Helytakarékos, jó hatásfokú és biztonságos ipari vezérlőpanelek tervezése

Az ipari vezérlőpanelek tervezőinek számos kihívással kell szembenézniük. Ezek közé tartozik a korlátozott hely és költségvetés, a környezeti veszélyek, például az áramkimaradás és a vegyi anyagoknak való kitettség, valamint az emberi tényezők, például a helytelen használat és az illetéktelen módosítás. E nehézségek ellenére a tervezőknek olyan panelt kell készíteniük, amely kompromisszumok nélküli biztonságot és megbízhatóságot nyújt, és megfelel a szabványoknak.

E célok eléréséhez a tervezőknek olyan ötletes megoldásokra van szükségük, amelyek egyszerűsítik a vezérlőpanel létrehozását, beépítését és használatát. Nevezetesen olyan alkatrészekre van szükség, amelyek az adott felhasználási körülményekre vannak szabva, valamint olyan beépítő- és karbantartóeszközökre, amelyek biztosítják a megfelelő működést.

Ez a cikk útmutatást nyújt ezen alkatrészek kiválasztásához, különös tekintettel a költség- és helyoptimalizálásra. Ez magában foglalja a vezetékrendszereket, az azonosítórendszereket, a biztonsági rendszereket, a hozzáférés szabályozását és a szünetmentes tápegységeket. Jelen cikk a Panduit termékeinek példáján keresztül vizsgálja az egyes alkatrészek és berendezések szerepét és kiválasztási szempontjait. Emellett azt is elmagyarázza, hogyan kell ezeket az alkatrészeket a megbízhatóság és a biztonság megteremtése és az ipari szabványoknak való megfelelés érdekében elkészíteni.

Helytakarékos vezérlőpanel-kialakítás kábelcsatornák kiválasztásával

Egy jó hatásfokú vezérlőpanel megtervezéséhez az automatizálási és szabályozástechnikai mérnököknek számos tényezővel kell megküzdeniük, például a kábelek elkülönítésével, a hűtéssel, a kábelbevezetéssel, az elektromágneses zavarással (EMI), a kábelek hajlítási sugarával és a jövőbeni bővítési helyekkel. A kábelcsatornák kritikus szerepet játszanak ebben a folyamatban, mivel ezek alkotják a teljes paneltervezés „vázát”. Egy ipari vezérlőpanel kábelcsatornájának kiválasztásakor a tervezőnek a következő tényezőket kell figyelembe vennie:

• A panel kialakítása: A panel méretei, típusa és az olyan jellemzők, mint a gyűjtősín mérete és a hűtési kapacitás, mind befolyásolják a szükséges kábelcsatorna típusát és jellemzőit.
• Méret: A kábelcsatornában helyet kell hagyni a jövőbeni kiegészítések és módosítások számára. Nem szabad azonban olyan nagynak lennie, hogy feleslegesen foglaljon helyet a vezérlőpanelen.
• Vezetéktípus: A különböző méretű és funkciójú vezetékek (például táp-, vezérlő- és adatkábelek) esetén a megfelelő illeszkedéshez különböző típusú csatornákra lehet szükség.
• Környezet és anyagok: Általánosan használt anyag a PVC (polivinil-klorid) és az ABS (akronitril-butadién-sztirol) műanyag, de vannak olyan körülmények, például a magas hőmérséklet és páratartalom vagy korrodáló hatású anyagok jelenléte, amelyek különleges anyagokból készült vagy bizonyos védőfunkciókkal ellátott kábelcsatornákat tesznek szükségessé.
• Beépítés és karbantartás: A vezetékek beszerelése és eltávolítása legyen egyszerű, és a kábelcsatornát könnyű legyen beszerelni a vezérlőpanelbe.
• Megfelelés: A csatornának meg kell felelnie a vonatkozó biztonsági szabványoknak, villamossági előírásoknak és ágazati szabályozásoknak.

A szabványok és előírások betartása különösen fontos, mert a nem megfelelő kábelcsatorna használata biztonsági kockázatot jelenthet, vagy a vezérlőpanel meghibásodását eredményezheti. A szabványoknak megfelelő alkatrészre kiváló példa a Panduit cég ólommentes PVC-ből készült, F1X3LG6 jelű réselt kábelcsatornája, amelynek folyamatos használat esetén a névleges hőmérsékleti határértéke maximum +50 °C (+122 °F). Ez teljesíti az UL 94 szabvány szerinti V-0 gyúlékonysági besorolás követelményeit, és megfelel az NFPA 79-2007 13.3.1. szakasz égésgátló anyagokra vonatkozó követelményeinek.

Az F1X3LG6 helytakarékos kialakításokhoz is jól használható. Keskeny nyílásokkal van ellátva, amelyek igazodnak a nagy sűrűségű alkatrészek távolságához, és olyan kikönnyítések vannak rajta kialakítva, amelyek megkönnyítik a nagyobb nyílások létrehozását az elágazásokhoz vagy más kábelrendezési igényekhez (1. ábra). Felpattintható fedelekkel kapható, amelyek a vezetékekhez való gyors és biztonságos hozzáférést tesznek lehetővé.

1. ábra: A Panduit F1X3LG6 keskeny, szorosan egymás mellett elhelyezkedő nyílásokkal van ellátva a vezetékek megtartására szolgáló, két helyen szűkített nyíláskialakításokkal (ábra: Panduit)

Alternatív kábelvezetési megoldások vezérlőpanelekhez

Természetesen a kábelcsatornák nem minden helyzetben jelentenek használható megoldást. Előfordulhat például, hogy a vezetékeket olyan területen kell átvezetni, ahol nem lehet csatornát fúrni a készülékházba. Ebben az esetben olyan megoldások jöhetnek szóba, mint az ABM100-A-C ragasztós hátoldalú kábelkötegelő és -rögzítő. Ez a négyutas rögzítőbilincs úgy lett kialakítva, hogy gyorsan lehessen felszerelni, és hosszú távú megbízhatóságot nyújtson.

Mint minden ragasztórendszer esetében, itt is ügyelni kell arra, hogy a felhasználási környezethez megfelelő ragasztót válasszunk (2. ábra).

2. ábra: A ragasztórendszert úgy kell kiválasztani, hogy megfeleljen a felhasználási környezet követelményeinek (táblázat: Panduit)

A vezérlőpanel vezetékeinek kopás elleni védelme

Ha a vezetékeket kábelcsatornán kívül vezetik, ügyelni kell arra, hogy ne sérüljenek meg kopás vagy más hatások miatt. A vezérlőpaneleknél például jellemzően a vezetékeknek a készülékházon belülről az előlapra történő elvezetésére van szükség. Ezeket a vezetékeket a sérülések elkerülése érdekében be kell burkolni. A szabályozástechnikai mérnökök többek között a következő lehetőségek közül választhatnak:

• Spirális burkolószalag: Általános célú kopás elleni védelem kábelkötegek számára. Könnyű kábelkitörést tesz lehetővé, és különböző színekben, anyagokból és méretekben kapható.
• Pan Wrap osztott kábelköteg-burkoló: Rugalmas és kopásálló védelem kábelkötegek számára. Egyedi résmintázata van, és nagy az átfedése, ami csökkenti a szerelési időt, és jól idomul a különböző kábelköteg-átmérőkhöz.
• Fonott kábelharisnya: Folytonos kopásvédő elem vezetékek, kábelek, tömlők és csövek számára. Rugalmas, nyitott szövésű, amely nem zárja be a hőt és a nedvességet.
• Hullámos védőcső: Gazdaságos megoldás tömör falú kialakítással, amely teljes védelmet nyújt a kábelkötegnek. Különböző anyagokból kapható, némelyikük a könnyű felszerelés és eltávolítás érdekében réselt falas kialakítású.
• Zsugorcső: Jó megoldás vezetékek és kábelek szigetelésére, védelmére és színkódolására. A tiszta és biztonságos szerelés érdekében különféle csatlakozókhoz és kábelsarukhoz használható. Különböző anyagokból, méretekben és falvastagságokkal kapható, némelyikük a vízzáró tömítés érdekében ragasztós béléssel.

A megfelelő burkolóanyag kiválasztásánál számos tényezőt kell figyelembe venni (3. ábra). Ha például a felhasználási terület olyan megoldást igényel, amely könnyű, rugalmas és alkalmas szabálytalan formák befogadására, jó megoldás a T25F-C spirális burkolószalag. Ezt a kábelburkoló szalagot úgy tervezték, hogy könnyen lehessen felszerelni, ugyanakkor tartós, és +50 °C (+122 °F) hőmérsékletig használható.

3. ábra: A különböző igényeknek megfelelően különböző típusú kábelburkolók közül lehet választani (táblázat: Panduit)

A vezérlőpanel karbantarthatóságának és biztonságának javítása a kábelcsatlakozók, a kábelvezetés és a kábelek címkézése révén

A vezérlőpanel hatékony beszerelésének, használatának és karbantartásának biztosítása érdekében a tervezőknek megfelelő kábelcsatlakozókat és anyagokat kell választaniuk (4. ábra).

4. ábra: A táblázat csatlakozófajtákra és azok jellemzőire mutat példákat (táblázat: Panduit)

Az optimális választás több tényezőtől függ, többek között a szükséges csatlakozók számától. Például a DNF14-250FIB-C nejlonszigetelésű csatlakozóhüvely szerszámok használata nélkül dugható rá a csatlakozódugóra és húzható le arról, ami alacsonyabb szerelési költségeket és könnyebb karbantartást eredményez. Ezzel szemben az FSD80-8-KD6 egyhuzalos, DIN véghüvelyes, szigetelt hengeres csatlakozót olyan automatizált eszközökkel való használatra tervezték, amelyek jobban megfelelnek a nagyszámú csatlakozás létrehozásához.

A kábelkötegelők szintén fontos szerepet játszanak a biztonság és a karbantartás szempontjából, mivel rendezetten és biztonságosan tartják a vezetékeket. A különböző igények kielégítésére a kábelkötegelők széles választéka kapható, amint azt az 5. ábra mutatja. A megfelelő kábelkötegelő kiválasztásánál a kialakításon túl a kábelkötegelő anyaga is lényeges szempont. A PLT1.5M-M jelű önzáró kábelkötegelő például 6.6-os nejlonból készül, és mint ilyen, leginkább beltéri használatra alkalmas. Kültéri használatra, ahol olyan veszélyek fenyegetnek, mint a só és a savas eső, jobb egy olyan anyag, mint a polipropilén.

5. ábra: A kábelkötegelők anyagának kiválasztása a környezeti tényezők széles körének gondos mérlegelését igényli. A PLT1.5M-M önzáró kábelkötegelők 6.6-os nejlonból készülnek, és inkább csak beltéri használatra alkalmasak (táblázat: Panduit)

A megfelelő kábelkötegelő-kezelő szerszámok használata javíthatja a termelékenységet, csökkentheti a költségeket, és növelheti a munkavállalók biztonságát. A GTH-E kábelkötegelő-kezelő pisztolyt például úgy tervezték, hogy könnyen használható legyen (6. ábra). A hasonló szerszámokhoz képest 15%-kal kisebb kezelési erőt igényel, és kábelkötegelő-vágó mechanizmusa több mint 40%-kal csökkenti a felhasználó kezére gyakorolt hatást.

6. ábra: A képen a könnyű használatúra tervezett GTH-E kábelkötegelő-kezelő pisztoly legfontosabb jellemzői láthatóak (kép: Panduit)

Végül pedig az egyértelmű címkék elengedhetetlenek a vezérlőpanel megfelelő használatához és karbantartásához. A címke kiválasztása nemcsak a tervezett felhasználástól, hanem a környezeti veszélyektől is függ (7. ábra). Ha például a kábelek csak enyhe, vízbázisú folyadékoknak lesznek kitéve, jól használható egy olyan megoldás is, mint az S100X150VATY hőnyomtatásos önlamináló PVC-címke. Ezek a címkék kifejezetten vezetékhez és kábelekhez vannak méretezve, és +65 °C (+150 °F) hőmérsékletig használhatóak.

7. ábra: A táblázat címkézési megoldásokra és azok környezetállóságára mutat példákat (táblázat: Panduit)

Az olyan készülékek, mint a TDP43ME hőnyomtató, segíthetnek a megfelelő címkézésben (8. ábra). Ez a hőnyomtató lehetővé teszi a kezelők számára, hogy a csatlakozók végétől akár mindössze 12,7 mm-re (1/2") helyezzék fel a címkéket a vezetékekre és a kábelekre. A nyomtató a hagyományos kézi címkézésnél akár háromszor gyorsabb ciklusokat kínál, és kétszer olyan gyors, mint a versenytársak megoldásai. Ergonomikus kialakítása csökkenti a kezelő fáradtságát, és minimalizálja az ismétlődő mozgások okozta sérülések kockázatát.

8. ábra: A TDP43ME hőnyomtatót szoftverrel és tartozékokkal szállítják a hatékony címkézéshez (kép: Panduit)

Földelés és biztonság a vezérlőpanelekben

Tekintettel az ipari vezérlőpanelek nagy teljesítményére a megfelelő földelés létfontosságú a biztonság szempontjából. A földelősín kiválasztása tehát fontos tervezési döntés, amely nemcsak a biztonságra, hanem a vezérlőpanel költségtakarékosságára és karbantarthatóságára is hatással lehet.

Az UGB2/0-414-6 univerzális földelősín jól szemlélteti ezt a szempontot. Ez a földelősín a Panduit szabadalmaztatott StructuredGround™ Universal Ground Bar System (UGB, általános földelősínrendszer) rendszerének része, amely mindenféle vezetékcsatlakoztatási móddal és több mint 140 fajta csatlakozóval kompatibilis. Ez a rugalmasság jelentősen leegyszerűsíti a tervezést és a karbantartást. Ezenkívül kétféle távtartós felszerelési lehetőség is rendelkezésre áll, amelyek szűk helyeken további helyet biztosítanak a vezetékeknek.

A biztonság és a termelékenység néha ellentmondásban van egymással. Például az előírások kötelezővé teszik, hogy a villamos berendezések szervizelése előtt meg kell győződni azok feszültségmentességéről. Ez kézi műszerekkel időigényes folyamat lehet. A VS-AVT-C02-L03 VeriSafe feszültségmentességet vizsgáló készülék az eljárás automatizálásával egyszerűsíti a dolgokat. Miután ezt az eszközt beszerelték az előlapba, a dolgozók egyetlen gombnyomással ellenőrizhetik a feszültségmentességet (9. ábra).

9. ábra: A VS-AVT-C02-L03 VeriSafe VeriSafe feszültségmentesség-ellenőrző műszerhez hasonló eszközökkel végzett automatizált tesztelés nemcsak gyorsabb, hanem biztonságosabb is (ábra: Panduit)

Megbízható hálózat fenntartása és az illetéktelen módosítások elkerülése ipari ethernetes megoldásokkal és szünetmentes tápegységekkel

Az adathálózatok ma már a legtöbb vezérlőpanel kialakításának részét képezik. A biztonság megsértésének és az akár illetéktelen módosítás, akár helytelen használat miatti leállásoknak az elkerülése érdekében fontos, hogy a hálózati kábelek a helyükön maradjanak. Az RJ45 csatlakozókhoz való PSL-DCJB csatlakozómodul-blokkoló eszköz erre a célra készült. Ezek az eszközök a nem használt Ethernet-portokba vannak bedugva, és csak az arra jogosult dolgozók tudják eltávolítani a dugókat egy célszerszámmal. Ezzel szemben a csatlakozórögzítő eszközök a hálózati kábeleknek a használt Ethernet-portokból való eltávolítását akadályozzák meg.

Bizonyos esetekben az Ethernet-portnak a vezérlőpanel külső oldaláról is hozzáférhetőnek kell lennie. Itt értékes szerepet játszanak az olyan megoldások, mint a védősapkával ellátott IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP válaszfali RJ45 csatlakozómodul. Ez a válaszfali modul IP67-es minősítésű tömítést tesz lehetővé, azaz védelmet nyújt a porral és a rövid idejű vízbe merüléssel szemben, így alkalmas a lemosást igénylő munkacellákba is.

A hálózati áramellátású eszközök esetében az Ethernet-dugókkal szemben speciális elvárások vannak. Például az FPS6X88MTG IndustrialNet 6A kategóriájú, árnyékolt, a helyszínen felszerelhető RJ45 dugót az IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+) szabvány szerinti ethernetes áramellátásra (PoE, Power-over-Ethernet) és más hasonló funkciókra tervezték. Ez a dugó meghaladja többek között az ANSI/TIA 568-C.2 szabvány 6A kategóriára és az ISO 11801 szabvány EA osztályú csatornák teljesítményére vonatkozó követelményeit, és megfelel az ANSI/TIA-1096-A (korábban FCC 68. rész), az IEC 60603-7 és az IEC 60529 (IP20) szabványnak.

Az áramforrástól függetlenül sok vezérlőpanelhez szünetmentes tápegységre (UPS, uninterruptible power supply) van szükség a működés hálózati áramkimaradás esetén történő fenntartásához. Egy ipari vezérlőpanel szünetmentes tápegységének kiválasztásakor a tervezőnek a következő tényezőket kell figyelembe vennie:

• Leadott teljesítmény: A leadott teljesítménynek meg kell haladnia a vezérlőpanel fogyasztását.
• Karbantartás: A távfelügyelet lehetővé teszi a kulcsfontosságú paraméterek figyelését és szabályozását, ami költség- és időmegtakarítást eredményez.
• Felszerelés: Az olyan lehetőségek, mint a DIN-sínre szerelhetőség, megkönnyítik a vezérlőpanelbe való beépítést.
• Biztonság és az előírásoknak való megfelelés: A szünetmentes tápegységnek meg kell felelnie legalább a vonatkozó szabványoknak, például az UL508 szabványnak.

Az UPS00100DC ipari hálózati szünetmentes tápegység számos olyan lehetőséget kínál, amelyek túllépnek ezeken az alapokon. Akkumulátorok helyett szuperkondenzátorokat (más néven ultrakondenzátorokat) használ, csökkentve ezzel az állásidő kockázatát és elkerülve a hidrogéngázok esetleges felhalmozódását. Az akkumulátor nélküli kialakítás karbantartásmentes, így 2-szer jobb megtérülést és 50–70%-kal alacsonyabb üzemeltetési költségeket kínál, mint az akkumulátoros szünetmentes tápegységek.

Összegzés

Az ipari vezérlőpanelek tervezése igényes és összetett folyamat, amely magában foglalja a méretek, a biztonság és a megbízhatóság egyensúlyának megteremtését. Az optimális eredmények elérése érdekében a tervezőknek olyan vezérlőpanel-kialakításokat kell használniuk, amelyek segítenek a panelek elrendezésében, vezetékezésében és felcímkézésében, valamint védik a panelt a külső és belső veszélyekkel szemben. Ezeket a megoldásokat az ipari vezérlőpanelek felhasználási területeinek egyedi követelményeihez kell igazítani, és olyan beszerelési lehetőségekkel és karbantartóeszközökkel kell ellátni, amelyek garantálják a megfelelő működést. Az ezeknek a feltételeknek megfelelő vezérlőpanel-kialakításokat használva a tervezők olyan paneleket építhetnek, amelyek jó hatásfokúak, biztonságosak, és megfelelnek az előírásoknak.