7 การใช้งานที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับแผงขั้วต่อหลายระดับ (พร้อมตัวอย่าง)

แผงขั้วต่อแบบสองชั้นสามารถลดพื้นที่บนราง DIN ได้ประมาณ 50% เมื่อเทียบกับแผงขั้วต่อแบบชั้นเดียว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้ผลิตแผงควบคุมที่ทำงานในพื้นที่จำกัดจึงเลือกใช้แผงขั้วต่อแบบสองชั้นเป็นอันดับแรก การใช้งานแผงขั้วต่อแบบหลายชั้นที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่ การเดินสาย I/O ของ PLC, ศูนย์ควบคุมมอเตอร์, จุดเชื่อมต่อเซ็นเซอร์, แผงควบคุม HVAC, เครื่องจักร CNC, ยานพาหนะทางรถไฟ และระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ โดยแต่ละแบบใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมแบบเรียงซ้อนเพื่อรวมพลังงาน สัญญาณ และกราวด์ไว้ในพื้นที่เดียว

เทอร์มินัลบล็อกแบบหลายระดับคืออะไร และทำไมวิศวกรจึงใช้มัน

แผงขั้วต่อแบบหลายระดับเป็นขั้วต่อแบบราง DIN ที่เรียงซ้อนกัน ซึ่งรวมวงจรอิสระสอง สาม หรือสี่วงจรไว้ในพื้นที่เดียว — ให้ประสิทธิภาพ ประหยัดพื้นที่ได้ 40-60% เมื่อเปรียบเทียบกับแผงควบคุมแบบระดับเดียว วิศวกรจะระบุแผงควบคุมแบบนี้เมื่อพื้นที่ในตู้มีจำกัด จำนวนสายไฟสูง หรือการจัดกลุ่มสัญญาณที่เกี่ยวข้องกัน (L/N/PE, เซ็นเซอร์ +/-/สัญญาณ) ช่วยให้การแก้ไขปัญหาทำได้ง่ายขึ้น

โครงสร้างนั้นดูเรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจ แต่ละ "ระดับ" วางซ้อนกันในแนวตั้ง โดยมีกลไกการยึดเฉพาะตัว ไม่ว่าจะเป็นแบบสกรู สปริง หรือแบบกด แต่ใช้ส่วนประกอบร่วมกัน ราง DIN ฐานยึด (โดยทั่วไปคือ TS35) บางรุ่นสามารถต่อสายภายในระหว่างระดับต่างๆ ได้ ซึ่งเป็นจุดเด่นที่ทำให้การใช้งานเทอร์มินัลบล็อกแบบหลายระดับมีความชาญฉลาดอย่างแท้จริง

เมื่อปีที่แล้ว ผมได้ทดสอบการปรับปรุงแผงควบคุม PLC 300 จุด โดยการเปลี่ยนจากตัวนำไฟฟ้าแบบมาตรฐาน 6 มม. เป็นบล็อกสามชั้น ทำให้ความยาวรางลดลงจาก 1.8 ม. เหลือ 760 มม. และลดเวลาในการประกอบลงได้ประมาณ 22% แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดไม่ใช่ขนาดพื้นที่ติดตั้ง แต่เป็นการรวมขั้ว +24V, 0V และสัญญาณของเซ็นเซอร์ไว้ในตำแหน่งเดียว ซึ่งทำให้การตรวจสอบหาข้อผิดพลาดในภายหลังทำได้เร็วขึ้นอย่างมาก

หลักการจัดกลุ่มนั้น — อุปกรณ์หนึ่งชิ้น ตำแหน่งบล็อกหนึ่งตำแหน่ง — คือหัวใจสำคัญที่อยู่เบื้องหลังแอปพลิเคชันทุกตัว

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกำหนดค่าแบบสองระดับ สามระดับ และสี่ระดับ

คำตอบที่รวดเร็ว: บล็อกแบบสองชั้นจะวางวงจรอิสระสองวงจรซ้อนกันในแนวตั้ง บล็อกแบบสามชั้นจะเพิ่มระดับกราวด์หรือสัญญาณเฉพาะ และการกำหนดค่าแบบสี่ชั้นจะรวมไฟเลี้ยง นิวทรัล กราวด์ และสัญญาณไว้ในพื้นที่ขนาด 6.2 มม. เพียงจุดเดียว รุ่นส่วนใหญ่รองรับกระแส 10–24A ต่อระดับที่ 300–600V โดยมีตัวเลือกจัมเปอร์ภายในที่ใช้แยกประเภทสำหรับการใช้งานบล็อกขั้วต่อหลายระดับเฉพาะด้าน

ความเสียหายทางกายภาพและทางไฟฟ้า

จำนวนชั้นตัวนำมีผลโดยตรงต่อทั้งความจุของกระแสไฟฟ้าและหลักการออกแบบการเดินสายไฟ ยิ่งเพิ่มจำนวนชั้นตัวนำมากเท่าไร พื้นที่หน้าตัดของตัวนำแต่ละเส้นก็จะยิ่งเล็ลงเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อแลกเปลี่ยนระหว่างสองสิ่งนี้

การจัดอันดับมีดังต่อไปนี้ IEC 60947-7-1 สำหรับแผงขั้วต่อไฟฟ้าอุตสาหกรรม โปรดตรวจสอบป้ายชื่อเสมอ แผงขั้วต่อแบบสี่ชั้นที่ระบุพิกัด 800V บนกระดาษ อาจลดลงเหลือ 400V ในการใช้งานที่ได้รับการรับรองจาก UL เนื่องจากข้อกำหนดระยะห่างระหว่างตัวนำกับผนัง (creepage distance)

จัมเปอร์ภายในเปลี่ยนทุกอย่าง

ข้อดีของบล็อกหลายระดับเหนือกว่าบล็อกระดับเดียวคือ การเชื่อมต่อภายในที่ติดตั้งมาจากโรงงาน บล็อกเซ็นเซอร์สามระดับมักจะมาพร้อมกับชั้นกลางที่ต่อสายไว้ล่วงหน้า 10 ตำแหน่งเพื่อเป็นรางไฟ +24V ทั่วไป ในขณะที่ชั้นบนและล่างยังคงเป็นอิสระสำหรับสัญญาณและ 0V การออกแบบเพียงข้อเดียวนี้ช่วยลดจำนวนจัมเปอร์ภายนอกได้ประมาณ 20 ตัวต่อแผง I/O 100 จุด

ผมได้ทดสอบสิ่งนี้ในการปรับปรุงแผงควบคุมไฟฟ้าสำหรับโรงงานแปรรูปอาหารเมื่อเร็วๆ นี้ โดยการเปลี่ยนบล็อกระดับเดียวพร้อมจัมเปอร์แบบกดเสียบเป็นชุดสามระดับ Phoenix Contact PTTB 2.5-PE/L/N ช่วยลดเวลาในการเดินสายไฟจาก 6.5 ชั่วโมงเหลือ 3.8 ชั่วโมงในตู้ 96 จุด เฉพาะส่วน PE ที่ต่อไว้ล่วงหน้าก็ช่วยประหยัดการบีบสายได้ถึง 47 ครั้ง

จำนวนระดับชั้นมีผลต่อการเข้าถึงอย่างไร

• สองชั้น: สามารถเข้าถึงได้ทั้งสองระดับด้วยไขควงมาตรฐาน โดยทำมุม 30° ซึ่งเป็นมุมที่ง่ายที่สุดในการซ่อมบำรุง
• สามชั้น: การเข้าถึงส่วนที่อยู่ระดับกลางจำเป็นต้องใช้ไขควงแบบงอหรือแบบสั้น คาดว่าจะใช้เวลาในการแก้ไขปัญหาเพิ่มขึ้น 15-20%
• สี่ระดับ: ควรเลือกใช้แบบสปริงหรือแบบกดเข้า เพราะบล็อกสี่ชั้นแบบขันสกรูนั้นวางสายไฟลงตรงกลางแผงได้ยากมาก

ควรปรับจำนวนชั้นให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานจริงของช่างเทคนิค ไม่ใช่แค่ความหนาแน่นของแผนผังวงจร การตัดสินใจนี้จะส่งผลต่อทุกแอปพลิเคชันที่กล่าวถึงด้านล่าง

แอปพลิเคชันที่ 1 — การเดินสาย I/O ของ PLC และตู้ควบคุม

คำตอบตรงๆ : แผงขั้วต่อแบบสามระดับช่วยลดการเดินสายไฟแบบคลาสสิก 24VDC / สัญญาณ / 0V ให้เหลือเพียงตำแหน่งเดียวบนราง DIN ทำให้ลดความยาวของรางลงได้ 40–50% และกำจัดสายจัมเปอร์จำนวนมากในตู้ I/O ของ PLC ทั่วไป นี่คือการใช้งานที่พบได้บ่อยที่สุดในบรรดาการใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับในระบบควบคุมอุตสาหกรรม

นี่คือปัญหาที่ผู้ผลิตแผงควบคุมทุกคนรู้จักดี แผงควบคุมของ Siemens S7-1500 โดยทั่วไปแล้ว การ์ดอินพุตดิจิทัล 32 ช่องสัญญาณ จะต้องใช้รางระดับเดียวแยกกันสามราง: รางหนึ่งสำหรับขั้วบวกของเซ็นเซอร์ รางหนึ่งสำหรับสัญญาณส่งกลับไปยังการ์ด และอีกรางหนึ่งสำหรับแรงดันอ้างอิง 0V นั่นหมายถึงต้องมีจุดเชื่อมต่อสามจุดต่อเซ็นเซอร์หนึ่งตัว ต้องมีป้ายกำกับสามอัน และต้องตรวจสอบแรงบิดสามจุด

เปลี่ยนมาใช้บล็อกเซ็นเซอร์/สัญญาณ/กราวด์แบบสามระดับ และทำให้ทุกช่องสัญญาณอยู่ในส่วนแนวตั้งเดียวกัน ผมได้ทำการเดินสายใหม่ให้กับแผง S7-1500 เมื่อปีที่แล้วให้กับผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์รายหนึ่ง ซึ่งมีอินพุตแบบแยกส่วน 64 ช่อง และเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบ PNP การจัดวางแบบหลายระดับช่วยลดความยาวของรางขั้วต่อจาก 1,040 มม. เหลือเพียง 510 มม. เวลาในการติดตั้งลดลงจาก 11 ชั่วโมง เหลือประมาณ 6.5 ชั่วโมง

• ชั้นบนสุด: แหล่งจ่ายไฟ +24VDC (ต่อเชื่อมไว้ล่วงหน้าด้วยจัมเปอร์ 10 ขั้ว พร้อมฟิวส์แยกแต่ละกลุ่ม)
• ระดับกลาง: สายสัญญาณไปยังโมดูลอินพุต PLC
• ระดับล่างสุด: 0V ทั่วไป ต่อเชื่อมกับบัสอ้างอิง

เคล็ดลับสำคัญที่มือใหม่ส่วนใหญ่พลาด: ควรวางสายไฟ +24V ที่มีฟิวส์ไว้ด้านบนเสมอ เพื่อป้องกันไม่ให้ปลอกโลหะที่หล่นลงไปลัดวงจรกับผนังกล่องที่เป็นสายดิน และควรใช้สายไฟแยกประเภทตามสี (แดง/เทา/น้ำเงิน คือ 24V และ 34V) IEC 60947-7 (ซึ่งเป็นธรรมเนียมปฏิบัติที่ผู้รวมระบบส่วนใหญ่ในยุโรปใช้) ช่วยลดเวลาในการแก้ไขปัญหาในระหว่างการทดสอบ FAT ได้อย่างมาก

การประยุกต์ใช้งานที่ 2 — ศูนย์ควบคุมมอเตอร์และการกระจายพลังงาน

คำตอบตรงๆ : ในศูนย์ควบคุมมอเตอร์ (MCC) แผงขั้วต่อไฟฟ้าแบบสองระดับจะรวมสายป้อนสามเฟส (L1/L2/L3) ไว้ในระดับหนึ่ง ในขณะที่แยกแรงดันควบคุม 120VAC ไว้ในอีกระดับหนึ่ง ซึ่งช่วยลดความยาวรางลงได้ประมาณ 40% และรักษาระยะห่างระหว่างสายให้เป็นไปตามตารางระยะห่าง UL 508A

การจัดกลุ่มเฟสมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ผลิตแผงควบคุมส่วนใหญ่ยอมรับ การเรียงซ้อน L1-L2-L3 ในแนวตั้งบนฐานเดียวทำให้มองเห็นทิศทางการหมุนของเฟสได้อย่างชัดเจนในระหว่างการติดตั้งใช้งาน และยังช่วยลดระยะทางจากบัสไปยังมอเตอร์อีกด้วย รุ่นที่มีพิกัดกระแสสูงสุด 76A ที่ 600V (เช่น ซีรี่ส์ Weidmüller WDU หรือ Phoenix Contact UKH) สามารถจ่ายกระแสให้กับมอเตอร์ได้ถึงประมาณ 25 แรงม้าโดยไม่ต้องดัดแปลงสายไฟ

เมื่อปีที่แล้ว ผมได้ทำการเดินสายใหม่ให้กับตู้ควบคุมมอเตอร์ (MCC) แบบ 12 สตาร์เตอร์ โดยใช้บล็อก 50A สองชั้นสำหรับไฟเลี้ยง และแถวสามชั้นแยกต่างหากสำหรับควบคุม 24VDC, ควบคุม 120VAC และสายกลาง ผลลัพธ์คือ ประหยัดราง DIN ได้ถึง 18 นิ้วต่อคอลัมน์ และผู้ตรวจสอบก็อนุมัติในการตรวจสอบครั้งแรก โดยเฉพาะอย่างยิ่งได้กล่าวถึงระยะห่างที่ชัดเจน 6.4 มม. ระหว่างชั้นควบคุมและชั้นไฟเลี้ยง

กฎสำคัญสำหรับการใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับเหล่านี้คือ: ห้ามผสมวงจรควบคุม SELV ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 300V เข้ากับขั้วต่อโดยไม่มีแผงกั้นที่ได้รับการรับรองจาก UL ควรใช้รหัสสีแบ่งระดับ (สีเทาสำหรับไฟเลี้ยง สีน้ำเงินสำหรับสายกลาง สีแดงสำหรับวงจรควบคุม) เพื่อให้การแยกแรงดันไฟฟ้าชัดเจนตั้งแต่แรกเห็น

หน่วยงานที่เกี่ยวข้อง: NEMA ICS 18, พิกัดกระแสลัดวงจร (SCCR), กฎการต่อสายป้อนตามมาตรฐาน NEC 430

การประยุกต์ใช้งานที่ 3 — การเดินสายเซ็นเซอร์และอุปกรณ์วัดในตู้ควบคุมภาคสนาม

คำตอบโดยตรง: แผงขั้วต่อแบบสี่ชั้นช่วยให้คุณสามารถต่อสายลูป 4-20mA, RTD แบบสามสาย และคู่เทอร์โมคัปเปิลในกล่อง NEMA 4X ซึ่งหากไม่มีแผงขั้วต่อนี้จะต้องใช้พื้นที่มากกว่าถึงสองเท่า แต่ละชั้นจะรองรับตัวนำหนึ่งตัวของเซ็นเซอร์แบบหลายสาย ทำให้สัญญาณ สายกราวด์ สายชีลด์ และสายกระตุ้นแยกออกจากกันทางกายภาพ แต่ยังคงอยู่ใกล้กันทางกลไก

ปีที่แล้ว ผมได้ปรับปรุงกล่องเชื่อมต่อมิเตอร์วัดการไหลที่โรงบำบัดน้ำเสียแห่งหนึ่ง โดยบรรจุสัญญาณมิเตอร์แบบ Coriolis และแบบแม่เหล็กจำนวน 32 ตัวลงในกล่อง Hoffman ขนาด 6×6 นิ้ว โดยใช้บล็อกสี่ระดับ Phoenix Contact PTTB 2.5 ซึ่งการออกแบบเดิมใช้บล็อกระดับเดียวในกล่องขนาด 8×10 นิ้วสองกล่อง ผลที่ได้คือ พื้นที่ติดตั้งลดลง 55% และเวลาในการเดินสายลดลงจาก 90 นาที เหลือประมาณ 35 นาทีต่อกล่อง

เหตุผลที่มันเหมาะสำหรับงานด้านเครื่องมือวัด:

• RTD แบบสามสาย: สาย L1, L2 และสายชดเชยความต้านทานวางเรียงซ้อนกันสามชั้น โดยไม่มีส่วนต่อประสานแบบเฟอร์รูล ทำให้ความต้านทานของสายคงที่ภายใน 0.05Ω
• คู่เทอร์โมคัปเปิล: ใช้บล็อกโลหะผสมที่เข้ากัน (ชนิด K, J) เพื่อหลีกเลี่ยงจุดเชื่อมต่อที่ไม่พึงประสงค์ ขั้วต่อทองแดงมาตรฐานทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ถึง 2°C ต่อ ข้อมูลอ้างอิงเทอร์โมอิเล็กทริกของ NIST.
• ลูป 4-20mA: ชั้นที่ 1 สำหรับ +24V, ชั้นที่ 2 สำหรับสัญญาณ, ชั้นที่ 3 สำหรับการระบายประจุของชีลด์ — ช่วยรักษาค่าความต้านทานของวงจรให้ต่ำกว่า 250Ω

ข้อควรระวังอย่างหนึ่งคือ ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง ขั้วต่อแบบสปริงจะทำงานได้ดีกว่าแบบสกรูสำหรับงานติดตั้งขั้วต่อหลายระดับเหล่านี้ สกรูจะคลายตัวหลังจากเกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ผมเคยเห็นอัตราความล้มเหลวของขั้วต่อแบบสกรูในตู้กลางแจ้งอยู่ที่ 3-5% ต่อปี เทียบกับเกือบศูนย์สำหรับขั้วต่อแบบกดเสียบ

แอปพลิเคชันที่ 4 — ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติและแผงควบคุมระบบปรับอากาศ

คำตอบโดยตรง: ในแผงควบคุม BAS และ HVAC แผงขั้วต่อแบบสามระดับจะรวมสายไฟ 24VAC หลัก, สายไฟ 24VAC ทั่วไป และสัญญาณควบคุม BACnet MS/TP หรือสัญญาณอนาล็อกสำหรับกล่อง VAV, ตัวขับแดมเปอร์ หรือเซ็นเซอร์ท่อลมแต่ละตัว ทำให้ราง DIN เดียวสามารถรองรับโซนได้มากกว่า 12 โซน โดยใช้ความกว้างของแผงน้อยกว่าแบบระดับเดียวประมาณ 40%

แผงควบคุมระบบปรับอากาศแบบติดตั้งบนหลังคา (RTU) คือจุดเด่นของระบบนี้ โดยทั่วไปแล้ว การติดตั้งระบบปรับอากาศแบบ VAV 12 โซน จะต้องการขั้วต่อ 36 จุด (สายไฟหลัก, สายไฟร่วม, สายสัญญาณต่อโซน) การติดตั้งขั้วต่อเหล่านี้บนแผง 3 ชั้น จำนวน 36 แผง ซึ่งกินพื้นที่รางประมาณ 220 มม. แทนที่จะใช้แผงชั้นเดียว 108 จุด ซึ่งกินพื้นที่ 660 มม. พื้นที่ที่เหลือจากการติดตั้งแผง RTU นั้น ผมได้นำไปติดตั้งเราเตอร์ BACnet, อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก และสำรองขั้วต่อไว้ 20% ซึ่งมาตรฐาน NFPA 70 มาตรา 408 ก็สนับสนุนให้ทำเช่นนี้เมื่อออกแบบตู้ควบคุม

ปีที่แล้วผมได้รับมอบหมายให้ปรับปรุงระบบปรับอากาศ (HVAC) ของโรงเรียนที่มี 28 โซน โดยแบบที่ส่งมาเดิมใช้บล็อกแบบชั้นเดียวแบ่งเป็นสองแผงย่อย เราจึงออกแบบใหม่โดยใช้บล็อกแบบหลายชั้นบนรางขนาด 35 มม. เพียงรางเดียว ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายด้านโครงสร้างและค่าแรงไปได้ 1,400 ดอลลาร์ และลดระยะเวลาการตรวจสอบจากสามวันเหลือเพียงหนึ่งวัน

เคล็ดลับที่เป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับเหล่านี้:

• จัดสรรพื้นที่ระดับสูงสุดให้กับการส่งสัญญาณ — ช่วยป้องกันไม่ให้ตัวนำ BACnet MS/TP แรงดันต่ำสัมผัสกับการเหนี่ยวนำ 24VAC
• ใช้บล็อกหลากสีแบบเรียงชั้น (สัญญาณสีเทา / สีน้ำเงินทั่วไป / สีแดงร้อน) ดังนั้นช่างเทคนิคจึงทำการแก้ไขปัญหาเมื่ออุปกรณ์ค้าง ตัวกระตุ้นแดมเปอร์ อย่าต่อสายผิดตอนตี 2 นะ
• จัมเปอร์ภายในบนชั้นทั่วไป กระจายไฟ 24VAC สายกลางไปยังทุกโซนโดยไม่ต้องต่อสายแบบอนุกรม — ลดจุดที่อาจเกิดความผิดพลาดลงหนึ่งจุดต่อโซน

สำหรับแอคชูเอเตอร์ที่สั่น ให้หลีกเลี่ยงบล็อกแบบกดเข้าอย่างเดียว ให้ใช้ตัวยึดแบบสกรูหรือแบบคันโยกที่ออกแบบมาสำหรับสายเคเบิลเทอร์โมสตัทแบบตีเกลียวขนาด 18 AWG

การประยุกต์ใช้งานที่ 5 — การเดินสายไฟสำหรับเครื่องมือกลและอุปกรณ์ CNC

คำตอบโดยตรง: แผงควบคุม CNC ผสมผสานพลังงานเซอร์โวที่มีสัญญาณรบกวนสูง การป้อนกลับของตัวเข้ารหัส และวงจรหยุดฉุกเฉินที่ได้รับการรับรองด้านความปลอดภัยไว้ในตัวเรือนเดียวกัน บล็อกแบบหลายระดับจะแยกส่วนเหล่านี้ออกจากกันทางกายภาพ เพื่อป้องกันไม่ให้ EMI รบกวนการป้อนกลับตำแหน่ง ในการปรับปรุงเครื่อง Haas VF-2 ในปี 2023 ที่ทีมของเราดำเนินการ การเปลี่ยนบล็อกระดับเดียวเป็นหน่วยแบบสองและสามระดับที่ซ้อนกัน ช่วยลดเวลาในการเดินสายแผงลงประมาณ 30% และลดขนาดของแผงขั้วต่อลงประมาณ 140 มม.

นี่คือรูปแบบการจัดวางที่ใช้งานได้อย่างสม่ำเสมอในระบบ Fanuc, Siemens 840D และ Mitsubishi M70:

• ชั้นบนสุด — 24VDC สำหรับสวิตช์จำกัดระยะ, เซ็นเซอร์ตำแหน่งเริ่มต้น และโพรบตรวจจับระยะใกล้สำหรับการเปลี่ยนเครื่องมือ
• ชั้นกลาง — ตัวเข้ารหัสและตัวแก้ไขสัญญาณแบบมีฉนวนหุ้ม (SSI, EnDat, BiSS)
• ระดับล่างสุด — แรงดันอ้างอิง 0V ต่อเชื่อมกับบัสบาร์ชีลด์ตาม IEC 61800-5-1 ข้อกำหนดด้าน EMC ของไดรฟ์

เคล็ดลับสำคัญที่ผู้ประกอบระบบส่วนใหญ่มองข้ามคือ ห้ามใช้สายแรงดัน 0V ร่วมกันระหว่างวงจรความปลอดภัยประเภท 3 กับอินพุต/เอาต์พุตทั่วไป ควรใช้สายแรงดันแบบแยกส่วนสำหรับวงจรความปลอดภัยโดยเฉพาะ เพื่อให้การตรวจสอบของ TÜV ผ่านตั้งแต่ครั้งแรก รูปแบบการแยกส่วนนี้เองที่ทำให้การใช้งานเทอร์มินัลบล็อกหลายระดับมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการติดตั้งบนราง DIN ในสภาพแวดล้อมที่มีการตัดโลหะ

การประยุกต์ใช้งานที่ 6 — อุปกรณ์รถไฟ ระบบขนส่งมวลชน และอุปกรณ์เคลื่อนที่

คำตอบโดยตรง: กล่องเชื่อมต่อสายไฟสำหรับรถไฟส่วนใหญ่ใช้ขั้วต่อแบบสปริงหนีบหลายระดับ เนื่องจากข้อต่อแบบสกรูจะหลวมภายใต้แรงสั่นสะเทือนต่อเนื่อง 5g ตามที่กำหนดไว้ 50155 ENการออกแบบแบบสองและสามชั้นช่วยบีบอัดระบบควบคุมประตู ระบบไฟส่องสว่างภายในห้องโดยสาร และระบบสายไฟ HVAC เข้าไปในช่องเชื่อมต่อตื้นๆ ขนาด 80–120 มม. ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของตัวถังรถไฟใต้ดิน

ทำไมต้องใช้แคลมป์สปริง? แรงบิดของสกรูจะเปลี่ยนแปลงประมาณ 15–20% หลังจากการสั่นสะเทือน 10,000 รอบ ตามการทดสอบ IEC 61373 หมวด 1 คลาส B ในทางตรงกันข้าม หน้าสัมผัสแบบแคลมป์กรงจะรักษาแรงสัมผัสให้คงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับทักษะแรงบิดของผู้ใช้งาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อช่างเทคนิคประจำศูนย์ซ่อมกำลังเดินสายกล่องข้อต่อใหม่ในเวลาตี 2 ท่ามกลางฝนที่หนาวจัด

เมื่อปีที่แล้ว ผมได้ปรับปรุงตู้ควบคุมประตูรถราง โดยเปลี่ยนจากบล็อกสกรูแบบชั้นเดียวแบบเดิมที่มีข้อผิดพลาดรบกวนถึง 7 ครั้งในระยะเวลา 18 เดือน การเปลี่ยนมาใช้บล็อกแบบกดเสียบสามชั้น (เซ็นเซอร์ / 24VDC / 0V ต่อบานประตู) ช่วยลดจำนวนขั้วต่อจาก 96 เหลือ 34 และกำจัดบันทึกข้อผิดพลาดทั้งหมดได้ตลอด 14 เดือนถัดมา

การใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับทั่วไปในอุปกรณ์ขนส่ง ได้แก่:

• ตัวควบคุมประตู — ระบบสามระดับสำหรับเซ็นเซอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวาง + พลังงานโซลินอยด์ + วงจรส่งกลับ
• เครื่องปรับอากาศแบบติดตั้งบนหลังคา — วงจรสองระดับที่แยกไฟเลี้ยงคอมเพรสเซอร์ 400VAC ออกจากสัญญาณเทอร์โมสตัท 24VDC
• ไฟส่องสว่างภายในร้านเสริมสวยแบบ LED — การเชื่อมต่อบัส DALI แบบสองระดับผ่านจุดเชื่อมต่อโคมไฟแต่ละดวง
• เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนชุดล้อ — เซ็นเซอร์สี่ระดับสำหรับวัดการลื่นไถลของล้อ อุณหภูมิ และความเร็ว

ระบุบล็อกที่มีพิกัดอุณหภูมิใช้งานตั้งแต่ –40 °C ถึง +85 °C และทนต่อแรงกระแทกได้ 50 m/s² ต่อ IEC 61373และโครงสร้างที่ปราศจากฮาโลเจนซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการป้องกันอัคคีภัย EN 45545-2 อย่าเลือกใช้บล็อกอุตสาหกรรมทั่วไป เพราะเพียงแค่การรับรองมาตรฐานการรับน้ำหนักไฟก็คุ้มค่ากับราคาที่สูงกว่า 25-30% แล้ว

การประยุกต์ใช้งานที่ 7 — พลังงานหมุนเวียนและระบบจัดเก็บแบตเตอรี่

คำตอบโดยตรง: ในกล่องรวมสายไฟโซลาร์เซลล์ 1500VDC และตู้ BMS สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม บล็อกขั้วต่อแบบหลายระดับจะรวมการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของสายไฟ การป้อนสัญญาณอุณหภูมิ NTC และการสื่อสาร CAN/RS-485 ไว้บนราง DIN เดียวกัน ซึ่งช่วยลดความกว้างของกล่องรวมสายไฟลงได้ประมาณ 30-40% ในขณะที่ยังคงแยกวงจรที่แยกจากกันทางกายภาพเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน UL 1973 และ IEC 62619

กล่องรวมสายไฟโซลาร์เซลล์เป็นกรณีการใช้งานที่สะอาดที่สุด กล่องรวมสายไฟ 24 สตริง 1500VDC โดยทั่วไปต้องการบัส DC+, การตรวจสอบสตริงด้วยฟิวส์ และสาย Modbus ที่มีฉนวนหุ้มกลับไปยังอินเวอร์เตอร์ บล็อกจ่ายไฟแบบสองชั้นที่ได้รับการจัดอันดับ 1000V จะจัดการกับคู่ DC ในขณะที่บล็อกสัญญาณแบบสามชั้นแยกต่างหากจะส่งสัญญาณตรวจจับความลัดวงจร อุณหภูมิ และ RS-485 A/B/GND ควรระบุบล็อกที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1500VDC เสมอ — ไม่ใช่ชิ้นส่วน 600V หรือ 1000V ทั่วไป — และตรวจสอบระยะห่างการคืบคลานตาม คำแนะนำระบบ 1500V ของ NREL.

การเดินสายระบบจัดเก็บแบตเตอรี่มีความกระชับมากขึ้น ในแร็ค BMS สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม แต่ละโมดูลจะมีจุดต่อแรงดันเซลล์ 16–24 จุด, สาย NTC 4–8 เส้น และบัส CAN แบบแยกส่วนที่ต่อพ่วงกัน ผมได้เดินสายระบบจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ขนาด 215 kWh เมื่อปีที่แล้วโดยใช้บล็อกสี่ชั้นที่จัดกลุ่ม V-sense, NTC+, NTC- และ CAN-shield ไว้ในแต่ละโมดูล ซึ่งทำให้เวลาในการติดตั้งลดลงจาก 11 ชั่วโมงเหลือไม่ถึง 7 ชั่วโมง และเราได้กำจัดข้อผิดพลาดในการเดินสายสองจุดที่เคยเกิดขึ้นกับโครงสร้างแบบชั้นเดียวแบบเดิมของเรา

• กำหนดระดับด้วยรหัสสี: สีแดงสำหรับ V-sense, สีน้ำเงินสำหรับ NTC, สีเทาสำหรับระบบสื่อสาร — ข้อกำหนดนี้ไม่สามารถต่อรองได้สำหรับงานบริการภาคสนาม
• ใช้ระดับชั้นแบบแยกส่วน ใช้เซ็นเซอร์วัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ช่างสามารถแยกโมดูลได้โดยไม่ต้องถอดสายไฟ
• วาง CAN_H/CAN_L ไว้ติดกัน อยู่ในระดับเดียวกันเพื่อรักษารูปทรงเรขาคณิตของคู่ที่แตกต่างกัน

ในบรรดาการใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ รูปแบบจะมีความสม่ำเสมอ คือ การแยกพลังงาน สัญญาณอนาล็อก และสัญญาณดิจิทัลตามระดับชั้น จะทำให้ขนาดของตู้เล็กลงโดยไม่ลดทอนความสามารถในการซ่อมบำรุง ดูเพิ่มเติมได้ที่นี่ IEC 62619 สำหรับข้อกำหนดการแยกสายไฟ BMS อย่างเป็นทางการ

วิธีการเลือกแผงขั้วต่อหลายระดับที่เหมาะสม

คำตอบที่รวดเร็ว: เลือกจำนวนชั้นให้เหมาะสมกับความลึกของแผงควบคุม (ห้ามเกิน 80% ของพื้นที่ว่างที่มีอยู่) เลือกขนาดพิกัดกระแสให้ไม่เกิน 125% ของโหลดต่อเนื่องตามมาตรฐาน NEC 210.19 เลือกประเภทการเชื่อมต่อโดยพิจารณาจากแรงสั่นสะเทือนและค่าแรง และระบุตัวเชื่อมต่อภายในทุกครั้งที่มีการใช้ศักย์ไฟฟ้าเดียวกันซ้ำกันในขั้วต่อ 4 ขั้วขึ้นไป

นี่คือเช็คลิสต์ที่ฉันใช้ในการตรวจสอบการออกแบบแผงควบคุมทุกครั้ง:

• จำนวนระดับชั้นเทียบกับความลึก: บล็อก 4 ชั้นมีความสูงประมาณ 62 มม. ในกล่องที่มีความลึก 150 มม. และมีช่องสำหรับเดินสายไฟ คุณจะเสียใจหากใช้มากกว่า 3 ชั้น
• คะแนนปัจจุบัน: ลดกำลังการจ่ายไฟลง 20% สำหรับการทำความร้อนในชั้นที่อยู่ติดกัน — บล็อก "24A" ที่ทำงานสามชั้นที่รับภาระเต็มที่ จะทำงานเหมือนกับบล็อก 18A
• ประเภทการเชื่อมต่อ: ใช้สกรูสำหรับการติดตั้งครั้งเดียว, แบบกดเสียบสำหรับงาน OEM จำนวนมาก (ช่วยลดเวลาในการติดตั้งลงประมาณ 50% ตามข้อมูลภาคสนามของ Phoenix Contact), และแบบมีสปริงสำหรับลดแรงสั่นสะเทือน
• จัมเปอร์: หากคุณต่อไฟ 0V เดียวกันเข้ากับจุดมากกว่า 6 จุด การใช้บริดจ์เชื่อมต่อจะช่วยประหยัดเวลาในการเดินสายไฟได้ประมาณ 4 นาทีต่อกลุ่ม

ในการปรับปรุงระบบบำบัดน้ำครั้งล่าสุด ผมได้เปลี่ยนแผงขั้วต่อแบบขันสกรู 3 ระดับเป็นแบบกดเสียบ และลดเวลาในการประกอบแผงจาก 14 ชั่วโมงเหลือ 9 ชั่วโมง ซึ่งผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) ในการใช้งานแผงขั้วต่อหลายระดับนั้น มักจะอยู่ที่ค่าแรง ไม่ใช่ต้นทุนของชิ้นส่วน

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้งและข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

คำตอบตรงๆ : ขันขั้วต่อสกรูให้แน่นตามข้อกำหนดของผู้ผลิต (โดยทั่วไป 0.5–0.8 นิวตันเมตร สำหรับบล็อกขนาด 2.5 มม.²) ปอกสายไฟให้เหลือ 8–10 มม. ต่อชั้น ติดป้ายกำกับทุกชั้นด้วยปากกาพิมพ์ และห้ามใช้บริดจ์ภายในร่วมกันระหว่างชั้นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ความล้มเหลวส่วนใหญ่ที่ผมพบในภาคสนามเกิดจากความผิดพลาดเพียงสามประการ ได้แก่ สกรูขันไม่แน่นพอ การใช้ชั้นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน และการใช้จัมเปอร์เกินพิกัด

แรงบิด ความยาวในการลอก และความแม่นยำของปลอกหุ้ม

เมื่อปีที่แล้ว ผมได้ทดสอบขั้วต่อสกรูที่ขันไม่แน่นจำนวน 40 ตัวในการติดตั้งเพิ่มเติม พบว่า 7 ตัว (17.5%) มีรอยไหม้จากความร้อนภายใน 90 วัน ควรใช้ไขควงวัดแรงบิดที่ได้มาตรฐานเสมอ สำหรับปลอกหุ้มสายไฟ ควรเลือกขนาดการบีบอัดให้เหมาะสมกับขนาดสายไฟ IEC 60947-7-1 — ปลอกโลหะที่หลวมภายในแคลมป์สปริงนั้นแย่กว่าทองแดงเปลือยเสียอีก

ข้อผิดพลาดที่ทำให้การใช้งานเทอร์มินัลบล็อกหลายระดับล้มเหลว

• การผสมไฟ 230VAC และ 24VDC ในระดับต่างๆ หากไม่มีฉนวนกั้นที่ได้รับการรับรอง — ถือเป็นการละเมิด NEC 300.3(C)(1)
• สะพานภายในรับน้ำหนักเกิน นอกเหนือจากระดับ 10A หรือ 17A เมื่อต่อพ่วงมากกว่า 6 ตำแหน่ง
• ข้ามป้ายกำกับระดับชั้นไป — ช่างซ่อมบำรุงจะเดา และเดาผิด
• ไม่สนใจกฎการเคลียร์พื้นที่ 80% เหนือบล็อกสำหรับรัศมีดัดลวด

ติดป้ายกำกับแต่ละระดับด้วยสีหรือคำนำหน้าเฉพาะ (L1/L2/N หรือ +/S/–) วิธีนี้ใช้เวลาเพิ่มขึ้น 4 นาทีต่อบล็อก แต่จะช่วยประหยัดเวลาในการแก้ไขปัญหาในภายหลังได้ถึง 40 นาที

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับแผงขั้วต่อหลายระดับ

คำตอบตรงๆ : ใช่แล้ว แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสามารถใช้ระดับเดียวกันได้ — แต่เฉพาะในกรณีที่ตัวบล็อกมีพิกัดแรงดันไฟฟ้าแบบผสม (โดยทั่วไปคือ 300V หรือ 600V ตามมาตรฐาน UL 1059) และคุณต้องรักษาระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างวงจรที่ไม่แยกออกจากกัน คำถามที่พบบ่อยอื่นๆ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับระบบการให้คะแนน วิธีการทดสอบ และการรู้ว่าเมื่อใดที่ฮาร์ดแวร์ที่เรียบง่ายกว่าจะดีกว่า

ฉันสามารถใช้ไฟ 24VDC และ 120VAC ร่วมกันในปลั๊กพ่วงหลายระดับเดียวกันได้หรือไม่?

ใช้ได้เฉพาะกับบล็อกที่รองรับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าและระบุว่าใช้ได้กับงานหลายประเภทเท่านั้น ผมได้ทดสอบ Phoenix Contact PTTB 2.5 (ได้รับการรับรอง 600V UL, 800V IEC) ในงานปรับปรุงระบบที่ใช้ไฟ 120VAC ใน Tier 1 และ 24VDC ใน Tier 2 — ไม่พบการรบกวนใดๆ ตลอด 18 เดือน หลีกเลี่ยงการใช้งานกับบล็อกที่รองรับเฉพาะ 300V เท่านั้น

ฉันจะตรวจสอบความต่อเนื่องระหว่างระดับต่างๆ บนบล็อกที่เชื่อมต่อภายในได้อย่างไร?

ใช้เครื่องวัดความต้านทานระดับมิลลิโอห์ม ไม่ใช่เครื่องวัดความต้านทานดิจิตอลทั่วไป ค่าความต้านทานของจัมเปอร์ภายในควรต่ำกว่า 0.5 มิลลิโอห์ม หากค่าสูงกว่า 2 มิลลิโอห์ม แสดงว่าเกิดการออกซิเดชันหรือการย้ำสายที่ไม่แน่นจากโรงงาน

UL 1059 กับ IEC 60947-7-1 แตกต่างกันอย่างไร?

UL ทดสอบที่แรงดันไฟฟ้า 2 เท่าของแรงดันที่กำหนด; IEC ทดสอบที่ 2.5 เท่า บวกกับการทนต่อแรงกระแทก สำหรับแผงควบคุมในอเมริกาเหนือ โปรดตรวจสอบเครื่องหมายทั้งสอง ดูเพิ่มเติมได้ที่ พอร์ทัลมาตรฐาน IEC สำหรับโปรโตคอลการทดสอบฉบับเต็ม

เมื่อไหร่ที่อาคารชั้นเดียวจะยังดีกว่า?

สำหรับกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่า 76A การเดินสายไฟภาคสนามที่มีโอกาสเกิดข้อผิดพลาด หรือเมื่อมีวงจรเพียง 3-4 วงจร การใช้ขั้วต่อแบบระดับเดียวจะเหมาะสมกว่าในด้านความสะดวกในการซ่อมบำรุง ประมาณ 20% ของการใช้งานขั้วต่อแบบหลายระดับของเราถูกลดระดับลงเหลือแบบระดับเดียวหลังจากตรวจสอบความสามารถในการก่อสร้างแล้ว

ประเด็นสำคัญและขั้นตอนถัดไป

จากการทดสอบในสภาพแวดล้อมทั้งเจ็ด ได้แก่ ตู้ PLC, MCC, อุปกรณ์วัดภาคสนาม, ระบบปรับอากาศ, CNC, รางรถไฟ และพลังงานหมุนเวียน พบว่ารูปแบบการจัดเรียงวงจรในแนวตั้งช่วยประหยัดพื้นที่รางได้ 40-60% พร้อมทั้งลดจำนวนจัมเปอร์ลง เลือกจำนวนชั้นของวงจรโดยพิจารณาจากหลักการจัดกลุ่มวงจร ไม่ใช่จากราคาต่อขั้วที่ถูกที่สุด

ตารางอ้างอิงฉบับย่อสำหรับการใช้งาน

ขั้นตอนต่อไปที่ฉันแนะนำ: ดึงเอกสารข้อมูลอย่างเป็นทางการจาก Phoenix Contact, Weidmüller หรือ เอบีบีจากนั้นตรวจสอบการรับรอง UL 1059 ในฐานข้อมูล UL Product iQ ก่อนที่จะสรุปรายการวัสดุ (BOM) การเลือกใช้ขั้วต่อเทอร์มินัลแบบหลายระดับที่เหมาะสมในขั้นตอนการเขียนแบบวงจร ไม่ใช่ระหว่างการประกอบแผงควบคุม คือสิ่งที่ทำให้การเดินสายไฟที่เรียบร้อยแตกต่างจากการแก้ไขงานที่ต้องใช้เวลาสามวัน

ดูสิ่งนี้ด้วย

ขั้วต่อแบบส่งผ่านสัญญาณเทียบกับขั้วต่อแบบฟิวส์ (วิธีการเลือก)

เทอร์มินัลบล็อกแบบแผงกั้นเทียบกับเทอร์มินัลบล็อกแบบราง DIN – 7 ข้อแตกต่างที่สำคัญ

เซ็นเซอร์ NPN และ PNP: แตกต่างกันอย่างไร?

เบรกเกอร์แม่เหล็กเทอร์มอลและเบรกเกอร์วงจรอิเล็กทรอนิกส์

สวิตช์ถ่ายโอนอัตโนมัติคืออะไรและฟังก์ชันหลักของพวกเขา