在設(shè)計(jì)新機(jī)器或改造現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)，電纜管理通常是事后采取的措施。將電纜捆綁并添加電纜槽以使其保持在適當(dāng)位置，但此時(shí)通常會(huì)忽略所需布線的影響，直到設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束時(shí)才注意到費(fèi)用以及整體設(shè)備占用面積的問(wèn)題。在調(diào)試階段，工程師可能會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間為系統(tǒng)布線，在故障排除期間檢查電纜，并且由于沒有預(yù)留合適長(zhǎng)度的電纜而增加成本。

在調(diào)試之前評(píng)估布線，除了可以提供更好的機(jī)殼和更清潔的工廠車間之外，還可以帶來(lái)其它顯著好處。設(shè)計(jì)階段的電纜戰(zhàn)略管理規(guī)劃，可以使系統(tǒng)更整潔，減少電纜數(shù)量并消除潛在錯(cuò)誤和故障點(diǎn)。

最有效的電纜管理策略從選擇智能組件開始。工程師在選擇輸入/輸出（I/O）端子、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備和其它機(jī)器組件時(shí)，就應(yīng)最大限度地減少應(yīng)用中的布線要求。

圖1：?jiǎn)坞娎|技術(shù)通過(guò)各種連接器類型為HMI硬件、伺服系統(tǒng)和其它現(xiàn)場(chǎng)組件提供電源和信號(hào)，從而最大限度地減少了布線問(wèn)題。本文圖片來(lái)源：倍福

減少電纜需求

重要的是要記住，工廠環(huán)境中大多數(shù)布線都用于提供電源或網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。雖然工作量很大，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，無(wú)需連接傳感器、控制柜和其它設(shè)備。

大多數(shù)情況下，較多的電纜是由工業(yè)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，而不是控制工程師造成的。例如，傳統(tǒng)的基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，例如EtherNet/IP或Profinet，需要多個(gè)管理型交換機(jī)。這通常會(huì)導(dǎo)致無(wú)法在不使用級(jí)聯(lián)開關(guān)或集線器的情況下將電纜直接從控制柜連接到現(xiàn)場(chǎng)組件。因此，這需要為系統(tǒng)配置更多的硬件，并會(huì)引入額外的故障點(diǎn)。在為機(jī)器供電時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似問(wèn)題。

在嘗試改進(jìn)系統(tǒng)的電纜管理時(shí)，需要選擇適合的現(xiàn)場(chǎng)總線和較少使用電纜的單個(gè)組件才能完成工作。工程師應(yīng)首先考慮現(xiàn)場(chǎng)總線和I/O系統(tǒng)，并優(yōu)先考慮那些能夠提供靈活拓?fù)浜蜏p少交換機(jī)需求的系統(tǒng)。

EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)可以提供靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)需使用額外的節(jié)點(diǎn)。EtherCAT還可以集成各種第三方設(shè)備，從驅(qū)動(dòng)器到I/O和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并將數(shù)據(jù)共享到主控制器。此外，通過(guò)EtherCAT可以輕松實(shí)現(xiàn)從配置其它協(xié)議的舊設(shè)備上收集數(shù)據(jù)而無(wú)需將電纜連接回控制器。系統(tǒng)集成的硬件和軟件網(wǎng)關(guān)可以將來(lái)自各種現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。

基于這些方面來(lái)選擇現(xiàn)場(chǎng)總線，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，如果與旨在減少電纜的組件配合使用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可提供最佳結(jié)果。單電纜技術(shù)（OCT）和可插拔I/O端子是兩個(gè)重要組成部分。

使用單電纜技術(shù)提供電力和數(shù)據(jù)

盡管很難完全消除現(xiàn)場(chǎng)的所有電纜，但可以顯著減少電纜數(shù)量；單電纜技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要工具。

多年以來(lái)，已經(jīng)引入了各種產(chǎn)品以通過(guò)單根電纜提供電力和信號(hào)。自從2003年以來(lái)，以太網(wǎng)供電（PoE）已經(jīng)成為IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEE802.3，該技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。其它類型的電纜將電源與USB2.0和用于人機(jī)界面（HMI）硬件的數(shù)字視頻接口（DVI）信號(hào)相結(jié)合。還有一些類型電纜可以為伺服驅(qū)動(dòng)器供電并從其獲得反饋，或者直接從控制柜或分配模塊到帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)。由于這些電纜可以跨越超過(guò)100米，因此必須為其提供堅(jiān)固的電線護(hù)套，以確保它們能夠承受工業(yè)環(huán)境中的磨損并減少損壞的可能性和潛在故障點(diǎn)。

例如，EtherCATP可為24至400Vac或600Vdc的應(yīng)用供電，并可承載高達(dá)64A的電流，并為EtherCAT從站和所連接的傳感器或執(zhí)行器提供兩種電壓。在這種情況下，兩種電壓——用于系統(tǒng)和傳感器電源的US和用于執(zhí)行器外圍電壓的UP——彼此電氣隔離，并且每個(gè)電壓可以為連接的組件提供高達(dá)3安培的電流。

流線型運(yùn)動(dòng)架構(gòu)（例如分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）可以采用菊花鏈?zhǔn)竭B接，但可能需要單獨(dú)的分配模塊。但是，某些配電模塊可以從控制柜向多達(dá)5個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供信號(hào)。具有IP67等級(jí)的EtherCATI/O模塊可安裝在機(jī)柜外部并靠近機(jī)器，因此可將電纜線路限制在較小的區(qū)域，同時(shí)為多個(gè)EtherCATP從站提供信號(hào)和電源。

EtherCATP（可以供電的EtherCAT以太網(wǎng)通信，ECP）技術(shù)支持多種連接器系列，包括ECP（帶集成24Vdc電源的EtherCAT）和ENP（EtherCAT以太網(wǎng)，無(wú)電源，無(wú)集成24Vdc電源）。這些設(shè)計(jì)非常類似于用于電源的梯形功率核心元件。ECP電纜適用于具有高電壓要求的EtherCAT環(huán)境。ENP電纜可與任何基于以太網(wǎng)的協(xié)議（如EtherNet/IP或Profinet）一起作為開放式解決方案使用。當(dāng)與通過(guò)單電纜技術(shù)供電的組件一起使用時(shí)，兩種都可以減少布線工作。

圖2：一些可插拔I/O端子的尺寸是傳統(tǒng)硬件的一半，通過(guò)消除點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線，它們還可以減少故障點(diǎn)，同時(shí)最大限度地減少占地面積。

可插拔I/O端子減少機(jī)柜內(nèi)布線

除了消除現(xiàn)場(chǎng)電纜和交換機(jī)之外，簡(jiǎn)化控制柜布線還可以使系統(tǒng)更整潔，故障點(diǎn)更少。當(dāng)涉及大量I/O點(diǎn)時(shí)，機(jī)柜變得擁擠，這使布線復(fù)雜化并增加了出錯(cuò)的可能性。直接插入信號(hào)分配板的無(wú)線I/O端子是一項(xiàng)重要的進(jìn)步。

使用具有專用插頭的連接器、電源和控制信號(hào)的預(yù)制電纜，從布線電路板分配到插入式端子。該方法為集成生產(chǎn)機(jī)械提供了特別好的投資回報(bào)。該方法旨在通過(guò)緊湊的、面向特定應(yīng)用的機(jī)電設(shè)計(jì)，來(lái)消除機(jī)柜內(nèi)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線。通過(guò)將I/O系統(tǒng)嵌入機(jī)器，機(jī)器制造商和最終用戶制造商還可以最大限度地減少電纜管理工作、人工成本和潛在的布線錯(cuò)誤。

這些可插拔端子通常比DIN導(dǎo)軌安裝的I/O更緊湊，在某些情況下所需的空間可降低50％。在減少布線的同時(shí)，還會(huì)相應(yīng)的減少設(shè)備占地面積，這是插入式終端方法所帶來(lái)的額外收獲。

這表明現(xiàn)場(chǎng)總線和I/O技術(shù)是如何有效地減輕電氣機(jī)箱中的電纜管理問(wèn)題的。但是，基于電路板的I/O系統(tǒng)最適合新安裝而不是改造。通過(guò)單電纜技術(shù)減少現(xiàn)場(chǎng)電纜，無(wú)論是“棕地”還是“綠地”應(yīng)用。

智能電纜管理和智能機(jī)器設(shè)計(jì)

創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)消除了無(wú)關(guān)的電纜。如果在改造或新機(jī)器設(shè)計(jì)的初期考慮這些因素，那么后期工程師面臨電纜管理問(wèn)題的可能性要小很多。這些電纜減少策略仍然是新興技術(shù)。雖然它們已經(jīng)提供了許多好處，但隨著技術(shù)的成熟，功能還會(huì)不斷增加。

插入式I/O端子和單電纜解決方案使工程師能夠構(gòu)建控制柜，大幅減少布線，并利用單電纜設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同時(shí)供電和提供數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)總線架構(gòu)。

自動(dòng)化行業(yè)正在為工程設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中的每個(gè)步驟快速生成更簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。電纜管理不應(yīng)該是一個(gè)“事后諸葛亮”的領(lǐng)域。

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