Jak navrhovat průmyslové ovládací panely s ohledem na prostor, efektivitu a bezpečnost

Konstruktéři průmyslových ovládacích panelů čelí mnoha výzvám. Patří mezi ně omezený prostor a rozpočet, nebezpečí okolního prostředí, jako je ztráta napájení a vystavení chemikáliím, a lidské faktory, jako je nesprávné použití a manipulace. Navzdory těmto potížím musí konstruktéři vyrobit panel, který poskytuje nekompromisní zabezpečení, bezpečnost, spolehlivost a je v souladu s normami.

K dosažení těchto cílů potřebují konstruktéři kreativní řešení, která zjednoduší vytváření, montáž a používání ovládacího panelu. Konkrétně potřebují součástky, které jsou šité na míru pro jejich konkrétní případ použití, a také nástroje pro montáž a údržbu, které zajistí správný provoz.

V tomto článku je uveden návod k výběru těchto součástek se zaměřením na optimalizaci nákladů a prostoru. Článek se zabývá elektroinstalačními systémy, označovacími systémy, bezpečnostními systémy, ovládacími prvky přístupu a UPS. Pomocí příkladů od společnosti Panduit je zde zkoumána role jednotlivých složek a kritéria výběru. V článku je také vysvětleno, jak tyto součástky implementovat, aby byla zajištěna spolehlivost, bezpečnost a soulad se standardy oboru.

Prostorově úsporný návrh ovládacího panelu díky výběru kabelových žlabů

Při navrhování efektivního ovládacího panelu se musí technici automatizace a řízení potýkat s řadou faktorů, jako je segregace kabelů, regulace tepla, kabelové vstupy, elektromagnetické rušení („electromagnetic interference“, EMI), poloměr ohybu kabelu a prostor pro budoucí rozšíření. Kabelové žlaby hrají v tomto procesu klíčovou roli, protože tvoří „kostru“ celkového návrhu panelu. Při výběru kabelového žlabu pro průmyslový ovládací panel by měl projektant zvážit následující faktory:

• Provedení panelu: Na typ a vlastnosti požadovaného kabelového žlabu mají vliv všechny následující faktory: rozměry, typ panelu a specifikace, jako je velikost přípojnice a chladicí výkon.
• Velikost: Kabelový žlab by měl poskytovat určitý prostor pro budoucí doplňky nebo úpravy. Neměl by být ale tak velký, aby v ovládacím panelu zabíral místo zbytečně.
• Typ kabelů: Vodiče s různými velikostmi a funkcemi (jako jsou napájecí, ovládací nebo datové kabely) mohou vyžadovat různé druhy žlabů nebo kanálů, aby správně seděly.
• Prostředí a materiály: Mezi běžné materiály patří plasty polyvinylchlorid (PVC) a akrylonitrilbutadienstyren (ABS), ale některé podmínky, jako jsou vysoké teploty, vlhkost nebo korozivní látky, vyžadují žlaby vyrobené ze specifických materiálů nebo s určitými ochrannými prvky.
• Montáž a údržba: Vodiče by mělo být snadné přidat nebo odebrat a žlab by se měl do ovládacího panelu snadno montovat.
• Splnění norem: Žlab by měl splňovat platné bezpečnostní normy, elektrické předpisy a specifické předpisy oborů.

Normy a předpisy jsou obzvláště důležité, protože použití nevyhovujících kabelových žlabů by mohlo vést k ohrožení bezpečnosti nebo selhání ovládacího panelu. Příkladem součástky vyhovující standardům je kabelový žlab s perforací F1X3LG6 společnosti Panduit, který je vyroben z bezolovnatého PVC s teplotní odolností až do +50 °C (+122 °F). Splňuje třídu hořlavosti UL 94 V-0 a splňuje také požadavek na materiál zpomalující hoření NFPA 79-2007, část 13.3.1.

Model F1X3LG6 je vhodný také pro prostorově efektivní návrhy. Má úzké otvory, které se vyrovnávají s roztečí součástek s vysokou hustotou, a obsahuje rýhy, které usnadňují vytváření větších otvorů pro větvení nebo jiné vedení vodičů (obrázek 1). Žlab je k dispozici se zaklapávacími kryty, které k vodičům poskytují rychlý a bezpečný přístup.

Obrázek 1: Model F1X3LG6 společnosti Panduit se vyznačuje úzkými, těsně od sebe rozmístěnými otvory s dvojitým omezením otvoru pro uchycení vodičů. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Alternativní řešení vedení vodičů pro ovládací panely

Samozřejmě, že žlaby nejsou vhodné pro všechny situace. Může být například nutné vést vodiče oblastí, kde do šasi nelze žlab navrtat. V tomto scénáři lze jako řešení použít držák pro stahovací pásku ABM100-AC s lepicí zadní stranou. Tento čtyřcestný držák je navržen pro rychlou montáž a dlouhodobou spolehlivost.

Jako u všech lepicích systémů je třeba dbát na to, aby bylo pro dané aplikační prostředí vybráno správné lepidlo (obrázek 2).

Obrázek 2: Lepicí systém by měl být zvolen tak, aby vyhovoval požadavkům prostředí použití. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Ochrana vodičů a kabelů ovládacího panelu před oděrem

Když jsou vodiče vedeny mimo žlab, je třeba dbát na to, aby nedošlo k jejich poškození oděrem nebo jiným nebezpečím. Například ovládací panely obvykle vyžadují vyvedení vodičů zevnitř krytu na přední panel. Tyto vodiče by měly být chráněny, aby nedošlo k jejich poškození. Řídicí technici si mohou vybrat z možností včetně následujících:

• Svazkovací spirála: Univerzální ochrana proti oděru pro svazky vodičů a kabelů. Umožňuje snadné vylamování a dodává se v různých barvách, materiálech a velikostech.
• Dělená chránička kabelových svazků Pan-wrap: Flexibilní a oděruvzdorná ochrana pro svazky vodičů a kabelů. Má jedinečný vzor perforace a velké překrytí, které zkracuje dobu montáže a přizpůsobuje se různým průměrům svazků.
• Ochranný oplet: Trvalá ochrana proti oděru pro vodiče, kabely, hadice a potrubí. Má pružnou otevřenou vazbu, která nezachycuje teplo ani vlhkost.
• Husí krk: Ekonomické řešení s pevnou stěnou, které poskytuje kompletní ochranu kabelového svazku. Je k dispozici v různých materiálech, některé s provedením perforované stěny pro snadnou montáž a demontáž.
• Smršťovací trubice za tepla: Dobrá pro izolaci, ochranu a barevné označení vodičů a kabelů. Lze ji použít také se svorkami a oky pro čistou, bezpečnou a zabezpečenou montáž. Je k dispozici v různých materiálech, velikostech a tloušťkách stěn, některé s lepicí vložkou pro vodotěsné utěsnění.

Při výběru vhodné chráničky hraje roli mnoho faktorů (obrázek 3). Pokud aplikace například vyžaduje řešení, které je lehké, flexibilní a schopné se přizpůsobit nepravidelným tvarům, je dobrou volbou svazkovací spirála T25F-C. Tato svazkovací spirála je navržena pro snadnou montáž, ale je také odolná a určená pro použití až do +50 °C (+122 °F).

Obrázek 3: Ke splnění různých potřeb jsou k dispozici různé typy kabelových chrániček. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Zlepšení údržby a bezpečnosti ovládacího panelu díky koncovkám kabelů a správě a označování kabelů

K zajištění efektivní montáže, používání a údržby ovládacího panelu musí konstruktéři zvolit vhodný způsob a materiál koncovek vodičů (obrázek 4).

Obrázek 4: Příklady typů koncovek a jejich vlastností. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Optimální výběr závisí na několika faktorech, včetně počtu požadovaných koncovek. Například rozpojovací dutinku DNF14-250FIB-C izolovanou nylonem lze vložit a vyjmout z kolíku bez použití nástrojů, což vede k nižším nákladům na montáž a ke snadnější údržbě. Naproti tomu je izolovaná trubice pro jeden vodič FSD80-8-KD6 s objímkou a s koncovkou DIN navržena pro použití s automatickými aplikátory, které jsou pro velký počet koncovek vhodnější.

Kabelové stahovací pásky hrají důležitou roli také v bezpečnosti a údržbě a to tím, že udržují kabeláž organizovanou a zabezpečenou. Existuje široká škála pásek, které splňují různé potřeby, jak je znázorněno na obrázku 5. Kromě základního provedení pásky je rozhodujícím faktorem výběr materiálu. Například zajišťovací stahovací pásky PLT1.5M-M jsou vyrobeny z nylonu 6.6 a jako takové jsou nejvhodnější pro použití ve vnitřním prostředí. Pro venkovní aplikace s nebezpečím, jaké představuje sůl a kyselý déšť, by byl lepším materiálem propylen.

Obrázek 5: Výběr materiálu pro stahovací pásky vyžaduje pečlivé zvážení široké škály faktorů prostředí. Zajišťovací kabelové pásky PLT1.5M-M používají nylon 6.6 a jsou nejvhodnější pro použití ve vnitřním prostředí. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Použití vhodných nástrojů pro kabelové svazky může zvýšit produktivitu, snížit náklady a zvýšit bezpečnost pracovníků. Ke snadnému používání je například navržena pistole na stahovací pásky GTH-E (obrázek 6). Vyžaduje o 15 % menší sílu na rukojeť než podobné nástroje a její mechanismus pro odříznutí kabelů snižuje dopad na ruku uživatele o více než 40 %.

Obrázek 6: Klíčové vlastnosti pistole na stahovací pásky GTH-E, která byla navržena pro snadné používání. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

V neposlední řadě jsou pro správné používání a údržbu ovládacího panelu zásadní přehledné štítky. Výběr štítku závisí nejen na zamýšleném použití, ale také na nebezpečích okolního prostředí (obrázek 7). Pokud budou kabely vystaveny pouze neagresivním kapalinám na vodní bázi, lze dobře použít řešení jako například termotransferový vinylový samolaminovací štítek S100X150VATY. Tyto štítky jsou dimenzovány speciálně pro použití s vodiči a kabely a jsou určeny pro použití do +65 °C (+150 °F).

Obrázek 7: Příklady řešení štítků a jejich vhodnost pro různá nebezpečí okolního prostředí. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Správné označení může pomoci zajistit řešení jako termotransferová tiskárna TDP43ME (obrázek 8). Tato termotransferová tiskárna umožňuje obsluze umístit štítky na vodiče a kabely až 12,7 mm (1/2") od konce konektorů a koncovek. Tiskárna nabízí až třikrát rychlejší časy cyklu než tradiční ruční instalace a dvakrát rychlejší než konkurenční řešení. Její ergonomické provedení snižuje únavu obsluhy a minimalizuje riziko zranění při opakovaném pohybu.

Obrázek 8: Termotransferová tiskárna TDP43ME se dodává se softwarem a příslušenstvím pro efektivní štítkování. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Uzemnění a bezpečnost v aplikacích ovládacích panelů

Vzhledem k vysokému výkonu v průmyslových ovládacích panelech je správné uzemnění pro bezpečnost zásadní. Výběr zemnicí lišty je tedy zásadní konstrukční volbou – volbou, která může ovlivnit nejen bezpečnost, ale také hospodárnost a udržovatelnost ovládacího panelu.

Univerzální zemnicí lišta UGB2/0-414-6 je toho příkladem. Je součástí patentovaného systému univerzálních zemnicích lišt („Universal Ground Bar“, UGB) StructuredGround™ společnosti Panduit, který je kompatibilní se všemi typy způsobů koncovek vodičů a více než 140 konektory. Tato flexibilita výrazně zjednodušuje konstrukci a údržbu. Kromě toho jsou k dispozici dvě možnosti montáže s odstupem, které poskytují další prostor pro kabeláž ve stísněných prostorech.

Bezpečnost a produktivita jsou někdy v rozporu. Před servisem elektrického zařízení nařizují například předpisy test k potvrzení nepřítomnosti napětí. U ručních nástrojů to může být časově náročné. Tester pro zjištění nepřítomnosti napětí VeriSafe VS-AVT-C02-L03 zjednodušuje postup díky automatizaci. Jakmile je toto zařízení namontováno na přední panel, umožní pracovníkům potvrdit nepřítomnost napětí jediné stisknutí tlačítka (obrázek 9).

Obrázek 9: Automatizované testování pomocí přístrojů, jako je tester pro zjištění nepřítomnosti napětí VeriSafe VS-AVT-C02-L03, je nejen rychlejší, ale i bezpečnější. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Udržování spolehlivosti sítě a zamezení neoprávněné manipulaci s průmyslovými ethernetovými řešeními a UPS

Součástí většiny konstrukcí ovládacích panelů jsou nyní datové sítě. Aby se předešlo narušení bezpečnosti a prostojům, ať už kvůli neoprávněné manipulaci, nebo nesprávnému použití, je důležité zajistit, aby síťové kabely zůstaly na svém místě. Za tímto účelem byla vytvořena modulová blokovací zařízení jacku RJ45 PSL-DCJB. Tato zařízení se vkládají do nepoužívaných ethernetových portů a umožňují přístup pouze oprávněným pracovníkům, kteří mohou zástrčky odstranit pomocí specializovaného nástroje. Naopak vytažení síťových kabelů z aktivních ethernetových portů brání uzamykací zařízení.

V některých případech musí být ethernetový port přístupný z vnější strany ovládacího panelu. Zde hrají cennou roli řešení jako panelový spojovací modul RJ45 IndustrialNet Cat 6 UTP IAEBHC6 s ochrannou krytkou. Tento panelový konektor poskytuje těsnění s krytím IP67, které poskytuje ochranu před prachem a dočasným ponořením do vody, takže je vhodný do pracovních buněk vyžadujících mytí.

U zařízení napájených ze sítě vyžadují ethernetové konektory speciální funkce. Například stíněná zástrčka RJ45 FPS6X88MTG IndustrialNet kategorie 6A s možností ukončení na místě je navržena pro napájení přes ethernet („Power-over-Ethernet“, PoE) a podobné aplikace podle normy IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Kromě jiných funkcí překračuje tato zástrčka požadavky normy ANSI/TIA 568-C.2 kategorie 6A a normy ISO 11801 kanálu třídy EA a splňuje požadavky norem ANSI/TIA-1096-A (dříve FCC část 68), IEC 60603-7 a IEC 60529 (IP20).

Bez ohledu na zdroj napájení vyžaduje mnoho ovládacích panelů zdroj nepřerušovaného napájení („uninterruptible power supply“, UPS), aby byla zachována funkčnost v případě výpadků. Při výběru UPS pro ovládací panel by měli řídicí technici zvážit následující body:

• Kapacita napájení: Výstup by měl překračovat spotřebu energie ovládacího panelu.
• Údržba: Vzdálená správa umožňuje sledování a kontrolu klíčových parametrů, což šetří náklady a čas.
• Montáž: Možnosti, jako je montáž na lištu DIN, usnadňují integraci do ovládacích panelů.
• Bezpečnost a splnění norem: UPS by měl minimálně splňovat příslušné normy, jako je UL508.

UPS pro průmyslové sítě UPS00100DC demonstruje řadu způsobů, jak tyto základní požadavky překročit. Místo baterií používá ultrakondenzátory, což snižuje riziko prostojů a zabraňuje potenciálnímu nahromadění vodíkových plynů. Konstrukce bez baterií je bezúdržbová, přináší 2× lepší návratnost investic a o 50 až 70 % nižší náklady na vlastnictví než UPS na baterie.

Závěr

Navrhování průmyslových ovládacích panelů je náročný a složitý proces, který musí vyvážit prostor, zabezpečení, bezpečnost a spolehlivost. K dosažení optimálních výsledků potřebují konstruktéři používat řešení ovládacích panelů, která jim mohou pomoci uspořádat, propojit a označit panely a také je ochránit před vnějšími a vnitřními nebezpečími. Tato řešení by měla být přizpůsobena specifickým požadavkům aplikací průmyslových ovládacích panelů a měla by být dodávána s nástroji pro montáž a údržbu, které zaručí správný provoz. Pomocí řešení ovládacích panelů, která tato kritéria splňují, mohou konstruktéři vytvářet panely, které jsou efektivní, zabezpečené, bezpečné a splňující normy.