Per le applicazioni con sensori e attuatori, sono preferiti i connettori circolari M12 con codifica A. Che si tratti di trasmettere segnali, dati o energia, il connettore M12 è diventato un'interfaccia indispensabile come interfaccia per il collegamento in rete dei dispositivi.
Il connettore circolare M12 è diventato lo standard universale per i collegamenti a spina industriali. Molti produttori offrono questa interfaccia compatta e standardizzata, che la rende interessante per applicazioni industriali che vanno dalla trasmissione di segnali e dati alla trasmissione di potenza. Il connettore M12 robusto, meccanicamente e resistente all'ambiente prende il nome dalla sua filettatura di bloccaggio con un diametro nominale di 12 mm. L'ampia gamma di applicazioni dei connettori M12 si riflette nel numero di codifiche meccaniche (contorni meccanici della custodia unici e specifici per l'applicazione) che soddisfano gli standard per il rispettivo campo di applicazione.
Polvere e liquidi non danneggiano i connettori circolari M12-A di Würth Elektronik eiSos. I connettori sono classificati IP67 e IP68 per l'uso in ambienti difficili.
La forma meccanica del codice A è l'origine di tutti i codici M12; da esso sono sviluppati tutti gli altri sistemi di chiusura meccanica, per questo esistono diversi codici (A, D, L, X, S, ecc.), ciascuno con un diverso numero di contatti disponibili. Sebbene le interfacce M12 possano avere da 2 a 17 contatti, in pratica vengono comunemente utilizzati 3, 4, 5, 8 o 12 pin. Il numero di pin dipende da diverse esigenze. Ad esempio, le applicazioni con sensori e alimentazione richiedono 3 e 4 pin, mentre le applicazioni Profinet ed Ethernet richiedono 4 e 8 pin e Fieldbus, CAN Bus e DeviceNet richiedono in genere 4 e 5 pin. Per segnalazioni complesse sono necessari 12 pin. La tabella 1 illustra i protocolli e il numero di pin del connettore richiesti a livello fisico.
Tabella 1: panoramica del livello fisico della codifica M12-A. Würth Elektronik offre connettori circolari codificati M12-A con 4, 5 o 8 pin.
Sofisticato sistema di connessione
M12-A rappresenta il segnale con opzione di alimentazione CC ed è particolarmente adatto per applicazioni fieldbus nell'automazione industriale. La serie WR-CIRCM12 è dotata di alloggiamenti con bloccaggio a vite e gruppi di cavi, disponibili a 4, 5 o 8 pin. I campi di applicazione includono gli ambienti industriali, in particolare l'automazione e la robotica, nonché i campi delle energie rinnovabili, della tecnologia della comunicazione e dell'ingegneria meccanica. Inoltre, le versioni a pannello e cablabili sul campo del connettore M12 sono certificate cULus (UL2238). Tutti i connettori M12 offrono una protezione minima IP67 o IP68 contro polvere, sporco e ingresso di acqua.
Garantire comunicazioni Ethernet affidabili
Le applicazioni di sensori e attuatori si basano sulla trasmissione rapida e priva di errori di segnali digitali tramite cavi. La base è Ethernet Twisted Pair (EOTP), considerato uno dei livelli fisici più importanti di Ethernet. Costituisce la base per i protocolli EtherCAT, EtherNet/IP, Profinet, CC-Link IE, Powerlink, Sercos III e Modbus TCP.
Sebbene M12A non sia il connettore originale per il quale è stata sviluppata l'interfaccia EOTP, il connettore può comunque essere utilizzato in vari modi. Ad esempio, il connettore circolare M12 a 8 pin può essere utilizzato in sostituzione di RJ45 nei sistemi di cablaggio ANSI/TIA-568 Categoria 3 per l'interfaccia Ethernet 10BASE-T a 10 Mb/s. Il cavo Cat 3 è costituito da quattro doppini intrecciati con un'impedenza differenziale tipica di 100 ohm. La Figura 1 mostra l'assegnazione consigliata quando si cabla RJ45 (spina modulare 8P8C) utilizzando connettori circolari con codifica A M12. D'altro canto, quando si collega un connettore circolare M12 con codifica A a un connettore circolare M12 con codifica A, si consiglia di utilizzare l'assegnazione dei pin mostrata nella Figura 2.
Questa assegnazione dei pin riduce al minimo la distorsione del ritardo tra la stessa coppia di contatti. Questo cablaggio è una configurazione ampiamente utilizzata per il cablaggio M12 EOTP con codifica A. Sebbene 10BASE-T utilizzi solo due coppie per la segnalazione, non è consigliabile averne solo due coppie nel cavo o utilizzare connettori circolari con codifica A a quattro poli, poiché ciò potrebbe causare confusione con altre applicazioni ampiamente utilizzate. Si consiglia invece di utilizzare connettori con codifica D per due coppie di cavi EOTP M12. Sono possibili anche altre varianti Fast Ethernet, in particolare 100Base-T per applicazioni fino a 100 Mb/s che richiedono connettori circolari con codifica D con due coppie di cavi, o superiore per Base-T per velocità dati fino a 10 Gb/s. Tuttavia, per quest'ultimo è necessario un connettore circolare con codifica X con quattro coppie di cavi.
È possibile implementare alternativamente uno standard EOTP con clock più elevato utilizzando la codifica M12-A senza compromettere la velocità e l'integrità del segnale? Per lo standard EOTP da 100 Mbit/s è possibile realizzare un'interfaccia con un connettore circolare con codifica A con la stessa assegnazione dei pin di 10-BASE-T. L'integrità del segnale deve essere considerata quando si progettano tali interfacce. L'intero gruppo cavi, compresi i connettori, deve essere conforme agli standard ANSI/TIA-568. Ciascuna coppia spina/presa e il cavo stesso presentano un budget di perdita e diafonia che non può essere superato. Si consiglia di testare i parametri S di questa interfaccia, principalmente in base alla categoria e alla lunghezza del cavo. Anche con velocità dati fino a 10 Gb/s, è possibile creare cerchi M12 con codifica A implementando le stesse assegnazioni dei pin e applicando le stesse considerazioni sull'integrità del segnale dell'interfaccia del connettore 10-BASE-T e 100-BASE-T. La lunghezza del cavo per questo tipo di interfaccia è solitamente molto più breve.
Ampia gamma di applicazioni
Questa non è affatto la fine della gamma di applicazioni per il robusto connettore circolare M12-A. Ad esempio, il sistema di comunicazione IO-Link può essere utilizzato per collegare in modo elegante sensori e attuatori intelligenti ai sistemi di automazione secondo IEC 61131-9 - utilizzando un connettore circolare M12 con codifica A a 5 pin collegato a un connettore a tre o cinque fili. cavo con nucleo da 20 metri. Le connessioni su cavi a tre fili sono chiamate "Classe A" e le connessioni su cavi a cinque fili sono chiamate "Classe B". A seconda della compatibilità incrociata richiesta, i collegamenti dei dispositivi possono essere cavi fissi oppure M12 con codifica A a 4 o 5 pin.
L'M12-A può anche gestire connessioni USB. Con la versione USB 2.0 può essere utilizzato sia come fonte di alimentazione che come bus dati ad alta velocità. I connettori circolari M12-A sono adatti per realizzare robusti gruppi di cavi USB. Nel cablaggio per USB 2.0 è necessario considerare due collegamenti di alimentazione per V-bus e GND, nonché un doppino intrecciato con un'impedenza differenziale di 90 ohm per il segnale USB. Se la connessione è una spina mini o micro-USB, i pin ID possono essere collegati in questo modo a una spina rotonda M12 a cinque pin con codifica A. Il connettore è schermato con la treccia schermante del cavo. Le lunghezze dei cavi USB sono generalmente comprese tra 1 me 3 m.
La tecnologia di connessione M12 è ideale come collegamento intermedio nei sistemi bus industriali, in particolare CANbus, RS-485, Profibus e gli strati fisici RS-422, RS-423 e RS-232. Sebbene il CANbus sia stato originariamente progettato per l'uso con piccoli connettori D-SUB, il connettore circolare codificato M12-A a cinque pin è l'interfaccia comune per CANbus. Sono necessarie solo le coppie di segnali CAN_H e CAN_L collegate ai pin 4 e 5. In questa configurazione, il dispositivo può fornire alimentazione. Per la trasmissione elettrica vengono utilizzate coppie di fili intrecciati con un'impedenza nominale di 120 ohm.
Il livello fisico RS-485 è comunemente utilizzato per i protocolli industriali Modbus, OSDP, SSCP, SCSI-2, SCSI-3, Profibus, Nanoréseau, DMX 512 e AES 3. La Figura 3 mostra la tipica piedinatura RS-485 per un 5- cavo con codifica A a polo. In alternativa è possibile utilizzare un cavo schermato a quattro conduttori. Il cablaggio dipende fortemente dalla potenza richiesta, ma include sempre almeno coppie TxD/RxD simmetriche nelle posizioni 2 e 4 per ridurre al minimo la latenza.
Profibus sostiene il concetto decentralizzato. Il fatto che Profibus possa essere adattato a diverse applicazioni utilizzando principi modulari rende questa tecnologia interessante anche nell'automazione della produzione e nelle industrie di processo. La tecnologia di connessione M12 è essenziale qui. La variante con codifica A è utilizzata per gli alimentatori, mentre il connettore circolare con codifica B è dedicato alla trasmissione del segnale Profibus (Figura 4).
Altri sistemi bus industriali che utilizzano connettori circolari M12-A includono RS-411, RS-423 e RS-232. A questo scopo sono adatti i connettori a 8, 5 e 4 pin. Il cablaggio dipende principalmente dai segnali, dall'alimentazione e dalla messa a terra richiesti.