Sådan designes industrielle kontrolpaneler med henblik på plads, effektivitet og sikkerhed

Designere af industrielle kontrolpaneler står over for en lang række udfordringer. Disse inkluderer begrænset plads og budget, miljømæssige risici som strømsvigt og eksponering for kemikalier samt menneskelige faktorer som misbrug og manipulation. På trods af disse vanskeligheder skal designerne producere et panel, der giver kompromisløs sikkerhed, pålidelighed og kompatibilitet med standarder.

For at nå disse mål har designere brug for kreative løsninger, der forenkler oprettelsen, installationen og brugen af kontrolpanelet. De har især brug for komponenter, der er skræddersyet til deres specifikke brugssituation, samt installations- og vedligeholdelsesværktøjer, der sikrer korrekt drift.

Denne artikel giver vejledning i valg af disse komponenter med fokus på omkostnings- og pladsoptimering. Det omhandler ledningssystemer, identifikationssystemer, sikkerhedssystemer, adgangskontrol og UPS. Ved hjælp af eksempler fra Panduit udforskes hver komponents rolle og udvælgelseskriterier. Artiklen forklarer også, hvordan man implementerer disse komponenter for at sikre pålidelighed, sikkerhed og kompatibilitet med branchestandarder.

Pladsbesparende kontrolpaneldesign gennem valg af kabelkanaler

For at designe et effektivt kontrolpanel skal automations- og kontrolingeniører tage højde for en række faktorer, såsom kabeladskillelse, varmestyring, kabelindføring, elektromagnetisk interferens (EMI), kabelbøjningsradius og fremtidig udvidelsesplads. Kabelkanaler spiller en afgørende rolle i denne proces, da de udgør "skelettet" i det overordnede paneldesign. Når en designer skal vælge en kabelkanal til et industrielt kontrolpanel, bør han overveje følgende faktorer:

• Panelets design: Panelets dimensioner, type og specifikationer som f.eks. samleskinnestørrelse og kølekapacitet påvirker alle den nødvendige kabelkanals type og egenskaber.
• Størrelse: Kabelkanalen skal have plads til fremtidige tilføjelser eller justeringer. Den bør dog ikke være så stor, at den optager unødig plads i kontrolpanelet.
• Type af ledninger: Ledninger med forskellige størrelser og funktioner (f.eks. strøm-, styrings- eller datakabler) kan have brug for forskellige slags kanaler for korrekt tilpasning.
• Miljø og materialer: Almindelige materialer omfatter polyvinylklorid (PVC) og akrylonitril-butadien-styren (ABS) plast, men nogle forhold som høje temperaturer, fugt eller ætsende stoffer kræver kanaler fremstillet af specifikke materialer eller med visse beskyttelsesfunktioner.
• Installation og vedligeholdelse: Det skal være let at tilføje eller fjerne ledninger, og kanalen skal være let at installere i kontrolpanelet.
• Overensstemmelse: Kanalen skal være kompatibel med gældende sikkerhedsstandarder, elektriske regler og branchespecifikke bestemmelser.

Standarder og regler er særligt vigtige, da brug af en kabelkanal, der ikke overholder kravene, kan resultere i sikkerhedsrisici eller fejl på kontrolpanelet. Som et eksempel på en del, der overholder standarderne, er Panduits F1X3LG6-slidsede kabelkanal lavet af blyfri PVC med en temperaturklassificering for kontinuerlig brug på op til +50 °C (+122 °F). Det opfylder UL 94's brandklassificering på V-0 og opfylder NFPA 79-2007 sektion 13.3.1's krav til flammehæmmende materiale.

F1X3LG6 er også velegnet til pladsbesparende design. Den har smalle slidser, der passer til afstanden mellem komponenter med høj densitet, og den har rillelinjer, der gør det lettere at lave større huller til forgreninger eller anden ledningshåndtering (figur 1). Den fås med snap-on-dæksler, der giver hurtig og sikker adgang til ledningerne.

Figur 1: Panduit F1X3LG6 har smalle, tæt placerede slidser med et dobbelt begrænset åbningsdesign til fastholdelse af ledninger. (Billedkilde: Panduit)

Alternative løsninger til kabelføring i kontrolpaneler

Naturligvis er kanaler ikke egnede til alle situationer. Det kan f.eks. være nødvendigt at føre ledninger gennem et område, hvor der ikke kan bores en kanal ind i chassiset. I dette scenarie kan løsninger som ABM100-A-C selvklæbende kabelholder overvejes. Denne firevejs-kabelholder er designet til både hurtig installation og langvarig pålidelighed.

Som med alle klæbemiddelsystemer skal man sørge for at vælge det rigtige klæbemiddel til anvendelsesmiljøet (figur 2).

Figur 2: Et klæbesystem skal vælges, så det opfylder kravene i applikationsmiljøet. (Billedkilde: Panduit)

Beskyttelse af kontrolpanelets ledninger og kabler mod slid

Når ledningerne føres uden for en kanal, skal man sørge for, at de ikke beskadiges af slid eller andre risici. For eksempel kræver kontrolpaneler typisk, at der trækkes ledninger fra kabinettet til frontpanelet. Disse ledninger skal pakkes ind for at undgå skader. Kontrolingeniører kan vælge mellem flere muligheder:

• Spiralomvikling: Generel slidbeskyttelse til ledningsnet og kabelbundter. Gør udtag nemt, og fås i forskellige farver, materialer og størrelser.
• Pan-wrap indpakning til split ledningsnet: Fleksibel og slidstærk beskyttelse til ledningsnet og kabelbundter. Den har et unikt slidsemønster og et stort overlap, der reducerer installationstiden og passer til forskellige bundtdiametre.
• Flettet kappe: Kontinuerlig slidbeskyttelse til ledninger, kabler, slanger og rør. Den har en fleksibel, åben vævning, der ikke holder på varmen eller fugten.
• Korrugerede rør: Økonomisk løsning med et solidt vægdesign, der giver komplet beskyttelse af et kabelbundt. Den fås i forskellige materialer, nogle med en slidset væg, der gør det nemt at montere og fjerne den.
• Krympeomslag: God til isolering, beskyttelse og farvekodning af ledninger og kabler. Det kan også bruges med terminaler og kabelsko til en ren og sikker installation. Det fås i forskellige materialer, størrelser og vægtykkelser, nogle foret med klæbemiddel for vandtæt forsegling.

Der er mange faktorer, der spiller ind, når man skal vælge en passende indpakning (figur 3). Hvis applikationen f.eks. kræver en løsning, der er let, fleksibel og kan rumme uregelmæssige former, er T25F-C-spiralomvikling et godt valg. Denne wire-wrap er designet til nem installation, men er også holdbar og klassificeret til brug op til +50 ° C (+122 °F).

Figur 3: Der findes forskellige typer wire-wrap til at opfylde forskellige behov. (Billedkilde: Panduit)

Forbedring af kontrolpanelets vedligeholdelse og sikkerhed med kabelafslutning, styring og mærkning

For at sikre effektiv installation, brug og vedligeholdelse af et kontrolpanel skal designerne vælge den rette metode og det rette materiale til ledningsafslutning (figur 4).

Figur 4: Her ses eksempler på termineringstyper og deres egenskaber. (Billedkilde: Panduit)

Det optimale valg afhænger af flere faktorer, herunder det ønskede antal nødvendige termineringer. F.eks. kan den nylonisolerede DNF14-250FIB-C hun-stikforbindelse sættes i og tages ud af hanskinnen uden brug af værktøj, hvilket giver lavere installationsomkostninger og lettere vedligeholdelse. I modsætning hertil er FSD80-8-KD6 isoleret terminalrør med DIN-endemuffe til enkeltleder designet til brug med automatiserede applikatorer, der er bedre egnet til termineringer med højt antal.

Kabelbindere spiller også en vigtig rolle for sikkerhed og vedligeholdelse ved at holde ledningerne organiseret og sikre. Der findes en bred vifte af bånd, der opfylder forskellige behov, som vist i figur 5. Ud over kabelbinderens grundlæggende design er materialevalg en kritisk overvejelse. For eksempel er PLT1.5M-M låsekabelbindere lavet af Nylon 6.6 og er derfor bedst egnet til indendørs brug. Til udendørs brug med risici som salt og syreregn ville et materiale som propylen være bedre.

Figur 5: Materialevalg til kabelbindere kræver nøje overvejelse af en lang række miljøfaktorer; PLT1.5M-M låsekabelbindere anvender Nylon 6.6 og er bedst egnet til indendørs brug. (Billedkilde: Panduit)

Brug af passende kabelbinderværktøj kan forbedre produktiviteten, reducere omkostningerne og øge arbejdernes sikkerhed. For eksempel er GTH-E-kabelbinderpistolen designet til at være nem at bruge (figur 6). Den kræver 15 % mindre håndkraft end lignende værktøjer, og dens kabelbinder cut-off-mekanisme reducerer påvirkningen på brugerens hånd med mere end 40 %.

Figur 6: Her ses de vigtigste funktioner i GTH-E kabelbinderpistolen, som er designet til at være nem at bruge. (Billedkilde: Panduit)

Endelig er tydelige etiketter afgørende for korrekt brug og vedligeholdelse af et kontrolpanel. Valget af etiket afhænger ikke kun af den tilsigtede anvendelse, men også af de miljømæssige risici (figur 7). Hvis kablerne f.eks. kun udsættes for milde, vandbaserede væsker, er en løsning som den selvlaminerende S100X150VATY-termotransfervinyletiket god. Disse mærkater har en størrelse, der passer specifikt til lednings- og kabelapplikationer, og de er klassificeret til brug op til +65 °C (+150 °F).

Figur 7: Her ses eksempler på mærkningsløsninger og deres egnethed til forskellige miljørisici. (Billedkilde: Panduit)

Løsninger som TDP43ME termotransferprinteren kan hjælpe med at sikre en korrekt mærkning (figur 8). Denne termotransferprinter gør det muligt at placere mærkater på ledninger og kabler så tæt som 12,7 mm (1/2") fra enden af konnektorer og terminaler. Printeren tilbyder cyklustider, der er op til tre gange hurtigere end traditionel manuel installation og dobbelt så hurtig som konkurrerende løsninger. Det ergonomiske design reducerer operatørens træthed og minimerer risikoen for gentagne bevægelsesskader.

Figur 8: TDP43ME-termotransferprinteren leveres med software og tilbehør til effektiv mærkning. (Billedkilde: Panduit)

Jordforbindelse og sikkerhed i kontrolpanel-applikationer

I betragtning af den høje effekt, der findes i industrielle kontrolpaneler, er korrekt jordforbindelse afgørende for sikkerheden. Valg af jordskinne er derfor et kritisk designvalg – et valg, der ikke kun kan påvirke sikkerheden, men også et kontrolpanels omkostningseffektivitet og vedligeholdelsesvenlighed.

Det universelle jordspyd UGB2/0-414-6 illustrerer denne pointe. Det er en del af Panduits patenterede StructuredGround™ (struktureret jord) universelt jordspydssystem (Universal Ground Bar / UGB), som er kompatibelt med alle typer kabelafslutningsmetoder og over 140 konnektorer. Denne fleksibilitet forenkler design og vedligeholdelse betydeligt. Desuden er der to stand-off monteringsmuligheder, som giver ekstra plads til ledninger i trange områder.

Sikkerhed og produktivitet er nogle gange i modstrid med hinanden. For eksempel kræver reglerne en test for at bekræfte, at der ikke er spænding, før der udføres service på elektrisk udstyr. Det kan være en tidskrævende proces med håndholdte instrumenter. VS-AVT-C02-L03 VeriSafe spændingstesteren forenkler tingene ved at automatisere proceduren. Når denne enhed er installeret i frontpanelet, kan medarbejderne med et enkelt tryk på en knap bekræfte, at der ikke er spænding (figur 9).

Figur 9: Automatiseret test med instrumenter som VS-AVT-C02-L03 VeriSafe fravær-af-elektrisk spænding testapparat er ikke bare hurtigere, men også mere sikker. (Billedkilde: Panduit)

Opretholdelse af pålidelige netværk og undgåelse af manipulation med Industrial Ethernet-løsninger og UPS'er

Datanetværk er nu en del af de fleste kontrolpanelers design. For at undgå sikkerhedsbrud og nedetid, hvad enten det skyldes manipulation eller misbrug, er det vigtigt at sikre, at netværkskablerne forbliver på plads. PSL-DCJB RJ45-jackstikmodulets blokeringsenhederne blev skabt til dette formål. Disse enheder indsættes i ubrugte Ethernet-porte og giver kun adgang til autoriserede medarbejdere, der kan fjerne stikkene med et specialværktøj. Omvendt forhindrer lock-in-enheder, at netværkskabler fjernes fra aktive Ethernet-porte.

I nogle tilfælde skal en Ethernet-port være tilgængelig fra ydersiden af kontrolpanelet. Her spiller løsninger som IAEBHC6 IndustrialNet kat. 6 UTP-skillerum RJ45-koblingsmodul med en beskyttende hætte en værdifuld rolle. Dette skillerum har en IP67-klassificeret tætning, der beskytter mod støv og midlertidig nedsænkning i vand, hvilket gør det velegnet til arbejdsceller, der kræver nedvaskning.

Til netværksdrevne enheder kræver Ethernet-stikkene særlige funktioner. FPS6X88MTG IndustrialNet, kategori 6A skærmet feltterminerbart RJ45-stik er f.eks. designet til strømforsyning over Ethernet (Power-over-Ethernet / PoE) og lignende applikationer i henhold til IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Blandt andet overgår dette stik ANSI/TIA 568-C.2 kategori 6A og ISO 11801 krav til Klasse EA kanal-ydeevne og overholder ANSI/TIA-1096-A (tidligere FCC Part 68), IEC 60603-7 og IEC 60529 (IP20) standarderne.

Uanset strømkilden kræver mange kontrolpaneler en uafbrydelig strømforsyning (Uninterruptible Power Supply / UPS) for at opretholde funktionaliteten i tilfælde af strømafbrydelser. Når man vælger en UPS til et kontrolpanel, bør kontrolingeniører overveje følgende:

• Strømkapacitet: Udgangseffekten skal være større end kontrolpanelets strømforbrug.
• Vedligeholdelse: Fjernstyring muliggør overvågning og kontrol af nøgleparametre, hvilket sparer tid og penge.
• Montering: Alternativer som DIN-skinnemontering letter integrationen i kontrolpaneler.
• Sikkerhed og overholdelse: UPS'en skal som minimum opfylde relevante standarder som UL508.

Den industrielle netværks-UPS UPS00100DC viser en række måder at gå længere end disse grundlæggende principper. Den bruger ultrakondensatorer i stedet for batterier, hvilket mindsker risikoen for nedetid og undgår potentiel ophobning af brintgas. Det batterifri design er vedligeholdelsesfrit og giver 2 gange bedre ROI og 50 til 70 % lavere ejeromkostninger end en batteribaseret UPS.

Konklusion

Design af industrielle kontrolpaneler er en krævende og indviklet proces, der involverer afvejning af plads, sikkerhed og pålidelighed. For at opnå optimale resultater skal designerne bruge løsninger til betjeningspaneler, der kan hjælpe dem med at organisere, tilslutte og mærke deres paneler, samt beskytte dem mod eksterne og interne risici. Disse løsninger skal være skræddersyet til de specifikke krav i industrielle kontrolpanelapplikationer og skal leveres med installations- og vedligeholdelsesværktøjer, der garanterer korrekt drift. Ved at bruge kontrolpanelløsninger, der opfylder disse kriterier, kan designere bygge paneler, der er effektive, sikre og overholder reglerne.