Hãy bước vào bất kỳ nhà máy, trạm xử lý nước hay phòng điện của tòa nhà thương mại nào và mở một bảng điều khiển. Điều đầu tiên bạn sẽ thấy là một thanh kim loại nằm ngang, trên đó gắn đầy các thiết bị được kẹp gọn gàng: cầu dao, rơle, bộ nguồn, khối đầu nối. Thanh đó chính là thanh DIN. Các thiết bị được gắn trên đó là các thành phần thanh DIN – những khối xây dựng tiêu chuẩn của các hệ thống điện công nghiệp hiện đại.

Đối với các nhà phân phối và bán buôn, việc am hiểu tường tận về thị trường linh kiện thanh DIN không phải là điều tùy chọn — khách hàng của quý vị tin tưởng vào quý vị để được tư vấn các linh kiện phù hợp, dự trữ đúng mã hàng (SKU) và phát hiện các vấn đề về tính tương thích trước khi chúng dẫn đến việc trả hàng. Dù quý vị đang mở rộng danh mục sản phẩm hay hỗ trợ khách hàng lập bản vẽ kỹ thuật cho tủ điều khiển, cẩm nang này sẽ hướng dẫn chi tiết mọi khía cạnh: các loại thanh DIN, các nhóm linh kiện, tiêu chí lựa chọn, cũng như những yếu tố cần xem xét khi chọn đối tác cung ứng.

DIN Rail là gì? Tìm hiểu về tiêu chuẩn công nghiệp

Thanh DIN là một thanh lắp đặt bằng kim loại được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn quốc tế IEC/EN 60715 (IEC, 2017). Nó cung cấp sự hỗ trợ cơ học cho các thiết bị điện bên trong tủ điều khiển và vỏ thiết bị. Nó không dẫn điện. Chức năng của nó hoàn toàn mang tính kết cấu: giúp bạn có thể lắp các linh kiện vào, trượt chúng vào vị trí và khóa chặt mà không cần khoan một lỗ nào.

Ý tưởng này ra đời vào năm 1928 tại Essen, Đức. Công ty điện lực RWE khi đó đang đối mặt với một vấn đề thực tiễn: khi các bảng điện ngày càng trở nên phức tạp, việc bắt vít từng thiết bị riêng lẻ vào tấm nền trở nên quá khó khăn. Họ đã ký hợp đồng với một công ty trẻ tên là Phoenix Contact để giải quyết vấn đề này. Sự hợp tác này đã tạo ra một hệ thống khối đầu nối mô-đun được lắp trên một thanh ray G không đối xứng. Thanh ray đó chính là tiền thân của mọi thanh ray DIN đang được sử dụng ngày nay. Đến những năm 1950, tổ chức tiêu chuẩn quốc gia Đức DIN đã chính thức hóa thiết kế này, và việc IEC áp dụng sau đó đã biến một quy ước công nghiệp của Đức thành một tiêu chuẩn cơ sở hạ tầng thực sự mang tính toàn cầu.

Tại sao điều này lại quan trọng: bởi vì thanh DIN là một tiêu chuẩn kích thước chứ không phải hệ thống riêng của một thương hiệu nào, nên các linh kiện từ các nhà sản xuất khác nhau đều có thể gắn vào cùng một thanh 35mm và hoạt động tương thích với nhau. Một bộ ngắt mạch Schneider, một khối đầu nối Phoenix Contact, một bộ nguồn Mean Well — tất cả đều nằm trên cùng một thanh. Khả năng tương thích này chính là yếu tố khiến hệ sinh thái thanh DIN trở nên vô cùng mạnh mẽ đối với các nhà sản xuất tủ điện và mang lại hiệu quả chi phí cao cho người dùng cuối. Hãy tưởng tượng thanh DIN như một tấm nền Lego: bất kỳ viên gạch nào tương thích đều có thể lắp vừa khít vào vị trí, và bạn có thể sắp xếp lại bố cục khi nhu cầu của bạn thay đổi.

Các loại và vật liệu của thanh DIN — Lựa chọn nền tảng phù hợp

Không phải tất cả các thanh DIN đều giống nhau. Có bốn kiểu cấu trúc chính vì các ứng dụng khác nhau đòi hỏi độ bền cơ học, khoảng trống và khả năng chịu đựng điều kiện môi trường khác nhau.

Đối với hơn 90% ứng dụng công nghiệp hiện đại, TS35/7.5 là sự lựa chọn đúng đắn. Hầu như mọi linh kiện được sản xuất hiện nay đều được thiết kế dựa trên cấu trúc “top-hat” có chiều sâu 35 mm. Biến thể TS35/15 có chiều sâu lớn hơn giúp tăng cường khả năng chịu tải cho các thiết bị có trọng lượng đặc biệt lớn như máy biến áp cỡ lớn hoặc bộ biến tần (VFD), nhưng trong tủ điều khiển tiêu chuẩn, chiều sâu 7,5 mm là đủ.

Việc lựa chọn vật liệu cũng đơn giản không kém, miễn là bạn lựa chọn sao cho phù hợp với môi trường hoạt động. Thép mạ kẽm là sản phẩm chủ lực, hiệu quả về chi phí dành cho các tủ điều khiển trong nhà. Sản phẩm này mang lại khả năng chống ăn mòn tốt với mức giá thấp nhất, chính vì vậy mà nó chiếm phần lớn thị phần thanh DIN được bán trên toàn cầu. Nhôm giúp giảm trọng lượng và có khả năng chống ăn mòn tự nhiên, khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết bị lắp trên phương tiện, hệ thống hỗ trợ mặt đất trong ngành hàng không vũ trụ và các bệ thử nghiệm di động. Thép không gỉ (loại 304/V2A) là yếu tố không thể thiếu đối với các nhà máy chế biến thực phẩm, cơ sở dược phẩm và các công trình ngoài trời tiếp xúc với độ ẩm hoặc hơi muối. Chi phí ban đầu cao hơn một chút so với chi phí thay thế một thanh ray bị rỉ sét bên trong tấm panel đang hoạt động. Đồng Đường ray là một lựa chọn chuyên dụng, chỉ được sử dụng khi chính đường ray đó phải kiêm luôn vai trò của thanh dẫn nối đất.

Danh mục đầy đủ các linh kiện thanh DIN — Những linh kiện nào có thể lắp trên thanh DIN

Hệ sinh thái DIN rail bao gồm hàng chục loại thiết bị khác nhau. Chúng được phân loại một cách rõ ràng thành ba lớp chức năng: hạ tầng cấp nguồn (cung cấp điện vào tủ điện và phân phối điện một cách an toàn), điều khiển và kết nối (giúp hệ thống “tư duy” và “giao tiếp”), và phụ kiện (giúp mọi thứ được bảo mật, sắp xếp gọn gàng và dễ bảo trì).

Quản lý nguồn điện — Công tắc ngắt mạch, bộ nguồn và thiết bị chống sét lan truyền

Mọi hệ thống thanh DIN đều bắt đầu từ nguồn điện. Nếu không có nguồn điện đáng tin cậy và được bảo vệ, thì mọi thứ khác đều trở nên vô nghĩa.

Cầu dao tự động tạo thành tuyến phòng thủ đầu tiên. Các bộ ngắt mạch thu nhỏ (MCB) bảo vệ từng mạch nhánh khỏi quá dòng và ngắn mạch. Đây là những thiết bị lắp trên thanh DIN mà bạn sẽ lắp đặt với số lượng lớn nhất. Các thông số lựa chọn chính: số cực (1P cho một pha, 3P cho ba pha), dòng điện định mức (từ 1A đến 63A đối với MCB tiêu chuẩn) và đường cong ngắt (B cho tải điện trở như đèn chiếu sáng, C cho tải cảm ứng như động cơ, D cho thiết bị có dòng khởi động cao như máy biến áp). Đối với tủ điện công nghiệp, hãy yêu cầu các bộ ngắt mạch có định mức IEC 60947-2 (tiêu chuẩn công nghiệp) thay vì IEC 60898 (tiêu chuẩn dân dụng). Tiêu chuẩn công nghiệp yêu cầu khả năng chịu ngắn mạch cao hơn. Bộ ngắt mạch vỏ đúc (MCCB) đảm nhận nhiệm vụ cấp nguồn chính với dòng điện từ 100A trở lên. Thiết bị bảo vệ chống rò rỉ dòng điện dư (RCCB/RCBO) cung cấp khả năng bảo vệ chống rò rỉ đất nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Bộ nguồn gắn trên thanh DIN là bộ phận cốt lõi của hệ thống điều khiển. Chúng chuyển đổi điện áp xoay chiều từ nguồn điện lưới (thường là 230V hoặc 400V) thành 24 V DC cung cấp nguồn cho các PLC, rơle, cảm biến và bảng điều khiển HMI. 24VDC là điện áp điều khiển phổ biến trong tự động hóa công nghiệp, được quy định bởi tiêu chuẩn IEC 61131-2 về yêu cầu nguồn điện cho PLC. Khi lựa chọn bộ nguồn gắn trên thanh DIN, đừng chỉ chú ý đến công suất định mức. Hãy kiểm tra hiệu suất (≥88% ở đầu vào 230VAC là tiêu chuẩn đánh giá cho các thiết bị chất lượng), thời gian duy trì nguồn (thời gian thiết bị duy trì đầu ra trong trường hợp mất điện lưới ngắn hạn, tối thiểu 20ms) và thông số gợn sóng và nhiễu (≤150mV đỉnh-đỉnh để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của PLC). Các bộ nguồn dòng NDR có vỏ kim loại giúp tản nhiệt tốt hơn so với các sản phẩm có vỏ nhựa.

Thiết bị chống sét (SPDs) và các giá đỡ cầu chì là những linh kiện mà người mới bắt đầu thường bỏ qua nhất. Chỉ cần một đợt tăng áp đột ngột do động cơ gần đó khởi động hoặc do sét đánh cũng có thể phá hủy toàn bộ thiết bị điện tử trên đường dây. Một thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) lắp đặt tại đường dây cấp nguồn chính có giá chỉ bằng một phần nhỏ so với giá trị của các thiết bị được bảo vệ và nên trở thành tiêu chuẩn trong bất kỳ tủ điện nào chứa PLC, biến tần (VFD) hoặc thiết bị mạng.

Điều khiển, chuyển mạch và kết nối — Rơle, PLC và mạng công nghiệp

Nếu bộ nguồn là “trái tim” của hệ thống thanh DIN, thì lớp điều khiển chính là “bộ não” và “hệ thần kinh”. Lớp này quyết định những gì sẽ xảy ra và định tuyến các tín hiệu để thực hiện điều đó.

Rơle và công tắc tơ giúp thu hẹp khoảng cách giữa các tín hiệu điều khiển công suất thấp và các tải công suất cao. Một rơle điện từ cho phép tín hiệu 24V DC từ PLC điều khiển một công tắc động cơ 230V AC. Hai mạch này được cách ly điện với nhau, do đó sự cố ở phía nguồn điện không thể truyền ngược vào bộ điều khiển. Đối với các ứng dụng yêu cầu chuyển mạch thường xuyên (hơn vài lần mỗi phút) hoặc hoạt động êm ái, rơle trạng thái rắn (SSR) sử dụng cơ chế chuyển mạch bán dẫn không có bộ phận chuyển động. Tuy nhiên, chúng sinh nhiệt và phải giảm công suất định mức từ 30–50% so với dòng điện định mức, trừ khi được lắp trên bộ tản nhiệt. Yêu cầu giảm công suất do nhiệt này là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến sự cố SSR trong thực tế. Ngay cả những kỹ sư giàu kinh nghiệm cũng có thể mắc phải sai lầm này khi họ áp dụng cách tính toán dòng điện định mức của SSR giống như cách tính toán đối với rơle điện cơ. Đối với tải động cơ, một công tắc tơ Việc sử dụng công tắc tơ có định mức thuộc hạng sử dụng AC-3 (khởi động động cơ trực tiếp) là điều bắt buộc. Việc sử dụng công tắc tơ chỉ có định mức AC-1 (tải điện trở) cho động cơ sẽ dẫn đến hiện tượng hàn dính tiếp điểm sớm.

Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và mô-đun I/O từ xa ngày càng được thiết kế sẵn để lắp trên thanh DIN. Các bộ điều khiển logic lập trình (PLC) nhỏ gọn của các thương hiệu như Siemens (S7-1200), Allen-Bradley (MicroLogix) và Mitsubishi (dòng FX) có thể lắp trực tiếp vào thanh TS35, cùng với các mô-đun I/O mở rộng được lắp khớp vào bên cạnh. Tính mô-đun này cho phép bạn bắt đầu với một CPU cơ bản có 8 đầu vào/6 đầu ra và mở rộng lên đến hàng trăm điểm I/O mà không cần thay đổi hệ thống lắp đặt vật lý.

Bộ chuyển mạch Ethernet công nghiệp, bộ chuyển đổi giao thức và bộ chuyển đổi phương tiện truyền dẫn đại diện cho phân khúc thiết bị gắn trên thanh DIN có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất. Khi các nhà máy áp dụng kiến trúc Công nghiệp 4.0, các bộ chuyển mạch không được quản lý và được quản lý ở dạng thanh DIN đang trở nên phổ biến trong các tủ điều khiển không kém gì các khối đầu cuối. Chúng truyền tải lưu lượng Profinet, EtherNet/IP và Modbus TCP giữa các PLC, HMI và mạng cấp nhà máy.

Phụ kiện — Chốt chặn, điểm đánh dấu và hệ thống quản lý dây cáp

Các phụ kiện là những bộ phận mà chẳng ai nhắc đến cho đến khi xảy ra sự cố. Một tủ điều khiển có thể được trang bị các bộ ngắt mạch tốt nhất, bộ điều khiển logic lập trình (PLC) tiên tiến nhất và bộ nguồn cao cấp, nhưng vẫn có thể không đạt tiêu chuẩn kiểm tra hoặc gây ra sự cố chỉ vì ai đó đã bỏ qua các phụ kiện.

Chốt cuối (kẹp cuối) ngăn chặn các bộ phận trượt ngang trên thanh ray. Chúng là thiết bị bắt buộc phải có ở cả hai đầu của mỗi đoạn thanh ray, không phải là tùy chọn. Trong bất kỳ môi trường nào có rung động (máy nén khí, máy dập, máy phát điện diesel, trên tàu), các bộ phận không được cố định sẽ từ từ trượt dọc theo thanh ray trong nhiều tuần, thậm chí nhiều tháng. Khối đầu cuối có thể bị hở. Công tắc ngắt mạch có thể bị lỏng. Các chốt chặn đầu là biện pháp bảo vệ rẻ nhất trong toàn bộ tủ điện.

Tấm đầu và tấm ngăn có hai chức năng. Chúng che chắn các bộ phận dẫn điện hở trên khối đầu nối ngoài cùng của một nhóm (nếu thiếu sẽ gây nguy cơ điện giật). Ngoài ra, chúng còn tạo ra sự tách biệt về mặt trực quan và vật lý giữa các mạch hoạt động ở các mức điện áp khác nhau. Tiêu chuẩn IEC 60445 quy định phải có sự nhận diện và phân tách rõ ràng. Tấm ngăn chính là giải pháp giúp bạn tuân thủ tiêu chuẩn này mà không cần thiết kế lại bố cục.

Thanh nối (dây nối chéo) phân phối điện thế chung cho nhiều đầu nối liền kề. Chúng thay thế hàng chục dây nối riêng lẻ bằng một thanh kim loại hình lược duy nhất, giúp giảm đáng kể thời gian lắp đặt dây dẫn và loại bỏ các lỗi khi nối dây. Các dây nối tiêu chuẩn có định mức dòng điện (thường ≤32A). Để phân phối điện vượt quá ngưỡng này, hãy sử dụng các khối đầu nối phân phối điện chuyên dụng có các đầu vào được cố định bằng bu-lông.

Thẻ đánh dấu, dải nhãn và ống dẫn dây chính là những yếu tố phân biệt một bảng điện chuyên nghiệp với một bảng điện nghiệp dư. Mỗi đầu nối và mỗi sợi dây phải có thể nhận diện được ngay từ cái nhìn đầu tiên. Điều này không chỉ nhằm đáp ứng yêu cầu của thanh tra viên. Mà còn để kỹ thuật viên đang khắc phục sự cố vào lúc 3 giờ sáng trong thời gian ngừng sản xuất có thể tìm ra mạch điện đúng chỉ trong vài giây thay vì vài phút.

Khối đầu cuối — Xương sống kết nối của mọi hệ thống thanh DIN

Các khối đầu nối là loại thiết bị xuất hiện nhiều nhất trên bất kỳ thanh DIN nào. Một tủ điều khiển cỡ trung bình có thể chứa từ 100 đến 300 đầu nối riêng lẻ, nhiều hơn hẳn so với bất kỳ loại linh kiện nào khác. Việc lựa chọn đúng loại đầu nối sẽ mang lại lợi ích trong suốt thời gian hoạt động của tủ điều khiển.

Các loại khối đầu cuối theo chức năng

Cây phả hệ của các khối nối bắt đầu từ một mẫu đơn giản đầu nối truyền qua: một dây vào, một dây ra. Loại này chiếm phần lớn các đầu nối trong hầu hết các tủ điện. Từ đó, các biến thể chuyên dụng được sử dụng để thực hiện các chức năng mạch cụ thể.

Các cực nối đất (PE) kết nối trực tiếp với thanh DIN thông qua một chân kim loại, nối thanh này với hệ thống nối đất bảo vệ. Vỏ màu vàng lục của chúng là bắt buộc theo tiêu chuẩn IEC 60445. Mỗi nhóm đầu nối phải bao gồm ít nhất một đầu nối PE; tiêu chuẩn IEC 60947-7-2 quy định các yêu cầu về thiết kế và thử nghiệm đối với chúng.

Ngắt kết nối các đầu nối Hãy lắp thêm một cơ chế công tắc dao cho phép bạn cách ly vòng dòng điện 4–20 mA để kiểm tra mà không cần tháo bất kỳ dây nào. Các kỹ thuật viên bảo trì sẽ cảm ơn bạn về điều này mỗi khi họ cần hiệu chuẩn bộ truyền tín hiệu.

Các bến cảng nhiều tầng Xếp chồng hai hoặc ba tầng kết nối trong cùng một diện tích lắp đặt như một khối đầu cuối một tầng. Lượng không gian tiết kiệm được là rất đáng kể: một khối đầu cuối hai tầng giúp tiết kiệm khoảng 30% chiều dài thanh dẫn so với hai khối đầu cuối một tầng tương đương được lắp đặt song song. Một khối đầu cuối ba tầng có thể nâng con số này lên gần 45%. Trong một bảng điều khiển có mật độ cao, nơi mỗi milimet không gian thanh dẫn đều được tận dụng tối đa, các khối đầu cuối đa tầng là giải pháp hiệu quả nhất về chi phí để tăng công suất mà không cần mở rộng kích thước vỏ máy.

Các công nghệ kết nối — Vít, lò xo hay cắm trực tiếp?

Ba phương pháp kết nối này thể hiện một bước tiến thực sự về mặt công nghệ. Việc lựa chọn giữa các phương pháp này có ảnh hưởng thực tế đến thời gian lắp đặt, độ tin cậy lâu dài và sự thuận tiện trong bảo trì.

Kẹp vít Đây là phương pháp truyền thống: bóc vỏ dây, luồn dây vào đầu nối, vặn chặt vít theo mô-men xoắn quy định (thường là 0,5–0,8 Nm). Phương pháp này quen thuộc với mọi thợ điện trên thế giới, áp dụng được cho mọi loại dây và không cần dụng cụ đặc biệt nào ngoài tuốc-nơ-vít. Nhược điểm là: các kết nối bằng vít cần được siết lại định kỳ vì sự thay đổi nhiệt độ và rung động có thể làm lỏng kẹp theo thời gian. Đối với các tủ điện đặt trong môi trường tĩnh, được kiểm soát khí hậu và bảo trì bởi nhân viên nội bộ, kẹp vít vẫn là một lựa chọn hoàn toàn hợp lý.

Lồng lò xo (kẹp lồng) thay thế vít bằng một lò xo thép không gỉ đã được nén sẵn. Bạn mở khung lò xo bằng tuốc-nơ-vít đầu phẳng tiêu chuẩn, đưa dây vào, rồi thả ra. Lò xo duy trì áp lực tiếp xúc ổn định trong suốt thời gian sử dụng của đầu nối. Các cuộc thử nghiệm độc lập trên sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau đều cho thấy rằng đầu nối khung lò xo giúp giảm thời gian lắp đặt cho mỗi sợi dây xuống 50–75% so với kẹp vít (Phoenix Contact; WAGO). Quan trọng hơn, lực không đổi của lò xo đảm bảo kết nối không bao giờ bị lỏng. Đây là một ưu điểm then chốt trong bất kỳ môi trường nào có rung động: phòng máy thang máy, buồng điều khiển tín hiệu đường sắt, hệ thống điện trên tàu. Tiêu chuẩn IEC 60068-2-6 quy định quy trình thử nghiệm rung động tiêu chuẩn; các đầu nối lồng lò xo thường vượt qua thử nghiệm ở dải tần số 10–150 Hz với gia tốc 5g.

Cắm vào Công nghệ này còn tiến xa hơn một bước nữa: hoàn toàn không cần dụng cụ. Bóc vỏ dây (nếu là dây bện thì phải có đầu nối được ép chặt sẵn), đẩy thẳng vào đầu nối, và kẹp lò xo bên trong sẽ kẹp chặt và giữ chắc. Phương pháp cắm trực tiếp là phương pháp kết nối nhanh nhất hiện có, với tốc độ lên đến Nhanh hơn 6 lần trên mỗi dây so với kẹp vít trong sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, phương pháp này đi kèm với một lưu ý quan trọng mà mọi nhà sản xuất tấm panel đều phải nắm rõ: Tuyệt đối không được cắm dây trần nhiều sợi vào đầu nối cắm trực tiếp. Nếu không có vòng kẹp uốn, các sợi dây riêng lẻ sẽ bị xòe ra chạm vào cơ cấu lò xo, dẫn đến kết nối không hoàn toàn với điện trở cao. Kết nối này có thể vượt qua bài kiểm tra tính liên tục ban đầu nhưng sẽ bị hỏng khi chịu tải. Đây là lỗi lắp đặt phổ biến nhất và nguy hiểm nhất khi sử dụng các đầu nối cắm.

Cách chọn các linh kiện lắp trên thanh DIN phù hợp cho ứng dụng của bạn

Hiểu rõ những gì hiện có sẽ giúp bạn đặt chân đến vạch xuất phát. Việc lựa chọn các linh kiện phù hợp với hệ thống lắp đặt cụ thể của bạn chính là yếu tố phân biệt giữa một bảng điều khiển đáng tin cậy và một nguồn rắc rối liên miên.

Lựa chọn linh kiện phù hợp với môi trường vận hành của bạn

Cùng một bộ phận hoạt động hoàn hảo trong phòng điều khiển nhà máy có máy lạnh lại có thể hỏng chỉ sau vài tháng khi được lắp đặt ngoài trời mà không có hệ thống sưởi. Môi trường là yếu tố quyết định mọi lựa chọn.

Sàn nhà máy tiêu chuẩn (trong nhà, điều chỉnh nhiệt độ, độ rung tối thiểu): giải pháp đơn giản nhất. Thanh ray TS35/7.5 mạ kẽm, các đầu nối kẹp vít hoặc lò xo, cầu dao tự động (MCB) tiêu chuẩn và bộ nguồn thông dụng sẽ hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ. Đây là tiêu chuẩn cơ bản. Bạn có thể nâng cấp các thành phần riêng lẻ khi cần thiết mà không cần thiết kế quá phức tạp cho toàn bộ tủ điện.

Môi trường ngoài trời hoặc ẩm ướt (các nhà máy xử lý nước, trạm bơm, cảng): khả năng chống ăn mòn trở thành yếu tố quyết định hàng đầu. Thanh DIN bằng thép không gỉ 304, đầu nối lò xo (độ ẩm làm tăng tốc độ ăn mòn và nới lỏng ốc vít), và mọi thiết bị phải đạt tiêu chuẩn IP65 trở lên khi được lắp đặt trong vỏ bọc kín. Cần đặc biệt chú ý đến việc quản lý hiện tượng ngưng tụ. Một hộp kín đặt trong môi trường ẩm ướt với sự dao động nhiệt độ sẽ hình thành hiện tượng ngưng tụ bên trong trừ khi được trang bị nút xả nước hoặc bộ gia nhiệt chống ngưng tụ.

Lắp đặt trên phương tiện di động hoặc tại vị trí có độ rung cao (lắp trên phương tiện, hệ thống tín hiệu đường sắt, trên tàu, cụm máy phát điện): khả năng chịu tải và chống rung là yếu tố then chốt. Thanh DIN bằng nhôm giúp tiết kiệm vài kilogram so với thép, điều này rất quan trọng khi mỗi kilogram đều làm tăng chi phí nhiên liệu. Các đầu nối lò xo hoặc đầu nối cắm trực tiếp là bắt buộc, không phải tùy chọn. Các rơle có tiếp điểm khóa cơ học hoặc đầu ra bán dẫn được ưu tiên hơn so với các loại điện cơ tiêu chuẩn, vốn có thể bị rung lắc khi gặp rung động.

Thực phẩm, đồ uống và dược phẩm (môi trường rửa bằng nước áp lực cao): Toàn bộ thiết bị được làm từ thép không gỉ loại 304 hoặc 316, bao gồm cả thanh DIN, tất cả các chi tiết kết nối và tất cả các bộ phận kim loại lộ ra ngoài. Thép mạ kẽm tiêu chuẩn sẽ bị rỉ sét và bong tróc, gây ra nguy cơ ô nhiễm. Tùy thuộc vào quy trình vệ sinh cụ thể, có thể cần phải đạt cấp bảo vệ IP69K (dành cho việc rửa bằng nước nóng áp lực cao).

Chứng nhận, khả năng tương thích và giá trị lâu dài

Bảng thông số kỹ thuật chỉ cho bạn biết một phần của câu chuyện. Ba yếu tố tiềm ẩn sẽ quyết định liệu những linh kiện bạn chọn có còn trông đẹp mắt sau năm năm nữa hay không.

Các chứng nhận là những tài liệu để tiếp cận thị trường, chứ không phải là những biểu tượng chứng nhận chất lượng. Dấu CE giúp bảng điều khiển của bạn tiếp cận thị trường Liên minh Châu Âu. Tiêu chuẩn UL 508 (thiết bị điều khiển công nghiệp) và UL 1059 (khối đầu cuối) giúp sản phẩm tiếp cận thị trường Bắc Mỹ. Chỉ riêng dấu CE không được công nhận ở bên kia Đại Tây Dương, và điều ngược lại cũng đúng. Chứng nhận CCC là bắt buộc đối với thiết bị bán vào Trung Quốc. Nếu bảng điều khiển của bạn có thể được xuất khẩu, hoặc nếu nó là một phần của máy móc sẽ được xuất khẩu, hãy thiết kế sao cho đáp ứng các yêu cầu chứng nhận của thị trường đích ngay từ ngày đầu tiên. Việc điều chỉnh lại để tuân thủ chứng nhận trên một thiết kế đã hoàn thành sẽ tốn kém hơn nhiều so với việc tích hợp các yêu cầu đó ngay từ đầu.

Khả năng tương tác là về mặt vật lý chứ không phải về mặt điện. Tiêu chuẩn TS35 đảm bảo sự tương thích về mặt cơ học. Bất kỳ linh kiện nào tương thích với TS35 đều có thể lắp vừa khít vào bất kỳ thanh ray TS35 nào. Tiêu chuẩn này không đảm bảo rằng một MCB có khả năng ngắt 10kA sẽ phối hợp chính xác với một thiết bị ở phía thượng nguồn có khả năng ngắt 6kA. Tiêu chuẩn này cũng không đảm bảo rằng thời gian duy trì nguồn của bộ nguồn 24V là đủ cho PLC mà nó cấp nguồn. Việc phối hợp điện vẫn là trách nhiệm của người thiết kế.

Tổng chi phí sở hữu (TCO) đi ngược lại với logic dựa trên giá niêm yết. Một khối đầu nối có giá $0,15 mỗi đơn vị nhưng có tỷ lệ hỏng hóc tại hiện trường là 2% sẽ gây tốn kém hơn nhiều trong suốt vòng đời của bảng điều khiển so với một khối đầu nối có giá $0,35 và tỷ lệ hỏng hóc là 0,1%. Sự khác biệt này thể hiện qua chi phí nhân công khắc phục sự cố, thời gian ngừng sản xuất và chi phí cử kỹ thuật viên đến hiện trường. Giá thành linh kiện là khoản bạn chỉ phải trả một lần. Độ tin cậy của linh kiện là khoản bạn phải trả mỗi năm sau đó.

Từ các linh kiện đến hệ thống hoàn chỉnh — Tự lắp ráp bảng điều khiển trên thanh DIN đầu tiên của bạn

Một bảng điều khiển trên thanh DIN được thiết kế kỹ lưỡng có thể hoạt động trong 15–20 năm mà hầu như không cần bảo trì. Ngược lại, một bảng điều khiển được lắp ráp qua loa theo danh sách mua sắm sẽ trở thành nguồn gây phiền toái liên tục.

Hãy lên kế hoạch bố trí trước khi đặt hàng bất kỳ linh kiện nào. Vẽ sơ đồ bố trí đường ray điện, chú ý đến hướng dòng điện: đường dây cấp điện chính (bên trái cùng hoặc phía trên cùng), cầu dao chính, các đầu nối phân phối điện, các cầu dao nhánh, các nguồn cấp điện và thiết bị điều khiển, các khối đầu nối cho hệ thống dây dẫn tại hiện trường (bên phải cùng hoặc phía dưới cùng). Điều này tuân theo nguyên lý điện rằng dòng điện phải chảy từ mức cao xuống mức thấp, từ phần không được bảo vệ sang phần được bảo vệ, và từ nguồn cấp đến tải.

Cài đặt theo đúng thứ tự: Trước tiên, hãy lắp thanh DIN, sau đó là các ống dẫn dây (chúng xác định các kênh đi dây của bạn), rồi gắn các linh kiện lên thanh theo thứ tự từ lớn đến nhỏ. Nguồn điện và công tắc tơ cần được lắp trước vì chúng nặng và cần có không gian lắp đặt thông thoáng. Khối đầu cuối và rơle nhỏ được lắp sau cùng. Chỉ tiến hành đi dây sau khi tất cả các linh kiện đã được lắp đặt xong. Việc đi dây quá sớm sẽ cản trở việc tiếp cận thanh DIN và dẫn đến hệ thống dây cáp lộn xộn, khó theo dõi.

Dành chỗ cho tương lai. Sai lầm tốn kém nhất trong quá trình lắp ráp tủ điều khiển không phải là mua nhầm linh kiện. Mà là lấp đầy từng milimét thanh ray ngay từ ngày đầu tiên. Chi phí thực sự của một tủ điều khiển được tính toán dựa trên toàn bộ vòng đời hoạt động của nó, và vòng đời đó hầu như luôn bao gồm các thay đổi: thêm một vài điểm I/O, lắp đặt mô-đun truyền thông mới, hoặc chia một mạch thành hai. Hãy dành ít nhất 30% có chiều dài thanh DIN dưới dạng không gian trống, cùng với các vị trí đầu nối dự phòng và công suất dự phòng trong nguồn điện. Chi phí cho khoảng trống trên thanh ray đó hiện nay chỉ vài đô la. Trong khi đó, chi phí để lắp thêm một vỏ thiết bị hoàn toàn mới do vỏ hiện tại đã chật cứng có thể lên đến hàng nghìn đô la. Khi lập kế hoạch bố trí, hãy sử dụng đơn vị chiều rộng mô-đun (1M = 18 mm, tương đương chiều rộng của một MCB một cực) thay vì milimét. Cách làm này phù hợp với cách suy nghĩ của ngành và cách xác định kích thước các linh kiện.

Nếu quý vị đang phát triển dòng sản phẩm lắp trên thanh DIN dành cho khách hàng, OMCH cung cấp các sản phẩm như bộ nguồn, rơle, cảm biến và phụ kiện đầu nối lắp trên thanh DIN — tất cả đều đạt chứng nhận CE, CCC và RoHS. Thông tin chi tiết về các sản phẩm này trang chứng nhận.

Tài liệu tham khảo

1. IEC 60715:2017. “Các kích thước của thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp — Cách lắp đặt tiêu chuẩn trên ray để hỗ trợ cơ học cho thiết bị đóng cắt, thiết bị điều khiển và các phụ kiện.” Ủy ban Kỹ thuật Điện quốc tế. https://en.wikipedia.org/wiki/DIN-rail
2. Hackaday. “Thanh DIN và quá trình hình thành của nó.” 2018. https://hackaday.com/2018/09/13/the-din-rail-and-how-it-got-that-way/
3. WAGO. “Không cần ốc vít — Công nghệ kết nối bằng áp lực lò xo.” Bản báo cáo kỹ thuật. https://www.wago.com/
4. Phoenix Contact. “Điều đầu tiên bạn nên biết về Phoenix Contact.” Blog. https://blog.phoenixcontact.com/
5. Eaton. “Đầu nối cắm thẳng so với đầu nối lò xo.” Blog. https://eatonparts.cl/
6. OMCH. “Chứng chỉ.” https://www.omch.com/certificates/
7. OMCH. “Trang chủ.” https://www.omch.com/