วิกฤตความหนาแน่นของสายไฟในแผงควบคุมอุตสาหกรรมสมัยใหม่

หากคุณเคยใช้เวลาอยู่ภายในตู้ควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ (PLC) ขนาดกลางที่สร้างขึ้นเมื่อกว่าห้าปีที่แล้ว คุณจะเข้าใจปัญหาความหนาแน่นของสายไฟเป็นอย่างดี ตู้เต็มไปด้วยสายไฟแต่ละเส้นอย่างแน่นขนัด โดยส่วนใหญ่ส่งสัญญาณ DC 24V ที่เหมือนกันจากรางจ่ายไฟเดียวกัน การ์ดอินพุตแต่ละตัวมีสายไฟเฉพาะของตัวเองจากแถวบล็อกขั้วต่อ ช่องสัญญาณเอาต์พุตแต่ละช่องมีเส้นทางส่งกลับที่ซับซ้อนไม่แพ้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดสายไฟที่มีต้นทุนการผลิตสูง การแก้ไขปัญหาทำได้ยากมาก และแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะดัดแปลงโดยไม่ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดใหม่

ผมเคยเห็นกับตาตัวเองกับแผงควบคุมมอเตอร์ขนาด 400 แอมป์ ที่การเดินสายไฟเดิมนั้นทำให้ช่างสองคนต้องใช้เวลาเกือบแปดชั่วโมงในการวินิจฉัยหาสาเหตุของความผิดพลาดในช่องสัญญาณอินพุตเพียงช่องเดียว ซึ่งสุดท้ายแล้วก็พบว่าเป็นแค่สกรูหลวมที่แผงขั้วต่อเท่านั้น การวินิจฉัยที่ยืดเยื้อเช่นนั้นจะใช้เวลาน้อยกว่า 30 นาทีในแผงจ่ายไฟ PLC ที่ออกแบบมาอย่างดี โดยใช้แผงขั้วต่อแบบสามชั้นความหนาแน่นสูงที่มีโครงสร้างการเชื่อมต่อแบบไขว้

นี่ไม่ใช่ปัญหาในเชิงสมมติ ในสภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ความหนาแน่นของช่องสัญญาณ I/O ของ PLC เพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากระบบควบคุมมีความซับซ้อนมากขึ้น ช่องสัญญาณเดียว PLC รุ่น S7-1500 จากซีเมนส์ สามารถรองรับจุด I/O ที่แตกต่างกันได้มากถึง 8192 จุด กระจายอยู่ทั่วหลายแร็ค และแต่ละจุดนั้นจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อสายไฟทั้งที่โมดูล I/O ของ PLC และที่จุดเชื่อมต่อภายนอก เมื่อคุณคูณจำนวนนั้นกับแม้แต่การติดตั้งขนาดเล็ก—เช่น จุด I/O 256 จุด—ความท้าทายในการจัดการสายไฟก็จะกลายเป็นเรื่องใหญ่สำหรับทั้งผู้สร้างแผงควบคุมและช่างซ่อมบำรุง

หนิงโป เจ-กวง อิเล็กทรอนิกส์ ได้ออกแบบและผลิตสินค้ามาแล้ว แผงขั้วต่อความหนาแน่นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับการใช้งานกระจาย PLC นับตั้งแต่ปี 2008 ผมได้ใช้เวลาส่วนใหญ่ทำงานร่วมกับผู้บูรณาการระบบควบคุมและผู้ผลิตแผงควบคุมโดยตรงมาโดยตลอดยุโรป อเมริกาเหนือ และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดยที่แบบแผนทั่วไป บล็อกเทอร์มินัล บทความนี้จะสรุปสิ่งที่ผมได้เรียนรู้เกี่ยวกับเหตุผลที่ว่าทำไมเทอร์มินัลบล็อกสามชั้นที่มีการออกแบบการเชื่อมต่อแบบไขว้จึงเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยสำหรับการเดินสายจ่ายไฟ PLC ข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญ และวิธีการเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมการติดตั้งเฉพาะของคุณ

ทำความเข้าใจสถาปัตยกรรมการเรียงซ้อนแบบสามชั้น

ข้อจำกัดพื้นฐานของเทอร์มินัลบล็อกแบบระดับเดียวทั่วไปในการใช้งานด้านการกระจายสัญญาณ PLC คือประสิทธิภาพการใช้พื้นที่ต่ำ เทอร์มินัลบล็อกแบบระดับเดียวมาตรฐาน DIN41616 หรือIEC 60947-7-1 แผงขั้วต่อสายไฟที่ได้มาตรฐานจะใช้พื้นที่ความกว้างของโมดูลหนึ่งช่อง (โดยทั่วไปคือ 6.2 มม. หรือ 12 มม. ขึ้นอยู่กับพิกัดกระแสไฟฟ้า) และมีช่องเสียบสายไฟหนึ่งช่อง เมื่อคุณต้องการจ่ายไฟ DC 24V ไปยังช่องสัญญาณอินพุต PLC แยกกัน 12 ช่องจากรางจ่ายไฟร่วม คุณจะต้องใช้ตำแหน่งแผงขั้วต่อสายไฟแยกกัน 12 ตำแหน่ง ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พื้นที่ราง DIN 12 โมดูล

แผงขั้วต่อแบบสามชั้นช่วยแก้ปัญหาความไม่効率ด้านพื้นที่นี้โดยการซ้อนระดับการเชื่อมต่อสายไฟอิสระสามระดับไว้ในโมดูลความกว้างเดียว โครงสร้างนี้ใช้แถบกระแสไฟฟ้าทั่วไปที่วิ่งผ่านทั้งสามระดับ แต่ละระดับจะถูกแยกทางไฟฟ้าด้วยแผ่นกั้นฉนวน และแต่ละระดับมีจุดเข้าสายไฟอิสระของตัวเอง ผลลัพธ์คือ คุณสามารถเชื่อมต่อวงจรสายไฟแยกกันสามวงจร—แต่ละวงจรมีจุดเชื่อมต่ออินพุตและเอาต์พุตของตัวเอง—ภายในพื้นที่ราง DIN เดียวกันกับที่แผงขั้วต่อแบบชั้นเดียวต้องการ

เนื่องจากดาดฟ้าทั้งสามใช้แท่งกระแสไฟฟ้าร่วมกัน แต่มีจุดสัมผัสแยกจากกันการจัดเรียงแบบสามชั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการกระจายสัญญาณ PLC ในกรณีที่คุณมีบัสจ่ายไฟหรือบัสสัญญาณทั่วไปที่แยกไปยังปลายทางหลายแห่ง บัสบาร์ทั่วไปเชื่อมต่อกับชั้นบนสุด และวงจรเอาต์พุตอิสระสามวงจรจะแยกออกจากชั้นกลางและชั้นล่าง ในสถานการณ์การกระจายสัญญาณอินพุต PLC 24V DC หมายความว่าแผงขั้วต่อแบบสามชั้นเพียงแผงเดียวสามารถรองรับช่องสัญญาณอินพุตสามช่องจากแหล่งจ่ายทั่วไปเพียงแหล่งเดียว ซึ่งช่วยลดความยาวราง DIN ที่ต้องการลงได้ถึงสองในสาม

ผลกระทบในทางปฏิบัติต่อต้นทุนการสร้างแผงควบคุมนั้นมีนัยสำคัญ ในแผง PLC 256-I/O ทั่วไป การเปลี่ยนจากขั้วต่อแบบชั้นเดียวเป็นแบบสามชั้นสำหรับการจ่ายไฟสามารถลดจำนวนขั้วต่อทั้งหมดได้ 60-80 ตำแหน่ง ซึ่งหมายถึงความยาวราง DIN ที่ลดลง ขนาดของตู้แผงที่ลดลง (และต้นทุนที่ลดลง) และปริมาณสายไฟที่ลดลง เราได้ร่วมงานกับผู้ผลิตแผงควบคุมที่สามารถลดเวลาการสร้างแผงโดยเฉลี่ยลงได้ 4-6 ชั่วโมงต่อแผงหลังจากเปลี่ยนมาใช้สถาปัตยกรรมแบบสามชั้นสำหรับส่วนการจ่ายไฟของ PLC

การออกแบบการเชื่อมต่อแบบไขว้: การกระจายสัญญาณโดยไม่ทำให้สายไฟพันกันยุ่งเหยิง

โครงสร้างแบบสามชั้นเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของวิธีการแก้ปัญหาสำหรับการกระจาย PLC ที่มีความหนาแน่นสูง อีกครึ่งหนึ่งคือการออกแบบการเชื่อมต่อแบบไขว้ ซึ่งเป็นระบบของบัสบาร์ภายในและจัมเปอร์บาร์ภายนอกที่ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อระดับขั้วต่อหลายระดับเข้าด้วยกันทางไฟฟ้าได้อย่างมีระบบและย้อนกลับได้ นี่คือจุดที่ความซับซ้อนทางวิศวกรรมของผู้ผลิตแผงขั้วต่อจะปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจน

ในบริบทของการกระจายสัญญาณ PLC การเชื่อมต่อแบบไขว้หมายถึงความสามารถในการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับตำแหน่งขั้วต่อหลายตำแหน่งตามแนวราง DIN เพื่อกระจายสัญญาณทั่วไป (เช่น 24V DC หรือ 0V) ไปยังระดับขั้วต่อหลายระดับโดยไม่ต้องเดินสายไฟแยกต่างหากระหว่างแต่ละตำแหน่ง นี่คล้ายกับวิธีการใช้แผงวงจรต้นแบบ (breadboard) ในการสร้างต้นแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อกระจายรางจ่ายไฟไปยังตำแหน่งส่วนประกอบหลายตำแหน่ง—แต่มีความแข็งแรงทางกลและได้รับการรับรองทางไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อมการควบคุมทางอุตสาหกรรม

มีสถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อไขว้หลักสองแบบที่ใช้ในการออกแบบแผงขั้วต่อความหนาแน่นสูงสำหรับแอปพลิเคชัน PLC:

การต่อเชื่อมข้ามบัสบาร์ภายใน แท่งตัวนำไฟฟ้าที่ทำจากทองแดงหรือทองเหลืองจะวิ่งอยู่ภายในตัวเรือนของแผงขั้วต่อ โดยเชื่อมต่อจุดสิ้นสุดหลายจุดภายในอุปกรณ์เดียว นี่คือกลไกที่ทำให้โครงสร้างแบบสามชั้นสามารถใช้แท่งตัวนำไฟฟ้าร่วมกันได้ แท่งตัวนำไฟฟ้าภายในต้องมีขนาดที่แม่นยำเพื่อให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าที่กำหนดได้โดยไม่เกิดอุณหภูมิสูงเกินไป โดยทั่วไปแล้วจะต้องมีพื้นที่หน้าตัดอย่างน้อย 4 ตารางมิลลิเมตร สำหรับแผงขั้วต่อขนาด 30 แอมป์ที่มีตำแหน่งสามชั้น คุณภาพของการเชื่อมต่อแท่งตัวนำไฟฟ้าภายในกับสปริงสัมผัสมีความสำคัญอย่างยิ่ง การเชื่อมต่อภายในที่หลวมหรือมีความต้านทานสูงจะทำให้เกิดความร้อนเฉพาะจุด ซึ่งจะทำให้พื้นผิวสัมผัสเสื่อมสภาพลงเมื่อเวลาผ่านไป และในที่สุดจะนำไปสู่ความล้มเหลว

การเชื่อมต่อแบบไขว้ของแถบจัมเปอร์ภายนอก แถบเชื่อมต่อภายนอก (หรือที่เรียกว่าบล็อกกระจายไฟหรือบริดจ์จ่ายไฟ) ที่ติดตั้งเพิ่มเติมภายหลังหรือติดตั้งมาจากโรงงาน จะเสียบเข้ากับด้านบนของบล็อกขั้วต่อที่อยู่ติดกันเพื่อสร้างบัสร่วมกันสำหรับอุปกรณ์หลายตัว สถาปัตยกรรมนี้มีความยืดหยุ่นมากกว่าการเชื่อมต่อภายใน เนื่องจากคุณสามารถกำหนดค่าใหม่ได้ว่าบล็อกขั้วต่อใดเชื่อมต่อกับบัสใดโดยไม่ต้องถอดประกอบสถาปัตยกรรมภายใน ในการใช้งานการกระจายไฟสำหรับ PLC แถบเชื่อมต่อภายนอกมักใช้เพื่อสร้างบัสกระจายไฟแบบขนานสำหรับกลุ่มอินพุตของ PLC แถบเชื่อมต่อเหล่านี้มีพิกัดกระแสเท่ากับบล็อกขั้วต่อ และแรงสัมผัสกับแถบกระแสของบล็อกขั้วต่อจะรักษาไว้ด้วยกลไกสปริงหรือแคลมป์สกรู

ที่ เจกวง, เทอร์มินัลบล็อกสามชั้นของเรา ใช้การผสมผสานระหว่างบัสบาร์ภายในสำหรับการเรียงซ้อนอุปกรณ์ภายใน และจัมเปอร์บาร์ภายนอกสำหรับการกระจายสัญญาณระหว่างอุปกรณ์ สถาปัตยกรรมแบบคู่ขนานนี้ช่วยให้ผู้สร้างแผงควบคุมมีความยืดหยุ่นสูงสุดในการกำหนดค่าเครือข่ายการกระจายสัญญาณ และช่วยให้สามารถแก้ไขในภาคสนามได้โดยไม่ต้องเดินสายใหม่ เนื่องจากคุณสามารถถอดจัมเปอร์บาร์ส่วนใดส่วนหนึ่งออกได้โดยไม่รบกวนส่วนที่เหลือของเครือข่ายการกระจายสัญญาณ

พิกัดแรงดันและกระแสไฟฟ้า: คืออะไร IEC 60947-7-1 จริงๆ แล้วต้องใช้

หนึ่งในประเด็นที่มักเข้าใจผิดกันมากที่สุดเกี่ยวกับการเลือกใช้เทอร์มินัลบล็อกสำหรับระบบจ่ายไฟ PLC คือระบบการกำหนดพิกัดแรงดัน เทอร์มินัลบล็อกมีทั้งพิกัดแรงดันและพิกัดกระแส ซึ่งทั้งสองข้อกำหนดนี้อยู่ภายใต้มาตรฐานสากล แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้ และการสับสนระหว่างสองสิ่งนี้เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของข้อผิดพลาดด้านข้อกำหนดที่ผมพบเจอในภาคสนาม

มาตรฐานที่ใช้บังคับสำหรับเทอร์มินัลบล็อกแบบโมดูลาร์ที่ใช้ในอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมคือ IEC 60947-7-1 (อุปกรณ์สวิตช์และควบคุมแรงดันต่ำ—ส่วนที่ 7-1: อุปกรณ์เสริม—แผงขั้วต่อสำหรับตัวนำทองแดง) มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดการทดสอบทางกล ทางไฟฟ้า และทางสิ่งแวดล้อมที่แผงขั้วต่อต้องผ่านเพื่อให้ได้รับการรับรอง คุณสมบัติหลักภายใต้มาตรฐานนี้ได้แก่:

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ขั้วต่อเทอร์มินัลสามารถรองรับได้ระหว่างวงจรที่อยู่ติดกัน หรือระหว่างวงจรกับรางยึด (ถ้ามี) สำหรับการใช้งานกระจายสัญญาณ PLC ที่ใช้สัญญาณ 24V DC นั้น แทบจะไม่เป็นข้อจำกัดเลย แต่สำหรับการควบคุมมอเตอร์สามเฟสหรือการกระจายสัญญาณ 480V AC แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะมีความสำคัญอย่างยิ่ง ตรวจสอบเสมอว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของขั้วต่อเทอร์มินัลตรงหรือสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ ไม่ใช่แค่แรงดันไฟฟ้าที่ระบุไว้ สำหรับสภาพแวดล้อม PLC ในอุตสาหกรรมที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าผสมกัน (รวมถึงตัวป้อนมอเตอร์ 480V AC) เราขอแนะนำให้เลือกขั้วต่อเทอร์มินัลที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขั้นต่ำ 630V เพื่อให้มีระยะปลอดภัยที่เพียงพอ

กระแสไฟฟ้าที่กำหนด กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุดที่สามารถไหลผ่านแผงขั้วต่อได้โดยไม่เกินอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต ขีดจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายใต้ IEC 60947-7-1 เป็น สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อม 45 องศาเซลเซียส ที่กระแสไฟฟ้าพิกัด วัดที่ปลายตัวนำ นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะกระแสไฟฟ้าพิกัดนั้นคำนึงถึงขนาดลวดที่เฉพาะเจาะจง (โดยทั่วไปคือ 2.5 มม.² สำหรับแผงขั้วต่อ 20A) และอุณหภูมิแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง หากคุณใช้ลวดที่มีขนาดเล็กกว่าที่ระบุไว้ กระแสไฟฟ้าที่รับได้จริงจะต่ำกว่าค่าพิกัดเนื่องจากความร้อน I²R ที่เพิ่มขึ้นในตัวนำที่มีขนาดเล็กกว่า

แรงดันอิมพัลส์ที่กำหนด แรงดันอิมพัลส์สูงสุด (ไฟกระชาก) ที่แผงขั้วต่อสามารถทนได้โดยไม่เสียหาย สำหรับอินพุต PLC ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีโหลดมอเตอร์ แรงดันอิมพัลส์จากการสวิตช์แบบเหนี่ยวนำอาจสูงถึง 2.5–4 kV แม้ในวงจร 24V DC แรงดันอิมพัลส์ที่กำหนดไว้จะระบุไว้ที่2.5 kV, 4 kV, 6 kV หรือ 8 kV ขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ (ประเภทแรงดันเกิน I, II, III หรือ IV) สำหรับตู้ PLC ที่มีไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) ควรเลือกบล็อกขั้วต่อที่มีพิกัดแรงดันอิมพัลส์อย่างน้อย 4 kV

ระดับมลพิษ IEC 60947-7-1 กำหนดให้เทอร์มินัลบล็อกต้องมีระดับการป้องกันมลพิษที่เฉพาะเจาะจง (1, 2 หรือ 3) ซึ่งอธิบายถึงสภาพแวดล้อมที่อุปกรณ์จะทำงาน ระดับการป้องกันมลพิษ 3 ใช้ในตู้ควบคุมอุตสาหกรรมที่คาดว่าจะมีการปนเปื้อนของสารนำไฟฟ้า (เช่น ฝุ่นและไอน้ำ) ควรระบุระดับการป้องกันมลพิษ 3 เสมอสำหรับการใช้งานในตู้ PLC อุตสาหกรรม และตรวจสอบให้แน่ใจว่าระยะห่างระหว่างขั้วและระยะห่างระหว่างตัวนำกับพื้นผิวของเทอร์มินัลบล็อกนั้นระบุไว้อย่างเหมาะสม

วิธีการต่อสายไฟ: แคลมป์สกรู เทียบกับ กรงสปริง เทียบกับ การเลื่อนฉนวน

วิธีการต่อสายไฟคือกลไกที่ตัวนำไฟฟ้าของสายไฟสัมผัสทางไฟฟ้ากับแท่งกระแสไฟฟ้าของขั้วต่อ สำหรับการใช้งานในการจ่ายไฟให้กับ PLC เทคโนโลยีการต่อสายไฟหลักทั้งสามแบบต่างก็มีข้อดีที่แตกต่างกัน:

การยึดด้วยแคลมป์สกรู เทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด คือการใช้สกรูเพื่อกดแผ่นยึดที่ยึดตัวนำไว้กับแท่งกระแสไฟฟ้า การต่อสายแบบใช้สกรูยึดให้ความน่าเชื่อถือในการสัมผัสที่ดีเยี่ยมและเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในมาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วโลก อย่างไรก็ตาม การติดตั้งต้องใช้ไขควงหรือประแจหกเหลี่ยม (ซึ่งเพิ่มเวลาในการประกอบแผงควบคุม) และอาจเกิดการเสื่อมสภาพของการสัมผัสได้หากสกรูหลวมเนื่องจากการสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่พบได้ทั่วไปในแผงควบคุมอุตสาหกรรมที่มีสายไฟจำนวนมากหรืออุปกรณ์ที่สั่นสะเทือน เราจึงกำหนดให้ใช้การต่อสายแบบใช้สกรูยึดสำหรับงานที่ต้องเข้าถึงจุดต่อสายบ่อยครั้งเพื่อการบำรุงรักษา หรือในกรณีที่การเดินสายภาคสนามดำเนินการโดยบุคลากรที่ต้องการการตอบสนองทางสัมผัส

ปลายกรงสปริง กลไกสปริงจะใช้แรงยึดคงที่กับตัวนำไฟฟ้า ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้สกรูและช่วยให้เสียบสายไฟได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ หัวต่อแบบสปริงช่วยให้การเดินสายไฟในสภาพแวดล้อมการผลิตทำได้เร็วกว่า และทนต่อการสั่นสะเทือนได้ดีกว่า เนื่องจากสปริงจะรักษาแรงสัมผัสที่สม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงการสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตาม หัวต่อแบบสปริงมักมีความต้านทานการสัมผัสสูงกว่าหัวต่อแบบสกรูเล็กน้อย และอาจไม่เป็นที่ยอมรับในมาตรฐานอุตสาหกรรมเก่าบางอย่างที่มาก่อนเทคโนโลยีหัวต่อแบบสปริง เราขอแนะนำให้ใช้หัวต่อแบบสปริงสำหรับสภาพแวดล้อม PLC ที่มีการสั่นสะเทือนสูง เช่น สถานีปั๊มน้ำ ตู้คอมเพรสเซอร์ และแผงควบคุม HVAC

การต่อสายแบบการเคลื่อนตัวของฉนวน (IDC) หัวต่อแบบ IDC เป็นหัวต่อแบบใบมีดที่เจาะฉนวนสายไฟและสัมผัสกับตัวนำเมื่อดันสายไฟเข้าไปในช่องเสียบ หัวต่อแบบ IDC นั้นรวดเร็วมาก (ไม่ต้องปอกฉนวน) และทนทานต่อการสั่นสะเทือนได้ดีเยี่ยม แต่เหมาะสำหรับตัวนำแบบเส้นเดี่ยวหรือตัวนำแบบตีเกลียวละเอียดภายในช่วงขนาดที่กำหนดเท่านั้น ไม่เหมาะสำหรับตัวนำแบบตีเกลียวหยาบ สำหรับการเดินสายไฟกระจายสัญญาณ PLC โดยใช้สายไฟแบบเส้นเดี่ยวที่ตัดไว้ล่วงหน้าในสภาพแวดล้อมการผลิต หัวต่อแบบ IDC สามารถลดเวลาในการต่อสายได้ 40–60% เมื่อเทียบกับวิธีการใช้แคลมป์สกรู เรากำหนดให้ใช้หัวต่อแบบ IDC สำหรับผู้ผลิตแผงควบคุม OEM ที่ต่อสายไฟมาตรฐานจำนวนมาก

วัสดุสำหรับที่อยู่อาศัย: PA6.6 เทียบกับ PPE/PPO และผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

วัสดุที่ใช้ทำตัวเรือนเทอร์มินัลบล็อกเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพทางความร้อน ความหน่วงไฟ และความทนทานต่อสารเคมี ซึ่งล้วนเป็นปัจจัยสำคัญในสภาพแวดล้อมตู้ PLC ที่มีส่วนประกอบที่สร้างความร้อน เช่น แหล่งจ่ายไฟ PLC และโมดูลขับเคลื่อน ทำให้เกิดอุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น วัสดุที่ใช้ทำตัวเรือนเทอร์มินัลบล็อกในอุตสาหกรรมหลักๆ สองชนิด ได้แก่ โพลีอะไมด์ 6.6 (PA 6.6) และโพลีฟีนิลีนอีเทอร์/โพลีฟีนิลีนออกไซด์ดัดแปลง (ส่วนผสม PPE/PPO)

PA 6.6 (มักเรียกกันง่ายๆ ว่าไนลอน) เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับตัวเรือนเทอร์มินัลบล็อก ข้อดีที่สำคัญคือความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี และความเข้ากันได้ทางเคมีที่หลากหลาย PA 6.6 สามารถทำได้ UL94 V-0 ความหน่วงไฟ มีความหนา 0.8 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านความทนไฟของ IEC 60947-7-1อย่างไรก็ตาม PA 6.6 มีขีดจำกัดอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องอยู่ที่ประมาณ 105°C และจะดูดซับความชื้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งอาจลดความแข็งแรงทางไฟฟ้าได้มากถึง 30% ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง

วัสดุตัวเรือน PPE/PPO มีความทนทานต่อความชื้นสูงและสามารถใช้งานต่อเนื่องได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า (สูงสุด 115–120°C) คุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุเหล่านี้มีความเสถียรมากกว่าในระดับความชื้นต่างๆ ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้ง PLC กลางแจ้งหรือในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง อย่างไรก็ตาม PPE/PPO มีราคาแพงกว่า PA 6.6 และความทนทานต่อแรงกระแทกทางกลที่อุณหภูมิต่ำนั้นด้อยกว่า ดังนั้นสำหรับการใช้งานตู้ PLC ภายในอาคารทั่วไป PA 6.6 จึงยังคงเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่ากว่า

สำหรับเทอร์มินัลบล็อกกระจายสัญญาณ PLC ที่ใช้ในตู้ปิดที่มีอุณหภูมิแวดล้อมไม่เกิน 55°C (โดยทั่วไปในตู้ปิดที่มีชิ้นส่วนที่สร้างความร้อน) ตัวเรือน PA 6.6 ก็เพียงพอแล้ว สำหรับการติดตั้งในตู้กลางแจ้ง ที่โดนแสงแดดโดยตรง หรือสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง เราขอแนะนำให้ใช้ตัวเรือน PPE/PPO ตรวจสอบข้อกำหนดวัสดุของตัวเรือนในเอกสารข้อมูลเสมอ – เอกสารข้อมูลเทอร์มินัลบล็อกทั่วไปจำนวนมากไม่ได้ระบุวัสดุของตัวเรือนไว้อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นสิ่งที่ควรระวัง

หมายเหตุประกอบการใช้งาน: การติดตั้งแผงขั้วต่อความหนาแน่นสูงในระบบ PLC จริง

ได้จัดหาแผงขั้วต่อแล้ว สำหรับการใช้งานกระจาย PLC ผมต้องการแบ่งปันรูปแบบการใช้งานจริงที่ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดอย่างสม่ำเสมอ และข้อผิดพลาดในการกำหนดคุณสมบัติที่มักนำไปสู่ปัญหาในภาคสนาม ซึ่งครอบคลุมอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตั้งแต่การประกอบรถยนต์ การแปรรูปอาหารและเครื่องดื่ม การบำบัดน้ำ และการควบคุมระบบปรับอากาศ

หลักการประยุกต์ใช้ที่สำคัญที่สุดคือ การแยกตามประเภทสัญญาณในตู้ PLC ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าผสมกัน (ไฟเลี้ยงมอเตอร์ 480V AC, วงจรควบคุม 230V AC, อินพุต/เอาต์พุต PLC 24V DC) ควรแยกขั้วต่อสำหรับแต่ละระดับแรงดันไฟฟ้าออกจากกัน โดยอาจติดตั้งบนราง DIN แยกกันโดยมีช่องว่างที่ชัดเจน หรือใช้ขั้วต่อแบบแผงกั้นที่ให้การแบ่งแยกทางกายภาพระหว่างวงจรแรงดันไฟฟ้าต่างกันที่อยู่ติดกัน การแยกส่วนนี้เป็นสิ่งจำเป็นโดย... IEC 60204-1 (ความปลอดภัยของเครื่องจักร – อุปกรณ์ไฟฟ้า) และเป็นสิ่งที่ไม่สามารถละเว้นได้ในระบบการตรวจสอบความปลอดภัยทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่

สำหรับส่วนการกระจายสัญญาณ I/O ของ PLC ที่ใช้ไฟ DC 24V นั้น เราขอแนะนำให้ใช้การกำหนดค่าแบบสามชั้น โดยชั้นบนสุดเป็นบัสจ่ายไฟร่วม (24V DC จากแหล่งจ่ายไฟ) ชั้นกลางจ่ายไฟให้กับกลุ่มอินพุต A ของ PLC และชั้นล่างสุดจ่ายไฟให้กับกลุ่มอินพุต B ของ PLC การกำหนดค่านี้ช่วยให้สามารถแยกบัสร่วมออกได้เพื่อวัตถุประสงค์ในการล็อกเอาต์-แท็กเอาต์ ในขณะที่กลุ่มอินพุตทั้งสองยังคงได้รับพลังงาน และยังช่วยให้สามารถตัดการเชื่อมต่อกลุ่มอินพุตแต่ละกลุ่มเพื่อการบำรุงรักษาโดยไม่ส่งผลกระทบต่อกลุ่มอื่น

ข้อผิดพลาดในการกำหนดสเปคที่พบได้บ่อยคือ การเลือกขนาดพิกัดกระแสของขั้วต่อเทอร์มินัลบล็อกสำหรับการจ่ายไฟให้กับ PLC ต่ำเกินไป รางจ่ายไฟ DC 24V ที่จ่ายไฟให้กับช่องสัญญาณอินพุต PLC 32 ช่อง ที่กระแส 20 mA ต่อช่อง จะมีกระแสรวม 640 mA ซึ่งอยู่ในช่วงพิกัดกระแสของขั้วต่อเทอร์มินัลบล็อกใดๆ ก็ตาม อย่างไรก็ตาม กระแสไฟกระชากจากโมดูลอินพุต PLC (ซึ่งอาจสูงกว่ากระแสไฟขณะเปิดเครื่อง 3-5 เท่า) อาจทำให้ขั้วต่อเทอร์มินัลบล็อกรับภาระเกินได้ชั่วขณะ เราขอแนะนำให้กำหนดสเปคขั้วต่อเทอร์มินัลบล็อกสำหรับการจ่ายไฟให้กับ PLC ที่มีพิกัดกระแสอย่างน้อย 150% ของกระแสไฟขณะเปิดเครื่องที่คำนวณได้ เพื่อให้มีระยะเผื่อเพียงพอสำหรับกระแสไฟกระชากและสภาวะผิดปกติ

อีกประเด็นที่ควรพิจารณาในทางปฏิบัติคือ การจัดการและการจัดวางสายไฟแผงขั้วต่อแบบสามชั้นช่วยลดจำนวนสายไฟ แต่เพิ่มความหนาแน่นของสายไฟที่จุดเชื่อมต่อแต่ละจุด (สามสายต่อตำแหน่งแทนที่จะเป็นหนึ่งสาย) ดังนั้นจึงต้องใส่ใจกับการจัดระเบียบสายไฟที่แถวแผงขั้วต่ออย่างระมัดระวัง เพื่อให้แน่ใจว่ารัศมีโค้งของสายไฟแต่ละเส้นไม่แคบเกินไป ซึ่งอาจทำให้ฉนวนสายไฟเสียหายได้ในระยะยาว เราขอแนะนำให้รักษารัศมีโค้งขั้นต่ำไว้ที่ 3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายไฟ สำหรับสายไฟแบบอ่อนตัวที่มีเส้นลวดหลายเส้น

การบำรุงรักษา การแก้ไขปัญหา และการดัดแปลงภาคสนาม

หนึ่งในข้อดีที่น่าสนใจที่สุดของการใช้เทอร์มินัลบล็อกสามชั้นความหนาแน่นสูงในงานกระจายสัญญาณ PLC คือข้อได้เปรียบด้านการบำรุงรักษาและการแก้ไขปัญหา เมื่อช่องสัญญาณอินพุต PLC ล้มเหลวในแผงควบคุมที่เดินสายแบบเดิม กระบวนการวินิจฉัยต้องไล่สายไฟแต่ละเส้นจากโมดูลอินพุตย้อนกลับผ่านเทอร์มินัลบล็อกไปยังอุปกรณ์ภาคสนาม ซึ่งกระบวนการนี้อาจใช้เวลานานหลายชั่วโมงในชุดสายไฟที่ซับซ้อน แต่ในเทอร์มินัลบล็อกที่ออกแบบมาอย่างดีนั้น แผงขั้วต่อสามชั้น เมื่อติดตั้งแล้ว ขั้นตอนการวินิจฉัยจะสั้นลงอย่างมาก เนื่องจากแต่ละตำแหน่งของขั้วต่อมีหน้าที่ที่กำหนดไว้และคาดเดาได้

สำหรับการดัดแปลงระบบภาคสนาม ซึ่งเกิดขึ้นบ่อยกว่าที่นักออกแบบระบบควบคุมส่วนใหญ่คาดการณ์ไว้ แผงขั้วต่อแบบสามชั้นพร้อมการเชื่อมต่อแบบจัมเปอร์ภายนอกจะให้ข้อได้เปรียบเพิ่มเติม เมื่อการขยายระบบ PLC จำเป็นต้องเพิ่มช่องสัญญาณอินพุต กระบวนการโดยทั่วไปจะจำกัดอยู่เพียงการเพิ่มตำแหน่งแผงขั้วต่อลงในราง DIN ที่ว่างอยู่ การติดตั้งจัมเปอร์บาร์ใหม่เพื่อขยายบัสกระจายสัญญาณไปยังตำแหน่งใหม่ และการต่อสายไฟภาคสนามใหม่ ซึ่งเร็วกว่าการเดินสายไฟแต่ละเส้นจากแผงขั้วต่อส่วนกลางไปยังจุด I/O ใหม่แต่ละจุดอย่างมาก

สำหรับการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง ผมขอแนะนำให้จัดทำตารางการตรวจสอบแรงบิดของขั้วต่อแบบสกรูในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง ช่วงเวลาการตรวจสอบแรงบิดขึ้นอยู่กับระดับการสั่นสะเทือน: สำหรับตู้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมทั่วไป (เช่น พื้นโรงงานทั่วไป) การตรวจสอบแรงบิดปีละครั้งก็เพียงพอแล้ว สำหรับตู้ที่ติดตั้งบนเครื่องจักรที่มีการสั่นสะเทือน (ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ตะแกรงสั่น) การตรวจสอบทุกครึ่งปีจะเหมาะสมกว่า ใช้ไขควงวัดแรงบิดที่ได้รับการสอบเทียบแล้ว ตั้งค่าแรงบิดตามค่าที่ระบุในเอกสารข้อมูล ซึ่งโดยทั่วไปคือ 0.5–0.8 นิวตันเมตร สำหรับขั้วต่อขนาด 4 มม.²

การจัดหาและการตรวจสอบคุณภาพ: สิ่งที่คุณควรเรียกร้องจากซัพพลายเออร์ของคุณ

ไม่ใช่ทั้งหมด แผงขั้วต่อความหนาแน่นสูง สินค้าทุกชิ้นมีคุณภาพเท่าเทียมกัน และความแตกต่างด้านคุณสมบัติที่แยกผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการออกแบบอย่างแท้จริงออกจากสินค้าที่นำมาติดแบรนด์ใหม่นั้น มักไม่ปรากฏให้เห็นในภาพถ่ายในแคตตาล็อก นี่คือสิ่งที่ผมแนะนำให้คุณเรียกร้องจากลูกค้า ผู้จำหน่ายเทอร์มินัลบล็อก:

ร้องขอ IEC 60947-7-1 รายงานผลการทดสอบผู้ผลิตรายใดที่อ้างว่าปฏิบัติตามมาตรฐานนี้ ควรสามารถจัดหารายงานการทดสอบจากห้องปฏิบัติการทดสอบที่ได้รับการรับรอง (เช่น TÜV Rheinland, UL, ซีเอสเอ, หรือ บิวโร เวริทัสรายงานการทดสอบจะบันทึกค่าที่วัดได้จริงสำหรับความแข็งแรงของฉนวน ความต้านทานฉนวน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ และความทนทานทางกล ไม่ใช่แค่ค่าที่ระบุไว้เท่านั้น ผู้จำหน่ายที่ไม่สามารถหรือไม่ยอมจัดหาเอกสารเหล่านี้ถือเป็นสัญญาณเตือนภัยที่สำคัญ

ตรวจสอบ พิกัดแรงดันอิมพัลส์ และระดับมลพิษในรายงานการทดสอบ เอกสารข้อมูลจำเพาะของขั้วต่อเทอร์มินัลทั่วไปจำนวนมากระบุ IEC 60947-7-1 การอ้างว่าผ่านมาตรฐานโดยไม่ระบุค่าแรงดันอิมพัลส์หรือระดับมลภาวะ หมายความว่าพารามิเตอร์เหล่านั้นยังไม่ได้รับการทดสอบ หรือผลการทดสอบไม่ดีพอจนต้องละเว้นจากเอกสารข้อมูลจำเพาะ สำหรับสภาพแวดล้อม PLC ในอุตสาหกรรม คุณควรเห็นระดับมลภาวะ 3 และแรงดันอิมพัลส์ 4 kV หรือสูงกว่าเป็นข้อกำหนดขั้นต่ำ

ยืนยัน เอกสารข้อมูลวัสดุสำหรับที่อยู่อาศัยขอทราบเกรดวัสดุที่ใช้ทำที่อยู่อาศัยและ UL94 ระดับความไวไฟ ขั้วต่อเทอร์มินัล PA 6.6 ควรได้รับการรับรอง UL94 V-0 โดยพิจารณาจากความหนาของผนังตัวเรือนที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ หากผู้จำหน่ายไม่สามารถจัดหาเอกสารข้อมูลวัสดุได้ การกล่าวอ้างเกี่ยวกับวัสดุตัวเรือนจะถือว่าไม่ได้รับการตรวจสอบ

ประเมินผล ข้อกำหนดความต้านทานการสัมผัสแผงขั้วต่อคุณภาพสูงควรมีค่าความต้านทานการสัมผัสต่ำกว่า 1 มิลลิโอห์ม (mΩ) ที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนด โดยวัดที่จุดต่อสายไฟ ค่าความต้านทานการสัมผัสที่สูงกว่านี้บ่งชี้ถึงการเตรียมพื้นผิวสัมผัสที่ด้อยคุณภาพหรือการออกแบบแรงสปริง/แรงหนีบที่ไม่เหมาะสม ซึ่งทั้งสองอย่างนี้จะนำไปสู่ความเสียหายก่อนกำหนดในงานที่มีกระแสไฟฟ้าสูงหรืออุณหภูมิสูง

แนวโน้มที่กำลังมาแรง: แผงขั้วต่ออัจฉริยะและระบบวินิจฉัยแบบบูรณาการ

ตลาดเทอร์มินัลบล็อกเริ่มมีการนำคุณสมบัติการวินิจฉัยแบบบูรณาการมาใช้ ซึ่งก่อนหน้านี้เป็นไปไม่ได้ในส่วนประกอบแบบพาสซีฟ ผู้ผลิตหลายราย รวมถึง J-Guang กำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์เทอร์มินัลบล็อกที่มีเซ็นเซอร์ตรวจสอบกระแสไฟฟ้า ไฟ LED แสดงสถานะ และอินเทอร์เฟซการสื่อสารในตัว ซึ่งช่วยให้เทอร์มินัลบล็อกสามารถรายงานสถานะของตนเองไปยัง PLC หรือ BMS ผ่านทางบัสดิจิทัลได้

สำหรับแอปพลิเคชันการกระจาย PLC การพัฒนาที่น่าสนใจที่สุดคือการบูรณาการของ บัสบาร์ตรวจจับกระแสไฟฟ้า ที่สามารถตรวจจับวงจรเปิดหรือค่ากระแสไฟฟ้าผิดปกติในแต่ละตำแหน่งของขั้วต่อเทอร์มินัลได้โดยไม่ต้องใช้เซ็นเซอร์ภายนอกเพิ่มเติม これにより ทำให้สามารถแจ้งเตือนการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน (แทนที่จะเป็นการตอบสนองเมื่อเกิดความเสียหาย) สำหรับเครือข่ายสายไฟกระจายสัญญาณของ PLC ได้ ขั้วต่อเทอร์มินัลที่มีเซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้าในตัวซึ่งรายงานไปยัง PLC ผ่านทาง... โมดบัส อาร์ทียู หรือ แคนโอเพน อินเทอร์เฟซสามารถแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานถึงปัญหาการเชื่อมต่อสายไฟที่กำลังเกิดขึ้น ก่อนที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวในการป้อนข้อมูลของ PLC

นอกจากนี้เรายังเห็นการนำไปใช้เพิ่มมากขึ้นด้วย กลไกการปลดล็อคโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ สำหรับขั้วต่อสายไฟแบบสปริงที่ช่วยให้ถอดสายไฟได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ช่วยลดเวลาในการเข้าถึงเพื่อบำรุงรักษาได้อย่างมาก การผสมผสานระหว่างการเชื่อมต่อแบบสปริง (เพื่อความรวดเร็วในการติดตั้งครั้งแรก) กับการถอดโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ (เพื่อความรวดเร็วในการเข้าถึงเพื่อบำรุงรักษา) นั้นมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมการกระจาย PLC ซึ่งทั้งต้นทุนการสร้างแผงควบคุมเริ่มต้นและต้นทุนการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่องเป็นปัจจัยสำคัญ

คำถามที่พบบ่อย