Come soddisfare i requisiti di connessione imposti dalle più recenti applicazioni industriali

La connessione è un elemento critico all'interno delle applicazioni industriali e i componenti ad essa dedicati devono essere dotati di caratteristiche speciali in grado di garantirne un funzionamento sicuro anche in presenza di sollecitazioni, vibrazioni e alte temperature. Questi fattori possono causare interruzioni nella trasmissione dei dati o cali di potenza che potrebbero avere serie conseguenze, anche in termini economici. Inoltre, le linee di produzione potrebbero rimanere bloccate durante le operazioni di ricerca del guasto e durante la sostituzione degli elementi danneggiati. Ancora, il componente da sostituire potrebbe essere collocato in posizione difficile, ritardando ulteriormente la ripresa delle attività. Queste pause possono influire notevolmente sui processi di produzione e, in ambito industriale, potrebbero avere conseguenze molto serie: pertanto si consiglia vivamente di prendere in considerazione i diversi fattori che potrebbero incidere sull'integrità dei connettori. Spesso, le infrastrutture industriali impongono forti limitazioni di spazio, rendendo difficile l'installazione di schede elettroniche e circuiti.

La migrazione verso Industria 4.0 (IIoT) impone di implementare all'interno dei sistemi di automazione livelli di funzionalità più alti che in precedenza per permettere di accedere a tutte quelle informazioni utili ad incrementare l'efficienza delle operazioni. A questo scopo, è necessario da parte dei progettisti uno sforzo maggiore, non solo in riferimento alla progettazione delle schede, ma anche nel trovare il miglior modo per assemblarle tra loro. Con la realizzazione di sistemi sempre più sofisticati in spazi sempre più ristretti, è d'obbligo utilizzare soluzioni a più alta densità. Ciò significa che i componenti che li costituiscono non solo devono essere allocati entro il poco spazio disponibile, ma neppure devono impattare negativamente sulla dissipazione termica del sistema, ostacolando il flusso di aria che lambisce la scheda che li supporta. Anche se fino a pochi anni addietro connettori a passo 2mm. erano del tutto accettabili, ora è d'obbligo ricorrere a connettori con profilo più basso e con passo più stretto. Se per ottimizzare la robustezza meccanica è consigliabile una struttura in plastica infrangibile, un ampio campo di temperatura operativa è altrettanto irrinunciabile. In tali ristrettezze di spazio, è spesso necessario ricorrere a tecnologie di interconnessione che consentono il cosiddetto "blind mating" per evitare l'eventualità di una cattiva connessione e il danno che ne consegue.

Inoltre, i connettori dovrebbero avere caratteristiche di isolamento tali da conformarsi con i livelli industriali tipici in termini di tensione e di picchi eccezionali di carico. Anche se alcuni connettori possono essere collocati in posizioni difficili da raggiungere, altri dovranno essere più facilmente accessibili per consentire operazioni di test o di riconfigurazione del sistema: in tal caso dovrà essere tenuta in evidenza la necessità di resistere a molti cicli di inserzione. Trovare una soluzione in grado di coniugare robustezza e compattezza può essere difficile e, spesso, è necessario arrivare a compromessi. I progettisti devono quindi utilizzare connettori miniaturizzati e con il massimo numero necessario di contatti, ma in grado di sopportare le condizioni che potrebbero accorciarne la vita. E, altro requisito fondamentale, che siano compatibili con procedure automatiche di assemblaggio.

Soluzioni possibili ma non sempre efficaci

A questo punto, le opzioni da considerare non sono poi molte. La prima consiste nel mettere a specifica un prodotto commerciale con prestazioni standard. In effetti, ciò aiuterà a minimizzare gli investimenti ma, nonostante la sua semplicità e immediatezza, questo approccio può essere molto rischioso, dato che non esiste certezza che il connettore scelto sia in grado di soddisfare le necessità operative nel lungo termine. Una seconda alternativa è l'impiego di un connettore ad alta affidabilità (come quelli utilizzati nei settori militari e aerospaziali), che comunque comporterà un alto costo unitario. Un'altra opzione è quella dell'approccio custom, che prevede la realizzazione di un connettore appositamente concepito per il sistema. Oltre a un notevole incremento delle spese, questa soluzione dilaterà i tempi e aumenterà le difficoltà di ingegnerizzazione. Ma non solo: eventuali cambiamenti futuri nei requisiti del sistema potranno rendere il connettore customizzato inutilizzabile, col risultato di aver sprecato tempo e denaro. In sostanza, nessuno di questi approcci è privo di rischi e svantaggi.

Una nuova famiglia di connettori board-to-board

Al fine di superare le difficoltà descritte e forte della propria esperienza, il team tecnico di Harwin si è reso conto della necessità di realizzare una nuova serie di connettori board-to-board con prestazioni superiori a quelle del già esistente catalogo PCB e in grado di soddisfare i requisiti di installazioni ad alta densità. Da questo progetto è nata la famiglia di prodotti Archer Kontrol. Adatte ad una vasta gamma di complesse esigenze industriali, queste nuove soluzioni di interconnessione miniaturizzate a passo 1.27mm uniscono alti livelli di robustezza meccanica e di flessibilità. Con una corrente nominale per contatto di 1,2A, e in versioni da 12, 16, 20, 26, 40, 50, 68 o 80 pin, i connettori della nuova serie sono disponibili nelle configurazioni edge-to-edge, board-to-board parallele o mother-to-daughterboard ad angolo retto.

Per una maggiore flessibilità, anche l'altezza varia a seconda dei modelli, in modo da permettere una disposizione delle schede nella distanza più confacente al layout della apparecchiatura. Grazie al loro completo rivestimento, i nuovi connettori garantiscono alti livelli di resistenza a vibrazioni e altre sollecitazioni meccaniche, mentre la polarizzazione dell'involucro e la profondità dei contatti facilitano il blind mating, con possibilità di sopportare fino a 500 cicli di inserzione/disinserzione. La minima resistenza d'isolamento è di 1000MΩ fino a 500V AC con temperatura operativa compresa tra -55°C e +125°C. I connettori sono disponibili nelle confezioni tape e reel e possono essere assemblati con appareccchiature pick-and-place.

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