Adapter les connecteurs de signaux et d'alimentation aux robots et autres applications industrielles haute densité

Les usines intelligentes sont de plus en plus automatisées grâce à l'intelligence et au contrôle décentralisés, utilisant des concepts de machines robotisées modulaires. Cette distribution physique des fonctions de contrôle nécessite une connectivité via des fils et des câbles avec des connecteurs fiables et sécurisés adaptés aux exigences environnementales de l'usine moderne. Ces connecteurs doivent présenter une faible résistance, une surface de contact adéquate pour supporter les courants nominaux et des mécanismes de verrouillage solides pour résister aux vibrations et aux chocs. De plus, ils doivent être faciles à assembler et à modifier, permettant des mises à jour et des changements rapides.

Cet article fournit un bref aperçu des exigences de connectivité des robots industriels et de l'automatisation des usines. Il présente ensuite une série de connecteurs de TE Connectivity AMP et montre comment leurs fonctionnalités peuvent être appliquées pour répondre aux besoins d'alimentation, de signaux, de fiabilité et de sécurité de ces applications.

Définition d'une usine intelligente

Une usine intelligente est une installation intégrée qui utilise des machines, des robots et des capteurs locaux interconnectés numériquement pour le contrôle, la collecte de données en temps réel, l'analyse et la prise de décision (Figure 1). De telles usines sont de plus en plus décentralisées et modulaires, de sorte qu'elles peuvent être facilement reconfigurées pour répondre à l'évolution des besoins de production. L'organisation modulaire privilégie le contrôle local et des machines plus petites pour améliorer la flexibilité de production.

Figure 1 : L'usine intelligente utilise des capteurs interconnectés, des robots et des machines en réseau pour garantir un fonctionnement efficace. (Source de l'image : TE Connectivity AMP)

Ces installations utilisent des postes de travail modulaires équipés de robots indépendants ou collaboratifs (cobots). Les robots mobiles, tels que les véhicules à guidage automatique (AGV) ou les robots mobiles autonomes (AMR), déplacent les produits entre les postes de travail. Les AMR et les AGV présentent l'avantage, par rapport aux robots fixes, d'être très mobiles, et de pouvoir pivoter et se déplacer entre les postes de travail. Grâce aux AGV, aux AMR et aux cobots travaillant ensemble, il est possible d'exécuter différentes tâches dans des cellules séparées sur une ligne de production. Les robots peuvent pivoter entre les postes de travail ou être réaffectés selon les besoins, améliorant ainsi l'efficacité globale. Ces postes de travail sont souvent situés dans des environnements difficiles. Les concepteurs doivent donc tenir compte du fait que les robots et autres machines automatisées peuvent être exposés à des températures élevées, à l'humidité, à la poussière, à des produits chimiques corrosifs, ainsi qu'aux chocs et aux vibrations.

Des capteurs surveillent toutes les opérations. Selon la conception, les capteurs peuvent être filaires ou sans fil. Les capteurs sans fil sont généralement connectés via l'Internet industriel des objets (IIoT). Les robots mobiles sont également surveillés et contrôlés via l'IIoT.

Comme souvent avec les systèmes électroniques, la tendance industrielle est à la réduction de la taille des robots, machines, capteurs et contrôleurs. Le format compact et le faible poids se traduisent par des besoins énergétiques moindres et un espace disponible plus important pour une production accrue. Ils impliquent également des circuits imprimés plus petits qui requièrent des composants à haut rendement volumétrique.

Connecteurs d'alimentation et de signaux flexibles et fiables

Les connecteurs, qu'ils soient fil-à-fil, fil-à-carte ou fil-à-panneau, doivent transmettre l'alimentation et les signaux de commande de manière fiable. Des connecteurs plus petits permettent un espacement plus étroit et un pas de conducteur plus fin.

La conception modulaire, par définition, est flexible. Par conséquent, les solutions de connecteurs doivent être aussi adaptables que le système automatisé. Afin de répondre à ce besoin de flexibilité, les connecteurs doivent être conçus pour garantir un verrouillage sûr et pratique, prévenant à la fois le raccordement incorrect lors de l'assemblage et la déconnexion accidentelle due aux chocs et aux vibrations.

Les connecteurs de la série Dynamic de TE Connectivity AMP sont conçus pour répondre aux besoins des circuits d'alimentation et de signaux industriels qui requièrent une haute densité. Les connecteurs satisfont à ces exigences grâce à plusieurs séries de connecteurs qui supportent des courants de 2,6 A à 100 A et des tensions de 125 V à 1000 V. En fonction des valeurs nominales de courant et de tension, ces connecteurs offrent des interconnexions haute densité avec des pas de conducteurs de 1,8 mm à 24,5 mm.

Les connecteurs Dynamic les plus compacts sont ceux de la série Mini. Destinée aux applications fil-à-carte, cette série a un pas de contact de 1,8 mm et elle est disponible avec un brochage de 12, 16 et 20 positions. Elle accepte des calibres de fils de 22 à 26 AWG, et elle est répertoriée pour supporter 250 VCA à 3 A.

Le 1-2834461-2 (Figure 2, en haut) est un exemple de boîtier de prise à 12 contacts, avec les contacts disposés en double rangée et un espacement de 2,75 mm entre les rangées. Le connecteur mesure 19,3 mm de longueur, 15,7 mm de largeur et 8,35 mm de hauteur.

Figure 2 : Éléments d'une prise câble-à-carte Dynamic Mini à 12 broches (en haut) et d'une embase (en bas). (Source de l'image : TE Connectivity AMP)

Le boîtier de la prise est équipé de contacts 2834464-5 de TE Connectivity AMP. Ces bornes serties en alliage de cuivre étamé acceptent les fils de 26 AWG. Elles sont répertoriées pour supporter 3 A à une tension de fonctionnement de 250 V_CA ou 125 V_CC. Chaque contact utilise une languette de verrouillage pour s'ancrer dans le boîtier. De plus, le boîtier est doté d'un verrou secondaire encastré afin de fournir une couche de sécurité supplémentaire pour le mécanisme de verrouillage de la borne de contact.

La prise se raccorde au 1-2834465-2, une embase à montage en surface à 12 broches (Figure 2, en bas). L'embase mesure 19,3 mm de long, 12,3 mm de large et seulement 8,7 mm de haut. L'embase inclut des broches de contact étamées à section carrée entièrement protégées.

La paire de connecteurs est munie d'un détrompeur pour éviter toute insertion incorrecte et dispose d'un loquet de verrouillage qui fournit une rétroaction audible et tactile lorsque la prise et l'embase sont complètement engagées. Le loquet est encastré sous la partie supérieure du connecteur pour éviter tout déverrouillage accidentel. Des ergots latéraux fournissent un support mécanique à l'embase.

Les dimensions compactes et la fiabilité supérieure des connecteurs série Mini répondent non seulement aux exigences des environnements industriels, mais également à celles d'autres applications telles que la robotique et l'automobile, qui requièrent une plus haute résistance aux vibrations.

Connecteurs pour plus forts courants

La taille des connecteurs augmente pour répondre au besoin de gérer des courants plus élevés. Les connecteurs Dynamic D1000 Slim (Figure 3) complètent la gamme pour la plage de courants immédiatement supérieure. Par exemple, le 1-2366600-4 est un boîtier de fiche à deux rangées et quatre positions avec un pas de contact de 2,7 mm et un espacement de 2 mm entre les rangées. Ce boîtier de fiche se raccorde au boîtier de prise 1-2366515-4 pour une connexion en ligne fil-à-fil. Comme les connecteurs de la série Mini, le D1000 est doté d'un loquet à rétroaction audible et tactile pour confirmer l'enclenchement positif. Des contacts à sertir mâles et femelles sont disponibles, acceptant des calibres de fils de 22 à 30 AWG. Le connecteur D1000 est répertorié pour un courant maximum de 8,3 A, en fonction du calibre de fil sélectionné.

Figure 3 : Assemblage d'un connecteur fil-à-fil D1000 Slim à quatre positions. (Source de l'image : TE Connectivity AMP)

Les boîtiers sont disponibles avec un détrompage horizontal ou vertical pour garantir le raccordement correct. Le connecteur raccordé mesure 21,5 mm de longueur, 7,2 mm de largeur et 8,9 mm de hauteur. Les boîtiers sont clairement étiquetés avec l'identification de rangée et le type de détrompage pour minimiser les erreurs de configuration et de câblage (Figure 4).

Figure 4 : Marquages d'identification de rangée et d'orientation de détrompage utilisés pour les boîtiers D1000 Slim. (Source de l'image : TE Connectivity AMP)

Installation sur le terrain

La série Dynamic comprend un large choix de types de connecteurs, en plus des versions à contacts à sertir. Des connecteurs à cage ou à pince à ressort, comme ceux de la série D-2970 (Figure 5), sont également disponibles. Les connecteurs à pince à ressort, contrairement aux connecteurs à contacts à sertir, sont faciles à installer ou à modifier sur le terrain. Les fils dénudés sont insérés dans le port d'entrée du corps du connecteur, où une pince à ressort engage le fil et le bloque. Un bouton de déverrouillage permet de retirer le fil inséré. Aucun outil n'est requis pour câbler ou débrancher le connecteur.

Figure 5 : Les connecteurs fil-à-carte série D-2970 peuvent être câblés sans outil en insérant simplement un fil dénudé dans le port d'entrée. (Source de l'image : TE Connectivity AMP)

Les exemples pour la série D-2970 incluent le 2336491-4, une embase à une rangée et quatre contacts qui se raccorde à la prise à quatre positions 2336488-4 pour l'assemblage fil-à-carte. La paire de connecteurs présente un pas de contact de 5 mm et accepte des fils de 14 à 24 AWG, capables de supporter un maximum de 14 A en fonction du calibre de fil sélectionné. Les connecteurs sont répertoriés pour des tensions jusqu'à 300 V.

L'embase mesure 22 mm de largeur, 34 mm de profondeur et 18,7 mm de hauteur, tandis que la prise mesure 24,9 mm de largeur, 14,8 mm de profondeur et 9,8 mm de hauteur.

Conclusion

Les connecteurs d'alimentation et de signaux industriels pour la robotique et l'automatisation d'usine doivent être sélectionnés avec soin afin de garantir la fiabilité, la sécurité, la flexibilité et l'intégrité des signaux. Grâce aux connecteurs de la série Dynamic de TE Connectivity AMP, les concepteurs peuvent choisir parmi un large éventail de configurations de broches et bénéficier de caractéristiques telles que la haute densité, le boîtier à détrompage, les marquages clairs, la capacité de verrouillage, la résistance aux chocs et aux vibrations et le format compact.