作者：Kenton Williston

　　工業(yè)控制面板設(shè)計(jì)人員面臨著眾多挑戰(zhàn)。其中包括有限的空間和預(yù)算、環(huán)境危害(例如斷電和接觸化學(xué)品)以及人為因素(例如誤用和篡改)。盡管存在這些困難，設(shè)計(jì)人員必須生產(chǎn)出一種能夠提供毫不妥協(xié)的安全性、安全性、可靠性并符合標(biāo)準(zhǔn)的面板。

　　為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員需要?jiǎng)?chuàng)造性的解決方案來(lái)簡(jiǎn)化控制面板的創(chuàng)建、安裝和使用。具體來(lái)說(shuō)，他們需要針對(duì)其特定用例量身定制的組件，以及確保正常運(yùn)行的安裝和維護(hù)工具。

　　本文提供了選擇這些組件的指南，重點(diǎn)是成本和空間優(yōu)化。它涵蓋布線系統(tǒng)、識(shí)別系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、訪問(wèn)控制和 UPS。它使用Panduit的示例，探討了每個(gè)組件的作用和選擇標(biāo)準(zhǔn)。本文還解釋了如何實(shí)施這些組件以確?？煽啃?、安全性并符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　通過(guò)選擇布線管道實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間的控制面板設(shè)計(jì)

　　為了設(shè)計(jì)高效的控制面板，自動(dòng)化和控制工程師必須應(yīng)對(duì)各種因素，例如電纜隔離、熱管理、電纜入口、電磁干擾 (EMI)、電纜彎曲半徑和未來(lái)擴(kuò)展空間。布線管道在此過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了整個(gè)面板設(shè)計(jì)的“骨架”。在選擇工業(yè)控制面板的走線槽時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮以下因素：

　　面板設(shè)計(jì)：面板的尺寸、類型以及母線尺寸和冷卻能力等規(guī)格都會(huì)影響所需布線管道的類型和特性。

　　尺寸：布線管道應(yīng)留出一些空間，以便將來(lái)添加或調(diào)整。然而，它不應(yīng)該太大，以免不必要地占用控制面板中的空間。

　　接線類型：不同尺寸和功能的電線(例如電源線、控制線或數(shù)據(jù)線)可能需要不同類型的導(dǎo)管或通道才能正確安裝。

　　環(huán)境和材料：常見(jiàn)的材料包括聚氯乙烯(PVC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料，但某些條件如高溫、潮濕或腐蝕性物質(zhì)，需要由特定材料制成的管道或具有一定的防護(hù)功能。

　　安裝和維護(hù)：應(yīng)易于添加或拆除電線，并且導(dǎo)管應(yīng)易于安裝在控制面板中。

　　合規(guī)性：管道應(yīng)符合適用的安全標(biāo)準(zhǔn)、電氣規(guī)范和行業(yè)特定法規(guī)。

　　標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)尤為重要，因?yàn)槭褂貌缓弦?guī)的布線管道可能會(huì)導(dǎo)致安全隱患或控制面板故障。作為符合標(biāo)準(zhǔn)的部件示例，Panduit 的F1X3LG6開(kāi)槽接線槽由無(wú)鉛 PVC 制成，連續(xù)使用溫度額定值高達(dá) +122°F (+50°C)。這滿足 UL 94 可燃性等級(jí) V-0 的要求，并滿足 NFPA 79-2007 第 13.3.1 節(jié)對(duì)阻燃材料的要求。

　　F1X3LG6 還非常適合節(jié)省空間的設(shè)計(jì)。它具有與高密度組件的間距對(duì)齊的窄槽，并且具有刻痕線，有助于創(chuàng)建更大的孔以進(jìn)行分支或其他電線管理(圖 1)。它配有卡扣式蓋，可快速、安全地連接電線。

　　圖 1：Panduit F1X3LG6 具有狹窄、間隔緊密的插槽，采用雙限制插槽設(shè)計(jì)用于固定電線。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　控制面板的替代布線解決方案

　　當(dāng)然，管道并不適合所有情況。例如，電線可能需要穿過(guò)管道無(wú)法鉆入機(jī)箱的區(qū)域。在這種情況下，可以考慮使用ABM100-AC背膠扎帶安裝座等解決方案。這種四向安裝座專為快速安裝和長(zhǎng)期可靠性而設(shè)計(jì)。

　　與所有粘合劑系統(tǒng)一樣，應(yīng)注意確保為應(yīng)用環(huán)境選擇正確的粘合劑(圖 2)。

　　不建議在銅或黃銅上使用。

　　安裝座僅由戶外材料制成。對(duì)于特定應(yīng)用，建議在廣泛使用之前進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。

　　取決于濃度、暴露時(shí)間和化學(xué)成分。

　　圖 2：應(yīng)選擇粘合劑系統(tǒng)來(lái)滿足應(yīng)用環(huán)境的要求。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　保護(hù)控制面板電線和電纜免受磨損

　　當(dāng)電線布設(shè)在管道外時(shí)，應(yīng)小心確保電線不會(huì)因磨損或其他危險(xiǎn)而損壞。例如，控制面板通常需要從外殼內(nèi)到前面板的布線。應(yīng)包裹這些電線以避免損壞?？刂乒こ處熆梢赃x擇的選項(xiàng)包括：

　　螺旋纏繞：線束和電纜束的通用磨損保護(hù)。易于突破，有不同的顏色、材料和尺寸可供選擇。

　　盤(pán)式分體線束包裹物：為線束和電纜束提供靈活且耐磨的保護(hù)。它具有獨(dú)特的槽型和大的重疊，可減少安裝時(shí)間并適應(yīng)各種束直徑。

　　編織套管：為電線、電纜、軟管和管道提供持續(xù)磨損保護(hù)。它采用靈活的開(kāi)放式編織，不會(huì)積聚熱量或濕氣。

　　波紋管：具有實(shí)心壁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)解決方案，可為電纜束提供全面保護(hù)。它有不同的材料可供選擇，有些采用狹縫壁設(shè)計(jì)，方便安裝和拆卸。

　　熱縮管：適用于電線電纜的絕緣、保護(hù)和顏色編碼。它還可以與端子和接線片一起使用，以實(shí)現(xiàn)清潔、安全和牢固的安裝。它有不同的材料、尺寸和壁厚可供選擇，有些帶有粘合襯里，可實(shí)現(xiàn)防水密封。

　　選擇合適的包裝時(shí)需要考慮許多因素(圖 3)。例如，如果應(yīng)用需要輕質(zhì)、靈活且能夠適應(yīng)不規(guī)則形狀的解決方案，那么 T25F -C螺旋纏繞是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。這種繞線設(shè)計(jì)易于安裝，但也很耐用，額定使用溫度高達(dá) +122°F (+50°C)。

　　圖 3：可提供多種類型的繞線以滿足不同的需求。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　通過(guò)電纜端接、管理和標(biāo)簽提高控制面板的可維護(hù)性和安全性

　　為了確?？刂泼姘宓挠行О惭b、使用和維護(hù)，設(shè)計(jì)人員必須選擇適當(dāng)?shù)碾娋€端接方法和材料(圖 4)。

　　圖 4：所示為端接類型及其特性的示例。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　最佳選擇取決于幾個(gè)因素，包括所需的端接數(shù)量。例如，DNF14-250FIB-C尼龍絕緣母頭隔離開(kāi)關(guān)無(wú)需使用工具即可插入公頭接線片或從公頭接線片上拔下，從而降低了安裝成本并更易于維護(hù)。相比之下，F(xiàn)SD80-8-KD6單線 DIN 端套絕緣套圈設(shè)計(jì)用于與更適合高計(jì)數(shù)端接的自動(dòng)涂敷器配合使用。

　　電纜扎帶還可以保持布線有序且安全，在安全和維護(hù)方面發(fā)揮著重要作用。領(lǐng)帶的種類繁多，可以滿足不同的需求，如圖 5 所示。除了領(lǐng)帶的基本設(shè)計(jì)之外，材料的選擇也是一個(gè)關(guān)鍵的考慮因素。例如，PLT1.5M-M鎖定扎帶由尼龍 6.6 制成，因此最適合室內(nèi)使用。對(duì)于存在鹽雨和酸雨等危險(xiǎn)的戶外應(yīng)用，丙烯等材料會(huì)更好。

　　圖 5：電纜扎帶的材料選擇需要仔細(xì)考慮各種環(huán)境因素; PLT1.5M-M 鎖定扎帶采用尼龍 6.6，最適合室內(nèi)使用。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　使用適當(dāng)?shù)脑鷰Чぞ呖梢蕴岣呱a(chǎn)率、降低成本并增強(qiáng)工人的安全。例如，GTH-E扎帶槍的設(shè)計(jì)易于使用(圖 6)。與同類工具相比，它所需的手柄力減少了 15%，其扎帶切斷機(jī)構(gòu)將對(duì)用戶手部的沖擊減少了 40% 以上。

　　圖 6：所示為 GTH-E 扎帶槍的主要特征，其設(shè)計(jì)易于使用。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　最后，清晰的標(biāo)簽對(duì)于正確使用和維護(hù)控制面板至關(guān)重要。標(biāo)簽的選擇不僅取決于預(yù)期用途，還取決于環(huán)境危害(圖 7)。例如，如果電纜僅暴露于溫和的水基液體，則S100X150VATY熱轉(zhuǎn)印乙烯基自層壓標(biāo)簽等解決方案效果很好。這些標(biāo)簽的尺寸專門(mén)針對(duì)電線和電纜應(yīng)用而設(shè)計(jì)，額定使用溫度高達(dá) +150°F (+65°C)。

　　圖 7：所示為標(biāo)簽解決方案示例及其對(duì)各種環(huán)境危害的適用性。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　TDP43ME熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)等解決方案有助于確保正確貼標(biāo)(圖 8)。這款熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)允許操作員將標(biāo)簽放置在距離連接器和端子末端 1/2 英寸(12.7 毫米 (mm))的電線和電纜上。該打印機(jī)的循環(huán)時(shí)間比傳統(tǒng)手動(dòng)打印快三倍安裝速度是競(jìng)爭(zhēng)解決方案的兩倍。其符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)可減輕操作員疲勞，并最大限度地降低重復(fù)性運(yùn)動(dòng)傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

　　圖 8：TDP43ME 熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)配備軟件和配件，可實(shí)現(xiàn)高效貼標(biāo)。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　控制面板應(yīng)用中的接地和安全

　　考慮到工業(yè)控制面板中存在高功率，正確的接地對(duì)于安全至關(guān)重要。因此，選擇接地排是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)選擇，它不僅會(huì)影響安全性，還會(huì)影響控制面板的成本效益和可維護(hù)性。

　　UGB2 /0-414-6通用接地棒說(shuō)明了這一點(diǎn)。它是 Panduit 專利 StructuredGround? 通用接地母線系統(tǒng) (UGB) 的一部分，該系統(tǒng)與所有類型的電線端接方法和 140 多種連接器兼容。這種靈活性大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和維護(hù)。此外，還提供兩種支座安裝選項(xiàng)，可在狹小區(qū)域提供額外的接線空間。

　　安全性和生產(chǎn)力有時(shí)是矛盾的。例如，法規(guī)要求在維修電氣設(shè)備之前進(jìn)行測(cè)試以確認(rèn)沒(méi)有電壓。對(duì)于手持式儀器來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。 VS -AVT-C02-L03 VeriSafe 失壓測(cè)試儀通過(guò)自動(dòng)化程序簡(jiǎn)化了問(wèn)題。將該設(shè)備安裝到前面板后，工作人員只需按一下按鈕即可確認(rèn)是否沒(méi)有電壓(圖 9)。

　　圖 9：使用 VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 無(wú)電壓測(cè)試儀等儀器進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試不僅更快，而且更安全。 (圖片來(lái)源：泛達(dá))

　　保持可靠的網(wǎng)絡(luò)并避免篡改工業(yè)以太網(wǎng)解決方案和 UPS

　　數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是大多數(shù)控制面板設(shè)計(jì)的一部分。為了避免安全漏洞和停機(jī)(無(wú)論是由于篡改還是誤用)，確保網(wǎng)絡(luò)電纜保持在原位非常重要。 PSL -DCJB RJ45 插孔模塊屏蔽設(shè)備就是為此而創(chuàng)建的。這些設(shè)備被插入未使用的以太網(wǎng)端口，只允許授權(quán)工作人員使用專用工具拔下插頭。相反，鎖定設(shè)備可防止將網(wǎng)絡(luò)電纜從活動(dòng)以太網(wǎng)端口拔出。

　　在某些情況下，必須可以從控制面板的外部訪問(wèn)以太網(wǎng)端口。在這里，帶有保護(hù)蓋的IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP 隔板 RJ45 耦合器模塊等解決方案發(fā)揮著重要作用。該隔板提供 IP67 級(jí)密封，可防止灰塵和暫時(shí)浸入水中，使其適合需要沖洗的工作單元。

　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備，以太網(wǎng)插頭需要特殊的功能。例如，F(xiàn)PS6X88MTG IndustrialNet、6A 類屏蔽、現(xiàn)場(chǎng)端接 RJ45 插頭專為以太網(wǎng)供電 (PoE) 和類似應(yīng)用而設(shè)計(jì)，符合 IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+)。除其他功能外，該插頭超出了 ANSI/TIA 568-C.2 6A 類和 ISO 11801 EA 級(jí)通道性能要求，并符合 ANSI/TIA-1096-A(以前稱為 FCC 第 68 部分)、IEC 60603-7 和 IEC 60529(IP20)標(biāo)準(zhǔn)。

　　無(wú)論電源如何，許多控制面板都需要不間斷電源 (UPS) 來(lái)在斷電時(shí)保持功能。在為控制面板選擇 UPS 時(shí)，控制工程師應(yīng)考慮以下因素：

　　功率容量：輸出應(yīng)超過(guò)控制板的功耗。

　　維護(hù)：遠(yuǎn)程管理可以監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)，節(jié)省成本和時(shí)間。

　　安裝： DIN 導(dǎo)軌安裝等選項(xiàng)可輕松集成到控制面板中。

　　安全性和合規(guī)性： UPS 至少應(yīng)符合 UL508 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　UPS00100DC工業(yè)網(wǎng)絡(luò) UPS 展示了多種超越這些基礎(chǔ)知識(shí)的方法。它使用超級(jí)電容器代替電池，降低了停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)并避免了潛在的氫氣積聚。無(wú)電池設(shè)計(jì)無(wú)需維護(hù)，與基于電池的 UPS 相比，投資回報(bào)率提高 2 倍，擁有成本降低 50% 至 70%。

　　結(jié)論

　　設(shè)計(jì)工業(yè)控制面板是一個(gè)要求嚴(yán)格且復(fù)雜的過(guò)程，涉及平衡空間、安全性和可靠性。為了獲得最佳結(jié)果，設(shè)計(jì)人員需要使用控制面板解決方案來(lái)幫助他們組織、接線和標(biāo)記面板，并保護(hù)面板免受外部和內(nèi)部危險(xiǎn)的影響。這些解決方案應(yīng)根據(jù)工業(yè)控制面板應(yīng)用的具體要求進(jìn)行定制，并應(yīng)配備可保證正常運(yùn)行的安裝和維護(hù)工具。通過(guò)使用滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的控制面板解決方案，設(shè)計(jì)人員可以構(gòu)建有效、可靠、安全且合規(guī)的面板。