Il modo in cui vengono gestiti gli stabilimenti industriali sta subendo un cambiamento radicale. In tale contesto, un maggior ricorso all’automazione è per molte aziende una priorità assoluta. Infatti, grazie all’automazione, è possibile aumentare la produzione e i livelli di efficienza. Abbracciare le tecnologie di automazione è utile non solo dal punto di vista commerciale; l’evoluzione riguarda anche i nostri ambienti di vita e di lavoro. Rendendo gli edifici più intelligenti, gli occupanti possono beneficiare di livelli superiori di comfort, sicurezza e protezione, abbassando i costi energetici e riducendo l’impatto ambientale.

La crescente dipendenza dall’automazione implica il ricorso a risorse elettroniche adeguate. Per dimostrarsi efficaci, i componenti utilizzati a questi scopi devono avere specifiche pertinenti. Esaminiamo ora alcune delle aree chiave in cui l’automazione sta diventando prevalente e le implicazioni relative all’approvvigionamento dei componenti.

Reti industriali

Con l’aggiornamento o la sostituzione delle apparecchiature utilizzate negli stabilimenti di produzione e negli impianti di trattamento per riallinearle agli obiettivi del paradigma Industry 4.0, è necessario poter contare su comunicazioni dati più veloci. Ciò permette di monitorare in tempo reale le informazioni sui parametri di prestazione della struttura, in modo da garantire una reazione rapida a qualsiasi situazione si presenti.

Figura 1: Connettori scheda-scheda Archer Kontrol di Harwin

I connettori scelti a questo scopo devono supportare velocità dati multi-Gbps. È inoltre fondamentale che questi connettori siano sufficientemente robusti per affrontare e sopportare per un periodo prolungato le difficili condizioni operative delle applicazioni in cui operano. Qualsiasi guasto potenziale potrebbe essere incredibilmente problematico, portando all’arresto della produzione mentre le apparecchiature vengono riparate o sostituiti i componenti difettosi.

All’interno di un ambiente industriale, è probabile che i componenti siano soggetti a urti e vibrazioni dovuti ai continui movimenti dei macchinari pesanti ivi presenti. Anche l’esposizione a temperature estreme, interferenze elettromagnetiche (EMI) e interferenze a radiofrequenza (RFI) potrebbero essere fonte di problemi. Inoltre, i componenti acquistati per tali contesti devono essere compatti per via del limitato spazio disponibile nei progetti delle apparecchiature in cui verranno collocati.

Poiché potrebbe essere necessario eseguire un accoppiamento cieco, le coppie di connettori dovrebbero avere caratteristiche che impediscano il danneggiamento a causa di errori di inserimento. Allo stesso modo sono necessari meccanismi di ritenzione per evitare che i cavi vengano estratti. In alcune situazioni, l’hardware potrebbe essere sacrificato per proteggere il resto del sistema. Ciò impone il ricorso a un approccio a mezzanino in grado di ridurre al minimo l’impatto.

La serie Archer Kontrol di Harwin (figura 1) ha avuto molto successo nei moderni progetti di sistemi industriali in cui lo spazio è limitato, in particolare in apparati di azionamento e di controllo, e nelle apparecchiature di registrazione dei dati. Questi connettori da scheda a scheda a montaggio superficiale prevedono un passo di 1.27mm. Essi supportano velocità di trasmissione dati di 3Gbps, in linea con i requisiti delle reti Ethernet. Il design del contatto a doppio raggio, in grado di trasportare correnti fino a 1.2A, permette di mantenere l’interconnessione anche in presenza di vibrazioni pari a 20G. Questi connettori prevedono una durata pari a 500 cicli di accoppiamento: la presenza di meccanismi di polarizzazione aiuta l’accoppiamento cieco, mentre gli alloggiamenti protetti evitano potenziali danni da contatto.

Figura 2: La serie Archer .8 di Harwin

Con un passo di 0.8mm e un’altezza di stack pari a 5mm, i connettori a mezzanino Archer .8 (figura 2) offrono una soluzione ottimizzata per le implementazioni a densità ancora più elevata, come quelle legate all’edge computing industriale e all’infrastruttura server. In grado di supportare velocità dati ultraelevate (24 Gbps), possono essere utilizzati per collegare le schede figlia alle schede madre. Questi connettori a doppia fila supportano fino a 120 pin. I loro contatti presentano una finitura dorata che conferisce una maggiore durata meccanica. L’intervallo di temperatura di esercizio va da -40°C a 125°C.

Industrial Internet of Things (IIoT)

Poiché i moduli di rilevamento IIoT vengono generalmente installati in luoghi remoti, in molti casi è del tutto impossibile eseguire lavori di manutenzione su di essi una volta completata l’installazione. Ciò rende essenziale un’affidabilità costante, è quindi necessario selezionare componenti adeguati. La scala di diffusione delle implementazioni IIoT implica anche il contenimento dei costi; quindi, il lavoro di produzione deve essere il più snello ed efficiente possibile.

I contatti Sycamore di Harwin (figura 3) offrono delle prese a basso profilo da montare su scheda particolarmente economiche. Consentono di installare facilmente sensori e altri dispositivi su PCB o di sostituirli senza che sia necessario eseguire lavori di saldatura. Ciò significa che i dispositivi più sensibili possono essere installati dopo la saldatura, evitando così il rischio che vengano danneggiati dal calore dei processi di rifusione. Tra i contesti di implementazione si segnalano i moduli di monitoraggio ambientale e i sistemi di allarme industriali. Poiché queste prese sono costituite da un unico elemento in metallo, sono molto più semplici da montare rispetto alle soluzioni alternative. Ciò significa che possono essere utilizzate procedure automatizzate che rendono superfluo il montaggio manuale. I contatti Sycamore sono caratterizzati da una robusta struttura in rame berillio placcato in oro e offrono una corrente nominale di 6A. Il loro profilo ribassato prevede un’estensione ridotta fino a un massimo di 0.43mm sopra la superficie della scheda.

Figura 3: I contatti Harwin Sycamore forniti da Avnet Abacus

Un altro importante prodotto Harwin sono le schermature (figura 4). Questi “can” sono molto efficaci nel proteggere gli elementi non trasmittenti collocati all’interno dei moduli di rilevamento IIoT dalle RFI generate durante le trasmissioni wireless. Inoltre, permettono anche di mitigare gli effetti delle EMI provenienti da apparecchiature vicine.

La configurazione a clip utilizzata su questi can di schermatura offre una maggiore comodità, poiché possono essere facilmente fissati o rimossi secondo le necessità. Ciò è utile anche per ridurre i costi di produzione, evitando la necessità di saldature aggiuntive: infatti, devono essere saldate solo le clip e ciò può essere effettuato nella fase di rifusione. Tale soluzione aumenta inoltre i rendimenti di produzione poiché il rischio di danni alle unità è molto inferiore grazie all’eliminazione dal processo del lavoro di saldatura aggiuntivo che sarebbe stato altrimenti necessario. Infine, rimuovere il can di schermatura nel caso fosse necessario sostituire uno qualsiasi dei componenti interni è particolarmente semplice. Questo sarebbe molto più difficile in situazioni in cui la schermatura è saldata direttamente alla scheda.

Figura 4: Can di protezione EMI/RFI di Harwin

Abitazioni e luoghi di lavoro più intelligenti

Individuare interconnessioni su cui poter fare affidamento nel lungo termine è chiaramente importante nelle applicazioni di automazione degli edifici più critiche per la sicurezza, come allarmi antincendio e sensori. I vincoli di spazio rappresentano ancora una volta un problema, quindi – poiché la tendenza attuale prevede l’integrazione diretta dell’hardware nei moduli di porte e finestre – dovrebbero essere utilizzate soprattutto soluzioni ad alta densità. Sempre più spesso, le apparecchiature vengono sviluppate utilizzando soluzioni a schede mezzanine oppure schede figlie: ciò semplifica la sostituzione dell’hardware per effettuare aggiornamenti o in caso di malfunzionamenti. Se i connettori non sono affidabili cresceranno gli oneri operativi dell’edificio in quanto saranno necessari interventi di manutenzione più frequenti.

I contatti a molla altamente flessibili che Harwin ha sviluppato (figura 5) sono particolarmente utili nella domotica e nell’automazione degli edifici in quanto consentono di collegare le sottoschede alla scheda principale. I progetti relativi a pannelli di controllo e apparecchiature di monitoraggio sono solo alcuni dei contesti che traggono vantaggio dal loro utilizzo. Tali unità offrono un modo semplice per stabilire una connessione elettrica in grado di gestire – oltre alla messa a terra – correnti fino a 14 A, senza bisogno di spazio eccessivo grazie alla ridotta superficie di accoppiamento.

È possibile scegliere tra diversi profili, fino a un’altezza di lavoro di soli 0.9mm.

Figura 5: Contatti a molla Harwin

Una soluzione Spring Contact è ideale in scenari in cui è necessario eseguire un accoppiamento cieco. È anche molto efficace per i collegamenti d’antenna. Il formato a montaggio superficiale di questi componenti consente di fissarli utilizzando apparecchiature automatizzate che aiutano a contenere i costi di produzione degli OEM. Inoltre, le ultime versioni sono multidirezionali. Ciò significa che sono adatte per configurazioni sia orizzontali che verticali, assicurando una maggiore flessibilità di progettazione.

Oltre a questi, i contatti Sycamore di Harwin sono particolarmente adatti nei contesti relativi ad abitazioni/edifici intelligenti. Possono essere utilizzati per il montaggio dei dispositivi in sistemi di rilevamento gas, allarmi antincendio/antintrusione e apparecchiature di misurazione. In tali applicazioni vi sono numerose opportunità per utilizzare anche connettori salvaspazio con passo 1.27mm e con schermatura EMI/RFI Archer.

Conclusione

Le fabbriche intelligenti richiedono soluzioni di interconnessione di livello industriale ad alta affidabilità capaci di salvaguardare da costosi eventi di fermo macchina. Allo stesso tempo, questi componenti devono essere sufficientemente compatti per soddisfare i crescenti vincoli di spazio. Oltre a consentire l’adattamento dei sistemi attuali, i connettori mezzanino saranno vitali per l’aggiornamento delle apparecchiature di vecchia generazione. Inoltre, una schermatura efficace è un aspetto che non può essere trascurato. Anche i progetti di case e edifici intelligenti hanno esigenze elevate; quindi, quando si tratta di selezionare i componenti non è possibile prendere delle scorciatoie.