Các nhà máy thông minh đang liên tục cải thiện mức độ tự động hóa thông qua trí tuệ và điều khiển phi tập trung, sử dụng các khái niệm robot mô-đun. Việc phân bổ vật lý các chức năng điều khiển yêu cầu kết nối thông qua dây và cáp, đồng thời các đầu nối phải đủ tin cậy và an toàn để phù hợp với yêu cầu về môi trường của các nhà máy hiện đại. Các đầu nối này phải có trở kháng đủ thấp, diện tích tiếp xúc đủ lớn để đáp ứng các yêu cầu về dòng điện định mức và sử dụng cơ chế khóa mạnh mẽ để chống rung và va đập. Ngoài ra, chúng phải dễ lắp ráp và sửa đổi, đồng thời có thể cập nhật và sửa đổi nhanh chóng.
Bài viết này trước tiên giới thiệu ngắn gọn các yêu cầu kết nối của robot công nghiệp và tự động hóa nhà máy, sau đó giới thiệu loạt đầu nối của TE Connectivity AMP, trình bày cách sử dụng các đặc tính của các đầu nối này để hỗ trợ các yêu cầu về nguồn điện, tín hiệu, độ tin cậy và an toàn của các ứng dụng này.
Nhà máy thông minh là gì?
Nhà máy thông minh là một cơ sở toàn diện sử dụng máy móc, robot và cảm biến cục bộ được kết nối kỹ thuật số để điều khiển, thu thập, phân tích và ra quyết định dữ liệu theo thời gian thực (Hình 1). Loại nhà máy này ngày càng trở nên phi tập trung và mô-đun hóa, giúp dễ dàng cấu hình lại để đáp ứng nhu cầu sản xuất thay đổi liên tục. Tổ chức mô-đun tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát cục bộ và triển khai các máy nhỏ để cải thiện tính linh hoạt trong sản xuất.
Sơ đồ nguyên lý của các máy, robot và cảm biến được kết nối với nhau (bấm vào để phóng to)
Hình 1: Các nhà máy thông minh sử dụng máy móc, robot và cảm biến được kết nối với nhau để đảm bảo hoạt động hiệu quả. (Nguồn hình ảnh: TE Connectivity AMP)
Các cơ sở này sử dụng các trạm làm việc mô-đun được trang bị robot độc lập hoặc hợp tác. Có nhiều loại robot di động khác nhau, chẳng hạn như Xe có hướng dẫn tự động (AGV) hoặc Robot di động tự động (AMR), giúp di chuyển sản phẩm giữa các máy trạm. So với robot cố định, ưu điểm của AMR và AGV nằm ở khả năng cơ động mạnh mẽ, cho phép chúng xoay và di chuyển giữa các trạm làm việc. Thông qua hoạt động cộng tác của AGV, AMR và robot cộng tác, một dây chuyền sản xuất có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau ở các đơn vị khác nhau. Robot có thể di chuyển hoặc phân phối lại giữa các máy trạm khi cần thiết để nâng cao hiệu quả tổng thể. Những máy trạm này thường được đặt trong môi trường khắc nghiệt, vì vậy các nhà thiết kế phải cân nhắc rằng robot và các máy tự động khác có thể tiếp xúc với nhiệt độ cao, độ ẩm, bụi, hóa chất ăn mòn cũng như va đập và rung động.
Cảm biến giám sát mọi hoạt động. Theo thiết kế, cảm biến có thể có dây hoặc không dây. Cảm biến không dây thường được kết nối thông qua Internet vạn vật công nghiệp (IIoT). Robot di động cũng có thể được giám sát bằng IIoT.
Giống như các hệ thống điện tử thông thường, xu hướng của ngành là hướng tới việc thu nhỏ robot, máy móc, cảm biến và bộ điều khiển. Do kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ nên nhu cầu về điện thấp hơn và không gian sẵn có lớn hơn, từ đó nâng cao năng suất. Ngoài ra, thể tích của bảng mạch in cũng nhỏ hơn nên đòi hỏi các linh kiện phải có hiệu suất thể tích cao hơn.
Đầu nối nguồn và tín hiệu linh hoạt và đáng tin cậy
Cho dù đó là nối dây với dây, nối dây với bo mạch hay nối dây với bảng điều khiển, các đầu nối phải truyền tín hiệu nguồn và tín hiệu điều khiển một cách đáng tin cậy. Đầu nối càng nhỏ thì khoảng cách càng gần và khoảng cách dây dẫn càng mịn.
Mục đích của thiết kế mô-đun là đạt được tính linh hoạt; Vì vậy, giải pháp kết nối phải có khả năng thích ứng tương tự như các hệ thống tự động hóa. Để đáp ứng nhu cầu linh hoạt, thiết kế các đầu nối phải đảm bảo khóa an toàn, thuận tiện tránh tình trạng lệch khớp trong quá trình lắp ráp và vô tình bị tuột ra do va đập, rung.
Đầu nối dòng Dynamic của TE Connectivity AMP được thiết kế để đáp ứng nhu cầu về mạch điện và tín hiệu công nghiệp mật độ cao. Các đầu nối này đáp ứng các yêu cầu này thông qua nhiều loạt đầu nối, có khả năng xử lý dòng điện từ 2,6 đến 100 ampe (A) và điện áp từ 125 đến 1000 vôn. Tùy thuộc vào dòng điện và điện áp định mức, các đầu nối này có thể cung cấp kết nối mật độ cao với khoảng cách dây dẫn từ 1,8 mm đến 24,5 mm (mm).
Đầu nối Dynamic nhỏ gọn nhất là dòng Mini. Dòng sản phẩm này phù hợp cho các ứng dụng nối dây với bo mạch, với khoảng cách tiếp xúc là 1,8 mm và số chân là 12, 16 và 20. Các dây được chấp nhận từ 22 đến 26 AWG với điện áp định mức 250 vôn AC (VAC) và dòng điện 3 A.
Ví dụ: 1-2834461-2 (Hình 2, trên cùng) là vỏ ổ cắm 12 tiếp điểm với các tiếp điểm được sắp xếp thành hàng đôi, khoảng cách giữa các cột là 2,75 mm. Đầu nối dài 19,3 mm, rộng 15,7 mm và cao 8,35 mm.
Sơ đồ nguyên lý của các thành phần Dây Mini Dynamic 12 chân đến ổ cắm bo mạch và giá đỡ chân TE Connectivity
Hình 2: Các thành phần của ổ cắm dây Dynamic Mini 12 chân vào bo mạch (trên cùng) và giá đỡ kim (dưới) được hiển thị. (Nguồn hình ảnh: TE Connectivity AMP)
Vỏ ổ cắm được trang bị các tiếp điểm ổ cắm TE Connectivity AMP 2834464-5. Đây là các đầu cuối dây uốn bằng hợp kim đồng mạ thiếc có thể chấp nhận 26 dây AWG. Dòng điện định mức của nó là 3 A và điện áp hoạt động của nó là 250 VAC hoặc 125 VDC. Mỗi tiếp điểm sử dụng một tấm khóa để cố định chính nó trong vỏ. Ngoài ra, vỏ còn được trang bị khóa thứ cấp nhúng để cung cấp thêm khả năng bảo vệ an toàn cho cơ cấu khóa của các đầu tiếp xúc.
Ổ cắm được kết nối với 1-2834465-2, là giá đỡ kim gắn trên bề mặt 12 chân (Hình 2, phía dưới). Chiều dài của giá đỡ kim là 19,3 mm, chiều rộng là 12,3 mm và chiều cao chỉ 8,7 mm. Giá đỡ kim bao gồm các chân tiếp xúc mạ thiếc có mặt cắt ngang hình vuông và sử dụng cấu trúc được bao phủ hoàn toàn.
Đầu nối này có phím điều khiển để ngăn việc cắm sai và được trang bị chốt khóa để cung cấp phản hồi âm thanh và xúc giác khi ổ cắm và ổ cắm kim được gắn hoàn toàn. Chốt được đặt ở phần lõm bên dưới đầu nối để tránh tình trạng mở khóa vô tình. Đinh bên cung cấp sự hỗ trợ cơ học cho trục kim.
Đầu nối dòng Mini có kích thước nhỏ hơn và độ tin cậy cao hơn, không chỉ đáp ứng yêu cầu của môi trường công nghiệp mà còn đáp ứng các ứng dụng khác có yêu cầu chống rung cao hơn như robot và ô tô.