Comparación de los conectores M12 y las alternativas en las aplicaciones industriales

Los conectores M12 son una opción de terminación de cable redondo omnipresente que se utiliza ampliamente en los diseños de robots industriales y móviles, e incluso en los de calidad de consumidor, para conectar la detección, el accionamiento y otros componentes (bus de campo y otros) a los controles y otros sistemas de la maquinaria automatizada. Las geometrías exactas y la disposición de los conductores de los conectores M12 (a menudo en los extremos de los cables con cubierta de PUR o PVC) están definidas por las normas IEC 61076-2-101 de la Comisión Electrotécnica Internacional. El nombre de M12 se origina en el hecho de que la rosca métrica de la mayoría de las tuercas de acoplamiento y los receptáculos de acoplamiento de los conectores (que se describen con más detalle en breve) son esencialmente sujetadores de 12 mm de diámetro con una rosca M12.

Docenas de opciones especializadas permiten a los ingenieros de diseño especificar corsés que se adaptan especialmente bien al diseño de la máquina o del producto. Las opciones incluyen a los que tienen:

• Cuerpos rectos y en ángulo recto
• La geometría de los cierres de cable macho y (mucho más común) hembra.
• Las partes internas protegidas y no protegidas
• Juego de cables completamente integrado, así como versiones modulares
• Versiones ligeras y blindadas
• Varios diseños y construcciones de tuercas de acoplamiento

Los conectores blindados M12 QUICKON (IDC) son un tipo de conector M12 que permite a los instaladores cablear sobre el terreno las conexiones de sus máquinas. (Fuente de video: Phoenix Contact)

Revisión de la norma M12

Los conectores M12 se lanzaron por primera vez en 1982 como un conector de tres pines no estandarizado de 7⁄8 in para un puñado de aplicaciones. La característica única del conector era (y en la mayoría de los casos sigue siendo) su tuerca de acoplamiento (una carcasa en el extremo del cable bloqueada axialmente en el extremo del cable pero que se deja girar libremente) y por lo tanto capaz de atornillar en la geometría de fijación macho o hembra correspondiente en el lado del receptáculo. Primero el conector fue estandarizado por la IEC 61076-2-101 para su uso con sensores y actuadores. Luego, en los años siguientes, el estándar se amplió para definir varios códigos M12 (detallando la geometría de los pines y las variaciones de las funciones), así como dos formatos más pequeños para su uso con actuadores, así como PLC, interruptores y E/S. Entre ellos se incluyen los conectores M8 (definidos por la norma IEC 61076-2-104 y con un diámetro de fijación de 8 mm), así como los conectores M5 (definidos por la norma IEC 61076-2-105 y con un diámetro de fijación de 5 mm).

Figura 1: La estandarización de la geometría de los conectores M12 y M8 imparte muchos beneficios, incluyendo la disponibilidad de herramientas para acelerar la instalación. Un ejemplo de ello: Los trinquetes Screwty se adaptan a un adaptador convencional de 1/4 de pulgada a través del cual el instalador puede apretar rápidamente los conectores, incluyendo conectores redondos M12 y M8 así como enchufes y tomas M12F, M8F y M23 personalizables. (Fuente de la imagen: Weidmüller)

La última iteración de la IEC 61076-2-010 (2020) contiene una de las mayores adiciones a la norma en bastante tiempo: la adición de soporte y definiciones oficiales de las conexiones en contrafase. Las compañías de cable que participan en el desarrollo del estándar incluyen a Molex, CONEC, Weidmüller, Phoenix Contact y HARTING. Los principales puntos fuertes de las conexiones en contrafase M12 son:

• Cómo reducen drásticamente el tiempo de montaje (eliminando la necesidad de enroscar las tuercas y verificando el par de torsión aplicado).
• Cómo hacen conexiones más compactas que los tradicionales conectores M12.

Figura 2: Los conectores M12 PushPull se colocan en su lugar para unir las tomas verticales y las tomas empotradas. La edición 2020 de la IEC 61076-2-010 define una norma M12 en contrafase destinada a ampliar la exitosa aplicación de los conectores M12 push-pull, que ya están en el mercado en formatos propietarios. (Fuente de la imagen: HARTING)

De hecho, la norma IEC 61076-2-010 2020 define las geometrías tanto de los subcomponentes de bloqueo internos en la mitad del conector hembra en contrafase como de los subcomponentes de bloqueo externos en la mitad del conector macho en contrafase. Eso asegura la compatibilidad cruzada entre los productos de cable.

Otra opción de conector

No hay que confundirlo con la opción M12 push-pull es otro conector redondo que se utiliza en las comunicaciones y en los periféricos industriales HMI: el conector DIN en miniatura. Aquí, DIN significa Deutsches Institut für Normung, la organización de normas de gobierno que define la estructura y las conexiones dentro de estos terminales de cable. Se basan en un ajuste de interferencia (fricción) entre un manguito en el extremo del cable para permanecer enchufado en el receptáculo al ensamblarse. Estos conectores mini-DIN de 9.5 mm (3/8 in) incluyen conjuntos de clavijas que tienen tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho o nueve conectores eléctricos dispuestos para evitar conexiones accidentales con cables mini-DIN visualmente similares. En muchos casos, los proveedores añadirán un código de color propio al extremo del cable y al receptáculo del lado de la máquina para ayudar al ensamblador a alinear las dos mitades de la conexión y hacer que la instalación sea un poco más sencilla.

Tanto los conectores mini-DIN como los M12 tienen aplicaciones distintas en las que sobresalen. Sin embargo, hay más conectores mini-DIN no estándar en el mercado que pueden permitir más libertad de diseño así como confusión. Además, el ajuste de interferencia del manguito de seguridad mini-DIN permite una rápida conexión y desconexión. Por el contrario, la fijación con tornillos de los conectores M12 tarda un poco más de tiempo en unirse, pero es inherentemente más segura.

Conteo de pines de M12 y variaciones codificadas

Figura 3: Los conectores M12 vienen en varios recuentos de pines y asignaciones de pines codificados. En algunos juegos, una tuerca de acoplamiento (atrapada axialmente en el extremo del cable) se atornilla en el receptáculo del lado del componente masculino. Originalmente, los conectores M12 tenían tres o cuatro pines; ahora están disponibles con cinco, seis, ocho o doce pines. (Fuente de la imagen: EE World)

Además del recuento de pines, los conectores M12 también están estandarizados en las versiones de código. Esto define el conjunto de clavijas, canales y muescas para evitar el apareamiento inadecuado, y el diseño del escudo electromagnético.

Los conectores M12 con código A abundan y todavía se usan para conectar en red sensores y otros pequeños dispositivos que funcionan con energía de cc. Los conectores M12 con código B son comunes en las instalaciones de PROFIBUS. Los conectores de doble ranura con código C (M12 Power) sobresalen en los diseños que requieren el suministro de energía de CA a pequeños componentes de automatización. Los conectores M12 codificados en D soportan 100 Mb/seg. de Ethernet así como la conectividad PROFINET.

Las versiones más recientes del código M12 incluyen conectores con código K y L que soportan el suministro de energía de CA y CC, respectivamente. Opciones similares son los conectores con código S (capaces de suministrar hasta 690 V para hacer funcionar motores de CA) y los conectores M12 con código T para alimentación de CC. Sin embargo, los conectores M12 con código X han experimentado el aumento más drástico en su uso para soportar Ethernet industrial de 10 Gb/seg. así como la alimentación de actuadores como motores paso a paso aprovechando la conectividad Power over Ethernet 802.3at (PoE+). Este último proporciona suficiente potencia para hacer funcionar varios actuadores a plena potencia.

Conclusión:

Atrás quedaron los días en los que el cableado y las redes físicas de las máquinas automatizadas dependían de la torsión manual, el aislamiento y la prueba de los cables desnudos a través de conductos que los electricistas tardaban cientos de horas en instalar. Los conectores M12 de la actualidad (junto con otras innovaciones en el cableado, así como una creciente variedad de juegos de cables especializados) a menudo pueden eliminar la necesidad de que los técnicos especializados ejecuten una instalación, incluso permitiendo una configuración rápida, segura y sin fallos que es fácil de reemplazar si es necesario. De hecho, los conectores M12 forman parte de una tendencia mayor en la automatización de máquinas y fábricas hacia soluciones simples, modulares y no propietarias.