智能电缆管理和智能机器设计
“最有效的电缆管理策略始于
智能组件的选择。”
通过可插拔I/O端子、控制柜和机器中的单一电缆，可以减少或消除潜在的错误和故障点。
在 设计新机器或改造现有系统时，电缆管理通常是事后采取的措施。将电缆捆绑并添加电缆槽以使其保持在适当位置，但此时通常会忽略所需布线的影响，直到设计过程结束时才注意到费用以及整体设备占用面积的问题。在调试阶段，工程师可能会花费更多时间为系统布线，在故障排除期间检查电缆，并且由于没有预留合适长度的电缆而增加成本。
在调试之前评估布线，除了可以提供更好的机壳和更清洁的工厂车间之外，还可以带来其它显著好处。设计阶段的电缆战略管理规划，可以使系统更整洁，减少电缆数量并消除潜在错误和故障点。
最有效的电缆管理策略从选择智能组件开始。工程师在选择输入/ 输出（I/O）端子、现场总线系统、运动控制设备和其它机器组件时，就应最大限度地减少应用中的布线要求。
减少电缆需求
重要的是要记住，工厂环境中大多数布线都用于提供电源或网络信号。虽然工作量很大，但是实现起来简单，无需连接传感器、控制柜和其它设备。
大多数情况下，较多的电缆是由工业设备和网络的缺点，而不是控制工程师造成的。例如，传统的基于以太网的现场总线，例如EtherNet/IP 或Profinet，需要多个管理型交换机。这通常会导致无法在不使用级联开关或集线器的情况下将电缆直接从控制柜连接到现场组件。因此，这需要为系统配置更多的硬件，并会引入额外的故障点。在为机器供电时也会出现类似问题。
在尝试改进系统的电缆管理时，需要选择适合的现场总线和较少使用电缆的单个组件才能完成工作。工程师应首先考虑现场总线和I/O系统，并优先考虑那些能够提供灵活拓扑和减少交换机需求的系统。
EtherCAT工业以太网系统可以提供灵活的拓扑结构，无需使用额外的节点。EtherCAT 还可以集成各种第三方设备，从驱动器到I/O 和现场设备，并将数据共享到主控制器。此外，通过EtherCAT 可以轻松实现从配置其它协议的旧设备上收集数据而无需将电缆连接回控制器。系统集成的硬件和软件网关可以将来自各种现场总线和工业以太网系统的数据接入到EtherCAT网络。
基于这些方面来选择现场总线，只是万里长征的第一步，如果与旨在减少电缆的组件配合使用时，网络可提供最佳结果。单电缆技术（OCT）和可插拔I/O 端子是两个重要组成部分。
“除了消除现场的电缆和交换机外，简化控制柜布线还可以提高系统整洁度，减少故障点。”
使用单电缆技术提供电力和数据
尽管很难完全消除现场的所有电缆，但可以显著减少电缆数量；单电缆技术提供了实现这一目标的重要工具。
多年以来，已经引入了各种产品以通过单根电缆提供电力和信号。自从2003 年以来，以太网供电（PoE）已经成为IEEE 的以太网标准IEE802.3，该技术已应用于工业领域。其它类型的电缆将电源与USB2.0 和用于人机界面（HMI）硬件的数字视频接口（DVI）信号相结合。还有一些类型电缆可以为伺服驱动器供电并从其获得反馈，或者直接从控制柜或分配模块到带有集成驱动器的伺服电机。由于这些电缆可以跨越超过100 米，因此必须为其提供坚固的电线护套，以确保它们能够承受工业环境中的磨损并减少损坏的可能性和潜在故障点。
例如，EtherCAT P 可为24 至400Vac 或600Vdc 的应用供电，并可承载高达64A 的电流，并为EtherCAT 从站和所连接的传感器或执行器提供两种电压。在这种情况下，两种电压——用于系统和传感器电源的US 和用于执行器外围电压的UP——彼此电气隔离，并且每个电压可以为连接的组件提供高达3 安培的电流。
流线型运动架构（例如分布式伺服驱动系统）可以采用菊花链式连接，但可能需要单独的分配模块。但是，某些配电模块可以从控制柜向多达5 个驱动器提供信号。具有IP67 等级的EtherCAT I/O 模块可安装在机柜外部并靠近机器，因此可将电缆线路限制在较小的区域，同时为多个EtherCAT P 从站提供信号和电源。
EtherCAT P（可以供电的EtherCAT 以太网通信，ECP）技术支持多种连接器系列，包括ECP（带集成24Vdc 电源的EtherCAT）和ENP（EtherCAT 以太网，无电源，无集成24Vdc 电源）。这些设计非常类似于用于电源的梯形功率核心元件。ECP 电缆适用于具有高电压要求的EtherCAT 环境。ENP 电缆可与任何基于以太网的协议（如EtherNet/IP 或Profinet）一起作为开放式解决方案使用。当与通过单电缆技术供电的组件一起使用时，两种都可以减少布线工作。
图1 ：单电缆技术通过各种连接器类型为HMI硬件、伺服系统和其它现场组件提供电源和信号，从而最大限度地减少了布线问题。本文图片来源：倍福
可插拔I/O 端子减少机柜内布线
除了消除现场电缆和交换机之外，简化控制柜布线还可以使系统更整洁，故障点更少。当涉及大量I/O 点时，机柜变得拥挤，这使布线复杂化并增加了出错的可能性。直接插入信号分配板的无线I/O 端子是一项重要的进步。
使用具有专用插头的连接器、电源和控制信号的预制电缆，从布线电路板分配到插入式端子。该方法为集成生产机械提供了特别好的投资回报。该方法旨在通过紧凑的、面向特定应用的机电设计，来消除机柜内的点对点布线。通过将I/O 系统嵌入机器，机器制造商和最终用户制造商还可以最大限度地减少电缆管理工作、人工成本和潜在的布线错误。
这些可插拔端子通常比DIN 导轨安装的I/O 更紧凑，在某些情况下所需的空间可降低50％。在减少布线的同时，还会相应的减少设备占地面积，这是插入式终端方法所带来的额外收获。
这表明现场总线和I/O 技术是如何有效地减轻电气机箱中的电缆管理问题的。但是，基于电路板的I/O 系统最适合新安装而不是改造。通过单电缆技术减少现场电缆，无论是“棕地”还是“绿地”应用。
图2 ：一些可插拔I/O 端子的尺寸是传统硬件的一半，通过消除点对点布线，它们还可以减少故障点，同时最大限度地减少占地面积。
智能电缆管理和智能机器设计
创新的网络技术消除了无关的电缆。如果在改造或新机器设计的初期考虑这些因素，那么后期工程师面临电缆管理问题的可能性要小很多。这些电缆减少策略仍然是新兴技术。虽然它们已经提供了许多好处，但随着技术的成熟，功能还会不断增加。
插入式I/O 端子和单电缆解决方案使工程师能够构建控制柜，大幅减少布线，并利用单电缆设计实现同时供电和提供数据的现场总线架构。
自动化行业正在为工程设计和实施过程中的每个步骤快速生成更简单的产品。电缆管理不应该是一个“事后诸葛亮”的领域。