Nejlepší strategií správy kabeláže je předvídání při výběru komponent

-- 12.03.19

Omezte nebo odstraňte nepotřebné kabely pomocí připojitelných terminálů I/O a jednokabelových strategií u řídicích skříní a strojů. 

Při navrhování nového stroje nebo modernizaci staršího systému je správa kabeláže většinou opomíjenou oblastí. Je možné kabely svázat dohromady a přidat kabelovod, abyste je udrželi na místě, ale ignorovat dopady požadované kabeláže až do konce procesu navrhování zvyšuje náklady a celkové prostorové nároky zařízení. Technici pravděpodobně stráví více času zapojováním systému ve fázi zprovozňování či sledováním kabelů během odstraňování chyb; náklady se zvýší tím, že nebudou k dispozici správné délky kabelů.

Vyhodnocení dopadu kabeláže ještě před zprovozněním přináší značné výhody, a to nejen pokud jde o vytvoření organizovaných skříní a čistší základní výrobní úrovně. Strategické plánování správy kabeláže již ve fázi navrhování může přinést přehlednější systém s nižším počtem kabelů a s odstraněním potenciálních chyb a míst možného selhání.

Nejefektivnější strategie správy kabeláže začíná výběrem inteligentních komponent. Technici by měli implementovat terminály vstupů/výstupů (I/O), systémy fieldbus, polohovací zařízení a další komponenty stroje, které v dané aplikaci minimalizují požadavky na kabeláž. 

Snižování požadavků na kabeláž

Je důležité si pamatovat, že většina kabeláže v prostředí výrobního závodu vede buď napájení, nebo síťové signály. Přestože nejde o nevýznamné úkoly, není nutné mít klubka vodičů propojujících senzory, řídicí skříně a další zařízení.

Ve většině případů je nadměrná kabeláž důsledkem nedostatků u průmyslových zařízení a sítí, nikoli vinou řídících techniků. Například tradiční fieldbusy na bázi Ethernetu, jako je EtherNet/IP nebo Profinet, vyžadují větší počet řízených přepínačů. To často znemožňuje vést kabely přímo od řídicích skříní ke komponentům v provozu bez použití sledovacích přepínačů nebo hubů. V důsledku toho je vyžadováno více hardwaru pro konfiguraci systému a vytváří to další místa selhání. K podobným problémům dochází při napájení strojů elektrickou energií.

Když se snažíte vylepšit správu kabeláže, je důležité identifikovat dostupné fieldbusy a individuální komponenty, které potřebují pro plnění svých úkolů méně kabelů. Technici by měli nejprve posoudit fieldbusy a systémy I/O a preferovat ty, které umožňují flexibilitu topologie a eliminují přepínače.

Systémy průmyslového Ethernetu EtherCAT často nabízejí flexibilitu topologie bez používání dalších uzlů. EtherCAT také integruje širokou řadu zařízení třetích stran, od pohonů přes I/O až po provozní zařízení, a odesílá data hlavnímu řídicímu prvku. Pomocí EtherCAT lze také snadno realizovat shromažďování dat ze starších zařízení na jiných protokolech bez nutnosti vést kabely zpět k řídicímu prvku. V systému integrované hardwarové a softwarové brány mohou do sítě EtherCAT přivádět data z nejrůznějších fieldbusů a systémů průmyslového Ethernetu.

Vybrat fieldbus na bázi těchto hledisek je prvním krokem, avšak síť přináší nejlepší výsledky, když využívá komponenty snižující nároky na kabeláž. Dvěma důležitými složkami jsou jednokabelová technologie (OCT) a připojitelné terminály I/O. 

Vedení elektrického napájení a dat pomocí jednokabelové technologie

I když může být obtížné eliminovat všechny kabely v provozu, je možné značně snížit jejich počet. Technologie OCT je důležitým nástrojem k dosažení tohoto cíle.

V průběhu let byly na trh uvedeny nejrůznější produkty pro vedení elektrické energie a signálu jedním kabelem. Powerover Ethernet (PoE) je standardem IEE 802.3-IEEE pro Ethernet už od roku 2003 a tato technologie se využívá v průmyslových aplikacích. Jiné typy kabelů kombinují napájení z USB 2.0 a signál DVI pro hardware rozhraní HMI. Existují také typy, které vedou napájení a zpětnou vazbu od servopohonů do servomotorů nebo přímo z řídicí skříně nebo distribučního modulu do servomotorů s integrovanými pohony. Protože tyto kabely mohou být dlouhé až 100 m, musejí mít odolné opláštění, aby vydržely opotřebení v průmyslovém prostředí a snížila se možnost jejich poškození a potenciálních míst selhání.

Například EtherCAT + Power (EtherCAT P) může přivádět napájení do aplikací s napětím 24 až 400 V AC nebo 600 V DC a vést proudy až do 64 A a zároveň poskytovat dvě napětí pro podřízená zařízení EtherCAT a připojené senzory nebo aktuátory. V takovém případě jsou tato dvě napětí – US pro napájení systému a senzorů a UP pro periferní napětí pro aktuátory – od sebe elektricky izolovaná a každé může připojeným komponentům dodávat proud až 3 A.

Optimalizované polohovací architektury, jako jsou distribuované systémy servopohonů, mohou být zřetězené, ale mohou vyžadovat samostatný distribuční modul. Nicméně některé distribuční moduly mohou vést signál z řídicí skříně až do pěti pohonů. I/O moduly EtherCAT se stupněm krytí IP67 lze instalovat vně skříně a blíže ke stroji, takže kabel je veden jen v malém prostoru, přičemž poskytuje signál a napájení několika podřízeným zařízením EtherCAT P.

Technologie EtherCAT P (EtherCAT Ethernet Communications with Power – ECP) podporuje mnoho řad konektorů, včetně ECP (EtherCAT s integrovaným napájením 24 V DC) a ENP (EtherCAT Ethernet with No Power bez integrovaného napájení 24 V DC). Konstrukční řešení je velmi podobné, tj. s lichoběžníkovým elementem napájecího jádra pro napájení a několika body pro signál. Kabely ECP fungují v prostředích EtherCAT s požadavkem vysokého napětí. ENP fungují v jakémkoli protokolu na bázi Ethernetu, jako je EtherNet/IP nebo Profinet, jakožto otevřené řešení. Oba typy snižují nároky na kabeláž při použití s komponentami napájenými přes OCT. 

Připojitelné terminály I/O omezují kabeláž ve skříních

Zjednodušení kabeláže řídicí skříně kromě eliminace kabelů a přepínačů v provozu přispívá rovněž k přehlednějšímu systému s méně místy selhání. Při používání mnoha I/O bodů se skříně zahlcují, což komplikuje zapojování a zvyšuje pravděpodobnost chyb. Bezdrátový terminál I/O, který se připojuje přímo do distribuční desky signálu, je významným vylepšením.

Pomocí prefabrikovaných kabelů s aplikačně specifickými konektory se napájecí a řídicí signály rozvádějí ze směrovací obvodové desky do připojitelných terminálů. Tato metoda poskytuje mimořádně dobrou návratnost investice (ROI) pro výrobní stroje integrované do sérií. Tato metoda je určena pro eliminaci spojení mezi dvěma body (point-to-point) uvnitř skříně prostřednictvím kompaktního, aplikačně specifického elektromagnetického řešení. Zabudováním systému I/O přímo do strojního zařízení mohou výrobci strojů a koneční uživatelé z řad výrobců minimalizovat své úsilí v oblasti správy kabeláže, snižovat pracovní náklady a potenciální chyby při zapojování.

Připojitelné terminály jsou často kompaktnější než I/O montované na lištu DIN – v některých případech jsou menší až o 50 %. Společně s omezením množství kabeláže jsou nižší prostorové nároky zařízení další výhodou používání připojitelných terminálů.

To dokazuje, jak účinně mohou efektivní technologie fieldbusu a I/O zmírnit obavy související se správou kabeláže v elektrických skříních. Nicméně systémy I/O na bázi obvodových desek jsou pro nové instalace nejlepší, na rozdíl od modernizace. Stejně tak vhodné je i omezování kabeláže v provozu prostřednictvím technologie OCT u aplikací typu brownfield a greenfield. 

Chytrá správa kabeláže a chytré navrhování strojů

Inovativní síťové technologie eliminují nadměrnou kabeláž. Zvážením těchto faktorů již v rané fázi modernizace nebo navrhování nového stroje mohou technici zajistit mnohem nižší pravděpodobnost problémů se správou kabeláže v pozdějších fázích. Mnoho z těchto strategií pro snižování objemu kabeláže využívá technologie, které stále ještě procházejí vývojem. Přestože již nyní nabízejí četné výhody, jejich schopnosti se s dozráváním těchto technologií ještě zvýší.

Připojitelné terminály I/O a jednokabelová řešení dovolují technikům budovat řídicí skříně s dramaticky sníženým objemem kabeláže a navrhovat architektury fieldbusu s napájením a daty v jediném kabelovodu.

Automatizační průmysl začíná rychle chrlit optimalizované produkty pro každý krok procesu technického navrhování a implementace. Správa kabeláže by neměla zůstávat oblastí zapomenutou někde v koutě. 

Sree Potluri je specialista pro aplikace I/O společnosti Beckhoff Automation. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, eguenther@cfemedia.com.