Złączki i złącza do PCB w praktyce

Od czujników po systemy sterowania budynkiem: przesyłanie sygnałów za pomocą złączek do PCB

4/18/2024

Oprzewodowanie na poziomie sygnału z systemem picoMAX®

Kompaktowa budowa: oszczędność miejsca do 30%
Prostota i wygoda: operowanie przewodami nawet w trudno dostępnych punktach przyłączeniowych
Łączenie szeregowe bez utraty rastra: możliwość zwiększenia liczby zacisków zgodnie z wymaganiami

Optymalne i energooszczędne monitorowanie warunków klimatycznych w budynkach wymaga odpowiednich czujników. Mierzą one temperaturę, wilgotność i inne parametry, umożliwiając właściwe sterowanie w celu uzyskania odpowiedniej atmosfery w pomieszczeniu. Aby zasilić czujniki napięciem i przekazać mierzone parametry, potrzebna jest odpowiednia technika podłączania płytek drukowanych.

Co łączy berliński dom handlowy KaDeWe, zamek Nymphenburg w Monachium i stację polarną na Antarktydzie? Wszystkie te miejsca są wyposażone w czujniki do inteligentnych pomieszczeń firmy Thermokon, producenta czujników i systemów czujników z Mittenaar w Hesji. Od ponad trzech dekad firma wspiera modernizację inteligentnych budynków. Jej czujniki niezawodnie rejestrują między innymi wilgotność względną, jakość powietrza, temperaturę i parametry oświetlenia, dając podstawy do energooszczędnego zarządzania układami HVAC w budynkach.

Czujniki – zmysły budynku

Czujniki działają w budynku jak narządy zmysłów, są wszędzie, a ich liczba idzie w setki. Zwykle nie rzucają się w oczy – są zamontowane na zewnętrznej fasadzie, wysoko pod sufitem lub wewnątrz kanałów wentylacyjnych, w centrach handlowych, na lotniskach, w budynkach biurowych czy hotelach. Monitorują one parametry, takie jak wilgotność i jakość powietrza, temperatura i natężenie światła, przekształcają je w sygnały elektryczne i przekazują do systemu sterowania. W ten sposób operatorzy budynku mogą zoptymalizować jakość przestrzeni wewnętrznych. Czujniki są zatem ważnym interfejsem między środowiskiem a automatyką budynku.

Aby czujnik działał prawidłowo, potrzebuje niezawodnego złącza do PCB, które zasila urządzenie i przesyła zmierzone wartości w postaci sygnałów elektrycznych. W większości swoich czujników Thermokon wykorzystuje wtykowe listwy zaciskowe WAGO picoMAX® eCOM PCB jako interfejs między systemem sterowania budynkiem a czujnikami.

System wielowtyków picoMAX® do łatwego oprzewodowania

picoMAX® to kompaktowy system połączeń wtykowych, który wykorzystuje siłę docisku pojedynczej sprężyny ze stali nierdzewnej Cr-Ni w dwojaki sposób – do zaciśnięcia przewodu, jak i do podłączenia pinu stykowego. W efekcie picoMAX® jest znacznie bardziej kompaktowy niż inne systemy połączeń wtykowych. Projektowanie PCB może obejmować picoMAX® jako konwencjonalne złącze wtykowe i picoMAX® eCOM jako wtykowy blok zacisków do PCB.

Thermokon i WAGO ściśle współpracują od około 20 lat. Dlatego podczas opracowywania swojej obecnej linii czujników, Thermokon wprowadził złącza wtykowe WAGO na swoją listę komponentów. „Wydrukowaliśmy prototypy naszych czujników na drukarce 3D i zainstalowaliśmy w nich różne bloki zacisków. Następnie przekazaliśmy je instalatorom, którzy zainstalowali i przetestowali czujniki. Po przeanalizowaniu wyników tych testów doszliśmy do wniosku, że picoMAX® to najlepszy wybór dla naszej aplikacji” – mówi Dominique Alt, dyrektor ds. zarządzania produktem w Thermokon, wspominając decyzję o zastosowaniu złącza wtykowego WAGO.

Wielowtyk ma wiele funkcji, bez których instalacja obiektowa będzie bardzo utrudniona. Jest kompaktowy i łatwy w użyciu. Czujniki znajdują się zazwyczaj pod sufitem lub w trudno dostępnych miejscach. Dla instalatora ważne jest to, że nie musi podłączać czujnika wtykowo do przewodu, na przykład stojąc na drabinie na wysokości sześciu metrów.

Montaż wtykowy płytek drukowanych

W większości swoich czujników Thermokon stosuje picoMAX® eCOM. Ten wariant nie wymaga obudowy wtyku, gniazdo jest więc lutowane na płytce drukowanej jak klasyczna złączka do PCB. Różnica polega na tym, że część przyłączeniową dla przewodów można zdemontować jak wielowtyk, dzięki czemu oprzewodowanie jest możliwe bez użycia narzędzi. Umożliwia to montaż wtykowy do płytki drukowanej. Thermokon wybrał modele w rastrach 3,5 mm i 5,0 mm – używając wariantów prostego lub kątowego w zależności od konkretnego zastosowania.

Jednym z naszych wyzwań było stworzenie czujników o możliwie małych wymiarach. Oczywiście warunkiem jest to, aby poszczególne komponenty były bardzo małe, w tym listwa zaciskowa.

Jeden zacisk dla każdej mierzonej wartości

Thermokon oferuje czujniki do pomiaru wilgotności, temperatury i jakości powietrza. Ponadto dostępne są rozwiązania uniwersalne, obejmujące wszystkie obszary pomiarowe. Oznacza to, że do każdego zastosowania można dopasować odpowiedni czujnik. „Im więcej mamy mierzonych wartości, tym więcej potrzebujemy punktów zaciskowych" – mówi menedżer produktu. Bloki zacisków mają od dwóch do sześciu punktów zaciskowych, dzięki czemu obsługiwane są wszystkie obszary pomiarów. Instalatorzy mogą montować wtykowo zarówno przewody jednodrutowe, jak i linkowe z tulejkami dzięki technice połączenia Push-in CAGE CLAMP®. Zasadniczo picoMAX® można łączyć sąsiadująco bez utraty rastra, dzięki czemu liczbę punktów zaciskowych można w razie potrzeby zwiększyć.

Ponieważ czujniki na całym świecie, od zimnej Antarktyki po strefy pustynne, muszą niezawodnie odczytywać i przekazywać wartości pomiarowe, technika połączeń PCB musi wytrzymać każde warunki klimatyczne. picoMAX® z zakresem temperatur granicznych od -60 do +100°C świetnie radzi sobie w ekstremalnych warunkach.

„Złączek WAGO używaliśmy od zawsze. Najpierw od czasu do czasu, teraz jako standard. Sama współpraca z WAGO była dla nas bardzo satysfakcjonująca, a wisienką na torcie były zalety picoMAX®, które sprawiały, że dosłownie wszystko nam pasowało” – mówi Dominique Alt. "Zmierzamy w kierunku tzw. multisensorów, dlatego pracujemy teraz nad takimi czujnikami sufitowymi. Także w tym zakresie stawiamy na WAGO" – wyjaśnia manager produktu Thermokon.

SPE – transmisja danych za pomocą tylko jednej pary przewodów

Aby uczynić automatykę budynków i pomieszczeń jeszcze bardziej inteligentną, niektóre złączki do PCB i wielowtyki takie jak picoMAX®, można stosować w aplikacjach SPE. SPE oznacza Single Pair Ethernet, czyli rodzaj transmisji danych. SPE upraszcza komunikację i umożliwia przesyłanie danych z obiektu do chmury. W przeciwieństwie do klasycznej sieci ETHERNET, SPE wymaga tylko jednej pary przewodów i jest ustandaryzowana przez IEEE. Nowa technologia ma potencjał, aby zmniejszyć liczbę kabli z zachowaniem płynnej komunikacji IP.

Single Pair Ethernet łączy wszystkie poziomy piramidy automatyzacji i toruje drogę do swobodnego przepływu danych, zwłaszcza na „ostatniej prostej", czyli już na obiekcie. Dokładnie tam, gdzie znajdują się czujniki, zapewnia większą przepustowość, eliminując potrzebę ograniczania ilości danych.

Dzięki różnym wersjom (m.in. 10BASE-T1L, PoDL, Multidrop) SPE jest uważana za kluczową technologię, ponieważ nie tylko jest w stanie zastąpić dotychczasowe oprzewodowanie komunikacyjne, lecz także stworzyć jednolitą bazę komunikacyjną. „To sprawia, że SPE jest akceleratorem komunikacji między czujnikami a chmurą, której potrzebujemy w aplikacjach Przemysłu 4.0 i IIoT” – mówi Marco Henkel, wiceprezes ds. zarządzania technologią w WAGO.

Prosty sposób na łączenie z Single Pair Ethernet

Właśnie taką technologią dysponuje picoMAX®. Oznacza to, że złączka do PCB może przesyłać sygnały bezpośrednio z czujnika do chmury, po zainstalowaniu w najprostszy możliwy sposób, kiedy instalator wtyka bezpośrednio do niej tylko jedną parę przewodów.

SPE pozwala zredukować nakłady na oprzewodowanie, a dane są zawsze dostępne i gotowe do dalszego przetwarzania. W ten sposób nawet trudno dostępne obszary można łatwo połączyć w sieć. Może to uprościć monitorowanie za pomocą czujników temperatury, wilgotności, jakości powietrza i poziomu natężenia światła w rozległych obiektach, takich jak lotniska, parki rozrywki lub hale magazynowe, ponieważ SPE może obsługiwać odległości do 1000 metrów dzięki PoDL (Power over Data Line).

Dlatego dla firmy Thermokon, jako producenta czujników, ważne jest uwzględnienie technologii Single Pair Ethernet przy opracowywaniu nowych produktów. „Naszym celem jest przyjęcie tej nowej technologii do naszego portfolio i ulepszenie urządzeń. W tym kontekście bardzo ważne jest dla Thermokon, aby partnerzy, tacy jak WAGO, zrobili ten sam krok. Fakt, że picoMAX® obsługuje SPE jest również bardzo istotny” – mówi Dominique Alt.

Kolejną zaletą jest to, że listwy zaciskowe PCB eliminują problem różnych interfejsów połączeń wtykowych. Obecnie na rynku dostępnych jest sześć typów złączy IP20, które są ustandaryzowane dla jednoparowych połączeń Ethernet „Najgorszym scenariuszem byłaby sytuacja, w której nawet korzystając wyłącznie z produktów zgodnych ze standardem, użytkownicy wielokrotnie trafiają na niewłaściwą wtyczkę lub niewłaściwe gniazdo" – mówi Marco Henkel, opisując wadę posiadania wielu różnych interfejsów wtykowych. picoMAX® jest kwalifikowany zgodnie z normą IEC 63171 i obsługuje jednoparowe łącze Ethernet, które można bardzo łatwo podłączyć, ponieważ nie jest wymagana żadna specjalna wtyczka. „Wystarczy przyciąć przewód na odpowiednią długość, zdjąć izolację, włożyć go do listwy zaciskowej PCB i gotowe“ – wyjaśnia Viktor Dick, product manager ds. złączy do PCB w WAGO, wyjaśniając proces oprzewodowania połączenia Ethernet Single Pair. „Najlepszą wtyczką jest ta, której wcale nie potrzebujesz!“ – wyjaśnia Viktor Dick.