Hoe connectoren duurzaamheid bevorderen

Duurzaamheid is tegenwoordig een van de belangrijkste onderwerpen in de industriële productie. Niet alleen de gebruikte materialen moeten duurzaam zijn, maar ook de processen. Duurzame processen zijn efficiënt en besparen hulpbronnen en kosten door stilstand van machines te vermijden en te verkorten. Bovendien is een van de belangrijkste hulpbronnen in een productiefaciliteit de werktijd van de werknemers. Efficiënt onderhoud en installatietijden beschermen het.

Connectoren spelen een belangrijke rol bij het ontwerpen van duurzame processen. Niet alleen de functie van het snel aan- of afkoppelen van een machine of aanbouwdeel is van belang. Moderne connectoren ondersteunen de productiemedewerker bij het maken van een veilige en foutloze verbinding. Dit is vooral belangrijk bij moderne modulaire systemen waarbij her-configuratie veelvuldig voorkomt. Een foutloze verbinding helpt belangrijke hulpbronnen, zoals energie, en tijd te besparen.

SmEC – Ons connectorconcept voor modulaire machines en systemen

Eén van de belangrijkste extra functies van een connector is het signaleren van de status van de verbinding. De status van de verbinding bevat verschillende parameters, afhankelijk van de toepassing en de connector. De plug-in status beantwoordt doorgaans de volgende vragen:

• Is de connector op de juiste bijpassende connector aangesloten?
• Is de connector volledig elektrisch aangesloten?
• Is de connector volledig mechanisch vergrendeld?
• Is de connector elektrisch overbelast?
• Liggen de omgevingsparameters (temperatuur, vochtigheid, enz.) binnen het toegestane bereik?

De status van de plug-in wordt aan de medewerker gesignaleerd door middel van een LED, een lichtring of ook akoestisch. In het eenvoudigste geval is een rood/groen display voldoende zodat de gebruiker kan herkennen of er sprake is van een storing. Moderne fullcolour-LED’s met extra knipperpatronen of animaties geven andere toestanden aan, zoals de aanwezigheid van spanning. Naast visuele of akoestische signalering verzendt een digitale interface de informatie ook veel gedetailleerder naar een controlecentrum. De SmEC (Smart Electrical Connector, figuur 1) van de HARTING Technology Group verzendt de gegevens via MQTT of OPC-UA PubSub. De gegevens zijn beschikbaar in JSON-formaat en kunnen door elke verwerkingsverantwoordelijke worden ontvangen en verwerkt. De Asset Administration Shell levert onder meer ook de live data van de connector als digital twin.

Figuur 1 Technologie demonstrator Smart Connectors (SmEC) met statusweergave en identificatie

Naast het signaleren van de paringsstatus voorkomt de SmEC actief het onbedoeld loskoppelen van de connector met behulp van het geïntegreerde vergrendelingsmechanisme. Dit zorgt ervoor dat de componenten niet beschadigd raken en dat er geen gevaar voor personen bestaat. De connector kan pas worden losgekoppeld nadat deze spanningsloos is gemaakt en de actieve vergrendeling is vrijgegeven. Hiervoor beschikt de SmEC over een geïntegreerde spannings- en stroommeting, die tevens de aangesloten machine bewaakt. Op deze manier kan op basis van de energieverbruiksgegevens de huidige CO2-voetafdruk worden berekend.

Figuur 2 Technologiedemonstrator Smart Connectors (SmEC) met statusweergave en identificatie

Datadiode – Ons connectorconcept voor bescherming tegen sabotage

Het meten van de CO2-voetafdruk kan ook eenvoudig achteraf op oude machines worden ingebouwd. Een datadiode beschermt het meetapparaat (bijvoorbeeld de SmEC) tegen sabotage (Figuur 2), omdat deze de datasignalen slechts in één richting doorlaat. Hierdoor kunnen gegevens van een beveiligd netwerk naar een onbeschermd netwerk worden verzonden, b.v. naar een dashboard – het beschermde netwerk is veilig tegen aanvallen. Hiervoor heeft HARTING een datadiode voor een connector ontwikkeld. Met een datasnelheid tot 1Gbit/s worden de gebruikelijke IoT-protocollen zoals OPC-UA, MQTT of Modbus-TCP overgedragen. De integratie van een echte hardware-datadiode, die bestaat uit de laserdiode aan de zenderzijde en een fotodiode aan de ontvanger zijde, maakt het onmogelijk dat de gegevens terugstromen.

Figuur 3 Functionaliteit van een datadiode in de connector

Smart ix – Ons connectorconcept voor kleine connectoren met identificatiefunctie

Om te bepalen of een connector op de juiste bijpassende connector is aangesloten, moet de connector kunnen worden geïdentificeerd. In het eenvoudigste geval wordt dit opgelost met extra elektrische contacten als codeerpinnen. In tegenstelling tot mechanische codering bepaalt het machinebesturingssysteem welk aanbouwapparaat nu is aangesloten. Deze methode bereikt echter al snel zijn grenzen, vooral bij grote flexibele systemen. Bovendien worden bij het elektrisch coderen met codeerpinnen onnodig veel contacten verbruikt. Een geschiktere variant is de identificatie van de connector met behulp van een bussysteem en een kleine microcontroller of als alternatief via NFC (Near Field Communication). Hierdoor krijgt elke connector een unieke ID die wordt toegewezen aan een overeenkomstig onderdeel (bijvoorbeeld opzetstuk of gereedschap). Dat deze methode ook met zeer kleine connectoren werkt, is te zien aan de Smart ix van HARTING (Figuur 3). De Smart ix is een kleine 10-polige connector waarin een microcontroller is geïntegreerd. Met behulp van de microcontroller is nauwkeurige identificatie mogelijk. De ID wordt in de apparaat-/machinebesturing gebruikt om een koppeling met de aangesloten component tot stand te brengen. Zo kunnen zelfs eenvoudige componenten zoals lampen, deurcontacten of analoge sensoren worden geïdentificeerd. De besturing geeft aan de gebruiker door of de componenten op de juiste poort zijn aangesloten.

Figuur 4 HARTING Smart ix Industrial – Identificatie van kleine connectoren

Han Protect – Han® 3A – Ons connectorconcept voor vereenvoudigde reparatieprocessen

In de productie zijn er vaak ongewenste stilstand tijden, omdat het benodigde vakkundig personeel op dat moment niet ter plaatse is. Een defecte zekering mag bijvoorbeeld alleen door een daartoe opgeleid persoon worden vervangen. Omdat de zekering zich in de schakelkast bevindt, hebben andere personen geen toegang. Een manier om de zekering van buitenaf toegankelijk te maken, is door deze te integreren in een connector, zoals de Han Protect (Figuur 4). Omdat voor het vervangen van de zekering de connector moet worden losgekoppeld, is het werk ook voor eenvoudig geïnstrueerde personen mogelijk, vooral als er sprake is van laagspanning. Dit versnelt de reparatieprocessen en vermindert stilstand tijden – wat een blijvend effect heeft op de middelen.

Figuur 5 Han Protect -Han® 3A-connector met geïntegreerde zekering

De HARTING Technologiegroep biedt innovatieve oplossingen op het gebied van connectoren die de duurzaamheid in de industriële productie verbeteren. De hier gepresenteerde concepten voor slimme connectoren zullen te zien zijn in een technologie demonstrator op SPS 2023 in Neurenberg.