O tempo de cableado do armario dos PLC redúcese significativamente cos bloques de terminais de carril DIN conectables con paso de 5,08 mm: o que gañan os fabricantes de equipos orixinais de automatización industrial en canto á eficiencia de montaxe

O contido de traballo da fiação tradicional de terminais de parafuso

Nun armario de control PLC de complexidade media para maquinaria de envasado, sistemas de cintas transportadoras ou control de máquinas de moldeo por inxección, normalmente hai entre 600 e 1200 terminacións de cables individuais. Cada terminación nun bloque de terminais de paso por abrazadera de parafuso tradicional require: pelar de 8 a 10 mm de illamento do extremo do cable cunha ferramenta de pelado calibrada, inserir o cable pelado na abertura do terminal, apertar o parafuso ao par especificado (normalmente de 0,5 a 0,8 Nm para cables de 2,5 mm² segundo o especificado polo fabricante do terminal) e verificar a conexión cunha proba de tracción segundo a norma IEC 60947-7-1. O ciclo completo de pelar, inserir, apertar e verificar leva de 45 a 90 segundos por cable, dependendo da experiencia do técnico, da accesibilidade da posición do terminal dentro do armario densamente empaquetado e de se o enrutamento do cable require pasos adicionais de xestión de cables. Cunha media de 60 segundos por conexión e 800 terminacións por armario, só o traballo de cableado directo é de 800 minutos, máis de 13 horas por armario.

Isto non inclúe o tempo necesario para interpretar o diagrama de cableado e mapealo ás posicións físicas dos terminais. Un diagrama de cableado mostra conexións lóxicas: "I0.0 → terminal X1:47". O técnico debe localizar o terminal X1 no carril DIN, contar ata a posición 47 nunha fila de 60-80 terminais de aspecto idéntico e inserir o cable correcto. Cunha densidade de 60 terminais por metro de carril DIN, a discriminación visual entre o terminal 47 e o terminal 48 require unha atención centrada en cada conexión. A taxa de erros en condicións de produción (onde os técnicos cablean armarios durante 7-8 horas por quenda) é de aproximadamente 2-5 erros de cableado por armario de media, segundo os datos de calidade do taller de paneis que revisei. Cada erro tarda de 15 a 45 minutos en diagnosticarse e corrixirse durante as probas funcionais, o que engade de 30 a 225 minutos de tempo de retraballo por armario. Estes erros son case na súa totalidade función do paso de mapeo manual (os dedos do técnico aterraron no cable correcto pero na posición incorrecta do terminal) e son practicamente imposibles de eliminar só mediante formación ou disciplina do proceso.

O paradigma enchufable: rematar no arnés, non no armario

Os bloques de terminais conectables cambian o paradigma fundamental de cableado de terminación no armario a terminación no mazo de cables. En lugar de introducir cables individuais no armario e terminar cada un na súa posición de terminal designada no carril DIN, o construtor de paneis recibe mazos de cables premontados con conectores conectables xa terminados nos extremos dos cables. O bloque de conectores (un conector de 2-24 posicións cun paso de 5,08 mm) acoplase a un cabezal fixo montado no carril DIN. A tarefa do construtor de armarios pasa de 800 terminacións de cables individuais a conectar de 20 a 40 bloques de conectores premontados nos seus cabezales correspondentes.

Este é un modelo de montaxe fundamentalmente diferente con implicacións que van moito máis alá do aforro directo de man de obra. O traballo de cableado de alta precisión e propenso a erros trasládase augas arriba á fase de fabricación do arnés, onde se pode realizar nun banco de traballo con mellores condicións de iluminación, con acceso sen obstáculos ás caras do conector e, fundamentalmente, con equipos automatizados de proba de arnés que verifican cada conexión en canto a continuidade, asignación correcta de pines e resistencia de illamento antes de que o arnés se envíe ao taller de paneis. Un sistema de proba de arnés que emprega un Cirris ou un probador automatizado similar pode verificar un conxunto de conectores de 50 posicións en menos de 30 segundos e producir un informe de proba que serve como evidencia obxectiva de calidade para a inspección entrante do taller de paneis. O cambio é de confiar na atención do técnico a confiar na medición obxectiva do equipo de proba.

O aforro de tempo é substancial e está ben documentado na construción de paneis industriais. Un bloque de conectores con 12 cables preconectados conéctase á súa cabeceira de carril DIN en 5-10 segundos, o tempo necesario para aliñar o conector coa cabeceira, empuxalo ata que a pestana de bloqueo encaixe cun clic audible e confirmar visualmente a inserción completa comprobando que a cara do conector estea aliñada coa cara da cabeceira. Un bloque de terminais de parafuso tradicional de 12 posicións require de 12 a 18 minutos para rematar no armario. O enfoque conectable reduce isto a menos de 30 segundos para a operación no lado do armario, unha redución de máis do 95 % no traballo no lado do armario para esas 12 conexións. Nun armario de 800 conexións con conectores conectables, o tempo de cableado no lado do armario redúcese de máis de 13 horas a aproximadamente 2-3 horas. O tempo de montaxe do arnés terminado, realizado na mesa de traballo, engade de 4 a 6 horas, o que supón unha redución neta do 35-45 % no traballo total de cableado.

Eliminación de erros mediante pinout fixo

O beneficio economicamente máis significativo dos bloques de terminais enchufables pode non ser o aforro de man de obra, senón a case eliminación dos erros de asignación de cableado. Cando un fabricante de arneses constrúe un conector de 12 posicións con cables nas posicións 1 a 12, a disposición dos pins está fixada fisicamente. O construtor de paneis non pode inserir o cable incorrecto na posición 7 porque o cable para a posición 7 xa está terminado no conector na posición 7 e non se pode mover sen cortar e volver terminar. A única acción de montaxe no armario é conectar o conector no cabezal correcto, que está etiquetado co identificador do conector (por exemplo, "X101") que coincide tanto co diagrama de cableado como coa etiqueta física do corpo do conector do lado do arnés.

Este cambio da verificación por cable á verificación por conector cambia fundamentalmente o perfil de detección de erros. Nun armario cableado punto a punto tradicional, cada unha das 800 conexións debe comprobarse individualmente co diagrama de cableado, un proceso de verificación que require de 4 a 6 horas e está suxeito á mesma taxa de erro humano que o cableado orixinal. Cos conectores enchufables, a verificación redúcese a: (1) confirmar que o arnés foi probado a continuidade e a disposición dos pines no fabricante do arnés e que o informe de proba está dispoñible, e (2) confirmar que cada ficha do conector está na cabeceira correcta comprobando visualmente a etiqueta co debuxo de deseño do armario. O paso 2 leva de 10 a 15 minutos para 30 conectores. O traballo total de verificación redúcese de 4 a 6 horas a menos dunha hora. A taxa de erros de cableado redúcese de 2 a 5 por armario a case cero porque a disposición dos pines é imposta fisicamente polo conector; non hai ningunha decisión do operador sobre que cable vai onde, só unha coincidencia visual entre dúas etiquetas.

O/A UL 508A estándar para paneis de control industriais e IEC 61439 Para os conxuntos de aparellos de distribución e control de baixa tensión, ambos fan referencia á tecnoloxía de conexión enchufable como medio para mellorar a calidade do cableado de fábrica. A UL 508A permite especificamente os conectores enchufables como un método de cableado aceptable, sempre que o conector estea listado para a aplicación e as clasificacións de tensión/corrente estean dentro das especificacións do fabricante do conector.

Servizo de campo: onde o retorno do investimento se multiplica

O aforro no tempo de montaxe xustifica a adopción de bloques de terminais conectables no taller de paneis; o aforro no servizo de campo é onde o retorno do investimento se acelera máis alá da xustificación da compra inicial. Cando un módulo de E/S falla nun armario de PLC cableado con terminais de parafuso tradicionais, o procedemento de servizo de campo leva moito tempo: fotografar ou etiquetar cada cable conectado ao módulo avariado (10-30 minutos, dependendo da densidade do cable e da calidade da etiquetaxe existente), desconectar os 20-40 cables individuais (5-15 minutos), retirar o módulo avariado e instalar o de substitución (5-10 minutos), volver conectar todos os cables aos terminais correctos do módulo de substitución consultando a fotografía ou as etiquetas tomadas no paso 1 (20-45 minutos) e verificar cada conexión (5-10 minutos). Tempo total transcorrido: 45-105 minutos de traballo de técnico cualificado, durante os cales a máquina de produción non está en funcionamento.

Cos conectores enchufables, o procedemento resúmese en: desconectar o bloque de conectores do módulo avariado (5 segundos), retirar o módulo avariado e instalar o de substitución (5-10 minutos) e conectar o bloque de conectores ao módulo de substitución (5 segundos). Os fíos cero desconéctanse. Os fíos cero volven a terminarse. As conexións cero requiren verificación porque o mesmo conector cos mesmos fíos nas mesmas posicións dos pines agora está conectado a un módulo de substitución idéntico. O tempo total (menos de 10 minutos, dominado pola substitución do módulo mecánico e a reinicialización do PLC) supón unha redución do 80-90 % con respecto ao procedemento tradicional. En industrias onde o tempo de inactividade da máquina custa entre 500 e 5000 USD por hora (liñas de montaxe de automóbiles, envasado de alimentos e bebidas, fabricación de produtos farmacéuticos, fabricación de semicondutores), a diferenza entre unha reparación de 90 minutos e unha reparación de 10 minutos aforra entre 650 e 7500 USD en custos de tempo de inactividade por fallo do módulo de E/S. Durante a vida útil dunha máquina de 10 a 15 anos con 3-6 substitucións de módulos de E/S, o aforro no servizo de campo por si só pode superar o custo incremental dos bloques de terminais conectables por un factor de 3-5 veces.

Economía do custo por conexión

A nivel de compoñentes, un bloque de terminais de paso por abrazadera de parafuso tradicional de 2 posicións custa aproximadamente entre 0,30 e 0,60 USD por posición en cantidades de volume (máis de 5000 posicións). Un sistema de bloque de terminais conectable de 5,08 mm (que comprende o cabezallo montado en carril DIN e o conector enchufable do lado do arnés) custa aproximadamente entre 0,80 e 1,50 USD por posición. A sobreprezo dos compoñentes é significativamente de entre 0,50 e 1,00 USD por posición, o que nun armario de 800 posicións representa entre 400 e 800 USD en custo adicional da lista de materiais.

Non obstante, o custo dos compoñentes é só unha partida. A tarifa de man de obra de montaxe totalmente suxeita para un taller de paneis en América do Norte ou Europa Occidental é de 35-55 USD por hora. O aforro de man de obra por conexión (aproximadamente de 30 a 50 segundos) tradúcese en 0,29-0,76 USD por conexión a estas tarifas. Usando os puntos medios de cada rango, a prima de 0,75 USD por compoñentes compénsase cun aforro de 0,50 USD en man de obra, o que deixa unha prima neta de 0,25 USD por posición, ou 200 USD nun armario de 800 posicións. Cando se inclúen o aforro no servizo de campo, a redución do tempo de probas funcionais e a eliminación das reclamacións de cableado de garantía, o custo total de propiedade cambia decisivamente a favor dos conectores enchufables no primeiro ou segundo ano de operación de campo.