El temps de cablejat de l'armari PLC disminueix significativament amb els blocs de terminals de carril DIN connectables amb pas de 5,08 mm: què guanyen els fabricants d'equips originals d'automatització industrial en eficiència de muntatge

El contingut laboral del cablejat tradicional de terminals de cargol

En un armari de control PLC de complexitat mitjana per a maquinària d'envasat, sistemes de transport o control de màquines d'emmotllament per injecció, normalment hi ha entre 600 i 1.200 terminacions de cables individuals. Cada terminació en un bloc de terminals de pas de brida de cargol tradicional requereix: pelar 8-10 mm d'aïllament de l'extrem del cable amb una eina de pelat calibrada, inserir el cable pelat a l'obertura del terminal, estrènyer el cargol al parell especificat (normalment 0,5-0,8 Nm per a cables de 2,5 mm² segons les especificacions del fabricant del terminal) i verificar la connexió amb una prova de tracció segons la norma IEC 60947-7-1. El cicle complet de pelar-inserir-estrenyer-verificar triga entre 45 i 90 segons per cable, depenent de l'experiència del tècnic, l'accessibilitat de la posició del terminal dins de l'armari densament empaquetat i si el cablejat requereix passos addicionals de gestió de cables. Amb una mitjana de 60 segons per connexió i 800 terminacions per armari, la mà d'obra de cablejat directe per si sola és de 800 minuts, és a dir, més de 13 hores per armari.

Això no inclou el temps necessari per interpretar el diagrama de cablejat i assignar-lo a les posicions físiques dels terminals. Un diagrama de cablejat mostra connexions lògiques: "I0.0 → terminal X1:47". El tècnic ha de localitzar el terminal X1 al carril DIN, comptar fins a la posició 47 en una fila de 60-80 terminals d'aspecte idèntic i inserir el cable correcte. Amb una densitat de 60 terminals per metre de carril DIN, la discriminació visual entre el terminal 47 i el terminal 48 requereix una atenció centrada en cada connexió. La taxa d'errors en condicions de producció, on els tècnics cablegen els armaris durant 7-8 hores per torn, és d'aproximadament 2-5 errors de cablejat per armari de mitjana, segons les dades de qualitat del taller de panells que he revisat. Cada error triga entre 15 i 45 minuts a diagnosticar-se i corregir-se durant les proves funcionals, afegint entre 30 i 225 minuts de temps de reelaboració per armari. Aquests errors són gairebé completament una funció del pas d'assignació manual (els dits del tècnic van aterrar al cable correcte però a la posició incorrecta del terminal) i són pràcticament impossibles d'eliminar només mitjançant la formació o la disciplina del procés.

El paradigma endollable: acabar a l'arnès, no a l'armari

Els blocs de terminals endollables canvien el paradigma fonamental del cablejat, que passa de terminar al gabinet a terminar al maçó. En lloc de portar cables individuals al gabinet i terminar cadascun a la seva posició de terminal designada al carril DIN, el fabricant de panells rep maços de cablejat premuntats amb connectors endollables ja terminats als extrems dels cables. El bloc de connectors (un endoll de 2-24 posicions amb un pas de 5,08 mm) s'acobla amb un capçal fix muntat al carril DIN. La tasca del fabricant d'armaris passa de 800 terminacions de cables individuals a connectar entre 20 i 40 blocs de connectors premuntats als seus capçals corresponents.

Aquest és un model de muntatge fonamentalment diferent amb implicacions que van molt més enllà de l'estalvi directe de mà d'obra. El treball de cablejat d'alta precisió i propens a errors es trasllada aigües amunt a la fase de fabricació del maçat, on es pot realitzar en un banc de treball amb millors condicions d'il·luminació, amb accés sense obstacles a les cares del connector i, fonamentalment, amb equips automatitzats de prova de maçat que verifiquen la continuïtat de cada connexió, l'assignació correcta de pins i la resistència d'aïllament abans que el maçat s'enviï al taller de panells. Un sistema de prova de maçat que utilitza un Cirris o un provador automatitzat similar pot verificar un muntatge de connectors de 50 posicions en menys de 30 segons i produir un informe de prova que serveix com a prova objectiva de qualitat per a la inspecció entrant del taller de panells. El canvi és de confiar en l'atenció del tècnic a confiar en la mesura objectiva de l'equip de prova.

L'estalvi de temps és substancial i està ben documentat en la construcció de panells industrials. Un bloc de connectors amb 12 cables pre-terminats es connecta a la seva capçalera de carril DIN en 5-10 segons, el temps necessari per alinear el connector amb la capçalera, empènyer-lo fins que la pestanya de bloqueig encaixi amb un clic audible i confirmar visualment la inserció completa comprovant que la cara del connector estigui alineada amb la cara de la capçalera. Un bloc de terminals de cargol tradicional de 12 posicions requereix entre 12 i 18 minuts per acabar a l'armari. L'enfocament endollable redueix això a menys de 30 segons per a l'operació del costat de l'armari, una reducció de més del 95% en la mà d'obra del costat de l'armari per a aquestes 12 connexions. En un armari de 800 connexions amb connectors endollables, el temps de cablejat del costat de l'armari baixa de més de 13 hores a aproximadament 2-3 hores. El temps de muntatge del maço terminat, realitzat a la taula de treball, afegeix entre 4 i 6 hores, cosa que suposa una reducció neta del 35-45% en la mà d'obra total de cablejat.

Eliminació d'errors mitjançant pinout fix

El benefici econòmicament més significatiu dels blocs de terminals endollables potser no és l'estalvi de mà d'obra, sinó la quasi eliminació dels errors d'assignació de cablejat. Quan un fabricant de maços de cables construeix un connector de 12 posicions amb cables a les posicions 1 a 12, la distribució de pins està físicament fixada. El constructor de panells no pot inserir el cable incorrecte a la posició 7 perquè el cable de la posició 7 ja està acabat al connector a la posició 7 i no es pot moure sense tallar i tornar a acabar. L'única acció de muntatge a l'armari és connectar el connector a la capçalera correcta, que està etiquetada amb l'identificador del connector (per exemple, "X101") que coincideix tant amb el diagrama de cablejat com amb l'etiqueta física del cos del connector del costat del maç.

Aquest canvi de la verificació per cable a la verificació per connector canvia fonamentalment el perfil de detecció d'errors. En un armari cablejat punt a punt tradicional, cadascuna de les 800 connexions s'ha de comprovar individualment amb el diagrama de cablejat, un procés de verificació que requereix de 4 a 6 hores i subjecte a la mateixa taxa d'error humà que el cablejat original. Amb els connectors endollables, la verificació es redueix a: (1) confirmar que el fabricant del maçó ha comprovat la continuïtat i el pinout i que l'informe de prova està disponible, i (2) confirmar que cada endoll del connector es troba a la capçalera correcta comprovant visualment l'etiqueta amb el dibuix de disseny de l'armari. El pas 2 triga de 10 a 15 minuts per a 30 connectors. La feina total de verificació baixa de 4 a 6 hores a menys d'una hora. La taxa d'errors de cablejat baixa de 2 a 5 per armari a gairebé zero perquè el pinout està físicament imposat pel connector; no hi ha cap decisió de l'operador sobre quin cable va on, només una coincidència visual entre dues etiquetes.

El UL 508A estàndard per a panells de control industrials i IEC 61439 Per a conjunts d'aparells de commutació i control de baixa tensió, tots dos fan referència a la tecnologia de connexió endollable com a mitjà per millorar la qualitat del cablejat de fàbrica. La UL 508A permet específicament els connectors endollables com a mètode de cablejat acceptable, sempre que el connector estigui llistat per a l'aplicació i els valors nominals de tensió/corrent estiguin dins de les especificacions del fabricant del connector.

Servei de camp: on el retorn de la inversió es multiplica

L'estalvi de temps de muntatge justifica l'adopció de blocs de terminals endollables al taller de panells; l'estalvi en el servei de camp és on el retorn de la inversió s'accelera més enllà de la justificació de compra inicial. Quan un mòdul d'E/S falla en un armari de PLC cablejat amb terminals de cargol tradicionals, el procediment de servei de camp requereix molt de temps: fotografiar o etiquetar cada cable connectat al mòdul fallat (10-30 minuts, depenent de la densitat del cable i la qualitat de l'etiquetatge existent), desconnectar els 20-40 cables individuals (5-15 minuts), treure el mòdul fallat i instal·lar el de recanvi (5-10 minuts), tornar a connectar tots els cables als terminals correctes del mòdul de recanvi mentre es consulta la fotografia o les etiquetes fetes al pas 1 (20-45 minuts) i verificar cada connexió (5-10 minuts). Temps total transcorregut: 45-105 minuts de treball de tècnic qualificat, durant els quals la màquina de producció no està en funcionament.

Amb connectors endollables, el procediment es redueix a: desconnectar el bloc de connectors del mòdul fallat (5 segons), treure el mòdul fallat i instal·lar el recanvi (5-10 minuts) i connectar el bloc de connectors al mòdul de recanvi (5 segons). Els cables zero es desconnecten. Els cables zero es tornen a terminar. Les connexions zero requereixen verificació perquè el mateix connector amb els mateixos cables a les mateixes posicions de pin ara es connecta a un mòdul de recanvi idèntic. El temps total (menys de 10 minuts, dominat per la substitució del mòdul mecànic i la reinicialització del PLC) representa una reducció del 80-90% respecte al procediment tradicional. En indústries on el temps d'inactivitat de la màquina costa entre 500 i 5.000 dòlars per hora (línies de muntatge d'automòbils, envasos d'aliments i begudes, fabricació de productes farmacèutics, fabricació de semiconductors), la diferència entre una reparació de 90 minuts i una reparació de 10 minuts estalvia entre 650 i 7.500 dòlars en costos de temps d'inactivitat per fallada del mòdul d'E/S. Durant la vida útil d'una màquina de 10 a 15 anys amb 3-6 substitucions de mòduls d'E/S, l'estalvi en el servei de camp per si sol pot superar el cost incremental dels blocs de terminals connectables per un factor de 3-5 vegades.

Economia del cost per connexió

A nivell de component, un bloc de terminals de pas tradicional de 2 posicions amb brida de cargol costa aproximadament entre 0,30 i 0,60 USD per posició en quantitats de volum (més de 5.000 posicions). Un sistema de bloc de terminals endollable de 5,08 mm (que inclou el capçal muntat en carril DIN i el connector endollable del costat del maç) costa aproximadament entre 0,80 i 1,50 USD per posició. El sobrecost dels components és significatiu entre 0,50 i 1,00 USD per posició, cosa que en un armari de 800 posicions representa entre 400 i 800 USD en cost addicional de la factura de materials.

Tanmateix, el cost dels components només és una partida. La tarifa de mà d'obra de muntatge totalment carregada per a un taller de panells a Amèrica del Nord o Europa Occidental és de 35-55 USD per hora. L'estalvi de mà d'obra per connexió (aproximadament 30-50 segons) es tradueix en 0,29-0,76 USD per connexió a aquestes tarifes. Utilitzant els punts mitjans de cada rang, la prima de component de 0,75 USD es compensa amb 0,50 USD en estalvi de mà d'obra, deixant una prima neta de 0,25 USD per posició, o 200 USD en un armari de 800 posicions. Quan s'inclouen l'estalvi en el servei de camp, la reducció del temps de proves funcionals i l'eliminació de les reclamacions de cablejat de garantia, el cost total de propietat canvia decisivament a favor dels connectors endollables al primer o segon any d'operació de camp.