面板构建:优化控制面板的设计、构造
现代控制面板布线方法可以降低制造和拥有成本。
全球压力和缩短的上市时间迫使制造商接受精益概念，并使用创新来最大化其竞争效率。最近旨在使传统控制面板布线现代化的技术进步正在改变面板的设计、建造、调试和维护方式(见图1)。
竞争力的标准每年都在提高。新技术、创新和更有效的制造实践推动我们达到更高的生产力水平。美国劳工统计局报告称在2010年研究的86个制造业行业中，有83%的行业的劳动生产率提高了，其中57%的行业的生产率比2009年提高了6.1%或更多，2009年有40%的行业出现了生产率下降。
因此，生产率是企业的五大优先事项之一也就不足为奇了。CEO研究所报告称，让CEO们夜不能寐的五大问题包括:
- 提高生产力
- 降低成本
- 提高运作效率
- 管理日益激烈的竞争
- 实现收入增长。
那么，工程经理如何将这些指令转化为提高生产力和竞争力呢?灌输对计划的更广泛的观点，并考虑投资周期的总拥有成本——而不是最初的项目成本——是至关重要的。在可能的情况下推动标准化和效率也会有所帮助。提高生产率不再是一个自愿的目标;这是企业生存所必需的，因为生产率的提高有助于使企业免受负面经济影响。
但是一个公司怎样才能获得竞争优势呢?建立和保持先发优势的主要因素是缩短上市时间，并从客户/最终用户那里获得关于原型设计的早期反馈。
例如，美国汽车市场正在经历一个增长期，并面临着缩短新车项目上市时间的挑战。过去从项目开始到生产开始需要48到60个月的周期被压缩到24到30个月。换句话说，机械原始设备制造商(MOEMs)过去从合同到交付需要40至60周的交货时间，现在则面临着在20至30周内交付设备的挑战。
提高生产力
提高控制面板构建操作的生产力的第一步是了解如何将成本分配到设计、工程、材料、装配、文档、质量控制测试和调试。材料成本可能在35%到65%之间，而工程、测试和组装成本弥补了差额。此外，现场安装和调试的成本必须考虑系统集成或交钥匙操作。
此外，经常被忽视的、几乎没有记录的间接成本也被吸收了——尽管它们实际上可能与特定的项目有关。其中一些成本与前期工程、初步设计和/或订单后服务帮助或客户要求的故障排除有关。虽然被认为是善意的，但所需的时间增加了做生意的成本。越来越多的MOEMs发现，包括某种程度的机器和控制面板诊断，使他们能够帮助客户自己排除系统故障——通过电话会议进行一点指导，而不是进行昂贵的现场访问。
寻找降低成本的机会
但是，在商定了最好的组件价格，并确定了最小的占地面积和外壳尺寸后，该怎么办呢?传统的硬连线控制面板限制了进一步降低成本的机会。由于材料成本相对稳定，降低成本的真正机会在于减少控制面板工程、测试和组装时间。也许创建一个标准化的布局，或者在控制网络上用触摸屏取代硬线按钮可以最大限度地减少工程时间。例如，在有10个或更多按钮的设计中使用触摸屏通常是有利的。此外，即使使用弹簧笼端子代替标准螺钉端子也可以减少约15%的接线时间。
使用线束可以加快组装时间，并有助于消除布线错误。然而，这种方法只有在构造大量相同的控制面板时才实用。自动化剥线和标记等日常任务可以提高质量和一致性，同时节省时间。然而，这种方法也需要大量的重复面板来证明回报是合理的。在组装程序之间建立点对点布线实践也有助于减少测试和/或故障排除时间。虽然功能测试通常会减少检查点到点连接所需的时间，但当出现问题时，定位和纠正错误仍然需要大量不可预测的时间，甚至可能需要大量的时间。
硬连线系统的挑战
硬连线控制面板继续很好地服务于自动化/控制行业。然而，它们带来了一定的挑战，因为需要大量的劳动力:
- 将单独的控制线剪成适当的长度
- 剥去绝缘
- 添加电线识别标记
- 在导线两端加护套。
一个带有PLC和大约100个I/O点的简单控制面板通常需要一个布线计划或图表来指导组装人员如何将PLC的I/O模块连接到相应的接触器、按钮终端、传感器或其他现场设备。当需要多个面板时，布线时间表是提供布线说明和确保一致性的有效方法。但是，创建布线时间表需要工程时间。此外，由于大量电线距离很近，接线错误也很可能发生。错误的连接通常意味着有多个接线错误。
更常见的情况是，使用详细的原理图，这要求组装程序解释图，并通过突出显示每个物理连接来跟踪所有连接。这是一个乏味但必要的实践，它会消耗时间，但会最大限度地减少未建立有线连接的可能性——在功能测试阶段进行故障排除将更加麻烦。
当将电线捆绑到门装设备上时，需要额外的时间来正确地包扎和捆绑电线，以不限制开门和关门，或不损坏电线束(见图2)。当将电线连接到按钮接触块上的小马鞍夹型连接器时，必须采取特殊步骤，以确保电线插入马鞍夹的正确一侧，并确保进行正确的电气连接。随着组件布局密度的增长或试点设备添加到布局矩阵中，可见性和访问变得越来越受限。
最后，在面板连接好后，可能需要在最后一刻进行工程/设计更改。可能会有控制程序的修改，或者客户可能希望添加(或删除)组件、特性或选项。这些变化必须在控制面板离开车间之前进行。
现场安装好控制面板后，其他挑战就开始了。最终，可能会拆除电线管盖，以便技术人员追踪电线，可能会进行控制程序修改，可能会安装需要额外I/O布线的现场设备，或者添加的设备/组件可能需要从控制电源布线(见图3)。
布线、布局和控制程序的更改通常没有文档记录。通常情况下，图纸很少更新，控制方案和编程更改也没有记录。然而，根据业务安排，机器制造商可能仍然负责控制面板，而不管特别的现场可能发生的变化。
改进控制面板连接方法
减少控制柜中点对点电线的数量会如何影响生产效率?更少的布线意味着更少的装配时间，更少的出错机会，更少的检查和测试布线连接所需的时间，不需要时间创建布线时间表，以及更多可用的控制柜空间。
还记得在工业控制网络或现场总线之前控制面板中的连接是硬连线的吗(参见图4)?还记得控制面板之间的线路由主控制器和I/O模块的本垒打线路组成吗?现场总线和远程I/O消除了本垒打布线，这标志着现场控制布线和系统安装的重大生产力转变。
虽然各种现场总线大大提高了系统的安装效率，但仍然需要在机柜内进行点对点布线，将控制组件连接到I/O模块。虽然消除了现场设备之间的本垒打布线大大提高了生产率，但控制柜内的布线还没有达到这种水平。
如果控制组件可以连接到PLC的CPU，而不需要点对点布线，或者不需要一些I/O布线，会怎么样?如果I/O可以使用一种经济上可行、功能上等价于点到点布线(或更好)、并且非常适合通常在控制面板中发现的控制组件的密集布置的方法分布到组件级别，会怎么样呢?
考虑控制面板接线方法，可以:
- 连接标准电机控制组件
- 消除大多数硬线路
- 加快工程、装配、测试和调试过程
- 减少对控制柜空间的要求
- 连接到行业标准网络和现场总线。
使用智能模块连接到标准电机控制组件(如接触器、电机启动器和其他控制电路设备)的设备级布线系统现在已经可用。这些智能模块通过扁平电缆连接到网关模块，网关模块连接到PLC的CPU上的标准现场总线(见图5)。包含电源的设备级布线系统可以帮助消除从PLC的I/O模块到电机启动器和控制电路设备的大部分控制布线。通常与控制电机启动器和控制电路设备相关的I/O也可以消除。
要了解使用智能模块类型的设备级布线系统的生产力、可靠性和经济优势，请将其与传统布线控制面板的优势进行比较。典型的带有许多控制电线的有线面板中的布线管道可以被一根扁平的多导体电缆取代，该电缆将组件串联起来(见图6)。许多PLC的I/O模块已经被取消，这增加了可用的面板空间。当需要不锈钢外壳时，节省面板空间可以显著降低材料成本。面板组装时间也显著减少，测试时间几乎消除，因为只有一根扁平电缆需要检查。通信模块上的诊断led指示网络状态，进一步加速测试和调试。
从维护的角度来看，设备级布线系统必须定期检查终端完整性的连接较少。布线系统模块上的双色led简化了故障排除。这些模块还提供对字节级网络信号的访问，以进一步帮助诊断和故障排除工作。
由于单根扁平电缆连接控制组件，现场接线修改不太可能发生。然而，如果他们这样做了，他们的存在是显而易见的。这有助于保护机器制造商的知识产权，并保存完成面板的原始工艺和质量。
设备级布线系统减少了工程、设计、组装和布线时间(参见“时间、材料的节约意味着成本的节约链接”)。它们还简化了控制连接，将诊断功能扩展到设备级，并提高了控制方案的可靠性、一致性和灵活性。
控制面板连接——下一代产品
无论是连接到专用/离散控制器还是plc网络，现在都有可以改善控制面板工程、构造、测试和调试的解决方案。最后，还有一种设备级布线系统/网络，可以优化控制面板的布线方式，就像现场总线在近20年前彻底改变了行业一样。设备级布线系统使工程师和设计师能够重新思考传统的控制面板布局，使他们能够设计模块化、灵活和紧凑的控制系统，同时为调试和维护提供先进的用户诊断。
Richard Chung是伊顿公司的产品经理。他在控制和自动化行业拥有超过25年的经验．
-看到如何节省时间，材料意味着节约成本下面链接。
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