如何設計工業控制面板以符合空間、效率和安全性的要求

工業控制面板設計人員正面臨諸多挑戰，包括有限的空間和預算、停電和暴露於化學品等環境危害，還有遭到濫用和篡改等人為因素。儘管具有諸多困難，設計人員製作的面板，必須在安全性、可靠性和標準合規性等方面無懈可擊。

為了達成這些目標，設計人員需要創新解決方案，以簡化控制面板的製作、安裝和使用。具體來說，需要針對特定使用案例量身打造元件以及安裝與維護用的工具，以確保妥當運作。

本文將以成本和空間最佳化為重心，提供元件挑選時的指引。內容涵蓋佈線系統、識別系統、安全系統、存取控制和 UPS。我們將以 Panduit 的產品作為範例，探討各元件的作用以及挑選標準。另外，也會說明如何實作這些元件，以確保達到可靠性、安全性和業界標準的合規性。

挑選合適的線槽來設計節省空間的控制面板

為了設計高效的控制面板，自動化和控制工程師必須處理各種考慮因素，如纜線隔離、熱管理、電纜入口、電磁干擾 (EMI)、纜線彎曲半徑，和未來的擴充空間。在這個過程中，線槽是整個面板設計的「骨架」，因此位居要角。挑選工業控制面板的線槽時，設計人員應考慮以下因素：

• 面板設計：尺寸、面板類型，以及匯流排尺寸和散熱能力等多項規格，都會影響線槽類型和特性的需求。
• 尺寸：線槽應保留一定的空間，以便將來新增纜線或進行調整。但線槽也不可太大，以免在控制面板中佔用不必要的空間。
• 佈線類型：不同尺寸和功能 (如電源、控制或數據纜線) 的電線，可能需要不同類型的線槽或通道，才能妥善容納。
• 環境和材料：常見的材料包括聚氯乙烯 (PVC) 和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS) 塑料，但在某些使用條件下 (如高溫、潮溼或具有腐蝕性物質時)，則需使用特定材料製成或具備特定保護功能的線槽。
• 安裝和維護：要能輕鬆新增或拆除電線，且應可輕鬆將線槽裝入控制面板中。
• 合規性：線槽應符合適用的安全標準、電氣法規和產業特定的規範。

若使用非合規線槽，可能會導致安全危害或控制面板故障，所以遵從標準和法規尤其重要。Panduit 的 F1X3LG6 配線槽就是符合相關標準的範例，以無鉛 PVC 製成，額定的連續使用溫度最高可達 +50°C (+122°F)。因此可符合 UL 94 的 V-0 可燃性等級，以及 NFPA 79-2007 第 13.3.1 節對阻燃材料的要求。

F1X3LG6 也非常適合要節省空間的設計。採用窄距槽，可配合高密度元件的間距，並且具有刻痕線，有利於製作更大的孔洞，以進行分接或其他電線管理 (圖 1)。此外，還提供卡扣式護蓋，能迅速安全地取用電線。

圖 1：Panduit 的 F1X3LG6 採用緊密間隔的窄距槽，搭配雙重限制的槽設計以固定電線。(圖片來源：Panduit)

適合控制面板的其他佈線解決方案

當然，線槽並不一定適用於所有情況。例如，電線可能需要穿過線槽無法進入的機殼內區域。在此情況下，就可考慮使用類似 ABM100-A-C 背膠式紮線帶底座的解決方案。這種四向固定的設計適合快速安裝，且可提供長期可靠度。

如同所有黏合系統一樣，挑選時務必謹慎，以確保針對應用環境挑選正確的黏劑 (圖 2)

圖 2：應挑選適當的黏合系統以滿足應用環境的要求。(圖片來源：Panduit)

保護控制面板電線和纜線以免磨損

若在線槽之外佈線，應小心確保電線不會因磨損或其他危害而受損。例如，控制面板通常需要從外殼內部佈線到前面板。應將這些電線包覆以免受損。控制工程師可在以下選項中選擇：

• 螺旋形纏繞套：針對一般用途的線束和線捆提供抗磨損防護。可輕鬆進行分接，並提供不同顏色、材質和尺寸。
• Pan-wrap 分束線纏繞套：針對線束和線捆提供撓性且抗磨損的防護。具有獨特的槽型樣式和較大的重疊區域，可縮短安裝時間，並容納不同的捆束直徑。
• 編織套筒：對電線、纜線、軟管及管路提供連續磨損防護。具有撓性的開放編織樣式，不會滯留熱量或溼氣。
• 波紋管：經濟實惠的方案，採用堅固的牆體設計，可針對線捆提供全面保護。有多種不同材料可供選擇，有些材料採用槽縫牆設計，有利於安裝和拆卸。
• 熱縮套：對電線和纜線進行良好的絕緣、保護和顏色編碼。也可搭配端子和接片使用，達到清潔、安全和穩固的安裝。有多種不同的材料、尺寸和壁面厚度可供選擇，有些還有黏性襯裏，可提供防水密封效果。

挑選合適的包覆時，需要考量許多因素 (圖 3)。比如說，如果應用需要輕量、撓性，且可容納不規則形狀的方案，T25F-C 螺旋形纏繞套會是不錯的選擇。這種電線包覆套的設計容易安裝，也很耐用，額定使用溫度高達 +50°C (+122°F)。

圖 3：提供多種類型的電線包覆套，以滿足不同需求。(圖片來源：Panduit)

透過纜線端接、管理和貼標，提升控制面板的可維護性和安全性

為了確保有效安裝、使用與維護控制面板，設計人員必須挑選適當的電線端接方法和材料 (圖 4)。

圖 4：端接類型範例與特點。(圖片來源：Panduit)

要挑選最佳方案需考量諸多因素，包括需求的端接數量。比如說，DNF14-250FIB-C 尼龍絕緣的母端斷開器，就可以直接從公端接片插入及拆卸，無需使用任何工具，因此可減少安裝成本，提升維護的便利性。相較之下，FSD80-8-KD6 單線 DIN 末端襯套絕緣式套圈，就可搭配自動化壓接器使用，比較適合在端接數較多的情況下使用。

紮線帶可讓佈線保持整齊並固定，因此在安全和維護方面，也扮演重要的角色。圖 5 顯示多種可以滿足不同需求的紮線帶。除了紮線帶的基本設計外，材料的選擇也是重要的考慮因素之一。比如說，PLT1.5M-M 鎖定紮線帶是以尼龍 6.6 製成，因此最適合室內用途。若是具有鹽和酸雨等危害的戶外應用，丙烯等材料會更好。

圖 5：在挑選紮線帶的材料時，需要仔細考量各種環境因素；PLT1.5M-M 鎖定紮線帶使用尼龍 6.6 材質，最適合室內用途。(圖片來源：Panduit)

使用合適的紮線帶工具可以提高生產力、降低成本，並增進員工安全。舉例來說，GTH-E 紮線槍的使用相當方便 (圖 6)。與類似工具相比，此工具所需的手柄施力少了 15%，其紮線帶切斷機構對使用者手部的撞擊力減少超過 40%。

圖 6：此為 GTH-E 紮線槍的主要特點，本產品的使用相當方便。(圖片來源：Panduit)

最後，清晰的標籤對於正確使用和維護控制面板至關重要。挑選標籤時，不僅取決於預期用途，也要考量環境危害 (圖 7)。如果纜線只會接觸溫和的水性液體 (如 S100X150VATY 溶液)，則熱傳導乙烯基護貝型標籤就足以勝任。這些標籤的大小特別針對電線和纜線應用而設計，額定使用溫度高達 +65°C (+150°F)。

圖 7：在此顯示貼標方案的範例及其對各種環境危害的適用性。(圖片來源：Panduit)

TDP43ME 熱轉式印表機等解決方案，可確保提供適當的貼標效果 (圖 8)。操作人員可以使用此熱轉式印表機，將標籤貼在電線和纜線上距離連接器和端子末端近至 12.7 mm (1/2") 的位置。此款印表機的循環時間比傳統手動安裝快三倍，也比同業的競爭方案快兩倍。符合人體工學的設計，可減少操作人員的疲勞，並將重複性的運動傷害降至最輕。

圖 8：TDP43ME 熱轉式印表機隨附軟體和配件，可有效進行貼標作業。(圖片來源：Panduit)

控制面板應用的接地和安全性

由於工業控制面板中具有大功率電力，正確接地對於確保安全至關重要。因此，選擇接地棒是一個關鍵的設計選項。這不僅會影響安全性，也會影響控制面板的成本效益和可維護性。

UGB2/0-414-6 通用接地棒能說明此重要性。本產品是 Panduit 專利 StructuredGround™ 通用接地棒系統 (UGB) 的一部分，可相容於各種類型的電線端接方法和 140 多種連接器。這種靈活性可大幅簡化設計和維護作業。此外，還提供兩種支座安裝選項，可在狹窄區域內提供額外的接線空間。

但有時安全性和生產力無法兼顧。例如，法規要求在維修電氣設備之前要進行測試，確認已無電壓存在。若使用手持式儀器進行，可能相當耗時。VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 無電壓測試器，可將此程序自動化，藉此簡化測試作業。只要將此裝置安裝到前面板，工作人員只需按一下按鈕，即可確認有無電壓 (圖 9)。

圖 9：使用 VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 無電壓測試器之類的儀器進行自動測試，不僅更快，而且更安全。(圖片來源：Panduit)

保持可靠的網路連線，並避免工業乙太網路解決方案和 UPS 遭到竄改

數據網路如今已是絕大多數控制面板設計的一部分。為了避免安全漏洞和停機 (無論是竄改還是誤用導致)，務必確保網路纜線皆就定位。PSL-DCJB RJ45 插孔模組封鎖裝置，就是針對此用途而開發的產品。此裝置可插入未佔用的乙太網路連接埠中，如此一來，只有授權的工作人員才可利用專用工具來拔除插頭。反之，此鎖定裝置可避免網路纜線從作用中的乙太網路連接埠拔除。

在某些情況下，必須從控制面板外部取用乙太網路連接埠。若有此情況，IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP 隔板式 RJ45 耦合器模組 (含保護蓋) 之類的解決方案，就可發揮關鍵作用。這種隔板設計具有 IP67 防護等級的密封效果，可避免灰塵侵入，且可暫時浸入水中，因此很適合需要沖洗的工作單元。

若是網路供電式裝置，乙太網路插頭需具備特殊功能。比如說，FPS6X88MTG IndustrialNet Cat6A 屏蔽式現場端接式 RJ45 插頭，專為乙太網路供電 (PoE) 與類似的應用而設計，符合 IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+) 規格。除其他功能外，此插頭更超出 ANSI/TIA 568-C.2 Cat6A 和 ISO 11801 Class EA 通道效能要求，並符合 ANSI/TIA-1096-A (先前為 FCC Part 68)、IEC 60603-7 和 IEC 60529 (IP20) 標準。

無論電力的來源為何，許多控制面板都需要不斷電系統 (UPS)，以便在停電時維持運作。挑選控制面板的 UPS 時，控制工程師應考量以下因素：

• 功率容量：輸出應超過控制面板的功耗。
• 維護：遠端管理功能可支援關鍵參數的監測和控制，以便節省成本和時間。
• 安裝：類似 DIN 導軌安裝的選項，以便輕鬆整合到控制面板中。
• 安全與合規性：UPS 至少應符合 UL508 等相關標準。

UPS00100DC 工業網路 UPS 在諸多層面都超越這些基礎要求。此產品採用超級電容而非電池，因此可降低停機風險，更可避免潛在的氫氣累積。不含電池的設計，因此無需維護，與電池式 UPS 相比，投資報酬率為 2 倍，更可將持有成本降低 50% 至 70%。

結論

工業控制面板的設計是高要求且複雜的過程，其中涉及空間、安全和可靠性層面的平衡。為了達到最佳效果，設計人員需採用適當的控制面板解決方案，以協助進行面板的配置、佈線和貼標，並保護面板以免受到外部和內部的危害。這些解決方案應依據工業控制面板應用的特定要求量身打造，並應隨附安裝和維護工具，以保證運作正常。使用符合這些條件的控制面板解決方案，設計人員就可以打造出高效、安全且符合規範的面板。