在設(shè)計新機器或改造現(xiàn)有系統(tǒng)時，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，但此時通常會忽略所需布線的影響，直到設(shè)計過程結(jié)束時才注意到費用以及整體設(shè)備占用面積的問題。在調(diào)試階段，工程師可能會花費更多時間為系統(tǒng)布線，在故障排除期間檢查電纜，并且由于沒有預(yù)留合適長度的電纜而增加成本。

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

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)場總線系統(tǒng)、運動控制設(shè)備和其它機器組件時，就應(yīng)最大限度地減少應(yīng)用中的布線要求。

圖1：單電纜技術(shù)通過各種連接器類型為HMI硬件、伺服系統(tǒng)和其它現(xiàn)場組件提供電源和信號，從而最大限度地減少了布線問題。本文圖片來源：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。雖然工作量很大，但是實現(xiàn)起來簡單，無需連接傳感器、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，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)場總線，例如EtherNet/IP或Profinet，需要多個管理型交換機。這通常會導(dǎo)致無法在不使用級聯(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)場組件。因此，這需要為系統(tǒng)配置更多的硬件，并會引入額外的故障點。在為機器供電時也會出現(xiàn)類似問題。

在嘗試改進系統(tǒng)的電纜管理時，需要選擇適合的現(xiàn)場總線和較少使用電纜的單個組件才能完成工作。工程師應(yīng)首先考慮現(xiàn)場總線和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)，無需使用額外的節(jié)點。EtherCAT還可以集成各種第三方設(shè)備，從驅(qū)動器到I/O和現(xiàn)場設(shè)備，并將數(shù)據(jù)共享到主控制器。此外，通過EtherCAT可以輕松實現(xiàn)從配置其它協(xié)議的舊設(shè)備上收集數(shù)據(jù)而無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)可以將來自各種現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入到EtherCAT網(wǎng)絡(luò)。

基于這些方面來選擇現(xiàn)場總線，只是萬里長征的第一步，如果與旨在減少電纜的組件配合使用時，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)提供了實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要工具。

多年以來，已經(jīng)引入了各種產(chǎn)品以通過單根電纜提供電力和信號。自從2003年以來，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和用于人機界面（HMI）硬件的數(shù)字視頻接口（DVI）信號相結(jié)合。還有一些類型電纜可以為伺服驅(qū)動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)動器的伺服電機。由于這些電纜可以跨越超過100米，因此必須為其提供堅固的電線護套，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。

例如，EtherCATP可為24至400Vac或600Vdc的應(yīng)用供電，并可承載高達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，并且每個電壓可以為連接的組件提供高達3安培的電流。

流線型運動架構(gòu)（例如分布式伺服驅(qū)動系統(tǒng)）可以采用菊花鏈?zhǔn)竭B接，但可能需要單獨的分配模塊。但是，某些配電模塊可以從控制柜向多達5個驅(qū)動器提供信號。具有IP67等級的EtherCATI/O模塊可安裝在機柜外部并靠近機器，因此可將電纜線路限制在較小的區(qū)域，同時為多個EtherCATP從站提供信號和電源。

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)，無電源，無集成24Vdc電源）。這些設(shè)計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)與通過單電纜技術(shù)供電的組件一起使用時，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，通過消除點對點布線，它們還可以減少故障點，同時最大限度地減少占地面積。

可插拔I/O端子減少機柜內(nèi)布線

除了消除現(xiàn)場電纜和交換機之外，簡化控制柜布線還可以使系統(tǒng)更整潔，故障點更少。當(dāng)涉及大量I/O點時，機柜變得擁擠，這使布線復(fù)雜化并增加了出錯的可能性。直接插入信號分配板的無線I/O端子是一項重要的進步。

使用具有專用插頭的連接器、電源和控制信號的預(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)機械提供了特別好的投資回報。該方法旨在通過緊湊的、面向特定應(yīng)用的機電設(shè)計，來消除機柜內(nèi)的點對點布線。通過將I/O系統(tǒng)嵌入機器，機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，還會相應(yīng)的減少設(shè)備占地面積，這是插入式終端方法所帶來的額外收獲。

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

智能電纜管理和智能機器設(shè)計

創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)消除了無關(guān)的電纜。如果在改造或新機器設(shè)計的初期考慮這些因素，那么后期工程師面臨電纜管理問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)計實現(xiàn)同時供電和提供數(shù)據(jù)的現(xiàn)場總線架構(gòu)。

自動化行業(yè)正在為工程設(shè)計和實施過程中的每個步驟快速生成更簡單的產(chǎn)品。電纜管理不應(yīng)該是一個“事后諸葛亮”的領(lǐng)域。

聲明：本文為轉(zhuǎn)載類文章，如涉及版權(quán)問題，請及時聯(lián)系我們刪除（QQ: 2737591964），不便之處，敬請諒解！