Cum se proiectează panourile de control industrial pentru spațiu, eficiență și siguranță

Proiectanții de panouri de control industrial se confruntă cu o multitudine de provocări. Printre acestea se numără spațiul și bugetul limitate, pericolele de mediu, cum ar fi pierderea energiei electrice și expunerea la substanțe chimice, precum și factorii umani, cum ar fi utilizarea necorespunzătoare și neautorizată. În ciuda acestor dificultăți, proiectanții trebuie să producă un panou care să ofere securitate, siguranță, fiabilitate și conformitate cu standardele, fără compromis.

Pentru a atinge aceste obiective, proiectanții au nevoie de soluții creative care să simplifice crearea, instalarea și utilizarea panoului de control. Mai exact, aceștia au nevoie de componente care sunt adaptate la cazul lor specific de utilizare, precum și de instrumente de instalare și întreținere care să asigure funcționarea corectă.

Acest articol oferă îndrumări privind selectarea acestor componente, punând accentul pe optimizarea costurilor și a spațiului. Acoperă sistemele de cablare, sistemele de identificare, sistemele de siguranță, sistemele de control al accesului și UPS. Folosind exemple de la Panduit, explorează rolul și criteriile de selecție ale fiecărei componente. Articolul explică, de asemenea, cum se implementează aceste componente pentru a asigura fiabilitatea, siguranța și conformitatea cu standardele industriale.

Proiectarea panourilor de control eficiente care ocupă puțin spațiu prin selectarea canalelor de cabluri

Pentru a proiecta un panou de control eficient, inginerii de automatizare și control trebuie să țină cont de o varietate de factori, cum ar fi separarea cablurilor, gestionarea termică, intrarea cablurilor, interferențele electromagnetice (EMI), raza de curbură a cablurilor și spațiul pentru expansiuni viitoare. Canalele de cabluri joacă un rol esențial în acest proces, deoarece formează „scheletul” designului general al panoului. Atunci când selectează un canal de cabluri pentru un panou de control industrial, un proiectant trebuie să ia în considerare următorii factori:

• Designul panoului: dimensiunile, tipul de panou și specificațiile, cum ar fi dimensiunea barelor colectoare și capacitatea de răcire – toate acestea au un impact asupra tipului și caracteristicilor canalului de cabluri necesar.
• Dimensiunea: canalul de cablu trebuie să permită un anumit spațiu pentru adăugiri sau ajustări viitoare. Cu toate acestea, nu trebuie să fie atât de mare încât să ocupe inutil spațiu în panoul de control.
• Tipul de cabluri: cablurile cu dimensiuni și funcții diferite (cum ar fi cablurile de alimentare, de control sau de date) pot avea nevoie de diferite tipuri de canale sau de conducte pentru o potrivire corectă.
• Mediu și materiale: printre materialele comune se numără clorura de polivinil (PVC) și plasticul acrilonitril butadien-stiren (ABS), dar unele condiții, cum ar fi temperaturile ridicate, umiditatea sau substanțele corozive, necesită canale fabricate din materiale specifice sau cu anumite caracteristici de protecție.
• Instalare și întreținere: adăugarea sau scoaterea cablurilor ar trebui să fie ușor de realizat, la fel și instalarea canalului în panoul de control.
• Conformitatea: canalul trebuie să respecte standardele de siguranță, codurile electrice și reglementările specifice industriei.

Standardele și reglementările sunt deosebit de importante, deoarece utilizarea unui canal de cabluri neconform ar putea duce la riscuri de siguranță sau la defectarea panoului de control. Ca un exemplu de piesă conformă cu standardele, canalul de cabluri cu fante F1X3LG6 de la Panduit este fabricat din PVC fără plumb, cu o temperatură nominală de utilizare continuă de până la +50 °C (+122 °F). Acesta îndeplinește cerințele clasei de inflamabilitate UL 94 V-0 și cerințele NFPA 79-2007 secțiunea 13.3.1 pentru materiale ignifuge.

De asemenea, F1X3LG6 este potrivit pentru proiecte care ocupă puțin spațiu. Are fante înguste care se aliniază cu spațierea componentelor de înaltă densitate și prezintă linii punctate care facilitează crearea orificiilor mai mari pentru ramificare sau pentru alte tipuri de gestionare a firelor (Figura 1). Acesta este disponibil cu capace cu fixare rapidă, care oferă acces rapid și sigur la cabluri.

Figura 1: Panduit F1X3LG6 are fante înguste, foarte apropiate, cu un design de fantă cu dublă restricție pentru fixarea cablurilor. (Sursa imaginii: Panduit)

Soluții alternative de rutare a cablurilor pentru panourile de control

Desigur, canalele nu sunt potrivite pentru toate situațiile. De exemplu, este posibil să fie nevoie ca firele să treacă printr-o zonă în care un canal nu poate fi găurit în șasiu. În acest scenariu, pot fi luate în considerare soluții precum suportul de prindere a cablurilor cu suport adeziv ABM100-A-C. Acest suport cu patru căi este proiectat atât pentru o instalare rapidă, cât și pentru fiabilitate pe termen lung.

La fel ca în cazul tuturor sistemelor adezive, selectarea adezivului corect pentru mediul de aplicare trebuie realizată cu mare atenție (Figura 2).

Figura 2: Un sistem adeziv trebuie ales astfel încât să îndeplinească cerințele mediului de aplicare. (Sursa imaginii: Panduit)

Protejarea firelor și a cablurilor panoului de control împotriva abraziunii

Atunci când cablurile sunt trase în afara unul canal, trebuie prevenită deteriorarea acestora prin abraziune sau alte pericole. De exemplu, panourile de control necesită, de obicei, trasarea cablurilor din interiorul carcasei către panoul frontal. Aceste cabluri trebuie înfășurate pentru a evita deteriorarea. Inginerii de control pot selecta dintre anumite opțiuni, inclusiv:

• Înfășurare spiralată: protecție generală împotriva abraziunii pentru cablaje și mănunchiurile de cabluri. Permite ramificări ușoare și este disponibilă în diferite culori, materiale și dimensiuni.
• Înfășurare divizată pentru cabluri Pan-wrap: protecție flexibilă și rezistentă la abraziune pentru cablaje și mănunchiurile de cabluri. Aceasta are un model unic al fantelor și o suprapunere mare care reduce timpul de instalare și se potrivește cu diferite diametre ale mănunchiurilor de cabluri.
• Manșon împletit: protecție continuă împotriva abraziunii pentru fire, cabluri, furtunuri și tuburi. Are o țesătură deschisă flexibilă care nu reține căldura sau umiditatea.
• Tubulatură ondulată: soluție economică cu un design cu pereți solizi care asigură protecția completă a unui mănunchi de cabluri. Este disponibilă în diferite materiale, unele cu un design cu pereți cu fantă pentru o instalare și îndepărtare ușoară.
• Manșon contractabil la cald: bun pentru izolarea, protejarea și codificarea pe culori a firelor și cablurilor. De asemenea, se poate utiliza cu terminale și urechi de prindere pentru o instalare curată, sigură și securizată. Este disponibil în diferite materiale, dimensiuni și grosimi ale peretelui, unele cu căptușeală adezivă pentru o etanșare rezistentă la apă.

La selectarea unei înfășurări adecvate intervin mulți factori (Figura 3). De exemplu, dacă aplicația necesită o soluție ușoară, flexibilă și capabilă să se adapteze la forme neregulate, înfășurarea spiralată T25F-C este o alegere bună. Această înfășurare de cablu este concepută pentru a facilita instalarea, dar este și durabilă și poate fi utilizată până la +50 °C (+122 °F).

Figura 3: Sunt disponibile diferite tipuri de înfășurări ale cablurilor pentru diferite cerințe. (Sursa imaginii: Panduit)

Îmbunătățirea capacității de întreținere și a siguranței panoului de control prin terminarea, gestionarea și etichetarea cablurilor

Pentru a asigura instalarea, utilizarea și întreținerea eficientă a unui panou de control, proiectanții trebuie să aleagă metoda și materialul de terminare adecvate pentru cabluri (Figura 4).

Figura 4: Sunt prezentate exemple de tipuri de terminații și caracteristicile acestora. (Sursa imaginii: Panduit)

Alegerea optimă depinde de mai mulți factori, inclusiv de numărul de terminații necesare. De exemplu, dispozitivul cu deconectare tip mamă cu izolație de nailon DNF14-250FIB-C poate fi introdus și îndepărtat din clapeta tip tată fără a utiliza unelte, ceea ce duce la un cost de instalare mai mic și la o întreținere mai ușoară. În schimb, inelul de siguranță izolat cu manșon de capăt DIN pentru un singur cablu FSD80-8-KD6 este proiectat pentru utilizarea cu aplicatoare automate care sunt mai potrivite pentru terminații cu număr ridicat.

De asemenea, colierele pentru cabluri joacă un rol important în ceea ce privește siguranța și întreținerea, menținând cablurile organizate și securizate. Există o mare varietate de coliere pentru diferite cerințe, după cum se arată în Figura 5. Dincolo de designul de bază al colierului, selecția materialului este un aspect esențial. De exemplu, colierele de cablu cu blocare PLT1.5M-M sunt fabricate din nailon 6.6 și, ca atare, sunt cele mai potrivite pentru utilizare în interior. Pentru aplicațiile de exterior, cu pericole precum sarea și ploaia acidă, un material precum propilena ar fi mai potrivit.

Figura 5: Selectarea materialului pentru colierele de cablu necesită o analiză atentă a unei game largi de factori de mediu; colierele de cablu cu blocare PLT1.5M-M utilizează nailon 6.6 și sunt cele mai potrivite pentru utilizarea în interior. (Sursa imaginii: Panduit)

Utilizarea unor instrumente adecvate pentru prinderea cablurilor poate îmbunătăți productivitatea, reduce costurile și spori siguranța lucrătorilor. De exemplu, pistolul pentru prinderea cablurilor GTH-E este conceput pentru a fi ușor de utilizat (Figura 6). Necesită cu 15% mai puțină forță de manevrare decât uneltele similare, iar mecanismul său de tăiere a colierelor de cablu reduce impactul asupra mâinii utilizatorului cu peste 40%.

Figura 6: Sunt prezentate principalele caracteristici ale pistolului de prindere a cablurilor GTH-E, care a fost proiectat pentru a fi ușor de utilizat. (Sursa imaginii: Panduit)

În cele din urmă, etichetele clare sunt esențiale pentru utilizarea și întreținerea corectă a unui panou de control. Alegerea etichetei depinde nu numai de utilizarea preconizată, ci și de pericolele din mediu (Figura 7). Dacă, de exemplu, cablurile vor fi expuse doar la lichide slabe, pe bază de apă, o soluție precum eticheta autolaminantă din vinil cu transfer termic S100X150VATY este potrivită. Aceste etichete sunt dimensionate special pentru aplicațiile cu fire și cabluri și pot fi utilizate până la +65 °C (+150 °F).

Figura 7: Sunt prezentate exemple de soluții de etichetare și potrivirea lor pentru diferite pericole de mediu. (Sursa imaginii: Panduit)

Soluții precum imprimanta cu transfer termic TDP43ME pot contribui la asigurarea etichetării corespunzătoare (Figura 8). Această imprimantă cu transfer termic permite operatorilor să plaseze etichete pe fire și cabluri la o distanță de până la 12,7 milimetri (mm) (1/2") de la capătul conectorilor și terminalelor. Imprimanta oferă timpi de funcționare care sunt de până la trei ori mai rapizi decât instalarea manuală tradițională și de două ori mai rapizi decât soluțiile competitive. Designul său ergonomic reduce oboseala operatorului și minimizează riscul de leziuni cauzate de mișcări repetitive.

Figura 8: Imprimanta cu transfer termic TDP43ME este însoțită de software și accesorii pentru o etichetare eficientă. (Sursa imaginii: Panduit)

Împământarea și siguranța în aplicațiile panourilor de control

Având în vedere puterea mare prezentă în panourile de control industrial, o împământare adecvată este esențială pentru siguranță. Selectarea unei șine de legare la pământ este, prin urmare, o alegere critică de proiectare – una care poate avea un impact nu numai asupra siguranței, ci și asupra rentabilității și capacității de întreținere a unui panou de control.

Șina universală de legare la pământ UGB2/0-414-6 ilustrează acest aspect. Face parte din sistemul Universal Ground Bar System (UGB) StructuredGround™ brevetat de Panduit, care este compatibil cu toate tipurile de metode de terminare a cablurilor și cu peste 140 de conectori. Această flexibilitate simplifică în mod considerabil proiectarea și întreținerea. În plus, sunt disponibile două opțiuni de montare cu distanțier, care oferă spațiu suplimentar de cablare în zonele înguste.

Siguranța și productivitatea sunt uneori în contradicție. De exemplu, reglementările impun efectuarea unui test pentru a confirma absența tensiunii înainte de a efectua lucrări de întreținere asupra echipamentelor electrice. Acesta poate fi un proces care durează mult timp cu instrumente manuale. Testerul pentru absența tensiunii VeriSafe VS-AVT-C02-L03 simplifică lucrurile prin automatizarea procedurii. Odată ce este instalat în panoul frontal, o singură apăsare de buton pe acest dispozitiv permite lucrătorilor să confirme absența tensiunii (Figura 9).

Figura 9: Testarea automatizată cu ajutorul unor instrumente precum testerul de absență a tensiunii VS-AVT-C02-L03 VeriSafe nu este doar mai rapidă, ci și mai sigură. (Sursa imaginii: Panduit)

Menținerea unei rețele fiabile și evitarea manipulării neautorizate cu soluții cu Ethernet industrial și UPS-uri

Rețelele de date fac acum parte din majoritatea proiectelor de panouri de control. Pentru a evita breșele de securitate și perioadele de nefuncționare, indiferent dacă sunt cauzate de utilizare neautorizată sau necorespunzătoare, este important să vă asigurați că cablurile de rețea rămân la locul lor. În acest scop, au fost create dispozitivele de blocare a modulelor cu mufă RJ45 PSL-DCJB. Aceste dispozitive sunt introduse în porturile Ethernet nefolosite, oferind acces doar lucrătorilor autorizați, care pot scoate fișele cu un instrument specializat. În schimb, dispozitivele cu blocare împiedică scoaterea cablurilor de rețea din porturile Ethernet active.

În unele cazuri, un port Ethernet trebuie să fie accesibil din exteriorul panoului de control. În acest caz, soluțiile precum modulul de cuplare RJ45 cu perete despărțitor IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP cu capac de protecție joacă un rol important. Acest perete despărțitor oferă o etanșare cu grad de protecție IP67 care asigură protecție împotriva prafului și a imersării temporare în apă, ceea ce îl face potrivit pentru celulele de lucru care necesită spălare.

Pentru dispozitivele alimentate în rețea, fișele Ethernet necesită caracteristici speciale. De exemplu, fișa RJ45 FPS6X88MTG IndustrialNet, categoria 6A ecranată, terminabilă pe teren, este proiectată pentru Power-over-Ethernet (PoE) și aplicații similare, conform IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Printre alte caracteristici, această fișă depășește cerințele de performanță ale canalelor ANSI/TIA 568-C.2 Categoria 6A și ISO 11801 Clasa EA și respectă standardele ANSI/TIA-1096-A (fosta FCC Partea 68), IEC 60603-7 și IEC 60529 (IP20).

Indiferent de sursa de alimentare, multe panouri de control au nevoie de o sursă de alimentare neîntreruptibilă (UPS) pentru a menține funcționalitatea în caz de întreruperi. Atunci când selectează un UPS pentru un panou de control, inginerii de control trebuie să ia în considerare următoarele:

• Capacitatea de alimentare: puterea de ieșire trebuie să depășească consumul de energie al panoului de control.
• Întreținerea: gestionarea de la distanță permite monitorizarea și controlul parametrilor cheie, economisind timp și costuri.
• Montarea: opțiunile precum montarea pe șină DIN facilitează integrarea în panourile de control.
• Siguranța și conformitatea: UPS-ul trebuie să îndeplinească cel puțin standardele relevante, cum ar fi UL508.

UPS-ul de rețea industrială UPS00100DC demonstrează o serie de modalități de a depăși aceste elemente de bază. Acesta utilizează ultracondensatoare în loc de baterii, reducând riscul de întrerupere a activității și evitând potențiala acumulare de hidrogen gazos. Designul fără baterii nu necesită întreținere, oferind un ROI de 2 ori mai bun și un cost de proprietate cu 50 până la 70% mai mic decât un UPS pe baterii.

Concluzie

Proiectarea panourilor de control industrial este un proces solicitant și complicat, care implică găsirea unui echilibru între spațiu, securitate, siguranță și fiabilitate. Pentru a obține rezultate optime, proiectanții trebuie să utilizeze soluții pentru panouri de control care îi pot ajuta să organizeze, să cableze și să eticheteze panourile, precum și să le protejeze de pericolele externe și interne. Aceste soluții ar trebui să fie adaptate la cerințele specifice ale aplicațiilor panourilor de control industrial și ar trebui să fie însoțite de instrumente de instalare și întreținere care să garanteze funcționarea corectă. Utilizând soluții pentru panouri de control care îndeplinesc aceste criterii, proiectanții pot construi panouri care sunt eficiente, securizate, sigure și conforme.