Час підключення шафи ПЛК значно скорочується завдяки вставним клемним колодкам на DIN-рейку з кроком 5,08 мм — що отримують виробники обладнання для промислової автоматизації в ефективності складання

Трудомісткість традиційного підключення гвинтових клем

У шафі керування ПЛК середньої складності для пакувального обладнання, конвеєрних систем або систем керування литтям під тиском зазвичай є 600-1200 окремих виводів проводів. Кожен вивод на традиційній прохідній клемній блоці з гвинтовими затискачами вимагає: зняття ізоляції на 8-10 мм з кінця дроту за допомогою каліброваного інструменту для зняття ізоляції, вставки оголеного дроту в отвір для клеми, затягування гвинта до заданого моменту затягування (зазвичай 0,5-0,8 Нм для дроту 2,5 мм², як зазначено виробником клеми) та перевірки з'єднання за допомогою випробування на розтягування згідно з IEC 60947-7-1. Повний цикл зачистки-вставки-затягування-перевірки займає 45-90 секунд на кожен дріт залежно від досвіду техніка, доступності положення клеми в щільно упакованій шафі та того, чи вимагає прокладання проводів додаткових кроків з управління кабелями. При середньому 60 секундах на підключення та 800 виводах на шафу, лише пряме підключення займає 800 хвилин — понад 13 годин на шафу.

Це не включає час, необхідний для інтерпретації схеми підключення та її зіставлення з фізичними положеннями клем. Схема підключення показує логічні з'єднання: "I0.0 → клема X1:47". Технік повинен знайти клему X1 на DIN-рейці, дорахувати до позиції 47 у рядку з 60-80 однакових на вигляд клем та вставити правильний провід. При щільності 60 клем на метр DIN-рейки візуальне розрізнення між клемою 47 та клемою 48 вимагає зосередженої уваги на кожному окремому з'єднанні. Коефіцієнт помилок у виробничих умовах, коли техніки з'єднують шафи протягом 7-8 годин на зміну, становить приблизно 2-5 помилок підключення на шафу в середньому, виходячи з даних про якість у цеху щитового монтажу, які я переглянув. Діагностика та виправлення кожної помилки під час функціонального тестування займає 15-45 хвилин, додаючи 30-225 хвилин часу на повторну роботу на шафу. Ці помилки майже повністю є функцією кроку ручного зіставлення — пальці техніка потрапили на правильний провід, але на неправильне положення клеми — і їх фактично неможливо усунути лише за допомогою навчання або дисципліни процесу.

Парадигма підключених пристроїв: Закінчення на джгуті, а не на шафі

Вставні клемні колодки змінюють фундаментальну парадигму підключення проводів від підключення в шафі до підключення на джгуті. Замість того, щоб підводити окремі дроти до шафи та підключати кожен до призначеного для них місця на DIN-рейці, виробник щитів отримує попередньо зібрані джгути проводів зі вставними роз'ємами, вже підключеними до кінців проводів. Роз'ємний блок — 2-24-контактний штекер з кроком 5,08 мм — з'єднується з фіксованим роз'ємом, встановленим на DIN-рейці. Завдання виробника шаф переходить від 800 окремих роз'ємів до підключення 20-40 попередньо зібраних роз'ємних блоків до відповідних роз'ємів.

Це принципово інша модель складання, наслідки якої виходять далеко за рамки прямої економії праці. Високоточні, схильні до помилок роботи з монтажу проводів переносяться на етап виробництва джгутів, де їх можна виконувати на стенді за кращих умов освітлення, з безперешкодним доступом до поверхонь роз'ємів і, що найважливіше, за допомогою автоматизованого обладнання для тестування джгутів, яке перевіряє кожне з'єднання на предмет цілісності, правильності призначення контактів та опору ізоляції перед тим, як джгут буде відправлено до цеху щитів. Система тестування джгутів, що використовує Cirris або подібний автоматизований тестер, може перевірити 50-контактний вузол роз'єму менш ніж за 30 секунд і створити звіт про випробування, який служить об'єктивним доказом якості для вхідного контролю в цеху щитів. Відбувається перехід від довіри до уваги техніка до довіри до об'єктивних вимірювань випробувального обладнання.

Економія часу є значною та добре задокументованою у промисловому щитовому будівництві. Блок роз'ємів з 12 попередньо закінченими проводами підключається до роз'єму DIN-рейки за 5-10 секунд — час, необхідний для вирівнювання роз'єму з роз'ємом, втискання його до замикання з чутним клацанням, та візуального підтвердження повного вставки, перевіряючи, чи лицьова поверхня роз'єму знаходиться врівень з лицьовою поверхнею роз'єму. 12-полюсний традиційний гвинтовий клемний блок потребує 12-18 хвилин для закінчення роботи в шафі. Підхід з під'єднанням скорочує цей час до менш ніж 30 секунд для роботи з боку шафи — це скорочення більш ніж на 95% трудомісткості роботи з боку шафи для цих 12 з'єднань. У шафі на 800 з'єднаних роз'ємів час підключення з боку шафи скорочується з 13+ годин до приблизно 2-3 годин. Час складання джгута проводів з закінченням, що виконується на стенді, додає 4-6 годин, що забезпечує чисте скорочення на 35-45% загальної трудомісткості підключення.

Усунення помилок за допомогою фіксованої розпіновки

Найбільш економічно значущою перевагою вставних клемних колодок може бути не економія праці, а майже повна відсутність помилок у призначенні проводки. Коли виробник джгутів виготовляє 12-контактний роз'єм з проводами в позиціях з 1 по 12, розташування контактів фізично фіксовано. Виготовлювач панелі не може вставити неправильний провід у позицію 7, оскільки провід для позиції 7 вже закінчений у роз'ємі в позиції 7 і його не можна перемістити без обрізання та повторного закінчування. Єдина дія, яку потрібно виконати в шафі, - це підключити роз'єм до правильного роз'єму, який позначений ідентифікатором роз'єму (наприклад, "X101"), що відповідає як схемі підключення, так і фізичній етикетці на корпусі роз'єму з боку джгута.

Цей перехід від перевірки кожного дроту до перевірки кожного роз'єму принципово змінює профіль виявлення помилок. У традиційній шафі з двоточковим підключенням кожне з 800 з'єднань має бути окремо перевірене на відповідність схемі підключення — процес перевірки триває 4-6 годин і має такий самий рівень людських помилок, як і оригінальна проводка. Зі штекерними роз'ємами перевірка зводиться до: (1) підтвердження того, що джгут був перевірений на цілісність та розпізнавання контактів у виробника джгута, і звіт про випробування доступний, та (2) підтвердження того, що кожен штекер роз'єму знаходиться у правильному роз'ємі, шляхом візуальної перевірки етикетки на кресленні компонування шафи. Крок 2 займає 10-15 хвилин для 30 роз'ємів. Загальний час перевірки скорочується з 4-6 годин до менш ніж години. Рівень помилок підключення падає з 2-5 на шафу майже до нуля, оскільки розпізнавання контактів фізично забезпечується роз'ємом — оператор не вирішує, який провід куди йде, лише візуальне збігання двох міток.

The UL 508A стандарт для промислових панелей керування та ІЕК 61439 Для низьковольтних розподільчих пристроїв та пристроїв керування в обох випадках технологія вставного з'єднання згадується як засіб покращення якості заводського підключення. Стандарт UL 508A спеціально дозволяє використання вставних роз'ємів як прийнятного методу підключення за умови, що роз'єм відповідає вимогам застосування, а номінальні значення напруги/струму відповідають специфікаціям виробника роз'єму.

Польове обслуговування: де рентабельність інвестицій зростає

Економія часу на складання виправдовує використання вставних клемних колодок у цеху щитового монтажу; економія на польовому обслуговуванні – це те, що прискорює рентабельність інвестицій, перевищуючи початкове обґрунтування покупки. Коли модуль вводу/виводу виходить з ладу в шафі ПЛК, підключеній за допомогою традиційних гвинтових клем, процедура польового обслуговування є надзвичайно трудомісткою: фотографування або маркування кожного дроту, підключеного до несправного модуля (10-30 хвилин, залежно від щільності дроту та якості існуючого маркування), відключення всіх 20-40 окремих проводів (5-15 хвилин), видалення несправного модуля та встановлення заміни (5-10 хвилин), повторне підключення всіх проводів до правильних клем на заміненому модулі, посилаючись на фотографію або етикетки, зроблені на кроці 1 (20-45 хвилин), та перевірка кожного з'єднання (5-10 хвилин). Загальний витрачений час: 45-105 хвилин праці кваліфікованих техніків, протягом яких виробнича машина не працює.

З використанням під’єднувальних роз’ємів процедура скорочується до наступного: від’єднання блоку роз’ємів від несправного модуля (5 секунд), видалення несправного модуля та встановлення заміни (5-10 хвилин), а потім підключення блоку роз’ємів до заміненого модуля (5 секунд). Нульові дроти від’єднуються. Нульові дроти повторно закінчуються. Нульові з’єднання потребують перевірки, оскільки той самий роз’єм з тими ж проводами в тих самих положеннях контактів тепер під’єднується до ідентичного заміненого модуля. Загальний час — менше 10 хвилин, переважно на заміну механічного модуля та повторну ініціалізацію ПЛК — скорочується на 80-90% порівняно з традиційною процедурою. У галузях, де простій обладнання коштує 500-5000 доларів США на годину (автомобільні складальні лінії, упаковка харчових продуктів та напоїв, фармацевтичне виробництво, виробництво напівпровідників), різниця між 90-хвилинним ремонтом та 10-хвилинним ремонтом заощаджує 650-7500 доларів США на вартості простою на кожен збій модуля вводу/виводу. Протягом 10-15 років терміну служби машини з заміною 3-6 модулів вводу/виводу, економія лише від польового обслуговування може перевищити додаткові витрати на вставні клемні колодки в 3-5 разів.

Економіка витрат на кожне підключення

На рівні компонентів традиційна 2-позиційна прохідна клемна колодка з гвинтовими затискачами коштує приблизно 0,30-0,60 доларів США за позицію при великих кількостях (понад 5000 позицій). Вставна система клемних колодок 5,08 мм, що складається з роз'єму, що монтується на DIN-рейку, та штекерного роз'єму з боку джгута проводів, коштує приблизно 0,80-1,50 доларів США за позицію. Надбавка до вартості компонента становить значну суму 0,50-1,00 доларів США за позицію, що для шафи на 800 позицій становить 400-800 доларів США додаткових витрат на матеріали.

Однак, вартість компонентів – це лише один пункт. Повністю завантажена ставка робочої сили для складального цеху в Північній Америці або Західній Європі становить 35-55 доларів США за годину. Економія робочої сили на одне з'єднання – приблизно 30-50 секунд – перетворюється на 0,29-0,76 доларів США на з'єднання за цими ставками. Використовуючи середні значення кожного діапазону, премія за компонент у розмірі 0,75 доларів США компенсується економією робочої сили в розмірі 0,50 доларів США, залишаючи чисту премію в розмірі 0,25 доларів США за позицію – або 200 доларів США за шафу на 800 позицій. Якщо врахувати економію на польовому обслуговуванні, скорочення часу функціонального тестування та усунення претензій щодо гарантійного підключення, загальна вартість володіння рішуче зміщується на користь вставних роз'ємів на 1-2 році польової експлуатації.