ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมและสายเคเบิล

By Jeff Smoot, VP of Apps Engineering and Motion Control at Same Sky

มีพินหรือหน้าสัมผัสหลายตัวสำหรับถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้า สัญญาณ หรือข้อมูล คอนเนคเตอร์แบบวงกลมเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าทรงกระบอกขนาดต่าง ๆ กันซึ่งได้รับการออกแบบมาให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่าง ๆ เรียกอีกอย่างว่าการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบวงกลม โครงสร้างแบบวงกลมช่วยเพิ่มความทนทานและต้านทานต่อการสั่นสะเทือนและความเสียหายจากแรงกระแทก สัญญาณหรือการรบกวนจากภายนอก การรุกล้ำจากสิ่งแทรกแซงที่อยู่ในสิ่งแวดล้อม และความดันหรืออุณหภูมิที่สูงมาก

เนื่องจากประสิทธิภาพสูงในสภาวะสุดขั้วเช่นนี้ คอนเนคเตอร์และสายเคเบิลแบบวงกลมจึงมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมและโรงงานอัตโนมัติ การใช้งานอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบรักษาความปลอดภัยและการป้องกัน การบินและอวกาศ และอื่น ๆ ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมครอบคลุมการนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายตั้งแต่ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมมาตรฐานไปจนถึงรุ่น DIN, เมตริก, Hermetic, Push-Pull, Keyed, Mixed Signal และ Micro หรือ Nano นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกแบบไฮบริดที่รวมพลังงาน สัญญาณ และข้อมูลไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียว บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ตัวเชื่อมต่อและสายเคเบิลแบบวงกลมมาตรฐานเป็นหลัก รวมถึงโครงสร้างพื้นฐาน การกำหนดและรหัส เกณฑ์การเลือก และอื่น ๆ

โครงสร้างตัวเชื่อมต่อแบบวงกลม

ด้วยรูปทรงกระบอก คอนเนคเตอร์แบบวงกลมจึงมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงกว่าคอนเนคเตอร์รูปทรงอื่น ๆ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยเพิ่มความทนทานต่อความเสียหายจากการกระแทก องค์ประกอบภายนอก และการหลุดแยก ในขณะเดียวกันก็ให้ความทนทานในการใช้งานที่มีรอบการ mating บ่อยครั้ง

จำนวนของหน้าสัมผัสภายในรวมถึงเค้าโครงของหน้าสัมผัสเหล่านั้นจะแตกต่างกันไปตามตัวเชื่อมต่อและประเภทแอปพลิเคชัน เพื่อให้แน่ใจว่าการจัดตำแหน่งและการเสียบที่ถูกต้องในอุปกรณ์จับคู่ที่เข้ากันได้ เปลือกคอนเนคเตอร์แบบวงกลมมักสร้างด้วยเกลียวเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อแบบสกรูเข้าได้อย่างปลอดภัยมากขึ้น ซึ่งการสั่นสะเทือนหรือปัจจัยอื่น ๆ อาจทำให้เกิดการแยกส่วนที่ไม่พึงปรารถนา ระบบการเชื่อมต่อประเภทอื่น ๆ ได้แก่ การล็อกด้วยตัวล็อคแบบดาบปลายปืน การล็อคแบบกด/ดึง และการล็อคแบบสแนป

จากระดับสูง คอนเนคเตอร์แบบวงกลมแต่ละอันประกอบด้วยสี่ส่วนหลัก (รูปที่ 1 และ 2):

รูปภาพของโครงสร้างพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมตัวเมียรูปที่ 1: โครงสร้างพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมตัวเมีย (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

  1. หน้าสัมผัส : พินและซ็อกเก็ตภายในที่อยู่ในตัวเชื่อมต่อที่ใช้เพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า คู่ mating ประกอบด้วยหน้าสัมผัสตัวผู้และซ็อกเก็ตตัวเมีย
  2. ฉนวน: ส่วนประกอบนี้ห่อหุ้มหน้าสัมผัสและฉนวนออกจากกันและเปลือกของขั้วต่อ นอกจากนี้ยังมีระยะห่างที่เหมาะสมของหน้าสัมผัสและถือไว้ในตำแหน่งที่ถูกต้อง
  3. กรอบ: ในฐานะที่เป็นฝาครอบด้านนอกของคอนเนคเตอร์ กรอบจะปกป้องหน้าสัมผัสและฉนวนในขณะที่ให้กลไกการจัดตำแหน่งและการเชื่อมต่อสำหรับการจับคู่คอนเนคเตอร์สองซีก
  4. อุปกรณ์เสริม: สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงพิน กุญแจ แหวน แคลมป์ ปะเก็น และส่วนประกอบเพิ่มเติมที่ใช้เพื่อนำทาง ยึดตำแหน่ง และซีลส่วนต่าง ๆ ของตัวเชื่อมต่อ

ภาพโครงสร้างพื้นฐานของคอนเนคเตอร์กลมตัวผู้รูปที่ 2: โครงสร้างพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมตัวผู้ (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

การกำหนดและรหัสตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมทั่วไป

บางทีคอนเนคเตอร์กลมประเภทที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือมาตรฐานสไตล์ M ที่ใช้สำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ในแอปพลิเคชันเครือข่ายอุตสาหกรรม “M” เรียกง่าย ๆ ว่าขนาดของเกลียวเมตริกบนน็อตข้อต่อและเต้ารับเข้าคู่ ซึ่งทำให้เรามีคอนเนคเตอร์ประเภท M5 (ตัวยึดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มม.) M8 (8 มม.) และ M12 (12 มม.) ทั่วไป คอนเนคเตอร์กลมและสายเคเบิล M12 เป็นประเภทที่พบมากที่สุดเนื่องจากเป็นมาตรฐานระดับโลกสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์

โดยรวมแล้ว คอนเนคเตอร์สไตล์ M ยังแบ่งออกเป็นหลายประเภทซึ่งกำหนดคีย์และรูปร่างของคอนแทคเลนส์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อที่เหมาะสม การกำหนดและรหัสเหล่านี้กำหนดไว้ดังนี้ (รูปที่ 3):

  • A – คอนเนคเตอร์สำหรับเซนเซอร์, ไฟ dc และ 1 Gbit Ethernet (โปรโตคอลสำหรับเชื่อมต่อระบบคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างเครือข่าย)
  • B – ตัวเชื่อมต่อสำหรับ Fieldbus (เครือข่ายคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมสำหรับการควบคุมแบบกระจาย) และ Profibus (มาตรฐานเครือข่ายดิจิทัลที่ให้การสื่อสารระหว่างเซ็นเซอร์ภาคสนามและระบบควบคุม)
  • C – ตัวเชื่อมต่อที่มีรูกุญแจคู่เพื่อเพิ่มความปลอดภัย ใช้สำหรับไฟ ac สำหรับเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์
  • D – ตัวเชื่อมต่อสำหรับระบบ 100 Mbit Ethernet และ Profinet (โปรโตคอลสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างตัวควบคุมและอุปกรณ์)
  • X – ตัวเชื่อมต่อสำหรับแอพพลิเคชั่นความเร็วสูง 10 Gbit Ethernet รวมถึงจ่ายไฟผ่านอีเธอร์เน็ต (PoE)
  • S – ขั้วต่อสำหรับไฟ ac (เปลี่ยนสำหรับชิ้นส่วนรหัส C)
  • T – คอนเนคเตอร์สำหรับไฟกระแสตรง (สำหรับเปลี่ยนสำหรับชิ้นส่วน A – อะไหล่ที่เข้ารหัส)

ภาพภาพรวมทั่วไปของตัวเลือกอินเทอร์เฟซต่างๆ สำหรับคอนเนคเตอร์แบบ Mรูปที่ 3: ภาพรวมทั่วไปของตัวเลือกอินเทอร์เฟซต่าง ๆ สำหรับขั้วต่อแบบ M (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

เกณฑ์การเลือกตัวเชื่อมต่อแบบวงกลม

มีรายการข้อมูลจำเพาะและข้อควรพิจารณามากมายเกือบไม่รู้จบเมื่อเลือกคอนเนคเตอร์กลมและ/หรือสายเคเบิลสำหรับการออกแบบ นอกเหนือจากการตัดสินใจว่าขั้วต่อพลาสติกแบบกลม (CPC) หรือขั้วต่อเปลือกโลหะแบบกลม (CMC) เหมาะสมกว่ากัน ต่อไปนี้เป็นรายการพารามิเตอร์ที่ค่อนข้างครอบคลุมที่ควรพิจารณา:

  • เพศ (ตัวผู้/ตัวเมีย): ปลายตัวผู้รวมขาสัมผัสที่เสียบเข้ากับซ็อกเก็ตตัวเมีย (รูปที่ 4 และ 5) ปลั๊กและเต้ารับส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อจับคู่ภายในแบรนด์หรือผู้ผลิตของตนเอง คอนเนคเตอร์จากผู้ผลิตหลายรายมักจะไม่เชื่อมต่อถึงกัน ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว ตัวเชื่อมต่อจะถูกจัดหามาเป็นคู่ที่จับคู่กัน

ภาพการผสมพันธุ์ของคู่ตัวต่อวงกลมตัวผู้และตัวเมียรูปที่ 4: การ mating ของคอนเน็กเตอร์แบบวงกลมตัวผู้และตัวเมีย (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

  • จำนวนหน้าสัมผัส: จำนวนพินนำไฟฟ้าในตัวเชื่อมต่อที่ต้องใช้เพื่อส่งสัญญาณ ข้อมูล หรือกำลังไฟ ตัวเลขนี้มีตั้งแต่ 1 ถึงหลักร้อย
  • ขั้ว: ลวดหรือสายเคเบิลจะเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสนำไฟฟ้าในขั้วต่อได้อย่างไร รวมถึงการบัดกรี การพันลวด การดึงหรือการย้ำ
  • ขนาดหน้าสัมผัส: เส้นผ่านศูนย์กลางของหน้าสัมผัสแต่ละเส้นหรือเกจของเส้นลวดที่สามารถจับคู่กับหน้าสัมผัสแต่ละหน้าได้
  • พิกัดแรงดันและกระแส: แรงดันไฟฟ้าสูงสุด แสดงเป็นโวลต์ (V) หรือกระแสไฟฟ้า แสดงเป็นแอมป์ (A) ที่ขั้วต่อได้รับการออกแบบมาให้ใช้งานได้
  • ความถี่ในการสอดแทรก: ตัวเชื่อมต่อจะเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อบ่อยเพียงใด หรือที่เรียกว่ารอบการ mating ความถี่ของการเชื่อมต่ออาจต้องใช้ขั้วต่อหรืออุปกรณ์เสริมป้องกันสายเคเบิลที่แข็งแรงมากขึ้น
  • สไตล์การติดตั้ง: ตัวเลือกการติดตั้งทั่วไป ได้แก่ ตัวยึดสายเคเบิล ตัวยึดแผง หรือตัวยึดพื้นผิว
  • รูปแบบการ mating หรือการล็อค: เสนอการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยของตัวเชื่อมต่อและสามารถรวมดาบปลายปืน สลัก กดดึง เธรด และตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว
  • ประเภทแบ็คเชลล์: เกลียวที่ด้านสายเคเบิลของคอนเนคเตอร์แบบวงกลมเพื่อให้รองรับสายเคเบิลได้อย่างปลอดภัย ประเภทแบ็คเชลมีทั้งแบบตรง มุมฉาก หางถักเปีย สปริง สายรัดแบบซีล และแบบจีบ
  • วัสดุที่ใช้: วัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับตัวคอนเนคเตอร์ ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิม อะลูมิเนียม พลาสติก คอมโพสิต หรือทองเหลือง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดและงบประมาณในการออกแบบ
  • การป้องกันทางเข้า:การจัดอันดับ IP ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEC 60529 ซึ่งครอบคลุมการป้องกันของแข็งและของเหลวที่เข้าสู่ตัวขั้วต่อ ANSI 60529 ครอบคลุม IP ในสหรัฐอเมริกา และ EN 60529 ครอบคลุมในยุโรป
  • ปลั๊กและซ็อกเก็ต: ไม่มีแบบแผนการตั้งชื่อมาตรฐาน ดังนั้นผู้ผลิตแต่ละรายอาจใช้คำอื่น แต่โดยทั่วไปแล้วซ็อกเก็ตและแจ็คจะเกี่ยวข้องกับตัวเชื่อมต่อแบบกลมที่ติดตั้งบนแผงควบคุม ในขณะที่ปลั๊กเกี่ยวข้องกับชุดสายเคเบิลของตัวเชื่อมต่อแบบกลม

รูปภาพแสดงวิธีกำหนดแจ็คและปลั๊กของเพศต่าง ๆรูปที่ 5: วิธีกำหนดแจ็คและปลั๊กของเพศต่าง ๆ (แหล่งรูปภาพ: อุปกรณ์ CUI)

สรุป

คอนเนคเตอร์จะสัมผัสกับสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมหรือจุ่มน้ำหรือไม่ คอนเนคเตอร์ต้องการการป้องกันจากสัญญาณ EMI หรือ RFI หรือไม่ คอนเนคเตอร์จะได้รับการสั่นสะเทือนมากเกินไปหรือมีการกระแทกบ่อยครั้งหรือไม่ คำตอบของแต่ละข้อจะช่วยกำหนดคุณภาพ คุณสมบัติ และอุปกรณ์เสริมที่จำเป็น แต่ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชันการเชื่อมต่อระหว่างกันที่เชื่อถือได้และทนทานเมื่อต้องรับมือกับสภาวะการใช้งานที่สมบุกสมบัน Same Sky นำเสนอผลิตภัณฑ์ คอนเนคเตอร์แบบวงกลม ที่หลากหลายและชุดสายเคเบิลแบบวงกลม ที่สามารถตอบสนองความท้าทายด้านการออกแบบเหล่านี้ได้

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.

About this author

Jeff Smoot, VP of Apps Engineering and Motion Control at Same Sky

Article provided by Jeff Smoot of Same Sky.