Slik konstrueres industrielle styringspaneler for plass, effektivitet og sikkerhet

Konstruktører av industrielle styringspaneler står overfor en rekke utfordringer. Disse inkluderer begrenset plass og budsjett, miljøfarer som tap av strøm og eksponering for kjemikalier og menneskelige faktorer som misbruk og sabotasje. Til tross for disse vanskelighetene må konstruktører produsere et panel som gir kompromissløs sikkerhet, pålitelighet og samsvar med standarder.

For å oppnå disse målene trenger konstruktører kreative løsninger som forenkler oppretting, installasjon og bruk av styringspanelet. Nærmere bestemt trenger de komponenter som er skreddersydd for deres spesifikke brukstilfelle, samt installasjons- og vedlikeholdsverktøy som sikrer riktig drift.

Denne artikkelen tilbyr veiledning for valg av disse komponentene, med fokus på kostnads- og plassoptimalisering. Den dekker kablingssystemer, identifikasjonssystemer, sikkerhetssystemer, tilgangsstyringer og UPS (avbruddsfri strømforsyning). Ved å bruke eksempler fra Panduit, utforsker den hver komponents rolle og valgkriterier. Artikkelen forklarer også hvordan disse komponentene kan implementeres for å sikre pålitelighet, sikkerhet og samsvar med bransjestandarder.

Plasseffektiv konstruksjon av styringspanel gjennom valg av kablingskanal

For å konstruere et effektivt styringspanel må automasjons- og styringsteknikere konkurrere mot en rekke faktorer, for eksempel kabelsegregering, varmestyring, kabelinngang, elektromagnetisk interferens (EMI), kabelbøyeradius og fremtidig ekspansjonsplass. Kablingskanaler spiller en svært viktig rolle i denne prosessen, ettersom de danner «skjelettet» til den generelle panelkonstruksjonen. Når en kablingskanal for et industrielt styringspanel skal velges, bør en tekniker ta følgende faktorer i betraktning:

• Panelkonstruksjon: Dimensjonene, paneltypen og spesifikasjoner som strømskinnestørrelse og kjølekapasitet påvirker typen og egenskapene til kablingskanalen som trengs.
• Størrelse: Kablingskanalen bør ha litt ekstra plass for fremtidige tillegg eller justeringer. Den bør imidlertid ikke være så stor at den unødvendig tar opp plass i styringspanelet.
• Ledningstype: Ledninger med forskjellige størrelser og egenskaper (for eksempel strøm-, styrings- eller datakabler) kan trenge forskjellige typer kanaler for å oppnå riktig tilpasning.
• Miljø og materialer: Vanlige materialer inkluderer plastikk som polyvinylklorid (PVC) og akrylnitrilbutadienstyren (ABS), men noen forhold som høye temperaturer, fuktighet eller etsende stoffer krever kanaler laget av spesifikke materialer eller med visse beskyttende egenskaper.
• Installasjon og vedlikehold: Det skal være enkelt å legge til eller fjerne ledninger, og kanalen skal være enkel å installere i styringspanelet.
• Samsvar: Kanalen må oppfylle gjeldende sikkerhetsstandarder, elektriske forskrifter og bransjespesifikke regelverk.

Standarder og regelverk er spesielt viktige, fordi bruken av en ikke-kompatibel kablingskanal kan føre til sikkerhetsrisikoer eller svikt i styringspanelet. Ett eksempel på en del som er kompatibel med standarder, er Panduit sin F1X3LG6, en slisset kablingskanal laget av blyfri PVC med en klassifisert temperatur for kontinuerlig bruk på opptil +50 °C (+122 °F). Dette oppfyller UL 94-brennbarhetsklassifikasjonen på V-0 og oppfyller kravene i NFPA 79-2007 avsnitt 13.3.1 for flammehemmende materiale.

F1X3LG6 er også godt egnet for plassbesparende konstruksjoner. Den har smale spor som er justert i henhold til avstanden mellom komponenter med høy tetthet, og den har skårelinjer som gjør det enklere å lage større hull for forgreninger eller annen ledningshåndtering (figur 1). Den er tilgjengelig med trykklåsdeksler som gir rask og sikker tilgang til ledningene.

Figur 1: Panduit F1X3LG6 har smale, tettplasserte spor med et dobbelbegrenset spor for å holde kabler på plass. (Bildekilde: Panduit)

Alternative løsninger for ledningsføring for styringspaneler

Selvfølgelig er ikke kanaler egnet for alle situasjoner. Ledninger må for eksempel føres gjennom et område der en kanal ikke kan bores inn i kabinettet. I dette scenariet kan løsninger som det selvklebende buntebåndsfestet ABM100-A-C tas i betraktning. Denne fireveismonteringen er konstruert for både rask installasjon og langsiktig pålitelighet.

I likhet med alle klebemiddelsystemer, må det utvises forsiktighet for å sikre at riktig klebemiddel er valgt for konstruksjonens omgivelser (figur 2).

Figur 2: Et klebemiddelsystem som møter kravene til konstruksjonens omgivelser bør velges. (Bildekilde: Panduit)

Beskytte ledninger og kabler i styringspanelet mot slitasje

Når ledninger føres utenfor en kanal, må det utvises forsiktighet for å sikre at de ikke blir skadet av slitasje eller andre farer. For eksempel krever styringspaneler vanligvis ruting av ledninger fra innsiden av kabinettet til frontpanelet. Disse ledningene bør pakkes inn for å unngå skade. Styringsteknikere kan velge fra flere alternativer, deriblant:

• Spiralstrømpe: Generell slitasjebeskyttelse for kabelsett og kabelbunter. Muliggjør enkel utbrytning (breakout) og kommer i forskjellige farger, materialer og størrelser.
• Pan-wrap delt kabelsettstrømpe: Fleksibel og slitesterk beskyttelse for kabelsett og kabelbunter. Den har et unikt spormønster og stor overlapping som reduserer installasjonstiden og gir plass til ulike buntdiametre.
• Flettet kabelstrømpe: Kontinuerlig slitasjebeskyttelse for ledninger, kabler, slanger og rør. Den har en fleksibel åpen fletting som ikke fanger varme eller fuktighet.
• Korrugert rør: Økonomisk løsning med en solid veggkonstruksjon som gir fullverdig beskyttelse av en kabelbunt. Den er tilgjengelig i forskjellige materialer, noen med en spalteveggutforming for enkel installasjon og fjerning.
• Krympestrømpe: God for isolering, beskyttelse og fargekoding av ledninger og kabler. Den kan også brukes med terminaler og kabelsko for en ren, trygg og sikker installasjon. Den er tilgjengelig i forskjellige materialer, størrelser og veggtykkelser, der noen har selvklebende fôr for å gi vanntett forsegling.

Mange faktorer spiller inn i valget av en egnet strømpe (wrap) (figur 3). Hvis konstruksjonen for eksempel krever en løsning som er lett, fleksibel og i stand til å imøtekomme uregelmessige former, er T25F-C-spiralstrømpen (spiral wrap) et godt valg. Denne ledningsstrømpen er utviklet for å gi enkel installasjon, men er også holdbar og klassifisert for bruk i opptil +50 °C (+122 °F).

Figur 3: Forskjellige typer ledningsstrømper er tilgjengelige for å møte ulike behov. (Bildekilde: Panduit)

Bedre vedlikehold og sikkerhet for styringspanelet med kabelterminering, administrasjon og merking

For å sikre effektiv installasjon, bruk og vedlikehold av et styringspanel, må konstruktører velge riktig kabeltermineringsmetode og -materiale (figur 4).

Figur 4: Her vises eksempler på termineringstyper og egenskapene til disse. (Bildekilde: Panduit)

Det optimale valget avhenger av flere faktorer, for eksempel hvor mange termineringer som kreves. For eksempel kan den nylonisolerte DNF14-250FIB-C-hunnfrakoblingen settes inn og fjernes fra hannfliken uten å bruke verktøy, noe som fører til lavere installasjonskostnader og enklere vedlikehold. Den isolerte hylsen FSD80-8-KD6 med DIN-endehylse for enledere, er derimot konstruert for bruk med automatiserte applikatorer som er bedre egnet for termineringer med høye antall.

Buntebånd spiller også en viktig rolle for sikkerhet og vedlikehold ved å holde ledningene organisert og sikre. Det finnes et bredt utvalg av bånd for å møte ulike behov, som vist i figur 5. I tillegg til den grunnleggende utformingen av buntebåndet, er materialvalg en viktig faktor. For eksempel er de låsbare PLT1.5M-M-buntebåndene laget av nylon 6.6, og er derfor best egnet for innendørs bruk. For utendørs bruk med farer som salt og sur nedbør, vil et materiale som propylen være bedre.

Figur 5: Materialvalg for buntebånd krever nøye vurdering av et bredt spekter av miljøfaktorer. De låsbare PLT1.5M-M-buntebåndene bruker nylon 6.6 og er best egnet for innendørs bruk. (Bildekilde: Panduit)

Bruk av egnede buntebåndsverktøy kan forbedre produktiviteten, redusere kostnader og øke sikkerheten for arbeidere. For eksempel er GTH-E-buntebåndpistolen konstruert for å være enkel å bruke (figur 6). Den krever 15 % mindre håndtakskraft enn lignende verktøy, og kuttemekanismen for buntebånd reduserer virkningen på brukerens hånd med mer enn 40 %.

Figur 6: Her vises viktige egenskaper for GTH-E-buntebåndpistolen, som er konstruert for å være enkel å bruke. (Bildekilde: Panduit)

Tydelige etiketter er avgjørende for riktig bruk og vedlikehold av et styringspanel. Valget av etikett avhenger ikke bare av den tiltenkte bruken, men også av miljøfarene (figur 7). Hvis kabler bare skal utsettes for milde, vannbaserte væsker, kan en løsning som S100X150VATY, en selvlaminerende vinyletikett med termisk overføring, fungere godt. Disse etikettene er dimensjonert spesielt for lednings- og kablingsløsninger, og de er klassifisert for bruk i opptil +65 °C (+150 °F).

Figur 7: Her vises eksempler på etikettløsninger og egnetheten for ulike miljøfarer. (Bildekilde: Panduit)

Løsninger som TDP43ME, en skriver for termisk overføring, kan bidra til å sikre riktig merking (figur 8). Denne skriveren for termisk overføring gjør det mulig for operatører å plassere etiketter på ledninger og kabler så nær som 12,7 millimeter (mm) (1/2 tomme) fra kontakt- og terminalenden. Skriveren tilbyr syklustider som er opptil tre ganger raskere enn tradisjonell manuell installasjon, og den er dobbelt så rask som konkurrerende løsninger. Den ergonomiske utformingen reduserer operatørens tretthet og minimerer risikoen for skader som følge av gjentatte bevegelser.

Figur 8: TDP43ME-skriveren for termisk overføring leveres med programvare og tilbehør for effektiv etikettering. (Bildekilde: Panduit)

Jording og sikkerhet i konstruksjoner med styringspanel

Tatt i betraktning den høye effekten som finnes i industrielle styringspaneler, er riktig jording avgjørende for sikkerheten. Riktig valg av jordskinne er derfor en viktig konstruksjonsfaktor – et valg som ikke bare kan påvirke sikkerheten, men også kostnadseffektiviteten og vedlikeholdsevnen til et styringspanel.

Den universelle jordskinnen UGB2/0-414-6 illustrerer dette punktet. Den er en del av Panduit sitt patenterte StructuredGround™ Universal Ground Bar System (UGB), som er kompatibelt med alle typer kabeltermineringsmetoder og over 140 kontakter. Denne fleksibiliteten forenkler konstruksjon og vedlikehold betraktelig. I tillegg er to frittstående monteringsalternativer tilgjengelige, noe som gir ekstra ledningsplass i trange områder.

Sikkerhet og produktivitet er ikke alltid like kompatible med hverandre. For eksempel krever mandater en test for å bekrefte fraværet av spenning før service utføres på elektrisk utstyr. Dette kan være en tidskrevende prosess med håndholdte instrumenter. VS-AVT-C02-L03 VeriSafe-spenningsprøveren forenkler dette ved å automatisere prosedyren. Når denne enheten er installert i frontpanelet, kan et enkelt knappetrykk gjøre det mulig for arbeidere å bekrefte fraværet av spenning (Figur 9).

Figur 9: Automatisert testing med instrumenter som VS-AVT-C02-L03 VeriSafe-spenningsprøveren er ikke bare raskere, men også tryggere. (Bildekilde: Panduit)

Opprettholde pålitelig nettverk og unngå sabotasje med industrielle Ethernet-løsninger og UPS

Datanettverk er nå en del av de fleste konstruksjoner med styringspaneler. For å unngå sikkerhetsbrudd og nedetid, enten på grunn av manipulering eller misbruk, er det viktig å sikre at nettverkskablene forblir på plass. Blokkeringsenhetene PSL-DCJB5 for RJ4-kontaktmoduler ble opprettet for dette formålet. Disse enhetene settes inn i ubrukte Ethernet-porter, og gir kun tilgang til autoriserte arbeidere som kan fjerne pluggene med et spesialverktøy. Vekselsvis forhindrer låste enheter at nettverkskabler fjernes fra aktive Ethernet-porter.

I noen tilfeller må en Ethernet-port være tilgjengelig fra utsiden av styringspanelet. Her vil løsninger som for eksempel IAEBHC6, en IndustrialNet Cat 6 UTP RJ45-kontaktmodul for gjennomføring med beskyttelsesdeksel, spille en verdifull rolle. Denne gjennomføringen gir IP67-klassifisert forsegling, som gir beskyttelse mot støv og midlertidig nedsenking i vann, noe som gjør den egnet for arbeidsceller som krever nedvasking.

For nettverksdrevne enheter, krever Ethernet-pluggene spesielle funksjoner. FPS6X88MTG, en IndustrialNet RJ45-plugg skjermet i henhold til kategori 6A for feltterminering, er for eksempel konstruert for strøm over Ethernet (PoE – Power-over-Ethernet) og lignende bruksområder, i henhold til IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). I tillegg til andre egenskaper, overgår pluggen ytelseskravene i ANSI/Tia 568-C.2 kategori 6A og ISO 11801 klasse EA Channel, og den overholder standardene ANSI/TIA-1096-A (tidligere FCC Part 68), IEC 60603-7 og IEC 60529 (IP20).

Uavhengig av strømkilden, krever mange styringspaneler en avbruddsfri strømforsyning (UPS) for å opprettholde funksjonaliteten i tilfelle strømbrudd. Når en UPS for et styringspanel skal velges, bør kontrollteknikere ta følgende i betraktning:

• Strømkapasitet: Utgangen bør overstige styringspanelets strømforbruk.
• Vedlikehold: Ekstern styring gjør det mulig å overvåke og styre viktige parametere, noe som reduserer kostnader og tid.
• Montering: Alternativer som DIN-skinnemontering gjør det enkelt å integrere i styringspaneler.
• Sikkerhet og samsvar: Som et minimum bør UPS-en oppfylle relevante standarder som UL508.

UPS-enheten UPS00100DC for industrinettverk viser en rekke måter å gå lenger enn dette på. Den bruker ultrakondensatorer (superkondensatorer) i stedet for batterier, noe som reduserer risikoen for nedetid og unngår potensiell hydrogengassoppbygging. Den batterifrie konstruksjonen er vedlikeholdsfri, og gir dobbelt så god avkastning på investeringen og 50–70 % lavere eierkostnader enn en batteribasert UPS.

Konklusjon

Utforming av industrielle styringspaneler er en krevende og komplisert prosess som involverer å balansere plass, sikkerhet, trygghet og pålitelighet. For å oppnå optimale resultater må konstruktører bruke styringspanelløsninger som kan hjelpe dem med å organisere, trekke ledninger og merke panelene sine, samt skjerme dem mot eksterne og interne farer. Disse løsningene bør skreddersys i henhold til de spesifikke kravene til konstruksjoner med industrielle styringspanel, og de bør leveres med installasjons- og vedlikeholdsverktøy som garanterer riktig drift. Ved å bruke styringspanelløsninger som oppfyller disse kriteriene, kan konstruktører bygge paneler som er effektive, sikre, trygge og kompatible.