Времето за окабеляване на PLC шкафа намалява значително с щепселни клемни блокове за DIN шина с стъпка 5,08 мм — какво печелят производителите на оригинално оборудване за индустриална автоматизация от ефективността на сглобяването

Трудовото съдържание на традиционното окабеляване на винтови клеми

В шкаф за управление с PLC със средна сложност за опаковъчни машини, конвейерни системи или машини за шприцване, обикновено има 600-1200 отделни кабелни накрайника. Всеки накрайник на традиционен клемен блок с винтова скоба изисква: оголване на 8-10 мм изолация от края на проводника с помощта на калибриран инструмент за оголване, поставяне на оголения проводник в отвора на клемата, затягане на винта до зададения въртящ момент (обикновено 0,5-0,8 Nm за проводник с 2,5 mm², както е посочено от производителя на клемата) и проверка на връзката с тест за опъване съгласно IEC 60947-7-1. Пълният цикъл на оголване-поставяне-затягане-проверка отнема 45-90 секунди на проводник, в зависимост от опита на техника, достъпността на позицията на клемата в плътно опакования шкаф и дали прокарването на кабелите изисква допълнителни стъпки за управление на кабелите. При средно 60 секунди на свързване и 800 накрайника на шкаф, само директният труд за окабеляване е 800 минути - над 13 часа на шкаф.

Това не включва времето, необходимо за интерпретиране на схемата на окабеляване и съпоставянето ѝ с физическите позиции на клемите. Схемата на окабеляване показва логически връзки: "I0.0 → клема X1:47." Техникът трябва да локализира клема X1 на DIN релсата, да преброи до позиция 47 в ред от 60-80 еднакво изглеждащи клеми и да постави правилния проводник. При плътност от 60 клеми на метър DIN релса, визуалното разграничаване между клема 47 и клема 48 изисква фокусирано внимание върху всяка отделна връзка. Процентът на грешки при производствени условия - където техниците окабеляват шкафове по 7-8 часа на смяна - е средно приблизително 2-5 грешки в окабеляването на шкаф, въз основа на данните за качеството в цеха за ел. инсталации, които съм прегледал. Всяка грешка отнема 15-45 минути за диагностициране и коригиране по време на функционално тестване, добавяйки 30-225 минути време за преработка на шкаф. Тези грешки са почти изцяло функция на стъпката на ръчно съпоставяне - пръстите на техника са попаднали на правилния проводник, но на грешната позиция на клемата - и е практически невъзможно да се елиминират само чрез обучение или дисциплина на процеса.

Парадигмата на щепселите: Завършване на снопа, а не на шкафа

Щепселните клемни блокове променят основната парадигма на окабеляването от „терминиране в шкаф“ към „терминиране при сноп“. Вместо да вкарва отделни проводници в шкафа и да ги терминира на определената му позиция на DIN шината, производителят на табла получава предварително сглобени снопове с щепселни конектори, вече завършени на краищата на проводниците. Конекторният блок – 2-24-позиционен щепсел с стъпка от 5,08 мм – се свързва с фиксирана конекторна част, монтирана на DIN шината. Задачата на производителя на шкафове се измества от 800 отделни кабелни края към включване на 20-40 предварително сглобени конекторни блока в съответните им конектори.

Това е фундаментално различен модел на сглобяване с последици, които далеч надхвърлят преките икономии на труд. Високопрецизната и податлива на грешки работа по окабеляване се измества нагоре по веригата към етапа на производство на кабелните снопове, където може да се извърши на пейка при по-добри условия на осветление, с безпрепятствен достъп до повърхностите на конекторите и – което е от решаващо значение – с автоматизирано оборудване за тестване на кабелни снопове, което проверява всяка връзка за непрекъснатост, правилно разпределение на пиновете и съпротивление на изолацията, преди кабелният сноп да бъде изпратен до цеха за електрически табла. Система за тестване на кабелни снопове, използваща Cirris или подобен автоматизиран тестер, може да провери 50-позиционен конектор за по-малко от 30 секунди и да създаде тестов протокол, който служи като обективно доказателство за качество за входящата проверка на цеха за електрически табла. Промяната е от доверие във вниманието на техника към доверие в обективното измерване на тестовото оборудване.

Спестяванията на време са значителни и добре документирани в производството на индустриални панели. Конекторен блок с 12 предварително заключени проводника се включва в конектора на DIN шината за 5-10 секунди - времето, необходимо за подравняване на конектора с конектора, натискането му, докато заключващият езиче се зацепи със звуково щракване, и визуално потвърждаване на пълното поставяне, като се провери дали повърхността на конектора е наравно с повърхността на конектора. 12-позиционен традиционен винтов клемен блок изисква 12-18 минути за завършване в шкафа. Подходът с щепселни конектори намалява това до под 30 секунди за операцията от страната на шкафа - повече от 95% намаление на труда от страната на шкафа за тези 12 връзки. В шкаф с 800 конектора с щепселни конектори времето за окабеляване от страната на шкафа намалява от 13+ часа до приблизително 2-3 часа. Времето за сглобяване на заключен кабелен сноп, извършено на работното място, добавя 4-6 часа, за нетно намаление от 35-45% на общия труд за окабеляване.

Елиминиране на грешки чрез фиксирано изводване

Най-икономически значимото предимство на щепселните клемни блокове може би не е спестяването на труд, а почти пълното елиминиране на грешките при окабеляването. Когато производител на кабелни снопове изгражда 12-позиционен конектор с проводници в позиции от 1 до 12, разположението на пиновете е физически фиксирано. Производителят на панели не може да постави грешен проводник в позиция 7, защото проводникът за позиция 7 вече е завършен в конектора на позиция 7 и не може да бъде преместен без отрязване и повторно завършване. Единственото действие по сглобяване в шкафа е включването на конектора в правилния конектор, който е обозначен с идентификатора на конектора (напр. "X101"), който съответства както на схемата на свързване, така и на физическия етикет на тялото на конектора от страната на кабелния сноп.

Тази промяна от проверка на всеки проводник към проверка на всеки конектор коренно променя профила на откриване на грешки. В традиционен шкаф с окабеляване от точка до точка, всяка от 800-те връзки трябва да бъде проверена поотделно спрямо схемата на окабеляване - процес на проверка, изискващ 4-6 часа и подлежащ на същия процент на човешки грешки като оригиналното окабеляване. При щепселните конектори проверката се свежда до: (1) потвърждаване, че кабелният сноп е тестван за непрекъснатост и разположение на пиновете при производителя на кабелния сноп и че е наличен протокол от теста, и (2) потвърждаване, че всеки щепсел на конектора е в правилния конектор чрез визуална проверка на етикета спрямо чертежа на разположението на шкафа. Стъпка 2 отнема 10-15 минути за 30 конектора. Общото време за проверка намалява от 4-6 часа на под час. Процентът на грешки при окабеляването пада от 2-5 на шкаф до почти нула, защото разположението на пиновете се осигурява физически от конектора - няма решение от страна на оператора кой проводник къде отива, а само визуално съвпадение между два етикета.

The UL 508A стандарт за индустриални контролни панели и IEC 61439 За нисковолтови разпределителни и контролни апарати, както се посочва технологията за щепселно свързване като средство за подобряване на качеството на фабричното окабеляване. UL 508A специално позволява щепселните конектори като приемлив метод на окабеляване, при условие че конекторът е посочен за приложението и номиналните напрежения/ток са в рамките на спецификациите на производителя на конектора.

Теренно обслужване: Където възвръщаемостта на инвестициите се умножава

Спестяванията от време за монтаж оправдават приемането на щепселни клемни блокове в цеха за панели; спестяванията от обслужване на място са мястото, където възвръщаемостта на инвестициите се ускорява отвъд първоначалното оправдание за покупка. Когато I/O модул се повреди в PLC шкаф, свързан с традиционни винтови клеми, процедурата за обслужване на място е изключително времеемка: фотографиране или етикетиране на всеки проводник, свързан към повредения модул (10-30 минути, в зависимост от плътността на проводниците и съществуващото качество на етикетирането), разкачане на всички 20-40 отделни проводника (5-15 минути), отстраняване на повредения модул и инсталиране на резервния (5-10 минути), повторно свързване на всички проводници към правилните клеми на резервния модул, като се позовавате на снимката или етикетите, направени в стъпка 1 (20-45 минути), и проверка на всяка връзка (5-10 минути). Общо изминало време: 45-105 минути труд на квалифициран техник, през който производствената машина не работи.

При щепселните конектори процедурата се свежда до: изключване на конекторния блок от повредения модул (5 секунди), премахване на повредения модул и инсталиране на резервния (5-10 минути) и включване на конекторния блок в резервния модул (5 секунди). Нулевите проводници се изключват. Нулевите проводници се претерминират. Нулевите връзки изискват проверка, защото същият конектор със същите проводници на същите позиции на пиновете вече е включен в идентичен резервен модул. Общото време - под 10 минути, доминирано от подмяната на механичния модул и повторната инициализация на PLC - е с 80-90% намаление спрямо традиционната процедура. В индустрии, където престоят на машините струва 500-5000 щатски долара на час (автомобилни монтажни линии, опаковане на храни и напитки, фармацевтично производство, производство на полупроводници), разликата между 90-минутен ремонт и 10-минутен ремонт спестява 650-7500 щатски долара разходи за престой на повреда на I/O модул. В рамките на 10-15 години експлоатационен живот на машината с подмяна на 3-6 входно-изходни модула, само икономиите от обслужване на място могат да надхвърлят допълнителните разходи за щепселните клемни блокове с коефициент 3-5.

Икономика на разходите за връзка

На ниво компоненти, традиционният 2-позиционен клемен блок с винтови скоби струва приблизително 0,30-0,60 щатски долара на позиция при обемни количества (5000+ позиции). Система от щепселни 5,08 мм клемни блокове — състояща се от монтиран на DIN шина конектор и щепселния конектор от страната на кабелния сноп — струва приблизително 0,80-1,50 щатски долара на позиция. Допълнителната цена на компонента е значителни 0,50-1,00 щатски долара на позиция, което за 800-позиционен шкаф представлява 400-800 щатски долара допълнителни разходи за материали.

Цената на компонентите обаче е само един от разходите. Ставката за труд при пълен монтаж за цех за панели в Северна Америка или Западна Европа е 35-55 щатски долара на час. Спестяванията на труд на връзка - приблизително 30-50 секунди - се превръщат в 0,29-0,76 щатски долара на връзка при тези цени. Използвайки средните стойности на всеки диапазон, премията за компонент от 0,75 щатски долара се компенсира с икономии на труд от 0,50 щатски долара, оставяйки нетна премия от 0,25 щатски долара на позиция - или 200 щатски долара за шкаф с 800 позиции. Когато се включат икономиите от полево обслужване, намаленото време за функционално тестване и елиминирането на гаранционни рекламации за окабеляване, общата цена на собственост се измества решително в полза на щепселните конектори на 1-2 година от експлоатацията на място.