可持續(xù)性無疑已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)制造領域的焦點議題之一。這不僅要求所使用的材料具有可持續(xù)性，生產(chǎn)流程也不例外�？沙掷m(xù)的流程不僅要求高效，還要通過諸如避免機器停機和縮短停機時間來節(jié)省資源和成本。此外，員工的工作時長是生產(chǎn)設施的寶貴資源之一，而高效的維護和安裝則是確保這一資源得到最大化利用的關鍵。

連接器在打造這樣的可持續(xù)生產(chǎn)流程中發(fā)揮著重要作用。我們所關注的不僅僅是它們能快速連接或斷開設備或附屬裝置的功能。事實上，現(xiàn)代連接器為生產(chǎn)工人提供了一個既安全又精確的連接方式，特別是在那些經(jīng)常需要重新進行配置的模塊化系統(tǒng)中尤其重要。準確無誤的連接不僅有助于節(jié)省能源，還能夠節(jié)約時間。

SmEC - 我們針對模塊化機器與系統(tǒng)推出的連接器概念

連接器附帶的一項最重要功能就是提供配合狀態(tài)的信號指示。配合狀態(tài)涉及到各種參數(shù)，具體取決于應用和連接器。插接狀態(tài)通常可以為我們提供以下關鍵信息：

連接器是否已經(jīng)正確插接到相應的配合連接器？

連接器是否實現(xiàn)完全的電氣連接？

連接器是否實現(xiàn)完全的機械鎖定？

連接器是否出現(xiàn)電氣過載？

環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度等）是否均在容許范圍之內？

插接狀態(tài)常通過LED、燈環(huán)或聲音為操作員提供提示。在最簡單的情況下，紅/綠指示就足以讓操作員知曉是否出現(xiàn)故障。而現(xiàn)代的全彩LED還可以通過不同的閃爍模式或動態(tài)效果來指示如電壓之類的更多狀態(tài)。除了這些直觀的視覺和聲音提示，數(shù)字接口還能將更為詳細的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。浩亭技術集團推出的SmEC（智能電氣連接器，圖1）就能通過MQTT或OPC-UA PubSub來傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以JSON格式提供，任何控制器均可接收并處理。除此之外，資產(chǎn)管理殼（Asset Administration Shell）還能夠提供連接器的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字孿生。

除了指示配合狀態(tài)外，SmEC還內置了鎖定機制，以避免連接器意外脫離。這不僅確保組件不被損壞，也確保了操作人員的安全。只有在斷電且鎖定狀態(tài)釋放之后，連接器才能斷開連接。為此，SmEC集成了電壓和電流的測量功能，并監(jiān)控所連接的設備。這樣，可以依據(jù)能源消耗數(shù)據(jù)計算出實時的碳足跡。

圖1. 技術演示---具備狀態(tài)顯示和識別功能的智能電氣連接器（SmEC）

數(shù)據(jù)二極管 - 我們針對防破壞功能推出的連接器概念
 

舊機器上也可以輕松地實現(xiàn)碳足跡的測量功能。數(shù)據(jù)二極管可以保護測量設備（如智能電氣連接器）免于受到破壞（圖2），原因在于其僅允許數(shù)據(jù)信號單向傳輸。這一特性確保數(shù)據(jù)可以從受保護的網(wǎng)絡傳送到非受保護的網(wǎng)絡，比如發(fā)送至控制面板，使受保護的網(wǎng)絡不會受到攻擊。為了實現(xiàn)這一目標，浩亭開發(fā)了專用于連接器的數(shù)據(jù)二極管。它支持高達1Gbit/s的數(shù)據(jù)速率，能夠傳輸常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，如OPC-UA、MQTT或Modbus-TCP。該數(shù)據(jù)二極管是由發(fā)射端的激光二極管和接收端的光敏二極管所構成的實體硬件，確保數(shù)據(jù)不會反向流通。

圖2.數(shù)據(jù)二極管在連接器中實現(xiàn)的功能

Smart ix - 我們針對具有識別功能小型連接器推出的連接器概念

為了確保連接器正確插入相應的配合連接器中，需要能夠識別該連接器。在最基本的層面上，可以通過增加電氣觸點作為編碼針腳來實現(xiàn)這一點。與機械編碼不同，這種方法允許機器控制系統(tǒng)確定目前插入了哪種配件。但這種方法在大型的靈活系統(tǒng)中很快就會受到限制。此外，用于電氣編碼的編碼針腳會消耗大量的觸點數(shù)量。一個更加理想的做法是使用總線系統(tǒng)和小型微控制器來識別連接器，或者選擇通過近場通信（NFC）進行識別。

這就要為每個連接器分配一個唯一的ID，這個ID與相應的組件（如配件或工具）相對應。這種方法也適用于非常小的連接器，如浩亭的Smart ix（圖3）所示。Smart ix是一個10極的小型連接器，內部集成了微控制器。通過微控制器，能夠實現(xiàn)精準的識別。ID用于單元或機器控制，確保與連接的組件建立正確的鏈接。這樣，即便是像燈具、門觸點或模擬傳感器這樣的簡單部件，也可以被準確地識別。控制信號會告知用戶組件是否已正確插入到對應的端口中。

圖3.浩亭Smart ix Industrial - 具有識別功能的小型連接器

Han Protect - Han® 3A - 我們針對簡化維修流程推出的連接器概念
 

在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會因所需的專業(yè)人員暫時無法出現(xiàn)在現(xiàn)場而發(fā)生不必要的停工。例如，只有經(jīng)過專業(yè)訓練的工作人員才能更換出現(xiàn)問題的保險絲。由于保險絲通常位于控制柜內部，其他人很難進行替換。而將保險絲集成到連接器中，如Han Protect（圖4），就可以實現(xiàn)從外部輕松更換保險絲。由于更換保險絲時要先斷開連接器，所以即使是非專業(yè)人員，在低壓的情況下也能輕松地進行替換。這有效地縮短了維修時間并降低了停機時長，從而對資源管理產(chǎn)生了深遠的積極影響。

圖4 Han Protect - 帶有內置保險絲的Han® 3A連接器

浩亭技術集團在連接技術領域持續(xù)推出創(chuàng)新解決方案，致力于增強工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。本文提出的智能連接器的概念將在2023年德國紐倫堡國際工業(yè)自動化及元器件展覽會（SPS）的技術展示器上演示。