เวลาในการเดินสายตู้ PLC ลดลงอย่างเห็นได้ชัดด้วยขั้วต่อเทอร์มินัลแบบเสียบได้ขนาด 5.08 มม. บนราง DIN — สิ่งที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม (OEM) ได้รับในด้านประสิทธิภาพการประกอบ

ปริมาณแรงงานในการเดินสายไฟขั้วต่อสกรูแบบดั้งเดิม

ในตู้ควบคุม PLC ระดับกลางสำหรับเครื่องจักรบรรจุภัณฑ์ ระบบลำเลียง หรือเครื่องฉีดขึ้นรูป มักจะมีขั้วต่อสายไฟประมาณ 600-1,200 จุด แต่ละจุดบนขั้วต่อแบบขันสกรูแบบดั้งเดิมนั้น ต้องดำเนินการดังนี้: ลอกฉนวนออกจากปลายสายไฟ 8-10 มม. โดยใช้เครื่องมือลอกฉนวนที่ได้มาตรฐาน, เสียบสายไฟที่ลอกฉนวนแล้วเข้าไปในช่องเปิดของขั้วต่อ, ขันสกรูให้แน่นตามแรงบิดที่กำหนด (โดยทั่วไป 0.5-0.8 นิวตันเมตร สำหรับสายไฟขนาด 2.5 มม.² ตามที่ผู้ผลิตขั้วต่อกำหนด) และตรวจสอบการเชื่อมต่อด้วยการทดสอบแรงดึงตามมาตรฐาน IEC 60947-7-1 วงจรการลอกฉนวน-เสียบ-ขัน-ตรวจสอบทั้งหมดใช้เวลา 45-90 วินาทีต่อสาย ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของช่างเทคนิค ความสะดวกในการเข้าถึงตำแหน่งของขั้วต่อภายในตู้ที่แน่นขนัด และว่าการเดินสายไฟนั้นต้องการขั้นตอนการจัดการสายเคเบิลเพิ่มเติมหรือไม่ ด้วยระยะเวลาเฉลี่ย 60 วินาทีต่อการเชื่อมต่อ และ 800 จุดต่อตู้ ทำให้ค่าแรงในการเดินสายโดยตรงเพียงอย่างเดียวใช้เวลา 800 นาที หรือมากกว่า 13 ชั่วโมงต่อตู้

นี่ไม่รวมเวลาที่ต้องใช้ในการตีความแผนผังการเดินสายไฟและจับคู่กับตำแหน่งขั้วต่อทางกายภาพ แผนผังการเดินสายไฟแสดงการเชื่อมต่อเชิงตรรกะ: "I0.0 → ขั้วต่อ X1:47" ช่างเทคนิคต้องหาขั้วต่อ X1 บนราง DIN นับไปที่ตำแหน่ง 47 ในแถวของขั้วต่อที่ดูเหมือนกัน 60-80 ตัว และเสียบสายไฟที่ถูกต้อง ด้วยความหนาแน่นของขั้วต่อ 60 ตัวต่อเมตรของราง DIN การแยกแยะด้วยสายตาระหว่างขั้วต่อ 47 และขั้วต่อ 48 ต้องใช้ความเอาใจใส่เป็นพิเศษในทุกการเชื่อมต่อ อัตราความผิดพลาดภายใต้สภาวะการผลิต — ที่ช่างเทคนิคเดินสายไฟตู้เป็นเวลา 7-8 ชั่วโมงต่อกะ — อยู่ที่ประมาณ 2-5 ข้อผิดพลาดในการเดินสายไฟต่อตู้โดยเฉลี่ย โดยอิงจากข้อมูลคุณภาพของร้านประกอบแผงควบคุมที่ผมได้ตรวจสอบมา ข้อผิดพลาดแต่ละครั้งใช้เวลา 15-45 นาทีในการวินิจฉัยและแก้ไขระหว่างการทดสอบการทำงาน ซึ่งเพิ่มเวลาในการแก้ไข 30-225 นาทีต่อตู้ ข้อผิดพลาดเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากขั้นตอนการแมปด้วยตนเอง กล่าวคือ นิ้วของช่างเทคนิคไปโดนสายไฟที่ถูกต้อง แต่ไปโดนตำแหน่งขั้วต่อที่ผิด และแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดข้อผิดพลาดเหล่านี้ได้ด้วยการฝึกอบรมหรือระเบียบวินัยในกระบวนการทำงานเพียงอย่างเดียว

รูปแบบการเสียบปลั๊ก: สิ้นสุดที่สายไฟ ไม่ใช่ที่ตู้ควบคุม

บล็อกขั้วต่อแบบเสียบได้เปลี่ยนรูปแบบการเดินสายไฟพื้นฐานจาก "ต่อสายภายในตู้" ไปเป็น "ต่อสายที่ชุดสายไฟ" แทนที่จะนำสายไฟแต่ละเส้นเข้าไปในตู้และต่อเข้ากับตำแหน่งขั้วต่อที่กำหนดไว้บนราง DIN ผู้ผลิตตู้จะได้รับชุดสายไฟที่ประกอบไว้ล่วงหน้าพร้อมขั้วต่อแบบเสียบได้ที่ต่อเข้ากับปลายสายไฟแล้ว บล็อกขั้วต่อ — ปลั๊ก 2-24 ตำแหน่งที่มีระยะห่าง 5.08 มม. — จะเชื่อมต่อกับเฮดเดอร์แบบตายตัวที่ติดตั้งอยู่บนราง DIN งานของผู้ผลิตตู้จึงเปลี่ยนจากการต่อสายไฟแต่ละเส้น 800 เส้น ไปเป็นการเสียบบล็อกขั้วต่อที่ประกอบไว้ล่วงหน้า 20-40 บล็อกเข้ากับเฮดเดอร์ที่ตรงกัน

นี่คือรูปแบบการประกอบที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ซึ่งมีนัยสำคัญที่นอกเหนือไปจากการประหยัดแรงงานโดยตรง งานเดินสายไฟที่มีความแม่นยำสูงและมีโอกาสผิดพลาดสูงจะถูกย้ายไปทำในขั้นตอนการผลิตชุดสายไฟ ซึ่งสามารถทำได้บนโต๊ะทำงานภายใต้สภาพแสงที่ดีกว่า เข้าถึงหน้าสัมผัสของขั้วต่อได้สะดวก และที่สำคัญที่สุดคือ มีอุปกรณ์ทดสอบชุดสายไฟอัตโนมัติที่ตรวจสอบการเชื่อมต่อทุกจุดเพื่อความต่อเนื่อง การกำหนดตำแหน่งขาที่ถูกต้อง และความต้านทานฉนวน ก่อนที่ชุดสายไฟจะถูกส่งไปยังโรงงานประกอบแผงควบคุม ระบบทดสอบชุดสายไฟโดยใช้เครื่องทดสอบอัตโนมัติ Cirris หรือเครื่องมือที่คล้ายกัน สามารถตรวจสอบการประกอบขั้วต่อ 50 ตำแหน่งได้ภายในเวลาไม่ถึง 30 วินาที และสร้างรายงานการทดสอบที่ใช้เป็นหลักฐานคุณภาพที่เป็นกลางสำหรับการตรวจสอบขาเข้าของโรงงานประกอบแผงควบคุม การเปลี่ยนแปลงคือจากการไว้วางใจในความใส่ใจของช่างเทคนิคไปเป็นการไว้วางใจในการวัดที่เป็นกลางของอุปกรณ์ทดสอบ

การประหยัดเวลาเป็นสิ่งสำคัญและได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในการประกอบแผงควบคุมอุตสาหกรรม บล็อกตัวเชื่อมต่อที่มีสายไฟที่ต่อไว้ล่วงหน้า 12 เส้น สามารถเสียบเข้ากับหัวต่อราง DIN ได้ภายใน 5-10 วินาที ซึ่งเป็นเวลาที่ใช้ในการจัดตำแหน่งตัวเชื่อมต่อให้ตรงกับหัวต่อ ดันเข้าไปจนกระทั่งแท็บล็อคเข้าที่พร้อมเสียงคลิก และตรวจสอบด้วยสายตาว่าเสียบเข้าไปจนสุดแล้ว โดยตรวจสอบว่าหน้าตัวเชื่อมต่อเรียบเสมอกับหน้าหัวต่อ บล็อกขั้วต่อแบบสกรูแบบดั้งเดิม 12 ตำแหน่ง ต้องใช้เวลา 12-18 นาทีในการต่อสายในตู้ การใช้ตัวเชื่อมต่อแบบเสียบได้ช่วยลดเวลาลงเหลือต่ำกว่า 30 วินาทีสำหรับการทำงานด้านตู้ ซึ่งเป็นการลดแรงงานด้านตู้ลงมากกว่า 95% สำหรับการเชื่อมต่อ 12 จุดนั้น สำหรับตู้ที่มีการเชื่อมต่อ 800 จุด ด้วยตัวเชื่อมต่อแบบเสียบได้ เวลาในการเดินสายด้านตู้จะลดลงจาก 13 ชั่วโมงขึ้นไป เหลือประมาณ 2-3 ชั่วโมง เวลาในการประกอบชุดสายไฟที่ต่อเสร็จแล้ว ซึ่งทำที่โต๊ะทำงาน จะใช้เวลาเพิ่มอีก 4-6 ชั่วโมง ทำให้ลดแรงงานในการเดินสายโดยรวมลงได้ 35-45%

การกำจัดข้อผิดพลาดด้วยการกำหนดตำแหน่งขาคงที่

ประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สำคัญที่สุดของขั้วต่อแบบเสียบได้อาจไม่ใช่การประหยัดแรงงาน แต่เป็นการลดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งสายไฟลงเกือบหมด เมื่อผู้ผลิตชุดสายไฟสร้างขั้วต่อ 12 ตำแหน่งโดยมีสายไฟอยู่ในตำแหน่งที่ 1 ถึง 12 การจัดเรียงขาจะถูกกำหนดไว้ตายตัว ผู้ประกอบแผงไม่สามารถเสียบสายไฟผิดเข้าไปในตำแหน่งที่ 7 ได้ เพราะสายไฟสำหรับตำแหน่งที่ 7 ได้ถูกต่อเข้ากับขั้วต่อที่ตำแหน่งที่ 7 แล้ว และไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้โดยไม่ต้องตัดและต่อใหม่ ขั้นตอนการประกอบเพียงอย่างเดียวในตู้คือการเสียบขั้วต่อเข้ากับเฮดเดอร์ที่ถูกต้อง ซึ่งมีป้ายกำกับระบุตัวระบุขั้วต่อ (เช่น "X101") ที่ตรงกับทั้งแผนผังการเดินสายไฟและป้ายกำกับทางกายภาพบนตัวเชื่อมต่อด้านชุดสายไฟ

การเปลี่ยนจากการตรวจสอบทีละสายไปเป็นการตรวจสอบทีละตัวเชื่อมต่อ ทำให้ลักษณะการตรวจจับข้อผิดพลาดเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ในตู้ควบคุมแบบใช้สายไฟต่อจุดแบบดั้งเดิม การเชื่อมต่อทั้ง 800 จุดจะต้องได้รับการตรวจสอบทีละจุดเทียบกับแผนผังการเดินสายไฟ ซึ่งเป็นกระบวนการตรวจสอบที่ต้องใช้เวลา 4-6 ชั่วโมง และมีอัตราความผิดพลาดจากมนุษย์เท่ากับการเดินสายไฟแบบเดิม แต่ด้วยตัวเชื่อมต่อแบบเสียบได้ การตรวจสอบจะลดลงเหลือเพียง: (1) ยืนยันว่าชุดสายไฟได้รับการทดสอบความต่อเนื่องและการจัดเรียงขาที่ผู้ผลิตชุดสายไฟ และมีรายงานการทดสอบอยู่ และ (2) ยืนยันว่าปลั๊กตัวเชื่อมต่อแต่ละตัวอยู่ในเฮดเดอร์ที่ถูกต้องโดยการตรวจสอบฉลากด้วยสายตาเทียบกับแบบร่างผังตู้ควบคุม ขั้นตอนที่ 2 ใช้เวลา 10-15 นาทีสำหรับตัวเชื่อมต่อ 30 ตัว เวลาในการตรวจสอบทั้งหมดลดลงจาก 4-6 ชั่วโมงเหลือไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง อัตราความผิดพลาดในการเดินสายไฟลดลงจาก 2-5 ต่อตู้ควบคุมเหลือเกือบศูนย์ เพราะการจัดเรียงขาถูกบังคับใช้โดยตัวเชื่อมต่อแล้ว ไม่มีการตัดสินใจของผู้ปฏิบัติงานว่าสายไฟเส้นไหนควรไปอยู่ที่ไหน มีเพียงการตรวจสอบด้วยสายตาระหว่างฉลากสองอันเท่านั้น

เดอะ UL 508A มาตรฐานสำหรับแผงควบคุมอุตสาหกรรมและ อีซีอี 61439 สำหรับอุปกรณ์สวิตช์เกียร์และชุดควบคุมแรงดันต่ำ ทั้งสองมาตรฐานอ้างอิงถึงเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบเสียบปลั๊กได้ เพื่อปรับปรุงคุณภาพการเดินสายไฟจากโรงงาน มาตรฐาน UL 508A อนุญาตให้ใช้ขั้วต่อแบบเสียบปลั๊กได้เป็นวิธีการเดินสายไฟที่ยอมรับได้ โดยมีเงื่อนไขว่าขั้วต่อต้องได้รับการรับรองสำหรับการใช้งานนั้น และพิกัดแรงดัน/กระแสต้องอยู่ในข้อกำหนดของผู้ผลิตขั้วต่อ

บริการภาคสนาม: ที่ซึ่งผลตอบแทนจากการลงทุนทวีคูณ

การประหยัดเวลาในการประกอบชิ้นส่วนทำให้การนำบล็อกขั้วต่อแบบเสียบได้มาใช้ในโรงงานผลิตแผงควบคุมนั้นคุ้มค่า ส่วนการประหยัดเวลาในการซ่อมบำรุงนอกสถานที่นั้นทำให้ผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) สูงกว่าความคุ้มค่าในการซื้อครั้งแรกมาก เมื่อโมดูล I/O เสียหายในตู้ PLC ที่ต่อสายด้วยขั้วต่อแบบสกรูแบบดั้งเดิม ขั้นตอนการซ่อมบำรุงนอกสถานที่นั้นใช้เวลานานมาก: ถ่ายรูปหรือติดฉลากสายไฟทุกเส้นที่เชื่อมต่อกับโมดูลที่เสีย (10-30 นาที ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสายไฟและคุณภาพของฉลากที่มีอยู่) ถอดสายไฟทั้งหมด 20-40 เส้น (5-15 นาที) ถอดโมดูลที่เสียและติดตั้งโมดูลทดแทน (5-10 นาที) ต่อสายไฟทั้งหมดเข้ากับขั้วต่อที่ถูกต้องบนโมดูลทดแทนโดยอ้างอิงจากรูปถ่ายหรือฉลากที่ถ่ายในขั้นตอนที่ 1 (20-45 นาที) และตรวจสอบการเชื่อมต่อทุกจุด (5-10 นาที) เวลาทั้งหมดที่ใช้: 45-105 นาทีของแรงงานช่างเทคนิคที่มีทักษะ ซึ่งเครื่องจักรในการผลิตไม่ได้ทำงาน

ด้วยคอนเนคเตอร์แบบเสียบได้ ขั้นตอนการทำงานจะลดลงเหลือเพียง: ถอดบล็อกคอนเนคเตอร์ออกจากโมดูลที่เสีย (5 วินาที), ถอดโมดูลที่เสียออกและติดตั้งโมดูลใหม่ (5-10 นาที), และเสียบบล็อกคอนเนคเตอร์เข้ากับโมดูลใหม่ (5 วินาที) ไม่มีการถอดสายไฟ ไม่มีการต่อสายไฟใหม่ และไม่จำเป็นต้องตรวจสอบการเชื่อมต่อใดๆ เนื่องจากคอนเนคเตอร์ตัวเดียวกัน สายไฟเดียวกัน และตำแหน่งขาเดียวกัน ถูกเสียบเข้ากับโมดูลใหม่ที่เหมือนกันทุกประการ เวลาทั้งหมด — น้อยกว่า 10 นาที ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เวลาในการเปลี่ยนโมดูลและเริ่มต้น PLC ใหม่ — ลดลง 80-90% จากขั้นตอนแบบดั้งเดิม ในอุตสาหกรรมที่ค่าใช้จ่ายจากการหยุดทำงานของเครื่องจักรสูงถึง 500-5,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง (สายการประกอบรถยนต์ บรรจุภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่ม การผลิตยา การผลิตเซมิคอนดักเตอร์) ความแตกต่างระหว่างการซ่อมแซม 90 นาทีและการซ่อมแซม 10 นาที ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายจากการหยุดทำงานได้ถึง 650-7,500 ดอลลาร์สหรัฐต่อความล้มเหลวของโมดูล I/O หนึ่งครั้ง ตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร 10-15 ปี โดยมีการเปลี่ยนโมดูล I/O 3-6 ครั้ง ค่าใช้จ่ายด้านการซ่อมบำรุงภาคสนามเพียงอย่างเดียวก็สามารถประหยัดได้มากกว่าต้นทุนที่เพิ่มขึ้นของบล็อกขั้วต่อแบบเสียบได้ถึง 3-5 เท่า

เศรษฐศาสตร์ต้นทุนต่อการเชื่อมต่อ

ในระดับส่วนประกอบ บล็อกขั้วต่อแบบยึดด้วยสกรู 2 ตำแหน่งแบบดั้งเดิมจะมีราคาประมาณ 0.30-0.60 ดอลลาร์สหรัฐต่อตำแหน่งในปริมาณมาก (5,000 ตำแหน่งขึ้นไป) ระบบบล็อกขั้วต่อแบบเสียบได้ขนาด 5.08 มม. ซึ่งประกอบด้วยส่วนหัวที่ติดตั้งบนราง DIN และตัวเชื่อมต่อแบบเสียบด้านสายไฟ จะมีราคาประมาณ 0.80-1.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อตำแหน่ง ต้นทุนส่วนประกอบที่เพิ่มขึ้นนั้นมีความสำคัญประมาณ 0.50-1.00 ดอลลาร์สหรัฐต่อตำแหน่ง ซึ่งในตู้ที่มี 800 ตำแหน่ง จะคิดเป็นต้นทุนวัสดุเพิ่มเติมประมาณ 400-800 ดอลลาร์สหรัฐ

อย่างไรก็ตาม ต้นทุนของชิ้นส่วนเป็นเพียงรายการหนึ่งเท่านั้น อัตราค่าแรงประกอบที่รวมค่าใช้จ่ายทั้งหมดแล้วสำหรับร้านประกอบแผงควบคุมในอเมริกาเหนือหรือยุโรปตะวันตกอยู่ที่ 35-55 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง การประหยัดค่าแรงต่อการเชื่อมต่อหนึ่งครั้ง — ประมาณ 30-50 วินาที — คิดเป็นต้นทุน 0.29-0.76 ดอลลาร์สหรัฐต่อการเชื่อมต่อหนึ่งครั้งในอัตราดังกล่าว เมื่อใช้ค่ากลางของแต่ละช่วง ต้นทุนชิ้นส่วนที่เพิ่มขึ้น 0.75 ดอลลาร์สหรัฐจะถูกชดเชยด้วยการประหยัดค่าแรง 0.50 ดอลลาร์สหรัฐ ทำให้ได้ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นสุทธิ 0.25 ดอลลาร์สหรัฐต่อตำแหน่ง — หรือ 200 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับตู้ที่มี 800 ตำแหน่ง เมื่อรวมการประหยัดค่าบริการภาคสนาม เวลาในการทดสอบการทำงานที่ลดลง และการยกเลิกการเรียกร้องค่าเสียหายจากการเดินสายไฟภายใต้การรับประกัน ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่เอื้อต่อการใช้ตัวเชื่อมต่อแบบเสียบได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในปีที่ 1-2 ของการใช้งานภาคสนาม