Connecteurs M12 par rapport aux alternatives dans les applications industrielles

Les connecteurs M12 constituent une option très répandue de terminaison de câble rond, et ils sont largement utilisés dans l'industrie, les robots mobiles et même dans les conceptions grand public, pour connecter les capteurs, les actionneurs et d'autres composants (bus de terrain et autres) aux commandes et autres systèmes dans les machines automatisées. Les géométries exactes et la disposition des conducteurs des connecteurs M12 (souvent aux extrémités de câbles à gaine PUR ou PVC) sont définies par les normes CEI 61076-2-101 de la Commission électrotechnique internationale. Le connecteur M12 tire son nom du filetage métrique sur la plupart des écrous d'assemblage et des prises homologues des connecteurs (décrits plus en détail ci-après), qui sont essentiellement des dispositifs de retenue de 12 mm de diamètre avec un filetage M12.

Des dizaines d'options spécialisées permettent aux ingénieurs de conception de spécifier des gaines particulièrement bien adaptées à la conception d'une machine ou d'un produit. Les options incluent les suivantes :

• Corps droit et à angle droit
• Géométrie de fixation côté fil mâle et (beaucoup plus souvent) femelle
• Boîtiers internes blindés et non blindés
• Jeu de cordons entièrement intégré et versions modulaires
• Versions légères et blindées
• Diverses conceptions et constructions d'écrous d'assemblage

Le connecteur M12 QUICKON (IDC) blindé est un type de connecteur M12 qui permet aux installateurs de câbler les connexions de leur machine sur le terrain. (Source de la vidéo : Phoenix Contact)

Révision de la norme M12

Les connecteurs M12 ont été lancés en 1982 sous la forme de connecteurs à trois broches 7⁄8 de pouce non standardisés pour quelques applications. La caractéristique unique du connecteur était (et est toujours dans la plupart des cas) son écrou d'assemblage — un logement à l'extrémité du câble, verrouillé axialement sur l'extrémité du câble, mais pouvant tourner librement — pouvant donc être vissé sur la géométrie de fixation mâle ou femelle correspondante côté prise. Le connecteur a d'abord été standardisé par la norme CEI 61076-2-101 pour une utilisation avec des capteurs et des actionneurs. Puis, au cours des années suivantes, la norme a été étendue pour définir plusieurs codes M12 (détaillant la géométrie des broches et les variations fonctionnelles) et deux formats plus petits pour une utilisation avec des actionneurs, des PLC, des commutateurs et des E/S. Il s'agit notamment des connecteurs M8 (définis par la norme CEI 61076-2-104 et présentant un diamètre de fixation de 8 mm) et des connecteurs M5 (définis par la norme CEI 61076-2-105 et présentant un diamètre de fixation de 5 mm).

Figure 1 : La standardisation de la géométrie des connecteurs M12 et M8 offre de nombreux avantages, notamment la disponibilité d'outils pour accélérer l'installation. Exemple : les tournevis à cliquet acceptent un adaptateur 1/4 de pouce conventionnel permettant à l'installateur de serrer rapidement les connecteurs — y compris les connecteurs plug-in ronds M12 et M8 ainsi que les fiches et les prises M12F, M8F et M23 personnalisables. (Source de l'image : Weidmüller)

La dernière itération de la norme CEI 61076-2-010 (2020) intègre l'un des plus grands ajouts à la norme depuis un certain temps — l'ajout de la prise en charge et des définitions officielles des connexions push-pull. Les fabricants de câbles qui ont participé à l'élaboration de la norme incluent notamment Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact et HARTING. Les principaux atouts des connexions M12 push-pull sont les suivants :

• Réduction considérable du temps de montage (en éliminant la nécessité de visser les écrous et de vérifier le couple appliqué)
• Connexions plus compactes par rapport aux connecteurs M12 classiques

Figure 2 : Les connecteurs M12 PushPull s'enclenchent pour relier des prises verticales ainsi que des prises encastrées. L'édition CEI 61076-2-010 2020 définit une norme M12 push-pull qui vise à étendre l'application réussie des connecteurs M12 push-pull déjà présents sur le marché dans des formats propriétaires. (Source de l'image : HARTING)

En fait, la norme CEI 61076-2-010 2020 définit les géométries des sous-composants de verrouillage internes sur la partie femelle du connecteur push-pull et des sous-composants de verrouillage externes sur la partie mâle du connecteur push-pull. Cela garantit l'inter-compatibilité entre les produits de câbles.

Une autre option de connecteur

À ne pas confondre avec l'option M12 push-pull, il existe un autre connecteur rond utilisé dans les communications et les périphériques IHM industriels : le connecteur DIN miniature. Ici, DIN signifie Deutsches Institut für Normung, l'organisme directeur de normalisation qui définit la structure et les connexions de ces bornes de câbles. L'ajustement serré (friction) entre une gaine à l'extrémité du câble permet de garantir le maintien de la connexion dans la prise après l'assemblage. Ces connecteurs mini-DIN de 9,5 mm (3/8 po) sont fournis avec des ensembles de broches avec trois, quatre, cinq, six, sept, huit ou neuf connexions électriques disposées de manière à éviter les erreurs de raccordement accidentelles avec des câbles mini-DIN visuellement similaires. Dans de nombreux cas, les fournisseurs ajoutent un code couleur propriétaire à l'extrémité du câble et à la prise côté machine pour aider l'assembleur à aligner les deux parties de connexion et rendre l'installation un peu plus simple.

Les connecteurs mini-DIN et M12 ont des applications distinctes dans lesquelles ils excellent. Cependant, il y a davantage de connecteurs mini-DIN non standard sur le marché, ce qui peut permettre une plus grande liberté de conception mais également une plus grande confusion. De plus, l'ajustement serré du manchon de fixation mini-DIN permet une connexion et une déconnexion rapides. En revanche, la fixation par vis des connecteurs M12 prend un peu plus de temps, mais est intrinsèquement plus sûre.

Nombre de broches M12 et variantes codées

Figure 3 : Les connecteurs M12 sont disponibles avec différents nombres de broches et différentes affectations de broches codées. Dans certains ensembles, un écrou d'assemblage (bloqué axialement sur l'extrémité du câble) se visse sur la prise côté composant mâle. À l'origine, les connecteurs M12 avaient 3 ou 4 broches ; ils sont maintenant disponibles avec 5, 6, 8 ou 12 broches. (Source de l'image : EE World)

Outre le nombre de broches, les connecteurs M12 sont également standardisés sur les versions de code. Cela définit l'ensemble de broches, les canaux et les encoches pour prévenir les raccordements incorrects, ainsi que la conception de blindage électromagnétique.

Les connecteurs M12 codés A abondent et sont toujours utilisés pour la mise en réseau de capteurs et d'autres petits dispositifs fonctionnant sur une alimentation CC. Les connecteurs M12 codés B sont fréquents dans les installations PROFIBUS. Les connecteurs à double encoche codés C (alimentation M12) excellent dans les conceptions exigeant l'alimentation CA de petits composants d'automatisation. Les connecteurs M12 codés D prennent en charge la connectivité Ethernet 100 Mb/s ainsi que la connectivité PROFINET.

Les versions plus récentes du code M12 incluent des connecteurs codés K et codés L qui prennent en charge l'alimentation CA et CC, respectivement. Des options similaires sont les connecteurs codés S (capables de fournir jusqu'à 690 V pour faire fonctionner des moteurs CA) et les connecteurs M12 codés T pour l'alimentation CC. Toutefois, les connecteurs M12 codés X ont connu la croissance la plus spectaculaire avec la prise en charge Ethernet industriel 10 Gb/s ainsi que l'alimentation d'actionneurs tels que des moteurs pas-à-pas utilisant la connectivité Power over Ethernet 802.3at (PoE+). Ils fournissent une puissance suffisante pour faire fonctionner divers actionneurs à pleine puissance.

Conclusion

L'époque où le câblage et la mise en réseau physique des machines automatisées nécessitaient de tordre, d'isoler et de tester manuellement des fils nus dans des conduits dont l'installation demandait des centaines d'heures aux électriciens est révolue. Les connecteurs M12 d'aujourd'hui (ainsi que d'autres innovations en matière de câblage et un nombre croissant de cordons spécialisés) peuvent souvent éliminer la nécessité de faire appel à des techniciens spécialisés pour effectuer une installation, tout en permettant une installation rapide, sûre et sans erreur, facile à remplacer si nécessaire. De fait, les connecteurs M12 s'inscrivent dans une tendance plus large en matière d'automatisation des machines et des usines pour des solutions simples, modulaires et non propriétaires.