산업용 사물인터넷에 적합한 M12 binder 커넥터

센서와 데이터 그리고 실시간으로 의사 결정이 변화하는 제조 과정에서 M12 커넥터는 스마트 공장이 요구하는 속도와 신뢰성 그리고 견고성을 제공한다.

Global tech 분석가들은 2020년까지 200억 개 이상의 장치가 서로 연결될 것이며, 산업용 사물인터넷이 2021년까지 2천억 달러 시장이 될 것이라고 예상하였다. 다시 말해, IIoT(산업용 사물인터넷)는 계속 스마트해지고 작아지는 기계에서 보다 빠르게 데이터를 처리하고 전송하는 실시간 데이터 연결이다.

 

하지만 IIoT의 궁극적인 가치는 데이터 수집과 전송 그 이상이다. IIoT는 제조 공정에서 모든 전자 기계 요소에 대한 완벽한 가시성과 제어 기능을 포함하여, 기업이 진단하고 분석하는 것을 넘어 예측 인텔리전스와 예방 조치를 정의할 수 있게 한다. 정량화할 수 있는 이점에는 제품 또는 프로세스 차이와 같은 장애를 식별하고 이러한 문제를 피하기 위해 회피하거나 재설계하는 기능이 포함된다. 플랜트 운영자는 사용되지 않은 재고를 발견하고 유지보수 비용과 가동 중지 시간을 줄여 안전성을 향상시키고 전반적인 장비 효율성(OEE)을 극대화할 수 있다.

 

물리적 장비에 네트워크 센서를 배치하여 데이터를 수집하고 제조 프로세스 또는 조립 라인을 포괄적으로 확인할 수 있다. 센서는 온도, 진동 또는 사운드 주파수와 같은 일정한 입력 데이터를 분석하여 상태 모니터링을 수행한다. 데이터는 의사 결정자가 액세스할 수 있는 중앙 위치 또는 클라우드로 다시 전송된다. 프로세스는 먼지, 소음, 온도 변화와 진동이 심한 환경에서도 안정적인 고속 연결을 요구한다. 식음료와 같은 산업에서는 빈번한 세척도 해결해야 할 과제이다.

 

커넥터는 데이터를 전송하는 케이블과 정보를 기록하고 통신하는 장치 간에 필수적인 연결 고리이다. 시각 정보를 수용할 수 있는 빠른 데이터 전송 수요로 인해 최신 센서에 대한 기가바이트 데이터 요건을 지원할 수 있는 커넥터가 개발되었다. 복잡성을 더하기 위해 기계는 점점 작아지지만 부품 제조업체는 점점 줄어드는 공간에서 더 빠른 속도와 전력 및 용량을 제공해야 한다.

 

M12 커넥터의 ABC: 코딩, 핀, 로킹 시스템

1985년에 도입된 M12 커넥터는 산업 응용 분야에서 가장 신뢰할 수 있는 커넥터 중 하나로 지난 수십 년 동안 이용해 왔다. 자동차 제조업체가 주로 사용하는 M12는 공장 자동화, 자율 로봇, 통신, 측정 및 제어 그리고 기타 여러 응용 분야에서 업계 표준이 되었다.

 

커넥터코딩

공장 또는 현장에서 직원들은 유지 관리를 위해 기존 커넥터를 분리하고 새로 연결된 케이블, 특히 연결부가 먼지나 물기가 없어야 하는 곳에 새로운 커넥터를 설치해야 한다. M12 커넥터는 쉽게 설치가 가능하고 명확하게 코딩이 되어 실수로 인한 오작동 가능성이 적다.

 

그림 2 어플리케이션에는 고속 연결이 필요하여 X 코딩 커넥터가 D 코딩 커넥터를 대체할 수 있다(사진 설명: Binder M12 X-코딩 암커넥터)

신호 및 데이터 전송용 M12 코딩:

  • 센서, DC 파워에 대한 A 코딩
  • 프로피버스에 대한 B 코딩
  • 100Mbit 이더넷 및 프로피넷에 대한 D 코딩
  • 10Gbit 이더넷에 대한 X 코딩 (그림 2 참조)

 

파워 서플라이에 대한 M12 코딩:

  • 그림 3. M12-L, CD 파워 서플라이 프로피넷과 Binder의 현장 배선에 적합한 커넥터 케이블
    S 코딩과 K 코딩된 커넥터는 최대 630V/16A까지의 AC 파워 서프라이를 위해 설계된 것이다. AC 모터와 드라이브, 모터 컨트롤 스위치, 주파수 변환기를 포함하여 응용 분야에 대해 이상적인 파워 커넥터이다.
  • T 코딩이나 L 코딩된 커넥터는 최대 63V DC/16 A까지 DC 파워 서플라이를 위해 설계된 것이다(그림 3 참조). DC 모터와 드라이브, 필드 버스 이더넷 콤포넌트, 네트워크 장치, LED 라이팅 픽스처를 포함하는 저전압 응용 사례에 이상적인 파워 커넥터이다.

 

그림. 4: M12 커넥터코딩, 핀, 응용분야

M12 커넥터는 3, 4, 5, 8, 12핀과 함께 사용할 수 있다. 이상적인 핀 수는 어플리케이션에 따라 다르다. 예를 들어 대부분의 센서와 전력 응용 제품은 3핀 또는 4핀을 사용하며 프로피넷이나 이더넷은 4핀과 8핀을 사용한다(그림 4 참조).

 

록킹시스템

M12 커넥터에는 세 가지 기본 유형의 록킹 시스템이 있다.

  • 푸쉬-풀: 올바르게 연결되었음을 알리는 딸각 소리로 쉽고 안전하게 잠근다
  • 스레디드 커플링: 플러그의 홈이 소켓의 해당 나사 세트와 결합된다.
  • 베이어닛: 빠른 연결과 커플링 분리를 위해 소켓의 핀과 플러그 램프를 사용한 상호 연결 메이팅 디자인.

 

추가적인 M12 특징과옵션

특수 응용 분야를 위한 커넥터는 아래와 같은 옵션을 선택하여 개별 주문 생산 가능하다.

  • 종류: male, female, male/female
  • 터미네이션 스타일: 크림프, 스크류, 클램프 또는 IDT (Insulation DisplacementTermination)
  • 하우징 재질: 플라스틱, 금속, 스테인리스 스틸
  • 접점 도금 재료: Au (금), Sn (주석), CuSnZn (optalloy)
  • 보호 등급: IP67, IP68, 또는 IP69K
  • 케이블 길이
  • 케이블 자켓: PUR 또는 PVC
  • 패널 장착 또는 필드 부착 가능
  • 정격 전압
  • 정격 전류

 

M12 커넥터가 인더스트리 4.0을 위한 현명한 선택인 이유 3가지

M12 커넥터는 IIoT가 하나의 개념이 되기 수십 년 전부터 사용하였지만, 오늘날 산업용 이더넷에 선호되는 커넥터가 되었다. 데이터 전송의 경우에는 장치 측에서 사용된다. 데이터는 장치에서 가져와 사용자에게 유용한 정보를 제공하기 위해 응용 프로그램으로 집계 전송된다. 또한 AC 모터와 드라이브, 모터 제어 스위치, 필드버스 이더넷 구성 요소 및 네트워크 장치와 같은 저전압 응용 제품을 포함한 응용 제품에서 장기간 높은 수준의 파워 서플라이를 전송하는 데 사용된다.

 

  1. 타의 추종을 불허하는 견고성
그림 5. Binder의 M12 A 코딩된 커넥터는 IP69K 등급이며, Ecolab 및 FDA 인증을 받아 식음료 및 화학 산업의 거친 세척 환경에 적합하다.

다음과 같은 열악한 조건에서 M12 커넥터는 일반적으로 사용되는 다른 데이터 커넥터인 RJ45와 비교하여 우수한 성능을 제공한다.

•먼지와 습기 그리고 이물질과 같은 오염 물질로부터 접촉을 보호하며, 충격, 진동, UV 노출 및 온도 변화를 방지하는 원형 디자인

•먼지와 물에 대한 최소 IP67 등급의 침입 방지

•세척 환경을 위한 IP68과 IP69K 등급의 추가 옵션 (그림 5 참조)

 

메이팅 사이클 등급은 기계 제작 업체를 위한 중요한 고려 사항이다. 정격은 접점 및 도금에 사용된 재료와 도금 두께에 따라 결정된다. 주석 도금과 구리 합금 접점으로 만든 싼 커넥터의 성능은, 전형적으로 100 이상의 메이팅 사이클로 정해진 두꺼운 금도금 및 베릴륨 구리선 접점과 같은 내식성 재료로 만든 커넥터의 성능 같지 않다.

 

  1. EMI 차폐
그림 6. 오늘날의 공장에서는 중대한 EMI 문제가 발생한다. 고급 센서는 몇 마일의 구식 케이블, 무선 전화 및 네트워크 장치와 함께 존재한다.

유선 연결은 물리적 연결의 본질 안전과 무선 간섭 방지를 포함한 무선 연결에 비해 몇 가지 장점을 제공한다. 새로운 IIoT 가능 공장은 종종 RFI(무선 주파수 간섭)이라고 하는 EMI(전자기 간섭)로 가득 차 있기 때문에 특히 중요하다. 사람들에게 보이지 않고 들리지 않는 이 전자 소음 공해는 열악한 공장 환경의 물리적 소음과 진동에 의해 혹사하는 고정밀 센서에 영향을 준다.

 

EMI 보급률이 높아짐에 따라 제조업체는 가능한 적은 EMI를 생성하는 장비를 설계해야 하고 장비가 EMI에 합리적인 저항을 갖도록 장비 작동에 영향을 미치지 않도록 해야 한 다.

 

이러한 요구 사항을 충족하려면 제조업체에 충분한 차폐 특성을 가진 커넥터와 연결 케이블이 필요하다. 다음 조건이 충족되면 양호한 차폐가 달성된다.

• 케이블 차폐가 전도성 (금속) 하우징으로 종단됨

• 케이블차폐가 커넥터에 조심스럽게 고정되어 360 ° 차폐를 제공함

•메이팅된 커넥터 쌍은 플러그와 리셉터클 하우징 사이에 안전한 갈바니 연결부를 가짐

그림 7. 아날로그, 저속 디지털 및 고속 디지털 로직의 EMI 특성 비교 출처: Fenical, Gary. 차폐의 기본 원리.

• 패널에 장착된 리셉터클은 금속 리셉터클 하우징과 금속 패널 표면 사이에 양호한 갈바니 연결부를 가짐

 

“디지털 속도가 빠를수록 필요한 회로 대역폭이 커지고 복사 방출과 고장 발생도를 모두 제어하기가 더 어려워진다.”(Fenical)

 

그림 7)은 데이터 전송 속도에 따라 EMI가 어떻게 증가하는지 보여준다. 차폐 감쇠는 데시벨(dB) 단위로 측정되며 주파수에 따라 다르다. 우수한 차폐는 넓은 주파수 범위 (MHz)에서 높은 감쇠 값을 제공한다.

 

 

  1. 콤팩트사이즈

소형화를 향한 Industry 4.0 추세는 더욱 소형화된 구성 요소와 연결 솔루션을 필요로 하고, 전력 및 데이터 전송 요구도 증가한다. 점점 작은 장치와 센서가 많은 데이터를 전송하고, 이는 더 많은 연결 지점이 필요하여, 커넥터는 더욱 작은 공간에서 동일하거나 더 많은 전력 밀도를 제공해야 한다.

 

원래 센서에 대한 표준인 7/8” 커넥터의 크기를 줄이도록 설계된 M12 커넥터의 외경 잠금 스레드는 12mm에 불과하다. 설치 면적이 작기 때문에 자동화 제어 시스템, 원격 측정 모듈, 소형 LED 조명기구와 가치 액추에이터 같이 여유 공간이 적은 응용 분야에 적합하다.

 

M12 기술은 계속해서 진화하고 있다.

기계 설계자와 OEM은 기존 인프라를 업데이트하고 M12 커넥터를 새로운 기계에 통합하고 있다. 이전 버전과의 호환을 통해 RJ45 커넥터와 같이 오래되고 덜 강력한 기술을 대체하는 것은 간단하고 비용 효율적이다. M12 커넥터 제조업체는 로봇 공학, 자동화, 식음료, 대체 에너지 및 셀룰러 통신 산업의 빠르게 변화하는 요구를 대응하기 위해 새로운 기능 부여와 혁신을 계속하고 있다. 인상적인 양의 데이터와 전력을 전송할 수 있고, 위치 결정이 가능하고 잠금식 필드 배선이 가능한 커넥터는 M12가 Industry 4.0과 그 이상을 위한 필수 구성 요소가 되고 있다.

 

Binder Connector에대해

Binder Connector는 원형 커넥터, 맞춤형 코드 셋, LED 조명의 세계적인 제조업체이다. Binder Connector 제품은 공장 자동화, 공정 제어, 의료 기술 응용 분야의 산업 환경에서 전세계적으로 사용된다. 기술 혁신과 전통적인 가치에 의해 정의되는 Binder라는 이름은 최고의 품질과 신뢰성의 표준과 같은 의미이다. 이 회사의 품질 관리 시스템은 DIN ISO 9001과 ISO 9001 & 14001 인증을 받았지만 Binder를 경쟁사들과 차별화하는 것은 고객 응용 프로그램에 대한 솔루션 중심의 접근 방식과 우수한 서비스이다.

 

참고문헌:

Bain & Company. Beyond Proofs of Concept: Scaling the Industrial IoT. Web. Jan. 30,2019.

Columbus, Lewis. 2018 Roundup of Internet of Things Forecasts and Market Estimates.Forbes. Web. Dec. 13, 2018.

Deloitte Digital/WIRED Brand Lab. Industrial IoT: How Connected Things Are ChangingManufacturing. Web. Accessed May 20, 2019.

Electronics Sourcing Online. Smart sourcing for industrial IoT. Web. June 15, 2018.

Fenical, Gary. The Basic Principles of Shielding. In Compliance. Web. Mar. 1, 2014.

Schweiz, Laura. Ethernet Connectors Evolve to Meet New Demands. Machine Design.Web. Mar. 14, 2016.

Thomas. Measuring EMI Shielding Effectiveness. Thomasnet.com. Web. AccessedMay18, 2019.

 

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