ตู้ควบคุมอุปกรณ์ขนาดเล็กเทียบกับตู้ควบคุมขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกัน ปรัชญาการออกแบบเดียวกันสามารถนำมาใช้กับทั้งสองได้หรือไม่?

"มันเป็นแค่ตู้ที่ติดตั้งด้วยคอนแทคเตอร์ รีเล่ และ PLC มันแตกต่างกันได้อย่างไรจริงๆ"

นี่คือความเข้าใจผิดที่แพร่หลายในหมู่นักวิศวกรที่เพิ่งจบการศึกษา แม้ว่าทั้งคู่จะเป็นตู้ควบคุมความดันต่ํา แต่กล่องติดผนังที่ควบคุม 2.ปั๊มน้ําขนาด 2 kW ทํางานตามกลยุทธ์การออกแบบที่แตกต่างจากระบบเชื่อมโยงสี่ตู้ที่บริหารสายการผลิตขนาด 200 เมตรความแตกต่างไม่ได้อยู่ที่องค์ประกอบส่วนตัว แต่อยู่ในความคิดสถาปัตยกรรม

บทความนี้แยกความแตกต่างการออกแบบระหว่างสองประเภทของตู้ควบคุมเหล่านี้ผ่านหกมิติ: การเปลี่ยนแปลงจากระบบเดี่ยวตู้เดียวไปยังระบบที่เชื่อมต่อหลายตู้และเปลี่ยนจากการออกแบบที่ "เหมาะสมกับจุดประสงค์" เป็นการออกแบบที่น่าเชื่อถือ, วิศวกรรมที่ขยายได้

ตู้ควบคุมขนาดเล็กโดยทั่วไปใช้การปรับปรุงตู้เดียวสําหรับเครื่องจักรหนึ่ง ส่วนประกอบทั้งหมดถูกจัดตั้งอยู่ในกล่องติดผนังเดียวI / O ของ PLC ตัวเองตรงกับความต้องการทั้งหมด, การบูรณาการประกอบการพลังงาน, การควบคุมและการป้องกัน

ยกตัวอย่างกล่องควบคุมพัดลม: มันมี Schneider M221 (TM221CE16R) พร้อมกับเครื่องตัดวงจร, เครื่องติดต่อและเรเล่อัตราการอ้วนทางความร้อน เมื่อเชื่อมต่อแล้วหน่วยพร้อมที่จะจัดส่ง

ตู้ควบคุมที่เชื่อมต่อกันขนาดใหญ่ปฏิบัติตามปรัชญาการออกแบบที่แบ่งเขต โดยทั่วไปสายการผลิตจะแบ่งออกเป็นตู้ควบคุมที่มุ่งเน้นหลายอย่าง:

• ตู้ไฟฟ้าและกระจายไฟเข้า: รับรองการเข้าถึงพลังงานหลักและการกระจายพลังงานระดับ, พร้อมกับ Schneider ComPact NSX ซีรีสกรองตัดวงจรแบบกรอบ
• กองควบคุมหลัก: สามารถรองรับ PLC หลัก (เช่น Siemens S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP) และ HMI
• ตู้ I/O ระยะไกล: ใช้โมดูล I/O ET200SP ที่กระจายให้ใช้ปลายสัญญาณใกล้กับอุปกรณ์สนาม
• VFD / กระเป๋าสตาร์เตอร์อ่อน: จัดจูงพลังงานสูง

ข้อดีหลักของการจัดทําโซน: การล้มเหลวของตู้หนึ่งจะไม่ปิดระบบทั้งหมด และการบํารุงรักษาสามารถดําเนินการโดยการแยกพลังงานไปยังโซนแต่ละแห่ง

การวางแผน I/O สําหรับตู้ควบคุมขนาดเล็กเป็นเรื่องเรียบง่าย นักวิศวกรนับจํานวนมอเตอร์ เซ็นเซอร์ และปุ่มกดหน่วยเข้าและหน่วยออกดิจิตอลทั้งหมดมักจะอยู่ที่สามสิบถึงสี่สิบจุด, ซึ่งสามารถครอบคลุมโดย PLCs บน I / O; จํานวนเล็ก ๆ ของโมดูลการขยายเพิ่มเติมเพียงพอถ้าต้องการจุดมากขึ้น

การออกแบบตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ต้องให้ความสําคัญกับพื้นที่ขยายส่วนใหญ่ โดยปกติ 20% 30% ของจุด I/O เฉพาะและพื้นที่ DIN rail จะถูกจัดไว้ภายในแต่ละตู้แต่เป็นบทเรียนจากการฝึกฝน: เซ็นเซอร์เพิ่มเติมจะเพิ่มขึ้นบ่อย ๆ ระหว่างการใช้งาน และฟังก์ชันใหม่ ๆ อาจถูกปรับปรุงในช่วงที่หลังวิศวกรต้องเผชิญงานเพิ่มเติม รวมถึงการเจาะตู้, การติดตั้งโมดูลและการปรับปรุงโปรแกรม

การปรับแต่งที่แนะนํา: Siemens ET200SP (IM 155-6 PN ST) สําหรับสถานี I/O ที่อยู่ห่างคู่กับโมดูลขยาย Schneider Modicon TM3 ทั้งคู่รองรับการสลับร้อนบน DIN railทําให้สามารถขยายความจุได้โดยไม่ต้องปิดระบบ.

ตู้ขนาดเล็กโดยทั่วไปใช้เครื่องตัดวงจรหลักหนึ่งตัวสําหรับพลังงานที่เข้ามา, กับไฟฟิวส์หรือเครื่องตัดวงจรขนาดเล็ก (MCBs) สําหรับวงจรสาขาภายใน

ตัวอย่างเช่น ตู้ควบคุมปั๊มน้ําขนาดเล็ก ใช้ Schneider iC65N 2P C32A เป็นสวิทช์เข้าและวงจรมอเตอร์แต่ละวงถูกคุ้มครองด้วยเครื่องตัดวงจรมอเตอร์ GV2-ME ที่คู่กับตัวติดต่อ LC1Dการจัดทํามันง่ายและชัดเจน

ตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ต้องการการกระจายพลังงานระดับ

• ระดับที่ 1: เครื่องสวิทช์การเข้าหลัก โดยทั่วไปเป็นเครื่องตัดวงจรแบบกรอบแบบออก (เช่น เครื่องตัดวงจรอากาศ ABB Emax 2 หรือ Schneider MTZ) ที่พร้อมกับหน่วยการสื่อสารเพื่อการสวิทช์ทางไกล
• ระดับที่ 2: บัสบาร์หลักกระจายพลังงานให้กับแต่ละกระเป๋าทํางาน โดยมีเครื่องตัดวงจรอิสระที่ปลายทางเข้าของแต่ละกระเป๋ารอง
• ระดับที่ 3: การป้องกันอิสระสําหรับวงจรแต่ละวงภายในตู้แต่ละตัว; ความอ้วนที่สําคัญใช้ไฟฟ้าสองสาย

วัตถุประสงค์ของการป้องกันระดับ: ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นในวงจรมอเตอร์หนึ่งไม่ควรทําให้การปิดสายการผลิตหมด

อุปกรณ์ขนาดเล็กส่วนใหญ่พึ่งพาการเชื่อมต่อจุดต่อจุดที่ติดสายแข็ง หรือเชื่อมต่อ Modbus RTU ที่เชื่อมต่อกับ HMI. ตู้อาจมีแค่พอร์ตอีเทอร์เน็ตเดียวสําหรับการทํางานด้วยจอสัมผัสท้องถิ่น

ตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ต้องการกระดูกสันหลังการสื่อสารที่แข็งแรง:

• ชั้นควบคุมเจ้าภาพ: อินดัสเตอรเน็ตอุตสาหกรรม (Profinet / EtherNet / IP) เชื่อมต่อ PLC กับ SCADA และ HMI
• ชั้นสนาม: สถานี I/O ที่อยู่ห่างไกลและเครื่องขับความถี่แปรสื่อสารผ่าน Profinet หรือ EtherCAT
• อินเตอร์เฟซของระบบย่อย: อุปกรณ์ของบุคคลที่สาม (เมตรฉลาด, หน่วยการติดตามพลังงาน) เชื่อมต่อผ่าน Modbus TCP/RTU gateways

สําหรับการสื่อสารระหว่างกระบวนการ, สวิทช์ที่บริหารโดย Siemens SCALANCE XB208 ถูกแนะนําให้สร้างเครือข่ายวงแหวนที่เหลือใช้. การสื่อสารของระบบยังคงไม่ถูกขัดแย้งถ้ามีส่วนหนึ่งของเส้นใยล้มเหลว.

ตู้ขนาดเล็กผลิตความร้อนที่จํากัดและมักจะพึ่งพาอากาศธรรมชาติในตู้หนึ่งสําหรับสายสัญญาณ) ก็เพียงพอ.

การผลิตความร้อนไม่สามารถมองข้ามได้ในตู้ที่เชื่อมต่อกันขนาดใหญ่ เมื่อ VFDs หลายทํางานพร้อมกัน อุณหภูมิภายในตู้สามารถเกิน 45 ° C ได้ง่ายการจัดการความร้อนอย่างเป็นระบบเป็นหน้าที่:

• ติดตั้งพัดลมเย็นหรือเครื่องปรับอากาศห้องสําหรับห้อง VFD
• การแยกส่วนประกอบที่ผลิตความร้อนจาก PLC; วาง PLC บนด้านการรับอากาศ
• ใช้ช่องรับอากาศด้านล่าง +ช่องออกอากาศด้านบน เพื่อสร้างการกระบวนการกระบวนการที่มีประสิทธิภาพ

มาตรฐานสายไฟฟ้าต้องปรับปรุงจาก "มีฟังก์ชันพอ" เป็นการจัดการแบบเรียงลําดับ

• ช่องทางสายไฟฟ้าความดันสูง (380 V / 220 V) ในกระดานทางด้านซ้ายของตู้
• เส้นทางสายไฟฟ้าความดันต่ํา (24 V สัญญาณการควบคุม, สายการสื่อสาร) ในกระดานแยกทางด้านขวา
• ใช้สายไฟที่ป้องกันสําหรับสายไฟออก VFD และรักษาระยะว่างอย่างน้อย 200 mm ระหว่างสายไฟฟ้าและสายสัญญาณ

แนะนําห้องพักที่ยืนบนพื้น: Schneider Spacial SF (IP55) หรือซีรีส์ Rittal TS 8 (IP55) กรอบแบบจําแนกของพวกเขาอํานวยความสะดวกในการติดตั้งหลายห้องข้างเคียงกัน

สําหรับตู้ควบคุมขนาดเล็ก เครื่องตัดวงจร เครื่องต่อส่งความอ้วนทางความร้อน และปุ่มหยุดฉุกเฉิน ตอบสนองความต้องการการใช้งานส่วนใหญ่

การออกแบบความปลอดภัยสําหรับตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ เป็นภารกิจวิศวกรรมที่มีระบบ

• ใช้ PLC ความปลอดภัย (ตัวอย่างเช่น Siemens CPU 1516F-3 PN/DP) ในการประมวลผลสัญญาณหยุดฉุกเฉิน, การล็อคประตูความปลอดภัย และการเข้าของแสงม่าน
• วงจรความปลอดภัยใช้สายไฟสีแดงพิเศษ และไม่ควรแบ่งปันสายไฟกับสายสัญญาณอื่น ๆ
• ใช้การเพิ่มตัวติดต่อสองตัว (สองตัวติดต่อ Schneider LC1D ที่เชื่อมต่อเป็นชุด) เพื่อรับรองการตัดสายวงจรหลัก แม้ว่าตัวติดต่อหนึ่งตัวจะล้มเหลว
• แฮร์ดไดร์สลับสัญญาณสําคัญแทนที่จะพึ่งพาการเชื่อมโยงการสื่อสารเท่านั้น ประสบการณ์ในสนามยืนยันว่า การแตกของสายสื่อสารอาจล้มเหลวในการกระตุ้นสัญญาณเตือน

1. สถาปัตยกรรม: กล่องเล็ก ราคาเดียว ราคาเดียว กล่องเชื่อมต่อขนาดใหญ่ ราคาหลายกล่อง
2. การวางแผน I/O: ตู้ขนาดเล็ก ✅ ขนาดที่ตรงกับความต้องการ; ตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ ✅ เก็บความจุ 30% และรองรับการสลับร้อน
3. การกระจายพลังงาน: ตู้ขนาดเล็ก วงจรเข้าเดียวที่คุ้มครองโดย MCBs; ตู้เชื่อมต่อขนาดใหญ่ คุ้มครองสามชั้นที่มีสวิทช์หลักดึงออก
4. การสื่อสาร: กล่องขนาดเล็ก Modbus RTU หรือการเชื่อมต่อ Ethernet เดียว; กล่องเชื่อมต่อขนาดใหญ่
5. ความร้อนและสายไฟ: ตู้เล็กๆ หนาวแบบธรรมชาติ, ช่องสองแบบง่าย; ตู้ใหญ่ที่เชื่อมโยงกัน ควบคุมอุณหภูมิแบบทํางาน, ไฮโอลเตจและความดันต่ําแยก
6. ความปลอดภัย: ตู้ขนาดเล็ก E-stop + การป้องกันความอ้วนจากความร้อน ตู้ขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกัน

1. ชไนไดร์ TM221CE16R PLC รวมสําหรับตู้เครื่องมือขนาดเล็ก
2. Schneider TM241CE40R PLC ระดับกลางสําหรับเครื่องจักรขนาดกลาง, สายบรรจุและขนส่ง
3. Siemens CPU 1516-3 PN/DP PLC ระดับสูงสําหรับตู้ควบคุมหลักของระบบเชื่อมต่อขนาดใหญ่
4. Siemens CPU 1516F-3 PN/DP ✓ PLC ความปลอดภัยสําหรับระบบขนาดใหญ่ที่ต้องการความเป็นมาของความปลอดภัย
5. Siemens ET200SP IM 155-6 PN ST หน่วยอินเตอร์เฟซ I/O แบ่งปันสําหรับสถานี I/O ที่อยู่ห่าง
6. Schneider ComPact NSX100F ผ่าตัดวงจรกรอบแบบพับสําหรับพลังงานเข้าและการป้องกันระดับในตู้ใหญ่
7. Schneider iC65N 2P C32A เครื่องตัดวงจรขนาดเล็กสําหรับการป้องกันการเข้าหลักหรือสาขาในตู้เล็ก ๆ
8. Schneider GV2-ME14 ผ่าตัดวงจรมอเตอร์ ใช้ได้ทั้งวงจรมอเตอร์ในตู้เล็กและใหญ่
9. Siemens SCALANCE XB208 ผนึกอุตสาหกรรมที่จัดการสําหรับวงแหวนการสื่อสารระหว่างกระบวนการสํารอง
10. Schneider HMISTU855 HMI หน้าจอสัมผัสสําหรับแผ่นการทํางานท้องถิ่นบนตู้ขนาดเล็กและกลาง