使用传感器致动器盒更快、更安全、更可靠地配置工业传感器和致动器

作者：Bill Giovino

现代工业自动化 (IA) 设备的设计者能够体会到自动化设备是如何迅速地扩展到工厂内数百平方英尺范围的。在控制计算机和工艺区的任何接近传感器、机械臂之间敷设单独的电缆，会使车间地面杂乱无章，延长设备配置时间。此外，更换或重新配置现有的传感器或致动器可能需要在工艺位置和控制计算机之间再敷设一条电缆，而这样会减慢维护速度。随着将更多系统连接到物联网 (IoT) 以便通过云端在远程仪表板上跟踪各个系统，只会使得问题扩大。

为了简化这些连接问题，工业系统设计者可以使用传感器致动器盒（也叫接线盒、配电盒）。使用这些设备，可以在控制计算机和接线盒之间敷设一条主线路来连接许多传感器和致动器，再由接线盒连接至位于工艺位置处的许多连接器，从而简化地面布线。

本文简要讨论与 IA 连接有关的问题。然后，介绍关于传感器致动器盒的三个实际案例——分别来自 Molex、Alpha Wire 和 Phoenix Contact，并展示这些器件如何简化工业环境中的布线，同时实现轻松维护、配置。

将控制计算机与传感器、致动器连接

工业自动化环境中的许多控制计算机都位于各自所控制的设备附近，这样会带来许多便利。从计算机到传感器和致动器的电缆可以相对较短，通常约一到两米。然而，在一些工业设施中，控制计算机可能位于数英尺之外，需要在两个点之间敷设多条电缆。这种情况在装配厂机器人、传送带设备以及在诸如卡车等大型车辆和飞机中很常见。在某些情况下，工艺区可能是危险的，因其暴露在有害化学品或极端温度的环境中。对于这种类型机械，控制计算机通常放置在一个安全的、受保护的距离之外，尽可能提高可靠性。

在这种情况下，传统的布线将涉及从控制计算机向每个传感器和致动器敷设多条电缆。这不是一项简单的工作。在传感器或致动器电缆的两端必须使用适当的电缆端接连接器。在许多危险环境中，要确保正确、安全地敷设电缆，这可能需要花费比预期更多的时间。最后，为每个传感器和致动器进行配置和连接电缆所需的时间会减慢工作部署，增加成本。如果需要为更换或配置上述某个传感器或致动器而使设施停机时，会增加停机时间并进一步增加成本，甚至有时会大幅增加成本（具体取决于设施本身）。

传感器致动器盒

一个安全、经济的解决方案是为 IA 设施使用传感器致动器盒。这些接线盒将来自控制计算机的所有传感器和致动器的电缆组合成一条主电缆（通常称为远程主控电缆 [ome run cable]）并且敷设到工艺区。工艺区附近的电缆连接至坚固耐用的单一连接器盒中，这种连接器盒中包含连接器插座，通常是八个或更多的 M12 连接器。传感器致动器盒有时也被称为接线盒、配电盒，也被称为 IO 或 I/O 盒。安装有 M12 插座的连接器盒是一个预接线的密封装置，其防护等级为 IP67 或更高。

所有传感器和致动器的远程主控电缆只需要敷设、放置一次。这在狭窄的区域内布线时是一大优势，因为技术人员不再需要花更多的时间、扭曲身体在狭窄的空间里工作。

有了传感器致动器盒，技术人员不需要通过在控制计算机和工艺区之间为每个传感器、致动器敷设长电缆来连接设备，而是用较短电缆将附近的传感器致动器盒与设备相连。这可以在快到几秒钟的时间内完成连接，从而最大程度地减少安装人员在工艺区的工作时间。这将简化维护工作，提高安全性，同时节省时间，减少错误。

选择和使用传感器致动器盒

传感器致动器盒的设计多样，但有许多因素需要加以考虑，具体包括可视性、耐用性、材料类型、重量、外形尺寸、插座数量、载流能力、安装方式以及防尘、防潮和防气体侵入的 IP 等级等。

例如，在特别苛刻的环境中，如工业卡车和仓库等情况，设备可能受到严重冲击。Molex 为此推出 Brad Safety多端口互连系统(MPIS) 配电盒系列。这种重型配电盒采用由聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 材料制造，既轻便又坚固，能够适应重型设备的高度冲击，甚至是车辆行驶时造成的冲击。

Molex 1202480510 MPIS 8 端口配电盒属于该系列，每个端口可支持高达 4 A 的电流，所有 8 个端口共计支持最大 12A 的电流（图 1）。为了方便互连工作，每个端口都有一个凹陷的部分，用于安装丙烯腈·丁二烯·苯乙烯 (ABS) 塑料制成的卡入式标签。与纸质标签相比，这种标签更坚固耐用且不会撕裂。

图 1：Molex 1202480510 MPIS 传感器致动器盒具有八个 M12 插座。为了方便互连，每个端口都可安装一个坚固耐用的卡入式 ABS 塑料标签。（图片来源：Molex）

Molex 1202480510 采用便于观察的亮橙色，防护等级为 IP67，适合在肮脏、多尘和潮湿的环境中使用，具有 -25°C 至 +85°C 的典型温度范围。远程主控电缆长 5 m，支持定制电缆端接，通常是一个 M23 连接器，但也可以采用实际应用所需的任何连接器。每个凹陷式 M12 插座含八个行业标配针脚。每个端口都配备一个琥珀色的 LED 指示灯，表示端口已通电。这有助于快速验证一个端口是否处于带电状态，非常有助于进行配置和诊断连接问题。

Molex 传感器致动器盒上有两个用于 M4 安装螺钉的槽孔。通过这两个孔可以将其安装在设备上或可靠地固定在墙上。应将这种盒子牢固地安装在易于接触到八个 M12 插座的地方，以防将 M12 连接器推入其插座时不会使其发生移位。

轻型传感器致动器盒的应用

对于如飞机或一些工业车辆等需要考虑重量的应用，Alpha Wire 提供 Alpha Connect 系列无源配电盒，包括 Alpha Connect 901-10M NC032 8 端口传感器致动器盒（图 2）。这款 Alpha 连接器盒由轻质锌合金制成，适用于飞机、小型卡车和电动车辆，如叉车和小型推土机。对这些车辆来说，每一盎司的重量都非常重要。该配电盒有一条 10 m 长的远程主控电缆，适用于飞机和车辆，因为两点之间的最短距离往往不是直线，而是曲线。该配电盒无源，没有端口 LED 指示灯。该配电盒采用中性的米色，使其能够融入许多环境，而不会很显眼。

另外，该装置采用双重防尘罩，以保持任何两个未使用的插座不会被污染。这种传感器致动器盒在完成连接器配接后的防护等级为 IP67。插座未配接时防护等级为 IP65，因此应安装防尘罩以确保达到 IP67 级防护。

图 2：Alpha Wire 901-10M NC032 传感器致动器盒由轻型锌合金制成。八个 M12 插座外凸并超出外壳，因此连接器配接快速而简单。右下方为传感器致动器盒附带的两个防尘罩，用于保持未使用插座的清洁。（图片源：Alpha Wire）

每个 M12 插座有五个插针。为了在初次设置时方便安装，标准 M12 电缆颜色代码和每个插针的功能都印在传感器致动器盒的侧面。这八个 M12 插座不是凹进去的，而是向外突出，超出锌合金外壳。这种结构使得连接快速、简便，这在繁忙的工业环境中是很重要的。

Alpha Wire 901-10M NC032 传感器致动器盒的额定温度为 -40°C 至 +80°C，因此适用于非常寒冷的工业环境，在飞机和一些车辆中会有这种情况。

紧凑型传感器致动器盒

对于空间受限的小型应用，Phoenix Contact 设计出 1692404 4 端口传感器致动器盒（图 3）。这种接线盒不配备远程主控电缆，需要使用另外的 M23 电缆组件将其与控制计算机连接，这样可方便地为改变接线盒位置。而且，这样还方便维护远程主控电缆，并在其损坏时易于更换。

图 3：Phoenix Contact 的 1692404 传感器致动器盒有四个 4 针 M12 端口。这种接线盒需要使用另外的 M23 电缆组件将其与控制计算机连接。（图片来源：Phoenix Contact）

1692404 由聚酰胺材料制成，能很好地耐受汽油、机油和发动机周围常见的溶剂。聚酰胺材料还具有极高的抗拉强度，能比大多数材料更好地适应非冲击应力和弯曲。该装置的防护等级为 IP67，工作温度为 -20°C 至 +75°C，因此适合在仓库、办公大楼以及在化学品附近工作的人员通常出入的区域进行粗放搬运。

四个 M12 连接器中的每一个连接器的电流承载能力都高达 4 A，该装置的总体最大额定电流为 12 A。四个 M12 端口都带有一个黄色 LED 指示灯，以指示端口是否配接正确和运行。M23 端口配备绿色 LED 指示灯，指示远程主控电缆是否正确连接并为接线盒供电。这非常有助于在设置和配置期间进行诊断。所有连接到四个 M12 插座上的传感器和致动器都可以通过移除单个 M23 连接器而轻松断开连接。这样会增强安全性，减少维护和重新配置期间的停机时间。

结语

传感器致动器盒可以在维护和设置过程中节省时间，同时确保控制计算机和传感器/致动器之间的连接可靠。许多传感器和致动器可以很容易地在工艺区就地连接，而不是把所有的电缆单独连接到控制计算机上。适当的材料选择可以确保这种接线盒在目标工业环境下可靠运行。