可持續(xù)性無疑已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域的焦點(diǎn)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。可持續(xù)的流程不僅要求高效，還要通過諸如避免機(jī)器停機(jī)和縮短停機(jī)時(shí)間來節(jié)省資源和成本。此外，員工的工作時(shí)長(zhǎng)是生產(chǎn)設(shè)施的寶貴資源之一，而高效的維護(hù)和安裝則是確保這一資源得到最大化利用的關(guān)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(guān)注的不僅僅是它們能快速連接或斷開設(shè)備或附屬裝置的功能。事實(shí)上，現(xiàn)代連接器為生產(chǎn)工人提供了一個(gè)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(jìn)行配置的模塊化系統(tǒng)中尤其重要。準(zhǔn)確無誤的連接不僅有助于節(jié)省能源，還能夠節(jié)約時(shí)間。

SmEC - 我們針對(duì)模塊化機(jī)器與系統(tǒng)推出的連接器概念

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

連接器是否已經(jīng)正確插接到相應(yīng)的配合連接器？

連接器是否實(shí)現(xiàn)完全的電氣連接？

連接器是否實(shí)現(xiàn)完全的機(jī)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(nèi)？

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(jiǎn)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(dòng)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(xì)的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。浩亭技術(shù)集團(tuán)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。

除了指示配合狀態(tài)外，SmEC還內(nèi)置了鎖定機(jī)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(cè)量功能，并監(jiān)控所連接的設(shè)備。這樣，可以依據(jù)能源消耗數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)時(shí)的碳足跡。

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

數(shù)據(jù)二極管 - 我們針對(duì)防破壞功能推出的連接器概念
 

舊機(jī)器上也可以輕松地實(shí)現(xiàn)碳足跡的測(cè)量功能。數(shù)據(jù)二極管可以保護(hù)測(cè)量設(shè)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(hào)單向傳輸。這一特性確保數(shù)據(jù)可以從受保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)傳送到非受保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)，比如發(fā)送至控制面板，使受保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受到攻擊。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，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(dá)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(gòu)成的實(shí)體硬件，確保數(shù)據(jù)不會(huì)反向流通。

圖2.數(shù)據(jù)二極管在連接器中實(shí)現(xiàn)的功能

Smart ix - 我們針對(duì)具有識(shí)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(yīng)的配合連接器中，需要能夠識(shí)別該連接器。在最基本的層面上，可以通過增加電氣觸點(diǎn)作為編碼針腳來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。與機(jī)械編碼不同，這種方法允許機(jī)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(huì)受到限制。此外，用于電氣編碼的編碼針腳會(huì)消耗大量的觸點(diǎn)數(shù)量。一個(gè)更加理想的做法是使用總線系統(tǒng)和小型微控制器來識(shí)別連接器，或者選擇通過近場(chǎng)通信（NFC）進(jìn)行識(shí)別。

這就要為每個(gè)連接器分配一個(gè)唯一的ID，這個(gè)ID與相應(yīng)的組件（如配件或工具）相對(duì)應(yīng)。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(gè)10極的小型連接器，內(nèi)部集成了微控制器。通過微控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的識(shí)別。ID用于單元或機(jī)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(diǎn)或模擬傳感器這樣的簡(jiǎn)單部件，也可以被準(zhǔn)確地識(shí)別。控制信號(hào)會(huì)告知用戶組件是否已正確插入到對(duì)應(yīng)的端口中。

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

Han Protect - Han® 3A - 我們針對(duì)簡(jiǎn)化維修流程推出的連接器概念
 

在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)因所需的專業(yè)人員暫時(shí)無法出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)而發(fā)生不必要的停工。例如，只有經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的工作人員才能更換出現(xiàn)問題的保險(xiǎn)絲。由于保險(xiǎn)絲通常位于控制柜內(nèi)部，其他人很難進(jìn)行替換。而將保險(xiǎn)絲集成到連接器中，如Han Protect（圖4），就可以實(shí)現(xiàn)從外部輕松更換保險(xiǎn)絲。由于更換保險(xiǎn)絲時(shí)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(jìn)行替換。這有效地縮短了維修時(shí)間并降低了停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，從而對(duì)資源管理產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的積極影響。

圖4 Han Protect - 帶有內(nèi)置保險(xiǎn)絲的Han® 3A連接器

浩亭技術(shù)集團(tuán)在連接技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)推出創(chuàng)新解決方案，致力于增強(qiáng)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(dòng)化及元器件展覽會(huì)（SPS）的技術(shù)展示器上演示。