作者：Kenton Williston

　　工業控制面板設計人員面臨著眾多挑戰。其中包括有限的空間和預算、環境危害(例如斷電和接觸化學品)以及人為因素(例如誤用和篡改)。盡管存在這些困難，設計人員必須生產出一種能夠提供毫不妥協的安全性、安全性、可靠性并符合標準的面板。

　　為了實現這些目標，設計人員需要創造性的解決方案來簡化控制面板的創建、安裝和使用。具體來說，他們需要針對其特定用例量身定制的組件，以及確保正常運行的安裝和維護工具。

　　本文提供了選擇這些組件的指南，重點是成本和空間優化。它涵蓋布線系統、識別系統、安全系統、訪問控制和 UPS。它使用Panduit的示例，探討了每個組件的作用和選擇標準。本文還解釋了如何實施這些組件以確保可靠性、安全性并符合行業標準。

　　通過選擇布線管道實現節省空間的控制面板設計

　　為了設計高效的控制面板，自動化和控制工程師必須應對各種因素，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擴展空間。布線管道在此過程中發揮著至關重要的作用，因為它們構成了整個面板設計的“骨架”。在選擇工業控制面板的走線槽時，設計者應考慮以下因素：

　　面板設計：面板的尺寸、類型以及母線尺寸和冷卻能力等規格都會影響所需布線管道的類型和特性。

　　尺寸：布線管道應留出一些空間，以便將來添加或調整。然而，它不應該太大，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、控制線或數據線)可能需要不同類型的導管或通道才能正確安裝。

　　環境和材料：常見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，需要由特定材料制成的管道或具有一定的防護功能。

　　安裝和維護：應易于添加或拆除電線，并且導管應易于安裝在控制面板中。

　　合規性：管道應符合適用的安全標準、電氣規范和行業特定法規。

　　標準和法規尤為重要，因為使用不合規的布線管道可能會導致安全隱患或控制面板故障。作為符合標準的部件示例，Panduit 的F1X3LG6開槽接線槽由無鉛 PVC 制成，連續使用溫度額定值高達 +122°F (+50°C)。這滿足 UL 94 可燃性等級 V-0 的要求，并滿足 NFPA 79-2007 第 13.3.1 節對阻燃材料的要求。

　　F1X3LG6 還非常適合節省空間的設計。它具有與高密度組件的間距對齊的窄槽，并且具有刻痕線，有助于創建更大的孔以進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，采用雙限制插槽設計用于固定電線。 (圖片來源：泛達)

　　控制面板的替代布線解決方案

　　當然，管道并不適合所有情況。例如，電線可能需要穿過管道無法鉆入機箱的區域。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期可靠性而設計。

　　與所有粘合劑系統一樣，應注意確保為應用環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。對于特定應用，建議在廣泛使用之前進行單獨測試。

　　取決于濃度、暴露時間和化學成分。

　　圖 2：應選擇粘合劑系統來滿足應用環境的要求。 (圖片來源：泛達)

　　保護控制面板電線和電纜免受磨損

　　當電線布設在管道外時，應小心確保電線不會因磨損或其他危險而損壞。例如，控制面板通常需要從外殼內到前面板的布線。應包裹這些電線以避免損壞。控制工程師可以選擇的選項包括：

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

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

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

　　波紋管：具有實心壁設計的經濟解決方案，可為電纜束提供全面保護。它有不同的材料可供選擇，有些采用狹縫壁設計，方便安裝和拆卸。

　　熱縮管：適用于電線電纜的絕緣、保護和顏色編碼。它還可以與端子和接線片一起使用，以實現清潔、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，可實現防水密封。

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

　　圖 3：可提供多種類型的繞線以滿足不同的需求。 (圖片來源：泛達)

　　通過電纜端接、管理和標簽提高控制面板的可維護性和安全性

　　為了確保控制面板的有效安裝、使用和維護，設計人員必須選擇適當的電線端接方法和材料(圖 4)。

　　圖 4：所示為端接類型及其特性的示例。 (圖片來源：泛達)

　　最佳選擇取決于幾個因素，包括所需的端接數量。例如，DNF14-250FIB-C尼龍絕緣母頭隔離開關無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。相比之下，FSD80-8-KD6單線 DIN 端套絕緣套圈設計用于與更適合高計數端接的自動涂敷器配合使用。

　　電纜扎帶還可以保持布線有序且安全，在安全和維護方面發揮著重要作用。領帶的種類繁多，可以滿足不同的需求，如圖 5 所示。除了領帶的基本設計之外，材料的選擇也是一個關鍵的考慮因素。例如，PLT1.5M-M鎖定扎帶由尼龍 6.6 制成，因此最適合室內使用。對于存在鹽雨和酸雨等危險的戶外應用，丙烯等材料會更好。

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

　　使用適當的扎帶工具可以提高生產率、降低成本并增強工人的安全。例如，GTH-E扎帶槍的設計易于使用(圖 6)。與同類工具相比，它所需的手柄力減少了 15%，其扎帶切斷機構將對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，其設計易于使用。 (圖片來源：泛達)

　　最后，清晰的標簽對于正確使用和維護控制面板至關重要。標簽的選擇不僅取決于預期用途，還取決于環境危害(圖 7)。例如，如果電纜僅暴露于溫和的水基液體，則S100X150VATY熱轉印乙烯基自層壓標簽等解決方案效果很好。這些標簽的尺寸專門針對電線和電纜應用而設計，額定使用溫度高達 +150°F (+65°C)。

　　圖 7：所示為標簽解決方案示例及其對各種環境危害的適用性。 (圖片來源：泛達)

　　TDP43ME熱轉印打印機等解決方案有助于確保正確貼標(圖 8)。這款熱轉印打印機允許操作員將標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。該打印機的循環時間比傳統手動打印快三倍安裝速度是競爭解決方案的兩倍。其符合人體工程學的設計可減輕操作員疲勞，并最大限度地降低重復性運動傷害的風險。

　　圖 8：TDP43ME 熱轉印打印機配備軟件和配件，可實現高效貼標。 (圖片來源：泛達)

　　控制面板應用中的接地和安全

　　考慮到工業控制面板中存在高功率，正確的接地對于安全至關重要。因此，選擇接地排是一項關鍵的設計選擇，它不僅會影響安全性，還會影響控制面板的成本效益和可維護性。

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

　　安全性和生產力有時是矛盾的。例如，法規要求在維修電氣設備之前進行測試以確認沒有電壓。對于手持式儀器來說，這可能是一個耗時的過程。 VS -AVT-C02-L03 VeriSafe 失壓測試儀通過自動化程序簡化了問題。將該設備安裝到前面板后，工作人員只需按一下按鈕即可確認是否沒有電壓(圖 9)。

　　圖 9：使用 VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 無電壓測試儀等儀器進行自動化測試不僅更快，而且更安全。 (圖片來源：泛達)

　　保持可靠的網絡并避免篡改工業以太網解決方案和 UPS

　　數據網絡現在是大多數控制面板設計的一部分。為了避免安全漏洞和停機(無論是由于篡改還是誤用)，確保網絡電纜保持在原位非常重要。 PSL -DCJB RJ45 插孔模塊屏蔽設備就是為此而創建的。這些設備被插入未使用的以太網端口，只允許授權工作人員使用專用工具拔下插頭。相反，鎖定設備可防止將網絡電纜從活動以太網端口拔出。

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

　　對于網絡供電的設備，以太網插頭需要特殊的功能。例如，FPS6X88MTG IndustrialNet、6A 類屏蔽、現場端接 RJ45 插頭專為以太網供電 (PoE) 和類似應用而設計，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)標準。

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

　　功率容量：輸出應超過控制板的功耗。

　　維護：遠程管理可以監控關鍵參數，節省成本和時間。

　　安裝： DIN 導軌安裝等選項可輕松集成到控制面板中。

　　安全性和合規性： UPS 至少應符合 UL508 等相關標準。

　　UPS00100DC工業網絡 UPS 展示了多種超越這些基礎知識的方法。它使用超級電容器代替電池，降低了停機風險并避免了潛在的氫氣積聚。無電池設計無需維護，與基于電池的 UPS 相比，投資回報率提高 2 倍，擁有成本降低 50% 至 70%。

　　結論

　　設計工業控制面板是一個要求嚴格且復雜的過程，涉及平衡空間、安全性和可靠性。為了獲得最佳結果，設計人員需要使用控制面板解決方案來幫助他們組織、接線和標記面板，并保護面板免受外部和內部危險的影響。這些解決方案應根據工業控制面板應用的具體要求進行定制，并應配備可保證正常運行的安裝和維護工具。通過使用滿足這些標準的控制面板解決方案，設計人員可以構建有效、可靠、安全且合規的面板。