PCB 連接解決方案案例

從感測器到樓宇控制系統：透過 PCB 接線端子台傳輸訊號

4/18/2024

感測器對於樓宇的最佳節能氣候監測至關重要。他們測量溫度、濕度和許多其他變數，有助於維持宜人的氛圍。為感測器供電並以電訊號形式傳遞測量值需要正確的 PCB 連接技術。

柏林的卡迪威百貨公司、慕尼黑的寧芬堡宮和南極洲「伊莉莎白公主」極地考察站有什麼共通點？他們都使用 Thermokon 的智慧房間自動化感測器，Thermokon 是德國黑森中部 Mittenaar 的感測器和感測器系統製造商。三十多年來，該公司一直代表著升級智慧樓宇的專業知識。其感測器可靠地記錄相對濕度、空氣品質、溫度和亮度等變數，作為樓宇中節能氣候控制的基礎。

感測器：樓宇的感測器官

感測器充當樓宇的感官器官，在樓宇中可以找到數百個感測器。在大多數情況下，您幾乎不會注意到他們 – 安裝在購物中心、機場、辦公大樓和飯店的外觀、天花板正下方或通風管道內的高處。他們監測濕度、空氣品質、溫度和光強度等外部變數，將這些物理或化學特性轉換為電訊號並將其傳遞到控制系統，幫助建築營運商優化內部空間的品質。因此，感測器是環境和樓宇自動化之間的重要介面。

為了使感測器正常工作，需要可靠的 PCB 接線端子台為設備供電並以電訊號的形式傳輸測量值。在其大多數感測器中，Thermokon 使用 WAGO 插拔式picoMAX® eCOM PCB 接線端子台作為樓宇控制和感測器之間的介面。

picoMAX® 插拔式連接系統，方便接線

picoMAX® 是一種緊湊型插拔式連接系統，採用單個高合金鎳鉻鋼彈簧，單個彈簧的夾持力發揮了雙重作用：用於夾持導線和連接插針。這使得 picoMAX® 比其他插拔式連接系統更緊湊。PCB 的規劃可包括作為傳統插拔式連接器的 picoMAX® 和插拔式 PCB 接線端子台的 picoMAX® eCOM。

Thermokon 和 WAGO 已密切合作約 20 年。因此，在開發目前的感測器產品線時，Thermokon 將 WAGO 的插拔式連接器列入其簡短的選項清單。「我們在 3D 列印機上列印了感測器原型，並在其中安裝了各種接線端子台。然後，我們將他們交給安裝人員，安裝並測試了感測器。在評估這些測試後，我們得出結論：「picoMAX® 是我們應用的最佳選擇，」Thermokon 產品管理總監 Dominique Alt 在描述使用 WAGO 插拔式連接器的決定時說道

此連接器具有許多您在現場需要的功能。他結構緊湊且易於使用。感測器通常位於天花板下方或難以接近的地方。安裝人員不必在比如說 6 米的高度將感測器連線接到導線，因為他們可以直接插入接線端子台及即可 – 這對他們來說這是一個很大的實際優勢。

Dominique Alt

Thermokon 產品管理負責人

使 PCB 可插拔

Thermokon 在其大多數感測器中都使用 picoMAX® eCOM。此版本捨棄了焊針外殼 – 孔型連接器像傳統的 PCB 接線端子台一樣焊接到PCB 上。區別在於，接線端子台仍可以像插拔式 PCB 連接器一樣拆除，允許手動接線，因此 PCB 是可以直接插拔的。Thermokon 選擇了 3.5 mm 和 5.0 mm 焊針間距規格 – 根據具體應用使用直型或彎角型。

我們面臨的一個挑戰是使感測器儘可能緊湊。當然，各個組件也需要非常小，包括接線端子台。

Dominique Alt

Thermokon 產品管理負責人

每個測量值具有一個接線單元

Thermokon 提供測量濕度、溫度和空氣品質的感測器，以及涵蓋所有測量領域的多合一解決方案。這樣，就可以在每個應用中安裝合適的感測器。「我們的測量值越多，我們需要的接線單元就越多，」產品經理說。接線端子台有 2 至 6 個接線單元，因此可以涵蓋所有測量區域。安裝人員可以透過 Push-in CAGE CLAMP® 直接插入式連接技術將單芯和帶歐式端子的細多芯導線直接插入接線端子台。一般來說，picoMAX®甚至可以串聯而不會有極損失，因此可以根據需要延伸接線點數量。

由於感測器需要可靠地記錄和傳輸世界各地（從南極洲到阿曼等沙漠地區）的測量值，因此 PCB 連接技術也必須能夠應對這些不同的氣候帶。 picoMAX® 的極限溫度範圍為 −60 至 +100 攝氏度，因此它可以承受高溫和寒冷。

「我們一直使用 WAGO 接線端子台 – 最初偶爾使用，現在已成為我們的標準選擇。我們很享受出色的合作，所以 picoMAX® 的優勢只是錦上添花，讓一切都水到渠成」，Dominique Alt 高度評價了與 WAGO 的合作關係。「趨勢是多重感測器，因此我們目前正在研究這種類型的天花板感測器。對於這些方面，我們打算依靠 WAGO，」Thermokon 產品經理在描述一些即將推出的計劃時說道。

SPE – 使用單線對進行資料傳輸

為了使樓宇和房間自動化更加智能，一些 PCB 接線端子台和插拔式 PCB 連接器（例如 picoMAX®）具有 SPE 功能。SPE 代表單對乙太網，一種資料傳輸類型他簡化了通訊，並允許將資料從現場傳送到雲端。與傳統的乙太網路相比，SPE 僅需要一對導線，並且已由 IEEE 標準化。這項新技術有可能減少網路轉換的次數，理想情況下使無縫 IP 通訊成為可能。

單對乙太網在自動化金字塔的所有級別之間架起了一座橋樑，為暢通無阻的數據流鋪平了道路。對於「最後一哩路」尤其如此，在現場級別，即感測器所在的位置 – 這裡 SPE 提供了更大的頻寬，無需減少資料量。

SPE 擁有多種不同的版本（包括 10BASE-T1L, PoDL 和 multidrop），被認為是一項關鍵技術，因為它不僅提供了替換以前使用的通訊電纜的可能性，而且還為通訊提供了統一的基礎。「這使得 SPE 成為感測器到雲端通訊的加速器，這是我們在工業 4.0 和 IIoT 應用中所需要的，」WAGO 技術管理副總 Marco Henkel 說道。

輕鬆連接單對乙太網

picoMAX®正好擁有這種技術。這使得 PCB 接線端子台能夠直接將訊號從感測器傳輸到雲端服務 – 所有這些都透過非常簡單的安裝方法，只需安裝人員將單線對直接插入端子台即可。

SPE 減少了佈線並確保資料在需要進一步處理的地方可用。這使得即使在難以到達的區域也能輕鬆建立網路。這可以透過機場、遊樂園和倉庫等大型建築中的感測器簡化對溫度、濕度、空氣品質和亮度的監測和控制，因為 SPE 可以透過 PoDL（數據線供電）處理長達 1,000 公尺的距離。

作為感測器製造商，Thermokon 在開發新產品時考慮單對乙太網非常重要。「我們的目標是在我們的產品組合中採用這項新技術並改良設備。在這方面，對於 Thermokon 來說，WAGO 等合作夥伴採取相同的措施非常重要。picoMAX® 支援 SPE 的事實也非常重要，」Dominique Alt 在描述 Thermokon 對支援 SPE 的設備連接技術的需求時說道。

PCB 接線端子台的另一個優點是消除了不同插拔式連接器介面的問題。目前市面上有六種針對單對乙太網連接進行標準化的 IP20 連接器。「最糟糕的情況是，即使只使用符合標準的產品，使用者也會反覆發現自己使用了錯誤的插頭或插座，」Marco Henkel 說道，他描述了擁有許多不同插拔式連接器介面的缺點。 picoMAX® 符合 IEC 63171 標準，支援非常容易連接的單對乙太網鏈路，因為不需要特殊的插頭。「只需將導線修剪到適當的長度，剝去絕緣層，將其插入 PCB 接線端子台中，就可以使用了，」WAGO PCB 連接產品經理 Viktor Dick 在解釋單對以太網連接的接線過程時說道。「最好的插頭是你不需要的插頭！」 Viktor Dick 解釋道。