重型連接器的組成和其在工業連接中的用途

工業應用使用各式連接器，將纜線上的電源、感測器訊號、控制訊號透過其接點送入及送出自動化元件。重型連接器 (連接器產品名稱中有時簡稱為 HDC) 的組成依據應用而定，因此有些相關。也就是說，耐用型工業連接器和乾淨室內自動化應用中的輕型 RJ 和 IEC 連接器 (用於基本乙太網路和輕功率) 明顯有別。

重型連接器可能具有更高整體耐用型，以及增強的侵入防護、降低的可燃性、寬廣的工作溫度、聯鎖、接地屏蔽，或僅是含有確閉鎖緊裝置的更可靠連接。

重型纜線接頭與連接器

纜線接頭 (有時稱做纜線固定扣)，大多為圍繞纜線的機械元件，纜線則穿過工業控制面板以及由金屬片和硬塑膠製成的外殼、連接器、控制器主體。纜線接頭有三種用途，可以：

• 固定纜線
• 防止纜線摩擦和磨損
• 能在纜線周圍提供密封，避免潮濕浸入和虹吸作用進入外殼

纜線接頭固定纜線的方式，能在纜線被拉扯或擾動時，預防電子觸點受損。纜線接頭也能避免纜線外皮在穿過外殼時與其孔洞銳利的邊緣摩擦，這是由於接頭主體能沿著孔洞邊緣填入並展開。若無纜線接頭，纜線的移動就算再輕微，也可能被外殼孔洞銳利的邊緣切割，直到外部絕緣層被割透，纜線就會短路。

與這些包圍纜線的纜線接頭相對的是纜線末端的連接器。一般能提供更容易的斷開和重新連接，以及用於連接多個元件和纜線分段。典型上，重型款式的連接器包含一種或多種耐用特點。

重型纜線連接器可能會有纜線入線保護，形式為通用纜線接頭、纜線夾，或密封和防扭轉元件。無論其機械形式為何，都能固定纜線，並且避免纜線從端子中拉出。纜線入線防護也可以如同獨立式纜線接頭，避免磨損情況。請注意，一般的耐用型連接器常有層狀嵌件 (多指接頭)，儘管嵌件需要常重新拴緊，以確保其侵入防護效果。在纜線四周夾有連續密封的接頭，通常是重型應用更可靠的選項。

部分重型纜線連接器的護罩會封住插頭的導體，同時提供絕緣和侵入防護，並具有一些鎖定或閂鎖套筒或槓桿，用來保持連接器的兩個半件固定在一起。

許多重型纜線連接器的公嵌件包含公引腳，以及螺絲或壓接端子，即電線線芯接觸引腳之處。此類連接器中，母嵌件包含附加插槽以及插座或壓接端子，即電線線芯接觸插槽之處。

重型纜線連接器的耐用型外罩可能是最顯著的特點，通常會包含絕緣和侵入防護。配件可能包含額外的防護蓋和引腳編碼導引。

圖 1：Han® 系列連接器包含多種附加特點，可耐受較嚴苛的環境。(圖片來源：Harting)

重型連接器的侵入防護等級 IP 編碼

重型連接器通常也會提供針對液體和固體粒子的侵入防護等級。連接器使用與外殼相同的侵入防護 (IP) 編碼。IP 編碼的首碼指明對固態物體的防護程度，其值介於 0 (指完全無防護) 至 6 (完全塵密)。IP 編碼的第二碼指明針對液體的防護，其值介於 0 (完全無防護) 至 8 (深度 1 m 的水下的連續防護) 或甚至 9K，指對高壓噴射的防護。例如，IP67 等級的連接器可耐受灰塵和短暫的浸水。

自行研發連接器款式－為何如此常見？

有鑑於重型連接器對機械外殼和墊片特點的強烈倚賴，現今許多市場上的選項多為自行研發設計或應用特定的連接器款式。例如，整體產業採用 Harting Han 系列的重型矩形連接器，作為電力和控制連接的標準。事實上，此具有商標的連接器品牌，有時候被視為重型連接器的代稱。

圖 2：Han 系列連接器 (含 4 和 26 引腳) 可說是業界標準，滿足 50 至 5,000 V 和 3 至 200 A 的多種資料和電力連接的需求。鎖定配置包含單槓桿 Han-Easy Lock，可輕鬆單手操作，以及雙槓桿 Han-Easy Lock，提供更可靠的鎖定、更高的壓力緊密度，並且用於纜線對纜線連接。另一項耐用的選項是螺絲鎖定，可提供最大的壓力緊密度並降低未授權使用的風險。(圖片來源：Harting)

Han 系列連接器的引腳配置在矩形護罩內，與矩形外罩的對應插槽配接。此連接器一般搭載鎖定槓桿，能讓安裝人員更輕鬆且穩固的封閉連接器，確保即使施加相當大的張力也不會被拉開。

護罩最常見於電力纜線端子上，由螺栓固定於連接器護蓋外殼；提供頂端和側邊入線配置。外罩可由螺絲安裝、表面黏著、隔板式安裝連接至儀器或機械。此外，外罩也可作為纜線對纜線連接的終端。護罩和外罩一般採用壓鑄合金，但不鏽鋼和塑膠外罩也常見。部分製造商提供可配置連接器，能在單一護罩或外罩內成組。這能為各種不同模組提供更高引腳數。Molex 的 GWconnect HDC 和 TE Connectivity 的 HDC 品牌提供此類連接器。

用於資料和感測器訊號的重型纜線連接器稍微有些不同。由 M 系列連接器為首。此系列為耐用的連接器，用於多種資料連接 (包含乙太網路架構連接)，以及電力傳輸。耐用型 M 系列連接器常見於工業網路應用，涉及 PROFINET、現場總線，以及連接感測器、開關、PLC 的工業乙太網路。

如先前 DigiKey 文章中提及，M 系列連接器涵蓋圓形公端和母端連接器，具有標準公制螺紋套筒，包覆並保護內部引腳和插座。標準尺寸包含 5 mm M5、8 mm M8、12 mm M12、16 mm M16、23 mm M23 連接器。螺紋套筒提供非常耐用且可靠的連接，不會被輕易拉開，並且可確保非常可靠的電氣連接，將訊號斷續情形降至最低。此套筒也為 M 系列連接器提供高等級的侵入防護，在許多情境下甚至可以用於沖洗和腐蝕環境中。最常見的尺寸為 M8 和 M12 連接器，具有 2、3、4、5、8、12 引腳。典型上，3 或 4 引腳 M 系列連接器用於感測器和電源供應器；4 或 8 引腳 M 系列連接器用於乙太網路和 PROFINET 裝置；4 或 5 引腳 M 系列連接器用於現場總線、CAN 匯流排和 DeviceNet 自動化裝置。

圖 3：M 系列連接器由高強度鋁製成，具有棘輪螺絲，能以單手快速、可靠地進行纜線耦合。(圖片來源：LEMO)

工業應用的資料連接，包含乙太網路、ModbusTCP/IP、EtherCAT、乙太網路/IP，以及 Profinet 等多種獨有格式。RJ 連接器是所有乙太網路實作的標準，但不提供侵入防護，且不特別耐用。儘管有公端側塑膠接片定位至插槽 (固定連接器兩個半件)，卻相當脆弱，即使是中等程度的拉扯，也會將插頭從插槽中拉出。這便是為何 M 系列連接器針對移動和不經意拉扯的情況，成為優異的選擇。

不過還有另一個問題。標準 M 系列連接器適合作為工業連接器，提供可靠的連接及侵入防護，前提是技師必須正確拴緊連接器螺紋。有些連接器供應商銷售自動鎖定的壓入接合式連接器，因應此潛在問題。Molex 的 Brad 系列連接器 也許是最受肯定的產品。此連接器是標準 M12 連接器的直接替代品。這些元件採用壓入鎖定機制，無螺紋套筒，因此只要輕鬆壓合連接器的兩個半件，即可確保完美鎖定和可靠的連接，不會有斷續的訊號或斷開的風險。這些連接器提供多種配置，包含壓入接合和拉開斷開連接器，具有 IP65 防護。

圖 4：Ultra-Lock 連接器是壓入鎖定選項，具有 O 型環，提供防呆連接和 IP69K 侵入防護。(圖片來源：MOLEX)

用於乙太網路應用時，M 系列和 Molex Brad 連接器也可使用乙太網路供電 (PoE) 標準承載電源，採用三種配置：Alternative A、Alternative B、4PPoE，支援多種等級的頻寬和電源能力。

IEC 電源連接器滿足高功率需求

國際電工委員會 (IEC) 定義多種用於家庭、商業、工業應用的電源連接器標準。例如，IEC 60320 涵蓋非鎖定連接器，具有高達 250 V 和 16 A 的電壓和電流。這包含常見於工業應用的大型但非耐用型 C13/C14 和大型 C19/C20 耦合器，涵蓋電腦電源供應器和伺服器外殼。這些耦合器一般不被視為重型連接器。

IEC 60309 鎖定連接器則是耐用型，並且目標用於傳輸高達 1,000 V 電壓和 800 A 電流的工業纜線。所有的 IEC 60309 鎖定連接器都提供一定程度的侵入防護和標準配置，提供防潑濺 IP44、防水 IP67、防噴射和防水 IP66/67 防護。

這些標準也允許聯鎖式插槽插座：具有這些特點的連接器除非與插頭配接，否則不允許通電，且在關閉電力前不可移除插頭。以下顏色編碼標明連接器允許的電壓和頻率範圍。

• 黃色標明 IEC 60309 電源連接器在 50 或 60 Hz 適用於承載 100 至 130 V。
• 藍色標明 IEC 60309 電源連接器在 50 或 60 Hz 適用於承載 200 至 250 V。
• 紅色標明 IEC 60309 電源連接器在 50 或 60 Hz 適用於承載 380 至 480 V，通常為三相配置。

圖 5：此紅色編碼重型連接器滿足供應 380 至 480 V 的 IEC 60309 標準。(圖片來源：Wikimedia Commons)

結論

重型連接器必須要滿足多項需求。連接器需要能抵抗衝擊負載的碾壓或會被拉開？需要水及灰塵的侵入防護？連接器需要耐受的溫度為何？重型連接器會安裝在有可燃疑慮的配置嗎？

還必須考慮連接器引腳數和每個引腳需承載的電壓和電流，以及纜線入線方向及纜線防護等級。在纜線和連接器會移動的自動化機械中，必須提供適當的接頭和纜線夾，也可考慮防扭轉裝置。

針對相對較輕，但在嚴峻環境內運作的電氣負載，M 系列連接器和其衍生產品常是合適的選擇。至於更高的電氣負載，矩形連接器可能是較好的解決方案；尤其是矩型連接器可透過配置，提供多種纜線入線方向、安裝選項、一般模組化建置，因應幾乎任何複雜需求若是簡單的電源連接至單或三相 AC 供應，IEC 60309 鎖定工業連接器則是首選 (也可能是唯一選擇)。