電力、通信和安全系統是現代工廠的關鍵要素，它們使高度連接的價值數百萬美元的機器能夠可靠運行。此外，這些關鍵元件的接線系統必須在多年內保持可靠，同時應對熱量和振動以及應對輸入電源電壓波動、水分和高水平顆粒物等挑戰。

　　將大量布線集成到工廠中既困難又昂貴；而且，理想情況下，這是一項只應完成一次的工作。因此，重要的是確保用于構成系統的線組、連接器和配電箱堅固、可靠且可擴展，以滿足當今和未來的標準、協議和法規。

　　本文簡要概述了現代工廠的要求。然后介紹了一種模塊化方法，使用Molex的真實組件示例來構建和發展工業自動化網絡。它展示了模塊化方法如何簡化部署并滿足核心環境、運營、安全、可靠性和成本要求，同時保持足夠的靈活性以隨著工廠的發展而擴展和適應。

　　布線明天的工廠

　　工業自動化 （IA） 改變了現代工廠?，F在，通信與制造商品的大型機器的驅動器和伺服電機所用的電力一樣重要，而且隨著人類和機器人緊密合作，安全至關重要。自動化工程師面臨的挑戰是選擇和安裝電源、通信和安全布線，以利用當今的技術，同時在可擴展性方面著眼于未來。

　　這是一項艱巨的挑戰，因為工廠是一項巨大的投資，而且經久耐用。在其生命周期中，制造技術將不斷發展，僅在幾年前還令人滿意的布線系統可能不再適用。此外，隨著生產能力的增加，每個額外的系統都需要自己的連接性，而為工廠重新布線不僅昂貴且耗時，而且還意味著昂貴的機器處于閑置狀態。

　　工程師越來越多地轉向模塊化系統，該系統在同一護套中容納電源、通信和安全布線，同時允許未來以備用電線的形式增長。這種方法的一個關鍵部分是 M23 連接器系統，之所以這么稱呼是因為電纜耦合器的螺紋直徑為 23 毫米 （mm）。該系統相對容易組裝和測試，并提供強大而可靠的電力和通信基礎設施（圖 1），

　　M23 連接器和電纜設計用于維修工業自動化常見的電驅動器、伺服電機和編碼器。M23 系統具有一系列用于數據、通信以及組合電源和數據的插件和外殼，使其同樣適用于涉及信號或電力傳輸的應用。M23 線組可以在 9、18 或 30 安培 （A） 的電流下承載 250、630 或 800 伏的電壓。

　　M23 布線不受國際標準的約束。然而，制造商通常遵循有關允許互操作性的電線組制造的建議。因此，M23 可以被視為事實上的標準。

　　M23 系統的一個變體是 M12，它具有 12 mm 的耦合螺紋直徑。由于 M12 不用于供電，因此線組更緊湊，節省了成本和空間（圖 2）。

　　M23/M12 成功的關鍵在于其靈活性。首先，設計人員可以選擇通過指定電纜、耦合器、插座、插入件、連接器外殼，甚至配合引腳的直徑來構建自己的定制系統。聯軸器有直的和有角度的設計，并且可以采購具有多種銷數和圖案的插入件。結果是為幾乎任何應用程序提供了廣泛的可定制變體。

　　或者，設計人員可以從一系列工廠提供的電纜/耦合器或電纜/插座組件中進行選擇。選擇預制產品的優勢在于可以節省組裝時間，并確保電纜和連接器的完整性已經過工廠測試。與從頭開始構建相比，缺點是解決方案的范圍相對有限。然而，預建的范圍仍然很廣，涵蓋了大多數工廠自動化選項的連接器替代品和電纜長度，包括旋轉機器、焊接機器人或自動化裝配設備。

　　防止污染、振動和 EMC

　　除了一些例外，例如食品、藥品和高科技電子產品的制造，工廠環境通常充滿濕氣、灰塵、油脂和其他污染物，這些污染物是電氣系統的敵人。在其他應用中，電纜和連接器解決方案可能需要耐受生產和清潔過程中使用的酸和堿溶液，因此它們能夠抵抗所有液體、顆粒和其他物質的滲透至關重要。

　　所需的對污染物的特定抵抗力將根據工廠要求而變化。制造商有助于根據 IP 分類系統對其產品進行分類。IP 等級表示產品提供的防護等級，由國際標準 EN 60529 定義。

　　該方案包括兩個數字，第一個數字代表對固體物體的保護水平，從遇到導電體可能會造成危險的工具或手指，到可能損壞電路的空氣中的污垢和灰塵。第二個數字定義了對各種滴水、噴霧或浸沒的保護。范圍從 IP00（無防塵或防水保護）到 IP69（完全防塵和強大的高溫水射流保護）。

　　不僅僅是污染物會導致設計不良的工廠電氣系統出現問題。電纜組件還可能受到熱應力、振動和機械彎曲的影響（尤其是在電纜可以持續運動的機器人應用中）。此外，工廠通常擁有大型電動機，這些電動機會消耗大量啟動電流，從而產生功率和電壓浪涌以及電磁干擾 （EMI），從而擾亂精密的通信系統。

　　M23 和 M12 電纜組件專為應對工廠環境而設計，其螺紋連接器可抵抗振動和機械負載。對于具有挑戰性的 EMI 環境，電纜組制造商通常會提供帶有集成屏蔽的選項。

　　例如，Molex 提供一系列特別堅固的電源線及其Brad ? 120480 M23 電源包覆成型電線組。這些電纜組件專為要求苛刻的環境而設計，具有塑料包覆成型護套以保護電纜/連接器接頭和可選的 EMI 屏蔽等功能。它們的離散長度從 1 米 （m） 到 20 m 不等，并且為高能見度的橙色（圖 3）。

　　電纜有六極或八極（線）版本。最大電壓和電流為 800 伏特和 18 安培，接觸電阻為 3 歐姆 （Ω），絕緣電阻為 100 兆歐 （MΩ）。這些線組可在 25°C 至 +85°C 的溫度范圍內運行，并提供 IP67 防塵和防水等級，一旦配接。

　　M23 等模塊化系統的優勢在于，可以隨著工廠的發展迅速建立和調整工廠布線。該系統允許工程師輕松地將布線網絡連接在一起，并將電纜末端直接連接到配備 M23 插座的機器上。該接線不僅提供工廠自動化所需的高電壓和電流，而且還能夠支持以太網、EtherCAT、Modbus 和 PROFINET 等工廠通信系統（圖 4）。

　　圖 4：隨著新制造單元的添加，M23 布線可以更輕松地擴展工廠有線網絡。（圖片來源：莫仕）

　　確保工廠安全

　　連接性在現代工廠中起著關鍵作用。控制和更新設備是網絡工作的重要組成部分，但工廠自動化安全也很重要，尤其是在人和機器人靠近的地方。該機器人通常具有多個傳感器，以在工人侵入工作范圍時停止移動，并且安全單元由互鎖的門和檢修面板完成。所有這些系統都需要連接，如果每個傳感器都由主要工廠網絡的一個分支提供服務，那么有線網絡很快就會變得復雜和笨重（圖 5）。

　　圖 5：機器人工作單元需要重要的安全系統來保護工廠自動化環境中的工人。（圖片來源：莫仕）

　　相反，工程師正在通過使用連接到主要工廠網絡的多端口互連系統 （MPIS） 配電箱來簡化事情。從那里，M12 控制電纜連接到盒子的輸出，以連接制造單元的安全系統。一個例子是 Molex 堅固的 IP67 等級1202480510安全 MPIS 配電箱，它有助于管理安裝在機器周圍的安全設備（圖 6）。

　　電箱簡化了安全接線，同時節省了空間和成本。（圖片來源：莫仕）

　　1202480510 具有用于連接到主要工廠網絡的 5 m 長集成電纜、四個 M12 八針端口以及四個 M12 四針和五針端口在一個外殼中。配電箱允許在有限空間內安裝標準 I/O 布線系統，同時最大限度地提高安全設計的靈活性。每個端口可以處理高達 30 伏的直流電壓，最大電流為 4 A（配電箱的總電流為 12 A）。配電箱設計用于 Molex 的 1 m、M12、8 極1200652383 Micro-Change 系列和 1 m、M12、4 極1200652378版本等電線組。

　　結論

　　工廠自動化需要強大、可靠和可擴展的電源、通信和安全布線網絡?；?M23 和 M12事實標準的模塊化系統簡化了初始安裝并滿足了這些要求。他們使用的電線組和配電箱在制造時考慮到了嚴苛的工廠環境，使其能夠抵抗灰塵和濕氣，并能夠應對極端溫度、振動和機械應力。