圖 8：工業裝設通常需要足夠的 AC 與 DC 電力，可透過按壓式嵌件用的 09332062648 六觸點母端外罩連接電力；此元件可接受多種實心線與絞線尺寸。(圖片來源：HARTING)

若裝設需要使用工業標準Cat 6A 八腳位模組化插頭，則可選擇 09454001520 連接器 (圖 9)。

圖 9：Han-Modular 系統亦有提供常用的 RJ45 連接器，其採用 09454001520 連接器。(圖片來源：HARTING)

Han-Modular 系統有個獨特之處在於可輕鬆提供低壓空氣 (氣動) 連接，當然還有原本就很廣泛的電氣連接選項。舉例來說，09140033501 氣動模組就相容於多種框架，並可針對多種直徑的低壓管線進行配置，依選定的適當嵌件而定 (圖 10)。包括 09140006304 公端金屬嵌件 (圖 11)，以及輔助的 09140006404 母端金屬嵌件 (圖 12)，皆可用於 4 mm 直徑 (內徑) 管路。

圖 10：Han 模組不僅可連連純電氣訊號、數據與電力，更可透過 09140033501 低壓空氣連接模組及適當的嵌件，即可搭配氣動控制。(圖片來源：HARTING)

圖 11：09140006304 公端金屬嵌件的設計可用於內徑 4 mm 的氣動管路。(圖片來源：HARTING)

圖 12：09140006404 金屬嵌件屬於低壓空氣母端連接器，也可用於 4 mm 內徑的管路。(圖片來源：HARTING)

同樣地，以上只是 Han-Modular 系列中眾多可用嵌件與連接器的少數例子。

使用簡便性的關鍵在於配置器工具

Han-Modular 系列固然在連接多種電線類型、功能與尺寸時相當實用，但面對如此多的選擇會眼花撩亂，似乎也不太可能達到最佳化的配置。因此 HARTING 提供免費的 Han Configurator 工具來因應此難題。

此線上工具可大幅簡化針對特定應用打造客製化 Han-Modular 連接器時的流程。設計人員只要輸入連接需求詳情，此工具就會列出最適合應用的模組化嵌件，此外也會眾多不同連接器選項的技術詳情、3D 繪圖及資料檔案。此工具亦瞭解，有些設計人員已經熟悉 Han 系統，因此他們可以直接配置整個介面，無需經過逐步輔助流程。

使用配置器工具時，一開始要指明要端接的第一個訊號類型 (圖 13)。

圖 13：此配置器工具會列出 Han-Modular 系統可支援的多種基本連接類型；設計人員一開始要在眾多類型中挑選一個要納入連接器組件中的一種類型。(圖片來源：HARTING)

此工具採用下拉式選單提供相關資料，此處以電子訊號為例：觸點數、額定電流、額定電壓、線徑、端接技術。工具會依據訊號類型列出不同的資料組合 (圖 14)。

圖 14：配置器工具接著會詢問設計人員指明該訊號類型的頂層參數；在此以「電子」選項為例。(圖片來源：HARTING)

接著，設計人員可透過下拉式選單指明其他要求，例如外罩材料 (圖 15)、組裝情況 (圖 16)、鎖定類型 (圖 17)。同樣地，選項會依據連接器而定 (在此以「電子」選項為例)。

圖 15：設計人員可在起始畫面的底部挑選偏好的外罩材料。(圖片來源：HARTING)

圖 16：可在起始畫面的底部針對選定的連接器選擇所需的組裝情況。(圖片來源：HARTING)

圖 17：也要選擇必要的連接器鎖定機制。(圖片來源：HARTING)

此工具接著會產生第一個可能可行的解決方案，並列出其他建議的解決方案，並以 3D 模組顯示配置並提供產品清單 (圖 18)。

圖 18：在所有必要的連接類型、參數與偏好都輸入後，工具即可建構完整的連接器組件，並提供詳細的 3D 圖片、零件、清單以及其他所有必要資訊。(圖片來源：HARTING)

設計人員可挑選偏好的配置，或修改建議的解決方案並且替換個別元件。

Han 配置器可增進並加速設計流程的所有層面，協助工程師在選定連接器時完成以下眾多目標：

• 利用互動式 3D 視覺化圖形探索連接器設計
• 確保解決方案的可行性
• 輕鬆與其他團隊成員協作
• 儲存並分享自訂的連接器檔案
• 下載標準 CAD STP 檔與規格書
• 自動建立詳盡的物料清單 (BOM)

結論

要在工業場域中選擇正確的連接器組合進行纜線端接相當有難度，因此令人沮喪。HARTING 的 Han-Modular 系統可簡化最佳化解決方案的生成流程，因為具有高度的靈活性、模組化程度與可配置能力，更有強大且直覺的配置器工具可提供支援。因此，能以最佳化的客製化解決方案取代點對點硬接線作法，享受其帶來的便利，以及在狹小空間內輕鬆進行連接的優勢。