使用可配置的模块化连接器简化工业设备的部署

在进行工业应用信号和电源线路连接时，通常需要考虑如何密集地布置许多电源、接地和信号连接。设计人员需要指定多种布线类型，同时互连器件制备时间、便利性和空间也是关键考虑因素。在这些情况下，许多工业设备设计都采用基本的点对点“硬接线”，即技术人员一根一根地手动连接电线。

但现实情况是，这种人工现场硬接线的方式非常耗时，容易出错，因此成本很高。当因为任何缘故（包括维修、扩建或重新布置）而需要断开/重新连接时，在时间损失、恢复工作和错误方面的成本也会特别高。

解决这一效率、成本、空间和可靠性问题的方法是使用模块化连接器，因为它们灵活、通用且易于管理。它们还可以配套提供各种各样的连接器外壳和安装框架，并可搭配设计人员可选择的混搭插件，以处理各种特定的电信号——包括电源、信号和数据类型，从而方便使用裸线、D-Sub 连接器、同轴电缆乃至光纤和压缩空气气动管路。

本文将从一个实际例子开始，重点说明人工方式存在的一些问题。然后将介绍一种更灵活、更高效的采用 HARTING Han-Modular 系列连接器的方法，并展示这种方法是如何解决许多接线问题的。最后将介绍一个配套的配置工具，以帮助设计人员基于 Han-Modular 系统快速构建最佳的连接器。

点对点硬接线：快速、简单，但往往很乱

用点对点的硬接线实现基本的互连似乎更容易，但在很多情况下，这个决定会让人后悔。以一个简单的单区“哑”温控器布线升级为例，这个温控器需要在智能装置和加热系统控制器之间安装一个中间继电器，以升到智能版本。第一个区的布线很随意，看起来很乱，但安装速度快，也很有效。另外，由于使用的是都是 24 伏交流电，所以不存在裸接线路和安全问题。

但到第二年，业主决定将另外两个供暖区升级为智能温控器。增加的点对点布线也是“快速搞定”，结果布线搞得像一个老鼠窝，能有用确实令人称奇（图 1）。虽然有用，但这并不是一个好的长期方法，因为如果以后出现问题，这种方案将很难排查，进行任何一次另外的升级都将是一场噩梦。

图 1：凌乱的的点对点硬接线可能是项目复杂性的结果，甚至是对基本系统增加功能造成的，如这个三区智能温控器升级的继电器接线所示。（图片来源：Bill Schweber）

出于实用、美观和文档化方面需要，这种情况是不可接受的，因此业主决定通过使用铲形接线片和螺纹端子条硬接线的方式整理并重新进行整个布置（图 2）。对比使用三个专用连接器（每个区一个），这种方式花费的时间和规划更少，而且在这种情况下，尽管有 50 多个离散连接，但这是一个可以接受的折衷方案。这种安装方式展示了硬接线点对点连接的明显优势：它们需要相对较少的规划（原理图或接线图通常就足够了）和最小的投入，并且可以立即开始实施。

图 2：通过大量使用铲形接线片和螺纹端子条进行重新布线，温控器升级布线得到了改善，但与使用多触头连接器相比，在重新进行 50 多个连接点布线时，仍然需要极其小心，以避免出错，同时要占用大量空间。（图片来源：Bill Schweber）

工业世界复杂得多

在工业环境中，即使采用这种改进的布线也会产生不利的长期影响。安装所有这些单独的电线，需要对照图纸多次检查每根电线的位置并确认其物理完整性。每根电线的标签也很关键，通常有 ANSI 和 ISO 标签标准可循。如果因维修或搬迁而需要断开设备，则必须拆除这些复杂的连接，并重复上述过程重新连接。

显然，一开始就使用分立式预制电缆和配接连接器是一个有吸引力的选择。这些连接器都可以在可控的环境下提前构建和测试，同时消除了硬接线，但也带来了新的问题。许多装置采用混合信号类型，如一系列额定电流的低压和高压线路、传感器信号、多种类型的数据链路以及以太网和光纤线路，甚至是低压气路（气动）。其结果是各种电缆和连接器的集合，占用了相当大的面板空间，如果有多根电缆具有相同的连接器类型，可能需要键入，并且仍然需要时间来连接/断开。

有一个解决方案似乎可以解决多电缆/连接器的难题，至少在一开始是这样的。即使用采用共同外壳的标准连接器，内含多个电源和信号触头。这些其实只是解决了问题的一部分，原因有二：首先，它们只有预先设定好的固定触头数和类型，如电源有两个位置，信号有六个置。其次，它们只能用于基本的低/高电平信号和功率电平，以及一些数据信号，而不能用于千兆位以太网（GbE）、玻璃或塑料光纤，更谈不上低压气路（气动）连接。

全面模块化：一个更好的解决方案

为了绕过这些接触限制，设计人员可以使用 HARTING Han-Modular 系列连接器。其触头数量和类型选择多样，代表了最先进的混搭灵活性。设计人员几乎可以选择任何连接器和触头组合，然后选择一个连接器框架和合适的外壳来固定它们（图 3 和图 4）。

图 3：用户定义模块化催生了使用标准组件的定制连接器。（图片来源：HARTING）

图 4：图 3 所示工艺造就了一个紧凑、全定制、封闭式、具有匹配配接面的连接器组件。（图片来源：HARTING）

Han 模块支持从几毫安到 200 安培 (A) 的电流、高达 5000 伏的电压、气动软管、数据线、屏蔽总线信号，甚至塑料或玻璃光纤电缆的连接器和触头（公头和母头）。电气和机械选择范围之广是其他多功能连接器/触头组件所没有的。

使用这些连接器时电缆和布线成为了一项要预先设计的任务，可以在现场外而不用在安装现场即可完成一根完整线束的设计、组装和测试，然后即可在现场实现简单快速地连接和断开（图 5）。

图 5：连接器端接的电缆在现场外进行组装和测试，然后在现场快速安装，并根据需要断开；请注意，在两个矩形连接器内分别合并了不同类型的接线，特别是左边的连接器尤为明显。（图片来源：HARTING）

这个系列的高度模块化和灵活性还有一个好处。在现实产品设计中，需求会随着项目的进行而发生演变。有了 Han-Modular 系列，就不需要重新开始寻找能够满足这些附加要求的连接器或接头，设计人员只需在基本连接器上再增加一个内部模块即可。

展示其使用范围和通用性的实例

Han-Modular 系列提供了许多类型的连接器和触头，不用文字标注，简单地看一下就能很好地了解这些选件。

首先，是框架，它用于容纳连接器模块。举例来说 09140240313 是一个用于六个模块的重型铰链框架（图 6）。各个连接模块将插入、固定并锁定在这个框架中。

图 6：09140240313 重型铰链框架是许多可以容纳连接器插件的框架之一，空间适合放置六个这样的模块。（图片来源：HARTING）

一个现代化的工业系统甚至可能需要支持 GbE 链路，因此也可添加带公触头的 09140083012 千兆位模块（图 7）。这款屏蔽连接器的额定工作速度为每秒 10 千兆位 (Gbit/s)，还支持 IEEE 802.3bt（亦称 PoE++）功率输送。

图 7：该系列中的这款屏蔽式 09140083012 GbE 连接器的额定工作速度为 10 Gbit/s，还支持 IEEE 802.3bt (PoE++) 功率输送。（图片来源：HARTING）

同时，该连接器可能需要支持大量交流或直流电源，因此用于冲压插件的 09332062648 六触头母型外壳可能是一个不错的选择（图 8）。它可以处理额定电压为 500 伏、电流为 16A 的冲压插件，使用规格为 0.14 平方毫米 (mm²) 到 2.5 mm²（AWG 26 到 AWG 14）的实心线或绞股线。

图 8：工业装置通常需要大量的交流和直流电源，可以通过这种用于冲压插件的 09332062648 六触头母型外壳进行管理；它可以处理各种线径的实心线和绞股线。（图片来源：HARTING）

对于需要行业标准 RJ45 Cat 6A 8 位模块插头装置，可以使用 09454001520 连接器（图 9）。

图 9：Han-Modular 系统还提供了广泛使用的 RJ45 连接器，使用了 09454001520 连接器。（图片来源：HARTING）

Han-Modular 系统的一个显著特点是，除了广泛的电气连接选择外，还能轻松提供低压空气（气动）连接。例如，09140033501 是一个气动模块，它可以兼容许多框架，可以配置用于各种直径的低压管路，具体通过选择合适的插件来设定（图 10）。其中包括 09140006304 公头金属插件（图 11）和配套的 09140006404 母头金属插件（图 12），两者都用于 4 mm 内径 (ID) 的管子。

图 10：Han 模块超越了只连接电气信号、数据和电源范畴，可以使用像 09140033501 这样用于低压空气连接和合适插件的模块来实现气动控制。（图片来源：HARTING）

图 11：09140006304 公头金属插件设计用于内径为 4 mm 的气管。（图片来源：HARTING）

图 12：09140006404 金属插件是用于低压空气的母头连接器，也适用于 4 mm 的管子。（图片来源：HARTING）

同样，这些只是 Han-Modular 系列中众多可用插件和连接器的较少抽样。

配置工具是易用性的关键

虽然 Han-Modular 系列在连接各种类型、功能和规格的电线时非常有用，但是选择过多反而可能难以实现最佳配置。HARTING 通过提供免费的 Han 配置器工具解决了这个问题。

这个在线工具极大地简化了为特定应用构建定制 Han-Modular 连接器的过程。设计人员只需输入连接要求的细节，该工具就会为应用调出最适合的模块插件，同时它还提供许多不同连接器选件的技术细节、3D 图纸和数据文件。此外，对于已经熟悉 Han 系统的设计人员来说，用这款工具还可以直接配置整个接口，无需通过助手一步步来完成。

使用这个配置器工具时首先要确定第一个要端接的信号类型（图 13）。

图 13：该配置器工具显示了 Han-Modular 系统支持的许多基本连接类型列表；设计人员首先要从他们想要构建到连接器组件的几种类型中选择一种。（图片来源：HARTING）

该工具通过下拉框响应相关的具体数据，这里显示的是电信号数据：触头数、额定电流、额定电压、线规和端接技术。根据信号类型显示不同的数据集（图 14）。

图 14：接下来，配置工具会要求设计人员指定该信号类型的顶层参数，这里显示的选择为“Electric”。（图片来源：HARTING）

接下来，通过下拉/上拉菜单让设计人员指定附加要求，如外壳材料（图 15）、装配情况（图 16）和锁定类型（图 17），同样适用于可用的连接器（此处显示为“Electric”）。

图 15：起始屏幕底部会询问设计人员对外壳材料的偏好。（图片来源：HARTING）

图 16：起始屏幕的底部还提供了所选连接器的装配情况选择。（图片来源：HARTING）

图 17：另一个需要选择的是所需连接器的锁定机构。（图片来源：HARTING）

然后，该工具会生成第一个可行的可能解决方案以及其它建议解决方案，配置会以 3D 模型形式显示，同时显示相关产品清单（图 18）。

图 18：一旦输入了所有需要的连接类型、参数和偏好，该工具就会建立完整的连接器组件，并提供详细的 3D 图像、零件清单和所有其他需要的信息。（图片来源：HARTING）

设计人员可以选择首选的配置，也可以修改建议的方案，更换个别组件。

由于连接器指定工程师可以实现多个目标，因此 Han 配置器全方位增强并加快了设计过程。

• 通过交互 3D 可视化探索连接器设计
• 确保解决方案可行
• 轻松与其他团队成员合作
• 保存和共享定制连接器文件
• 下载标准 CAD STP 文件和规格书
• 自动创建详细的物料清单 (BOM)

结语

在工业环境中，选择合适的连接器来端接电缆是一个令人沮丧的挑战。HARTING Han-Modular 系统具有高度的灵活性、模块化性和可配置性，并有强大、直观的配置工具提供支持，可以简化获得最佳解决方案的过程。因此，点对点的硬接线方式可以被优化的定制解决方案所取代，从而在最小的空间中实现方便和轻松的连接。