La primera elección para aplicaciones industriales

Cuando es posible combinar conectores de distintos fabricantes, nos encontramos ante un estándar. Este es el caso de los conectores circulares M12. Los conectores industriales representan una interfaz compacta y estandarizada, que es adecuada para muchas aplicaciones: desde la transmisión de señales y datos hasta la transmisión de energía. Prácticamente todo es posible con este conector robusto, de gran resistencia mecánica y medioambiental y de larga vida útil. El término M12 hace referencia al diámetro nominal de 12 mm de la rosca de cierre. La amplia gama de aplicaciones de los conectores M12 también se ve reflejada en el número de codificaciones mecánicas que cumplen con los estándares (DIN EN 61076-2-xxx) para las respectivas áreas de aplicación.

La forma mecánica de codificación A es la base de todas las codificaciones M12. Todos los demás sistemas de cierre mecánico se han desarrollado a partir de dicho formato, por lo que existen diferentes codificaciones (A, D, L, X, S, etc.), cada una con diferentes números de contactos. Aunque las interfaces M12 pueden tener entre 2 y 17 contactos, en la práctica las más utilizadas son de tres, cuatro, cinco, ocho o doce contactos. El número de contactos depende de los distintos requisitos. Por ejemplo, los sensores y las aplicaciones de alimentación eléctrica requieren tres y cuatro contactos, las aplicaciones Profinet y Ethernet precisan cuatro y ocho contactos, mientras que Fieldbus, CAN bus y DeviceNet suelen requerir cuatro y cinco contactos. Para la transmisión de señales sofisticadas se requieren doce contactos. La tabla 1 muestra una visión general de los protocolos y el número de contactos del conector necesarios a nivel físico.

Würth Elektronik eiSos ofrece los conectores circulares M12 como conectores macho y hembra con codificación A (DIN EN 61076-2-101). M12-A admite señales con opción de fuente de alimentación DC, que son especialmente adecuadas para aplicaciones de bus de campo en la automatización industrial. La familia WR-CIRCM12 con encapsulado de cierre roscado y latiguillo está disponible con 4, 5 u 8 contactos. La gama actual de productos de Würth Elektronik eiSos incluye conectores macho y conectores hembra para el montaje en armarios de control y para el montaje en paneles con cables precableados con copas de soldadura o versiones THT para PCB. Los campos de aplicación comprenden entornos industriales, en particular, la automatización y robótica, así como el campo de las energías renovables, la tecnología de la comunicación y la ingeniería mecánica. Además, los modelos cableables en panel y en campo de los conectores M12 cuentan con la certificación cULus (UL2238). Todos los conectores M12 ofrecen una protección mínima IP67 o IP68 frente a la entrada de polvo, suciedad y agua.

La transmisión rápida y sin errores de señales digitales por cable es vital para las aplicaciones de sensores y actuadores. Como base se emplea Ethernet sobre par trenzado (EOTP), que se considera una de las capas físicas más importantes para Ethernet. Sirve de base para los protocolos EtherCAT, EtherNet/IP, Profinet, CC-Link IE, Powerlink, Sercos III y Modbus TCP.

Aunque el M12A no es el conector original sobre el que se desarrolló la interfaz EOTP, sigue siendo posible utilizar el conector en diversas adaptaciones. Por ejemplo, el conector circular M12 de ocho contactos puede utilizarse como sustituto del RJ45 en un sistema de cableado de categoría 3 ANSI/TIA-568 utilizado para la interfaz Ethernet 10BASE-T a 10 Mb/s. El cable Cat 3 consta de cuatro pares trenzados con una impedancia diferencial típica de 100 Ohmios. La figura 1 muestra la asignación recomendada al cablear un RJ45 (conector macho modular 8P8C) con un conector circular M12 con codificación A. Por otro lado, al cablear un conector circular M12 con codificación A con un conector circular M12 con codificación A, se recomienda una asignación de contactos como la que se muestra en la fig. 2.

Figura 1. Transmisión 10BASE-T: recomendación para cablear un RJ45 (conector macho modular 8P8C) con un conector circular M12 con codificación A.

Esta asignación de contactos minimiza el desfase de retardo entre contactos del mismo par. Este cableado es una configuración muy utilizada para el cableado M12 EOTP con codificación A. Aunque 10BASE-T utiliza solo dos pares para la transmisión de señales, no es recomendable disponer de solo dos pares en el cable ni utilizar un conector circular de cuatro polos con codificación A, ya que puede dar lugar a confusiones con otras aplicaciones muy utilizadas. Por otro lado, se recomienda un conector con codificación D para el cableado EOTP de dos pares con M12. También son posibles otras variantes de Fast Ethernet, en concreto, 100Base-T para aplicaciones de hasta 100 Mbps, que requieren conectores circulares con codificación D con cables de dos pares, o Base-T superior para velocidades de transmisión de datos de hasta 10 Gbps. Para esta última opción, sin embargo, se precisan conectores circulares con codificación X con cables de cuatro pares.

La cuestión es si el estándar EOTP con mayor frecuencia de reloj puede implementarse alternativamente con M12 de codificación A sin comprometer la velocidad ni la integridad de la señal. Para el estándar EOTP de 100 Mbit/s es posible crear una interfaz con un conector circular con codificación A siguiendo la misma asignación de contactos que para 10-BASE-T. A la hora de diseñar una interfaz de este tipo, debe tenerse en cuenta la integridad de la señal. Todo el latiguillo, inclusive los conectores, debe cumplir la norma ANSI/TIA-568. Cada uno de los pares conector macho/conector hembra y el propio cable tienen un umbral de pérdidas y diafonía que no debe superarse. Es recomendable probar los parámetros S de una interfaz de este tipo, que dependen principalmente de la categoría y la longitud del cable. Incluso a velocidades de transmisión de datos significativamente superiores, de hasta 10 Gbit/s, es posible crear una interfaz con un conector circular M12 con codificación A implementando la misma asignación de contactos que para 10-BASE-T y 100-BASE-T y aplicando las mismas consideraciones de integridad de la señal. Por lo general, una interfaz de este tipo tendrá una longitud de cable mucho menor.

Existen más aplicaciones para los robustos conectores circulares M12-A. Por ejemplo, el sistema de comunicación IO-Link puede utilizarse para conectar de forma inteligente sensores y actuadores inteligentes a un sistema de automatización conforme a la norma IEC 61131-9. Para ello se utilizan conectores circulares M12 de cuatro o cinco contactos con codificación A que se conectan a cables de 20 metros de tres o cinco conductores. La conexión en el cable de tres conductores se denomina “Clase A“y la conexión conectada a un cable de cinco conductores, ”Clase B”. La conexión del dispositivo puede ser un cable cautivo o una codificación M12 A de cuatro o cinco contactos, en función de la compatibilidad cruzada que se desee.

La tecnología de conexión M12 resulta ideal como enlace intermedio para sistemas de bus industriales, en particular, para CANbus, RS-485, Profibus y los niveles físicos RS-422, RS-423 y RS-232. Aunque CANbus se diseñó inicialmente para ser utilizado con un pequeño conector D-SUB, el conector redondo M12 con codificación A de cinco contactos es una interfaz muy popular para CANbus. Tan solo es obligatorio el par de señales CAN_H y CAN_L, que se cablea a los contactos 4 y 5. El dispositivo puede recibir alimentación eléctrica en esta configuración. Para la transmisión eléctrica se utilizan pares de cables de señal trenzados con una impedancia nominal de 120 ohmios.

La capa física RS-485 suele utilizarse para los protocolos industriales Modbus, OSDP, SSCP, SCSI-2, SCSI-3, Profibus, Nanoréseau, DMX 512 y AES 3. La figura 3 muestra una asignación de contactos RS-485 típica para cables de 5 polos con codificación A. Alternativamente, pueden utilizarse cables apantallados de cuatro conductores. El cableado depende en gran medida de la fuente de alimentación requerida, pero siempre incluye al menos el par simétrico TxD/RxD en las posiciones dos y cuatro para minimizar el tiempo de retardo.

Profibus permite implementar conceptos descentralizados. El hecho de que Profibus pueda adaptarse a diferentes aplicaciones mediante un principio modular también hace que esta tecnología resulte atractiva en la automatización de la producción y la industria de procesos. En este escenario, la tecnología de conexión M12 resulta indispensable. Mientras que las variantes con codificación A se utilizan para fuente de alimentación, los conectores circulares con codificación B están diseñados específicamente para la transmisión de señales Profibus (Fig. 4).

Otros sistemas de bus industriales en los que se utilizan los conectores circulares M12 con codificación A son el RS-411, el RS-423 y, por último, el RS-232. Son adecuados los conectores de ocho, cinco y cuatro polos. El cableado depende principalmente de las señales requeridas, de la fuente de alimentación y de la puesta a tierra requerida.

Familia de conectores circulares M12 con codificación A WR-CIRCM12

El artículo técnico forma parte de la Nota de Aplicación ANE019 de Würth Elektronik eiSos y puede descargarse en www.we-online.de/ane019.

Gama de productos completa

Würth Elektronik eiSos dispone de la tecnología de conexión M12-A adecuada para Ethernet, sistemas de bus industrial, USB 2.0 e I/O-Link. Por lo que respecta a los conectores circulares, los usuarios pueden elegir entre versiones soldadas con tecnología THT para PCB en diseño horizontal y vertical. También existen soluciones de cable para montaje en panel con copas de soldadura o versiones precableadas. Todas las piezas están disponibles en versiones de metal y plástico con recortes para panel PG9, M12 y M16 y en configuraciones de 4, 5 y 8 contactos, así como con protección IP68. Würth Elektronik también proporciona latiguillos M12 con codificación A y con protección IP67 como solución de una sola cara, disponibles en formato recto y acodado, así como macho y hembra con 4, 5 y 8 contactos. Las tuercas de acoplamiento pueden fabricarse de metal o plástico; también están disponibles acoplamientos metálicos apantallados. Se garantiza una transmisión de datos fiable en una longitud de cable de hasta 2 m. Soluciones de cable personalizadas disponibles previa solicitud. Por último, las soluciones de copa de soldadura acoplables en campo garantizan una gran flexibilidad en la aplicación correspondiente, dado que están disponibles en formato macho y hembra de cuatro, cinco y ocho polos, se pueden montar en campo y cumplen con la clase de protección IP68. También en este caso, las tuercas de acoplamiento pueden ser de metal y plástico.

Baptiste Bouix.

Autores

Baptiste Bouix, Product Manager International en Würth Elektronik France. Entre otras áreas, es responsable de los conectores de placa a placa, conectores para tarjetas y conectores Ethernet. Anteriormente, trabajó en la industria microelectrónica en la investigación y desarrollo de procesos de fabricación. Licenciado en ciencias de los materiales y nanotecnología, atesora una amplia experiencia en tecnologías de silicio, procesamiento de señales y tecnología de medición, y con los años se ha convertido en un especialista en la gestión y el diseño de productos orientados a la cadena de señales.

Caroline Poulard, Product Manager para conectores circulares y conectores DSUB en Würth Elektronik France. Ingeniera mecánica, comenzó a trabajar en la industria automovilística, y posteriormente se pasó al campo de la electrónica en busca de nuevos retos.

Caroline Poulard.