作者：Kenton Williston

　　工业控制面板设计人员面临着众多挑战。其中包括有限的空间和预算、环境危害(例如断电和接触化学品)以及人为因素(例如误用和篡改)。尽管存在这些困难，设计人员必须生产出一种能够提供毫不妥协的安全性、安全性、可靠性并符合标准的面板。

　　为了实现这些目标，设计人员需要创造性的解决方案来简化控制面板的创建、安装和使用。具体来说，他们需要针对其特定用例量身定制的组件，以及确保正常运行的安装和维护工具。

　　本文提供了选择这些组件的指南，重点是成本和空间优化。它涵盖布线系统、识别系统、安全系统、访问控制和 UPS。它使用Panduit的示例，探讨了每个组件的作用和选择标准。本文还解释了如何实施这些组件以确保可靠性、安全性并符合行业标准。

　　通过选择布线管道实现节省空间的控制面板设计

　　为了设计高效的控制面板，自动化和控制工程师必须应对各种因素，例如电缆隔离、热管理、电缆入口、电磁干扰 (EMI)、电缆弯曲半径和未来扩展空间。布线管道在此过程中发挥着至关重要的作用，因为它们构成了整个面板设计的“骨架”。在选择工业控制面板的走线槽时，设计者应考虑以下因素：

　　面板设计：面板的尺寸、类型以及母线尺寸和冷却能力等规格都会影响所需布线管道的类型和特性。

　　尺寸：布线管道应留出一些空间，以便将来添加或调整。然而，它不应该太大，以免不必要地占用控制面板中的空间。

　　接线类型：不同尺寸和功能的电线(例如电源线、控制线或数据线)可能需要不同类型的导管或通道才能正确安装。

　　环境和材料：常见的材料包括聚氯乙烯(PVC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料，但某些条件如高温、潮湿或腐蚀性物质，需要由特定材料制成的管道或具有一定的防护功能。

　　安装和维护：应易于添加或拆除电线，并且导管应易于安装在控制面板中。

　　合规性：管道应符合适用的安全标准、电气规范和行业特定法规。

　　标准和法规尤为重要，因为使用不合规的布线管道可能会导致安全隐患或控制面板故障。作为符合标准的部件示例，Panduit 的F1X3LG6开槽接线槽由无铅 PVC 制成，连续使用温度额定值高达 +122°F (+50°C)。这满足 UL 94 可燃性等级 V-0 的要求，并满足 NFPA 79-2007 第 13.3.1 节对阻燃材料的要求。

　　F1X3LG6 还非常适合节省空间的设计。它具有与高密度组件的间距对齐的窄槽，并且具有刻痕线，有助于创建更大的孔以进行分支或其他电线管理(图 1)。它配有卡扣式盖，可快速、安全地连接电线。

　　图 1：Panduit F1X3LG6 具有狭窄、间隔紧密的插槽，采用双限制插槽设计用于固定电线。 (图片来源：泛达)

　　控制面板的替代布线解决方案

　　当然，管道并不适合所有情况。例如，电线可能需要穿过管道无法钻入机箱的区域。在这种情况下，可以考虑使用ABM100-AC背胶扎带安装座等解决方案。这种四向安装座专为快速安装和长期可靠性而设计。

　　与所有粘合剂系统一样，应注意确保为应用环境选择正确的粘合剂(图 2)。

　　不建议在铜或黄铜上使用。

　　安装座仅由户外材料制成。对于特定应用，建议在广泛使用之前进行单独测试。

　　取决于浓度、暴露时间和化学成分。

　　图 2：应选择粘合剂系统来满足应用环境的要求。 (图片来源：泛达)

　　保护控制面板电线和电缆免受磨损

　　当电线布设在管道外时，应小心确保电线不会因磨损或其他危险而损坏。例如，控制面板通常需要从外壳内到前面板的布线。应包裹这些电线以避免损坏。控制工程师可以选择的选项包括：

　　螺旋缠绕：线束和电缆束的通用磨损保护。易于突破，有不同的颜色、材料和尺寸可供选择。

　　盘式分体线束包裹物：为线束和电缆束提供灵活且耐磨的保护。它具有独特的槽型和大的重叠，可减少安装时间并适应各种束直径。

　　编织套管：为电线、电缆、软管和管道提供持续磨损保护。它采用灵活的开放式编织，不会积聚热量或湿气。

　　波纹管：具有实心壁设计的经济解决方案，可为电缆束提供全面保护。它有不同的材料可供选择，有些采用狭缝壁设计，方便安装和拆卸。

　　热缩管：适用于电线电缆的绝缘、保护和颜色编码。它还可以与端子和接线片一起使用，以实现清洁、安全和牢固的安装。它有不同的材料、尺寸和壁厚可供选择，有些带有粘合衬里，可实现防水密封。

　　选择合适的包装时需要考虑许多因素(图 3)。例如，如果应用需要轻质、灵活且能够适应不规则形状的解决方案，那么 T25F -C螺旋缠绕是一个不错的选择。这种绕线设计易于安装，但也很耐用，额定使用温度高达 +122°F (+50°C)。

　　图 3：可提供多种类型的绕线以满足不同的需求。 (图片来源：泛达)

　　通过电缆端接、管理和标签提高控制面板的可维护性和安全性

　　为了确保控制面板的有效安装、使用和维护，设计人员必须选择适当的电线端接方法和材料(图 4)。

　　图 4：所示为端接类型及其特性的示例。 (图片来源：泛达)

　　最佳选择取决于几个因素，包括所需的端接数量。例如，DNF14-250FIB-C尼龙绝缘母头隔离开关无需使用工具即可插入公头接线片或从公头接线片上拔下，从而降低了安装成本并更易于维护。相比之下，FSD80-8-KD6单线 DIN 端套绝缘套圈设计用于与更适合高计数端接的自动涂敷器配合使用。

　　电缆扎带还可以保持布线有序且安全，在安全和维护方面发挥着重要作用。领带的种类繁多，可以满足不同的需求，如图 5 所示。除了领带的基本设计之外，材料的选择也是一个关键的考虑因素。例如，PLT1.5M-M锁定扎带由尼龙 6.6 制成，因此最适合室内使用。对于存在盐雨和酸雨等危险的户外应用，丙烯等材料会更好。

　　图 5：电缆扎带的材料选择需要仔细考虑各种环境因素; PLT1.5M-M 锁定扎带采用尼龙 6.6，最适合室内使用。 (图片来源：泛达)

　　使用适当的扎带工具可以提高生产率、降低成本并增强工人的安全。例如，GTH-E扎带枪的设计易于使用(图 6)。与同类工具相比，它所需的手柄力减少了 15%，其扎带切断机构将对用户手部的冲击减少了 40% 以上。

　　图 6：所示为 GTH-E 扎带枪的主要特征，其设计易于使用。 (图片来源：泛达)

　　最后，清晰的标签对于正确使用和维护控制面板至关重要。标签的选择不仅取决于预期用途，还取决于环境危害(图 7)。例如，如果电缆仅暴露于温和的水基液体，则S100X150VATY热转印乙烯基自层压标签等解决方案效果很好。这些标签的尺寸专门针对电线和电缆应用而设计，额定使用温度高达 +150°F (+65°C)。

　　图 7：所示为标签解决方案示例及其对各种环境危害的适用性。 (图片来源：泛达)

　　TDP43ME热转印打印机等解决方案有助于确保正确贴标(图 8)。这款热转印打印机允许操作员将标签放置在距离连接器和端子末端 1/2 英寸(12.7 毫米 (mm))的电线和电缆上。该打印机的循环时间比传统手动打印快三倍安装速度是竞争解决方案的两倍。其符合人体工程学的设计可减轻操作员疲劳，并最大限度地降低重复性运动伤害的风险。

　　图 8：TDP43ME 热转印打印机配备软件和配件，可实现高效贴标。 (图片来源：泛达)

　　控制面板应用中的接地和安全

　　考虑到工业控制面板中存在高功率，正确的接地对于安全至关重要。因此，选择接地排是一项关键的设计选择，它不仅会影响安全性，还会影响控制面板的成本效益和可维护性。

　　UGB2 /0-414-6通用接地棒说明了这一点。它是 Panduit 专利 StructuredGround™ 通用接地母线系统 (UGB) 的一部分，该系统与所有类型的电线端接方法和 140 多种连接器兼容。这种灵活性大大简化了设计和维护。此外，还提供两种支座安装选项，可在狭小区域提供额外的接线空间。

　　安全性和生产力有时是矛盾的。例如，法规要求在维修电气设备之前进行测试以确认没有电压。对于手持式仪器来说，这可能是一个耗时的过程。 VS -AVT-C02-L03 VeriSafe 失压测试仪通过自动化程序简化了问题。将该设备安装到前面板后，工作人员只需按一下按钮即可确认是否没有电压(图 9)。

　　图 9：使用 VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 无电压测试仪等仪器进行自动化测试不仅更快，而且更安全。 (图片来源：泛达)

　　保持可靠的网络并避免篡改工业以太网解决方案和 UPS

　　数据网络现在是大多数控制面板设计的一部分。为了避免安全漏洞和停机(无论是由于篡改还是误用)，确保网络电缆保持在原位非常重要。 PSL -DCJB RJ45 插孔模块屏蔽设备就是为此而创建的。这些设备被插入未使用的以太网端口，只允许授权工作人员使用专用工具拔下插头。相反，锁定设备可防止将网络电缆从活动以太网端口拔出。

　　在某些情况下，必须可以从控制面板的外部访问以太网端口。在这里，带有保护盖的IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP 隔板 RJ45 耦合器模块等解决方案发挥着重要作用。该隔板提供 IP67 级密封，可防止灰尘和暂时浸入水中，使其适合需要冲洗的工作单元。

　　对于网络供电的设备，以太网插头需要特殊的功能。例如，FPS6X88MTG IndustrialNet、6A 类屏蔽、现场端接 RJ45 插头专为以太网供电 (PoE) 和类似应用而设计，符合 IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+)。除其他功能外，该插头超出了 ANSI/TIA 568-C.2 6A 类和 ISO 11801 EA 级通道性能要求，并符合 ANSI/TIA-1096-A(以前称为 FCC 第 68 部分)、IEC 60603-7 和 IEC 60529(IP20)标准。

　　无论电源如何，许多控制面板都需要不间断电源 (UPS) 来在断电时保持功能。在为控制面板选择 UPS 时，控制工程师应考虑以下因素：

　　功率容量：输出应超过控制板的功耗。

　　维护：远程管理可以监控关键参数，节省成本和时间。

　　安装： DIN 导轨安装等选项可轻松集成到控制面板中。

　　安全性和合规性： UPS 至少应符合 UL508 等相关标准。

　　UPS00100DC工业网络 UPS 展示了多种超越这些基础知识的方法。它使用超级电容器代替电池，降低了停机风险并避免了潜在的氢气积聚。无电池设计无需维护，与基于电池的 UPS 相比，投资回报率提高 2 倍，拥有成本降低 50% 至 70%。

　　结论

　　设计工业控制面板是一个要求严格且复杂的过程，涉及平衡空间、安全性和可靠性。为了获得最佳结果，设计人员需要使用控制面板解决方案来帮助他们组织、接线和标记面板，并保护面板免受外部和内部危险的影响。这些解决方案应根据工业控制面板应用的具体要求进行定制，并应配备可保证正常运行的安装和维护工具。通过使用满足这些标准的控制面板解决方案，设计人员可以构建有效、可靠、安全且合规的面板。