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現代工業自動化 (IA) 設備的設計者能夠體會到自動化設備是如何迅速地擴展到工廠內數百平方英尺范圍的。在控制計算機和工藝區的任何接近傳感器、機械臂之間敷設單獨的電纜，會使車間地面雜亂無章，延長設備配置時間。此外，更換或重新配置現有的傳感器或致動器可能需要在工藝位置和控制計算機之間再敷設一條電纜，而這樣會減慢維護速度。隨著將更多系統連接到物聯網 (IoT) 以便通過云端在遠程儀表板上跟蹤各個系統，只會使得問題擴大。 為了簡化這些連接問題，工業系統設計者可以使用傳感器致動器盒（也叫接線盒、配電盒）。使用這些設備，可以在控制計算機和接線盒之間敷設一條主線路來連接許多傳感器和致動器，再由接線盒連接至位于工藝位置處的許多連接器，從而簡化地面布線。 本文簡要討論與 IA 連接有關的問題。然后，介紹關于傳感器致動器盒的三個實際案例——分別來自 Molex、Alpha Wire 和 Phoenix Contact，并展示這些器件如何簡化工業環境中的布線，同時實現輕松維護、配置。 將控制計算機與傳感器、致動器連接 工業自動化環境中的許多控制計算機都位于各自所控制的設備附近，這樣會帶來許多便利。從計算機到傳感器和致動器的電纜可以相對較短，通常約一到兩米。然而，在一些工業設施中，控制計算機可能位于數英尺之外，需要在兩個點之間敷設多條電纜。這種情況在裝配廠機器人、傳送帶設備以及在諸如卡車等大型車輛和飛機中很常見。在某些情況下，工藝區可能是危險的，因其暴露在有害化學品或極端溫度的環境中。對于這種類型機械，控制計算機通常放置在一個安全的、受保護的距離之外，盡可能提高可靠性。 在這種情況下，傳統的布線將涉及從控制計算機向每個傳感器和致動器敷設多條電纜。這不是一項簡單的工作。在傳感器或致動器電纜的兩端必須使用適當的電纜端接連接器。在許多危險環境中，要確保正確、安全地敷設電纜，這可能需要花費比預期更多的時間。最后，為每個傳感器和致動器進行配置和連接電纜所需的時間會減慢工作部署，增加成本。如果需要為更換或配置上述某個傳感器或致動器而使設施停機時，會增加停機時間并進一步增加成本，甚至有時會大幅增加成本（具體取決于設施本身）。 傳感器致動器盒 一個安全、經濟的解決方案是為 IA 設施使用傳感器致動器盒。這些接線盒將來自控制計算機的所有傳感器和致動器的電纜組合成一條主電纜（通常稱為遠程主控電纜 [ome run cable]）并且敷設到工藝區。工藝區附近的電纜連接至堅固耐用的單一連接器盒中，這種連接器盒中包含連接器插座，通常是八個或更多的 M12 連接器。傳感器致動器盒有時也被稱為接線盒、配電盒，也被稱為 IO 或 I/O 盒。安裝有 M12 插座的連接器盒是一個預接線的密封裝置，其防護等級為 IP67 或更高。 所有傳感器和致動器的遠程主控電纜只需要敷設、放置一次。這在狹窄的區域內布線時是一大優勢，因為技術人員不再需要花更多的時間、扭曲身體在狹窄的空間里工作。 有了傳感器致動器盒，技術人員不需要通過在控制計算機和工藝區之間為每個傳感器、致動器敷設長電纜來連接設備，而是用較短電纜將附近的傳感器致動器盒與設備相連。這可以在快到幾秒鐘的時間內完成連接，從而最大程度地減少安裝人員在工藝區的工作時間。這將簡化維護工作，提高安全性，同時節省時間，減少錯誤。 選擇和使用傳感器致動器盒 傳感器致動器盒的設計多樣，但有許多因素需要加以考慮，具體包括可視性、耐用性、材料類型、重量、外形尺寸、插座數量、載流能力、安裝方式以及防塵、防潮和防氣體侵入的 IP 等級等。 例如，在特別苛刻的環境中，如工業卡車和倉庫等情況，設備可能受到嚴重沖擊。Molex 為此推出 Brad Safety多端口互連系統(MPIS) 配電盒系列。這種重型配電盒采用由聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 材料制造，既輕便又堅固，能夠適應重型設備的高度沖擊，甚至是車輛行駛時造成的沖擊。 Molex 1202480510 MPIS 8 端口配電盒屬于該系列，每個端口可支持高達 4 A 的電流，所有 8 個端口共計支持最大 12A 的電流（圖 1）。為了方便互連工作，每個端口都有一個凹陷的部分，用于安裝丙烯腈·丁二烯·苯乙烯 (ABS) 塑料制成的卡入式標簽。與紙質標簽相比，這種標簽更堅固耐用且不會撕裂。 
圖 1：Molex 1202480510 MPIS 傳感器致動器盒具有八個 M12 插座。為了方便互連，每個端口都可安裝一個堅固耐用的卡入式 ABS 塑料標簽。（圖片來源：Molex） Molex 1202480510 采用便于觀察的亮橙色，防護等級為 IP67，適合在骯臟、多塵和潮濕的環境中使用，具有 -25°C 至 +85°C 的典型溫度范圍。遠程主控電纜長 5 m，支持定制電纜端接，通常是一個 M23 連接器，但也可以采用實際應用所需的任何連接器。每個凹陷式 M12 插座含八個行業標配針腳。每個端口都配備一個琥珀色的 LED 指示燈，表示端口已通電。這有助于快速驗證一個端口是否處于帶電狀態，非常有助于進行配置和診斷連接問題。 Molex 傳感器致動器盒上有兩個用于 M4 安裝螺釘的槽孔。通過這兩個孔可以將其安裝在設備上或可靠地固定在墻上。應將這種盒子牢固地安裝在易于接觸到八個 M12 插座的地方，以防將 M12 連接器推入其插座時不會使其發生移位。 輕型傳感器致動器盒的應用 對于如飛機或一些工業車輛等需要考慮重量的應用，Alpha Wire 提供 Alpha Connect 系列無源配電盒，包括 Alpha Connect 901-10M NC032 8 端口傳感器致動器盒（圖 2）。這款 Alpha 連接器盒由輕質鋅合金制成，適用于飛機、小型卡車和電動車輛，如叉車和小型推土機。對這些車輛來說，每一盎司的重量都非常重要。該配電盒有一條 10 m 長的遠程主控電纜，適用于飛機和車輛，因為兩點之間的最短距離往往不是直線，而是曲線。該配電盒無源，沒有端口 LED 指示燈。該配電盒采用中性的米色，使其能夠融入許多環境，而不會很顯眼。 另外，該裝置采用雙重防塵罩，以保持任何兩個未使用的插座不會被污染。這種傳感器致動器盒在完成連接器配接后的防護等級為 IP67。插座未配接時防護等級為 IP65，因此應安裝防塵罩以確保達到 IP67 級防護。
圖 2：Alpha Wire 901-10M NC032 傳感器致動器盒由輕型鋅合金制成。八個 M12 插座外凸并超出外殼，因此連接器配接快速而簡單。右下方為傳感器致動器盒附帶的兩個防塵罩，用于保持未使用插座的清潔。（圖片源：Alpha Wire） 每個 M12 插座有五個插針。為了在初次設置時方便安裝，標準 M12 電纜顏色代碼和每個插針的功能都印在傳感器致動器盒的側面。這八個 M12 插座不是凹進去的，而是向外突出，超出鋅合金外殼。這種結構使得連接快速、簡便，這在繁忙的工業環境中是很重要的。 Alpha Wire 901-10M NC032 傳感器致動器盒的額定溫度為 -40°C 至 +80°C，因此適用于非常寒冷的工業環境，在飛機和一些車輛中會有這種情況。 緊湊型傳感器致動器盒 對于空間受限的小型應用，Phoenix Contact 設計出 1692404 4 端口傳感器致動器盒（圖 3）。這種接線盒不配備遠程主控電纜，需要使用另外的 M23 電纜組件將其與控制計算機連接，這樣可方便地為改變接線盒位置。而且，這樣還方便維護遠程主控電纜，并在其損壞時易于更換。
圖 3：Phoenix Contact 的 1692404 傳感器致動器盒有四個 4 針 M12 端口。這種接線盒需要使用另外的 M23 電纜組件將其與控制計算機連接。（圖片來源：Phoenix Contact） 1692404 由聚酰胺材料制成，能很好地耐受汽油、機油和發動機周圍常見的溶劑。聚酰胺材料還具有極高的抗拉強度，能比大多數材料更好地適應非沖擊應力和彎曲。該裝置的防護等級為 IP67，工作溫度為 -20°C 至 +75°C，因此適合在倉庫、辦公大樓以及在化學品附近工作的人員通常出入的區域進行粗放搬運。 四個 M12 連接器中的每一個連接器的電流承載能力都高達 4 A，該裝置的總體最大額定電流為 12 A。四個 M12 端口都帶有一個黃色 LED 指示燈，以指示端口是否配接正確和運行。M23 端口配備綠色 LED 指示燈，指示遠程主控電纜是否正確連接并為接線盒供電。這非常有助于在設置和配置期間進行診斷。所有連接到四個 M12 插座上的傳感器和致動器都可以通過移除單個 M23 連接器而輕松斷開連接。這樣會增強安全性，減少維護和重新配置期間的停機時間。 結語 傳感器致動器盒可以在維護和設置過程中節省時間，同時確保控制計算機和傳感器/致動器之間的連接可靠。許多傳感器和致動器可以很容易地在工藝區就地連接，而不是把所有的電纜單獨連接到控制計算機上。適當的材料選擇可以確保這種接線盒在目標工業環境下可靠運行。 來源：Digi-Key 作者：Bill Giovino |
