Hur man utformar industriella kontrollpaneler för utrymme, effektivitet och säkerhet

Konstruktörer av industriella kontrollpaneler står inför en mängd utmaningar. De innefattar begränsat utrymme och budget, miljörisker som t.ex. strömavbrott och exponering för kemikalier samt mänskliga faktorer som exempelvis felaktig användning och manipulering. Trots dessa svårigheter måste konstruktörer ta fram en panel som tillhandahåller kompromisslös säkerhet, tillförlitlighet och överensstämmelse med standarder.

För att uppnå dessa mål behöver konstruktörer kreativa lösningar som förenklar utformning, installation och användning av kontrollpaneler. De behöver särskilt komponenter som är skräddarsydda för deras specifika användningsområden samt installations- och underhållsverktyg som garanterar korrekt funktion.

Artikeln ger vägledning vid val av dessa komponenter, med fokus på kostnads- och utrymmesoptimering. Den omfattar kabelförläggningssystem, identifieringssystem, säkerhetssystem, åtkomstkontroll och UPS. Med hjälp av exempel från Panduit undersöks respektive komponents roll och urvalskriterier. Artikeln förklarar även hur man implementerar dessa komponenter för att garantera tillförlitlighet, säkerhet och överensstämmelse med branschstandarder.

Utrymmeseffektiv konstruktion av kontrollpaneler genom val av kabelkanaler

För att utforma en effektiv kontrollpanel måste automations- och styrtekniker ta hänsyn till en mängd olika faktorer som t.ex. separering av kablage, värmehantering, kabelgenomföringar, elektromagnetisk störningar (EMI), kabelars böjningsradie och framtida expansionsutrymme. Kabelkanaler har en avgörande roll i denna process, eftersom de utgör "skelettet" i den övergripande panelkonstruktionen. Vid val av kabelkanal för en industriell kontrollpanel bör konstruktören ta hänsyn till följande faktorer:

• Panelens utformning: Panelens mått, typ och specifikationer som t.ex. storlek på samlingsskenor och kylkapacitet. Detta påverkar vilken typ av kabelkanal som behövs och vilka egenskaper den måste ha.
• Storlek: Kabelkanalen bör ha utrymme för framtida tillägg eller justeringar. Den får dock inte vara så stor att den tar upp onödigt mycket utrymme i kontrollpanelen.
• Typ av kablage: Kablage med olika storlek och funktion (som t.ex. kraft-, styr- eller datakablar) kan behöva olika typer av kanaler för korrekt passform.
• Miljö och material: Vanliga material är PVC- (polyvinylklorid) och ABS-plast (akrylnitrilbutadienstyren), men vissa förhållanden som höga temperaturer, fukt eller frätande ämnen kräver kanaler tillverkade av särskilda material eller med särskilda skyddsegenskaper.
• Installation och underhåll: Det ska vara lätt att lägga till eller ta bort kablage och kanalen ska vara lätt att installera i kontrollpanelen.
• Överensstämmelse: Kanalen ska uppfylla gällande säkerhetsstandarder, elektriska standarder samt branschspecifika bestämmelser.

Standarder och föreskrifter är särskilt viktiga eftersom användning av en kabelkanal som inte uppfyller kraven kan leda till säkerhetsrisker eller fel på kontrollpanelen. Som ett exempel på en standardkompatibel del finnsF1X3LG6 från Panduit, en slitsad kabelkanal tillverkad av blyfri PVC med en temperaturklassificering vid kontinuerlig användning på upp till +50 °C (+122 °F) . Den uppfyller brandklassificering V-0 i UL 94 samt kraven för flamskyddande material i avsnitt 13.3.1 i NFPA 79-2007.

F1X3LG6 är också väl lämpad för utrymmeseffektiva konstruktioner. Den har smala slitsar som är anpassade till avståndet för komponenter med hög densitet, och den har skåror som gör det lättare att skapa större hål för förgreningar eller annan kabelhantering (figur 1). Den finns med snäpplock som ger snabb och säker åtkomst till kablage.

Figur 1: F1X3LG6 från Panduit har smala, tätt placerade slitsar med en dubbelt begränsad slitskonstruktion för att hålla kablaget på plats. (Bildkälla: Panduit)

Alternativa kabeldragningslösningar för kontrollpaneler

Naturligtvis är kanaler inte lämpliga för alla situationer. Kablage kan till exempel behöva förläggas genom ett område där det inte går att borra fast en kanal i chassit. I detta scenario kan självhäftande buntbandsankare, som t.ex. ABM100-A-C, övervägas. Ankaret, som har fyra möjliga fästpunkter för buntband, är utformat för både snabb installation och långsiktig tillförlitlighet.

Som med alla självhäftandesystem bör man vara noga med att säkerställa att rätt häftämne väljs för tillämpningsmiljön (figur 2).

Figur 2: Ett självhäftande system bör väljas för att uppfylla kraven i tillämpningsmiljön. (Bildkälla: Panduit)

Skydda kontrollpanelens kablage från nötning

När kablage förläggs utanför en kanal bör man se till att de inte skadas av nötning eller andra risker. Till exempel kräver kontrollpaneler vanligtvis att kablage förläggs från skåp till frontpanel. Kablaget bör lindas för att undvika skador. Styrtekniker kan välja mellan olika alternativ, bland annat:

• Spirallindning: Allmänt nötningsskydd för kabelnät och -buntar. Möjliggör enkla öppningar och finns i olika färger, material och storlekar.
• Pan-wrap delad kabellindning: Flexibelt och nötningsbeständigt skydd för kabelnät och -buntar. Den har ett unikt slitsmönster och en stor överlappande funktion som minskar installationstiden och ger plats för olika buntdiametrar.
• Flätad strumpa: Kontinuerligt nötningsskydd för kablage, slangar och rör. Den har en flexibel öppen väv som inte kapslar in värme och fukt.
• Korrugerad slang: Ekonomisk lösning med en solid väggkonstruktion som ger ett komplett skydd för en kabelbunt. Den finns i olika material, några med en slitsad väggkonstruktion för enkel installation och borttagning.
• Krympslang: Bra för att isolera, skydda och färgkoda kablage Den kan också användas med anslutningar och kabelskor för en ren, säker och trygg installation. Den finns i olika material, storlekar och väggtjocklekar, vissa med självhäftande foder för vattentät tätning.

Många faktorer spelar in vid val av ett lämpligt skydd (figur 3). Om tillämpningen till exempel kräver en lösning som är lätt, flexibel och som ska kunna anpassas till oregelbundna former, är spiralslangen T25F-C ett bra val. Kabelsamlaren är konstruerad för enkel installation men är också hållbar och klassificerad för användning upp till +50 °C (+122 °F).

Figur 3: Det finns olika typer av spirallindningar för att tillgodose olika behov. (Bildkälla: Panduit)

Förbättra kontrollpanelens underhåll och säkerhet med kabelanslutning, hantering och märkning

För att garantera effektiv installation, användning och underhåll av en kontrollpanel måste konstruktörer välja lämplig metod och lämpligt material för kabelanslutning (figur 4).

Figur 4: Här visas exempel på anslutningar och deras egenskaper. (Bildkälla: Panduit)

Det optimala valet beror på flera faktorer, bland annat på hur många anslutningar som krävs. Honkopplingen DNF14-250FIB-C med nylonisolering kan exempelvis sättas i och tas ur hankopplingen utan verktyg, vilket leder till lägre installationskostnader och förenklat underhåll. Den isolerade hylsan FSD80-8-KD6 med DIN-ändhylsa för enkelledare är däremot avsedd för användning med automatiserade applikatorer som är bättre lämpade för många anslutningar.

Buntband spelar också en viktig roll för säkerhet och underhåll då de organiserar och säkrar kablage. Det finns ett brett utbud av buntband för att tillgodose olika behov, vilket framgår av figur 5. Utöver den grundläggande utformningen av buntband har materialvalet en avgörande faktor. Buntband med lås, som t.ex. PLT1.5M-M är tillverkade av nylon 6.6 och är därför bäst lämpade för inomhusbruk. För tillämpningar utomhus med risker som salt och surt regn är material som t.ex. propylen bättre.

Figur 5: Materialval för buntband kräver noggrant övervägande av ett stort antal miljöfaktorer. Buntbandet PLT1.5M-M med lås, använder nylon 6.6 och är bäst lämpat för inomhusbruk. (Bildkälla: Panduit)

Genom att använda lämpliga verktyg för buntband kan man förbättra produktiviteten, minska kostnaderna och öka personalens säkerhet. Till exempel är buntbandspistolen GTH-E utformad för att vara enkel att använda (figur 6). Den kräver 15 % mindre handkraft än liknande verktyg, och dess mekanism för att kapa buntband minskar belastningen på användarens hand med mer än 40 %.

Figur 6: Här visas de viktigaste funktionerna hos buntbandspistol GTH-E, som har utformats för att vara enkel att använda. (Bildkälla: Panduit)

Slutligen är tydlig märkning avgörande för korrekt användning och underhåll av en kontrollpanel. Valet av märknings beror inte bara på den avsedda användningen, utan också på omgivande risker (figur 7). Om kablaget endast kommer att utsättas för milda, vattenbaserade vätskor är en självlaminerande etikett i vinyl med termisk överföring, som t.ex. S100X150VATY, en väl fungerande lösning. Etiketterna är särskilt anpassade för kablagetillämpningar och är klassade för användning upp till +65 °C (+150 °F) .

Figur 7: Här visas exempel på märkningslösningar och deras lämplighet vid olika omgivande risker. (Bildkälla: Panduit)

Lösningar som t.ex. termotransferskrivare TDP43ME kan göra det lättare att garantera korrekt märkning (figur 8). Med denna termotransferskrivare kan användare placera etiketter på kablage så nära som 12,7 mm från änden med kontakter och anslutningar. Skrivaren erbjuder cykeltider som är upp till tre gånger snabbare än traditionell manuell installation och dubbelt så snabb som konkurrerande lösningar. Den ergonomiska utformningen minskar användarens trötthet och minimerar risken för repetitiva rörelseskador.

Figur 8: Termotransferskrivaren TDP43ME levereras med programvara och tillbehör för effektiv märkning. (Bildkälla: Panduit)

Jordning och säkerhet i tillämpningar med kontrollpaneler

Med tanke på den höga effekt som finns i industriella kontrollpaneler är korrekt jordning avgörande för säkerheten. Val av jordskena är därför ett mycket viktigt konstruktionsval - ett val som kan påverka inte bara säkerheten utan även kontrollpanelens kostnadseffektivitet och underhåll.

Den universella jordskenan UGB2/0-414-6 illustrerar denna punkt. Den är en del av Panduits patenterade system StructuredGround™ UGB (Universal Ground Bar), som är kompatibelt med alla typer av metoder för kabelanslutning och över 140 kontaktdon. Flexibiliteten förenklar konstruktion och underhåll avsevärt. Det finns dessutom två fristående monteringsalternativ tillgängliga, vilket ger extra utrymme för kablage där det är trångt.

Säkerhet och produktivitet står ibland i motsatsförhållande till varandra. Föreskrifter kräver exempelvis ett test för att bekräfta att det inte finns någon spänning innan service utförs på elektrisk utrustning. Detta kan vara en tidskrävande procedur med handhållna instrument. Spänningsprovaren VeriSafe VS-AVT-C02-L03 förenklar saker och ting genom att automatisera proceduren. När denna enhet har installerats i frontpanelen kan personal med en enda knapptryckning bekräfta att det inte finns någon spänning (figur 9).

Figur 9: Automatiserad testning med instrument, som t.ex. spänningsprovaren VeriSafe VS-AVT-C02-L03, är inte bara snabbare utan också säkrare. (Bildkälla: Panduit)

Upprätthålla tillförlitliga nätverk och undvika manipulering med industriella Ethernet-lösningar och UPS

Datanätverk är nu en del av de flesta kontrollpanelers konstruktion. För att undvika säkerhetsintrång och driftstopp, oavsett om de beror på manipulering eller felaktig användning, är det viktigt att se till att nätverkskablarna sitterpå plats. Blockeringsanordningarna PSL-DCJB för RJ45-moduler har skapats för detta ändamål. Enheterna monteras i oanvända Ethernet-portar och ger endast åtkomst för behörig personal som kan avlägsna pluggarna med ett specialverktyg. Omvänt förhindrar låsenheter att nätverkskablar demonteras från aktiva Ethernet-portar.

I vissa fall måste en Ethernet-port vara åtkomlig från kontrollpanelens utsida. Här är lösningar som t.ex. IAEBHC6, en IndustrialNet Cat 6 UTP RJ45-kopplingsmodul med skyddshuv värdefulla. Kontakten har en tätning med IP67-klassificering som skyddar mot damm och tillfällig nedsänkning i vatten, vilket gör den lämplig för arbetsceller som kräver avspolning.

För enheter som får sin strömförsörjning via nätverket måste Ethernet-kontakterna ha särskilda egenskaper. FPS6X88MTG, en IndustrialNet RJ45-kontakt skärmad enligt kategori 6A för fältanslutning, är exempelvis avsedd för Power-over-Ethernet (PoE) och liknande tillämpningar, enligt IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Bland mycket annat överträffar kontakten ANSI/TIA 568-C.2 kategori 6A och ISO 11801 Class EA Channel samt uppfyller standarderna ANSI/TIA-1096-A (tidigare FCC Part 68), IEC 60603-7 och IEC 60529 (IP20).

Oavsett strömkälla behöver många kontrollpaneler en avbrottsfri strömförsörjning (UPS) för att upprätthålla funktion vid strömavbrott. Vid val av UPS för en kontrollpanel bör styrtekniker ta hänsyn till följande:

• Effektkapacitet: Uteffekten bör överstiga kontrollpanelens effektförbrukning.
• Underhåll: Fjärrstyrning möjliggör övervakning och kontroll av viktiga parametrar, vilket sparar tid och pengar.
• Montering: Alternativ som t.ex. montering på DIN-skena underlättar integrering i kontrollpaneler.
• Säkerhet och efterlevnad: UPS:en ska som lägst uppfylla relevanta standarder, som t.ex. UL508.

Den industriella nätverks-UPS:en UPS00100DC visar hur man på flertalet sätt kan gå längre än dessa grundläggande funktioner. Den använder ultrakondensatorer istället för batterier, vilket minskar risken för driftstopp och förhindrar att vätgas bildas. Den batterifria konstruktion är underhållsfri och ger två gånger bättre investeringsavkastning och 50 till 70 % lägre ägandekostnad än en batteribaserad UPS.

Sammanfattning

Att utforma industriella kontrollpaneler är en krävande och komplicerad process som innebär att man måste balansera utrymme, säkerhet, trygghet och tillförlitlighet. För att uppnå optimala resultat behöver konstruktörer använda lösningar för kontrollpaneler som kan hjälpa dem att organisera, förlägga kablage och märka paneler samt skydda dem mot externa och interna risker. Lösningarna bör vara skräddarsydda för industriella kontrollpanelers specifika krav och bör levereras med installations- och underhållsverktyg som garanterar korrekt funktion. Genom att använda kontrollpanelslösningar som uppfyller dessa kriterier kan konstruktörer bygga paneler som är effektiva, säkra, trygga och kompatibla.