Industriële bedieningspanelen ontwerpen voor ruimte, efficiëntie en veiligheid

Ontwerpers van industriële bedieningspanelen staan voor een groot aantal uitdagingen. Deze omvatten beperkte ruimte en budget, omgevingsgevaren zoals stroomuitval en blootstelling aan chemicaliën, en menselijke factoren zoals verkeerd gebruik en geknoei. Ondanks deze moeilijkheden moeten ontwerpers een paneel produceren dat compromisloze beveiliging, veiligheid, betrouwbaarheid en naleving van standaarden biedt.

Om deze doelen te bereiken hebben ontwerpers creatieve oplossingen nodig die de creatie, installatie en het gebruik van het bedieningspaneel vereenvoudigen. Ze hebben met name componenten nodig die op maat gemaakt zijn voor hun specifieke toepassing, evenals installatie- en onderhoudstools die een goede werking garanderen.

Dit artikel biedt richtlijnen voor het selecteren van deze componenten, met de nadruk op kosten- en ruimteoptimalisatie. Het behandelt bedradingssystemen, identificatiesystemen, veiligheidssystemen, toegangscontroles en UPS. Aan de hand van voorbeelden van Panduit wordt de rol van elk onderdeel en de selectiecriteria onderzocht. Het artikel legt ook uit hoe je deze componenten kunt implementeren om betrouwbaarheid, veiligheid en naleving van industrienormen te garanderen.

Ruimte-efficiënt ontwerp van bedieningspanelen door selectie van bedradingskanalen

Om een efficiënt besturingspaneel te ontwerpen, moeten automatiserings- en besturingstechnici rekening houden met verschillende factoren, zoals kabelseparatie, thermisch beheer, kabeldoorvoer, elektromagnetische interferentie (EMI), buigradius van de kabel en toekomstige uitbreidingsruimte. Bedradingskanalen spelen een cruciale rol in dit proces omdat ze het "skelet" vormen van het totale paneelontwerp. Bij het kiezen van een bedradingskanaal voor een industrieel bedieningspaneel moet een ontwerper rekening houden met de volgende factoren:

• Paneelontwerp: De afmetingen, het type paneel en specificaties zoals railmaat en koelcapaciteit hebben allemaal invloed op het type en de kenmerken van de benodigde bedradingsgoot.
• Afmetingen: Het bedradingskanaal moet ruimte bieden voor toekomstige toevoegingen of aanpassingen. Het mag echter niet zo groot zijn dat het onnodig veel ruimte inneemt in het bedieningspaneel.
• Type bedrading: Draden met verschillende afmetingen en functies (zoals stroom-, besturings- of datakabels) kunnen verschillende soorten kanalen of goten nodig hebben om goed aan te sluiten.
• Milieu en materialen: Gangbare materialen zijn onder andere polyvinylchloride (PVC) en acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS) plastic, maar sommige omstandigheden zoals hoge temperaturen, vocht of corrosieve stoffen vereisen kanalen van specifieke materialen of met bepaalde beschermende eigenschappen.
• Installatie en onderhoud: Het moet eenvoudig zijn om draden toe te voegen of te verwijderen en het kanaal moet eenvoudig te installeren zijn in het bedieningspaneel.
• Conformiteit: Het kanaal moet voldoen aan toepasselijke veiligheidsnormen, elektrische codes en industriespecifieke voorschriften.

Normen en voorschriften zijn bijzonder belangrijk, omdat het gebruik van een bedradingskanaal dat niet aan de normen voldoet, kan leiden tot veiligheidsrisico's of defecten aan het bedieningspaneel. Een voorbeeld van een onderdeel dat voldoet aan de normen is Panduit's F1X3LG6 kabelkanaal met sleuven, gemaakt van loodvrij PVC met een continue gebruikstemperatuur tot +122 °F (+50 °C). Dit voldoet aan de UL 94 brandbaarheidclassificatie van V-0 en voldoet aan de NFPA 79-2007 sectie 13.3.1 vereiste voor vlamvertragend materiaal.

De F1X3LG6 is ook zeer geschikt voor ruimtebesparende ontwerpen. Het heeft smalle sleuven die aansluiten op de ruimte tussen componenten met een hoge dichtheid en het heeft snijlijnen die het maken van grotere gaten voor aftakkingen of ander draadbeheer vergemakkelijken (Afbeelding 1). Hij is verkrijgbaar met opklikbare deksels die een snelle en veilige toegang tot de draden bieden.

Afbeelding 1: De Panduit F1X3LG6 heeft smalle, dicht bij elkaar geplaatste sleuven met een dubbel beperkt sleufontwerp voor het vasthouden van draden. (Bron afbeelding: Panduit)

Alternatieve oplossingen voor draadgeleiding voor bedieningspanelen

Natuurlijk zijn kanalen niet geschikt voor alle situaties. Draden moeten bijvoorbeeld door een gebied worden geleid waar geen kanaal in het chassis kan worden geboord. In dit scenario kunnen oplossingen zoals de ABM100-A-C kabelbinderbevestiging met zelfklevende achterzijde worden overwogen. Deze vierwegbevestiging is ontworpen voor zowel snelle installatie als langdurige betrouwbaarheid.

Zoals bij alle lijmsystemen moet ervoor worden gezorgd dat de juiste lijm wordt gekozen voor de toepassingsomgeving (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Er moet een lijmsysteem worden gekozen dat voldoet aan de eisen van de toepassingsomgeving. (Bron afbeelding: Panduit)

Bedrading en kabels van bedieningspanelen beschermen tegen schuren

Wanneer draden buiten een kanaal worden geleid, moet ervoor worden gezorgd dat ze niet worden beschadigd door schuren of andere gevaren. Voor bedieningspanelen is het bijvoorbeeld meestal nodig om draden van binnen de behuizing naar het voorpaneel te leiden. Deze draden moeten omwikkeld worden om beschadiging te voorkomen. Besturingstechnici kunnen kiezen uit opties zoals:

• Spiraalvormige wikkels: Schuurbescherming voor algemene doeleinden voor kabelbomen en kabelbundels. Kan gemakkelijk uitbreken en is verkrijgbaar in verschillende kleuren, materialen en maten.
• Gesplitste kabelboomwikkel: Flexibele en slijtvaste bescherming voor kabelbomen en kabelbundels. Het heeft een uniek gleufpatroon en een grote overlap die de installatietijd verkort en ruimte biedt aan verschillende bundeldiameters.
• Gevlochten kous: Continue bescherming tegen schuren voor draden, kabels, slangen en buizen. Het heeft een flexibel open weefsel dat geen warmte of vocht vasthoudt.
• Golfkous: Economische oplossing met een stevige wand die een volledige bescherming van een kabelbundel biedt. Hij is verkrijgbaar in verschillende materialen, sommige met een gleufwandontwerp voor eenvoudige installatie en verwijdering.
• Krimpkous: Goed voor het isoleren, beschermen en kleurcoderen van draden en kabels. Het kan ook gebruikt worden met terminals en kabelschoenen voor een schone, veilige en zekere installatie. Hij is verkrijgbaar in verschillende materialen, maten en wanddiktes, sommige met lijmvoering voor een waterdichte afdichting.

Bij de keuze van een geschikte wikkel spelen veel factoren een rol (Afbeelding 3). Als de toepassing bijvoorbeeld vraagt om een oplossing die licht en flexibel is en geschikt voor onregelmatige vormen, dan is de T25F-C spiraalwikkel een goede keuze. Deze draadomwikkeling is ontworpen voor eenvoudige installatie, maar is ook duurzaam en geschikt voor gebruik tot +122 °F (+50 °C).

Afbeelding 3: Er zijn verschillende soorten wikkellabels verkrijgbaar voor verschillende behoeften. (Bron afbeelding: Panduit)

Verbeter de onderhoudbaarheid en veiligheid van bedieningspanelen met kabelafsluiting, -beheer en -labeling

Voor een effectieve installatie, gebruik en onderhoud van een bedieningspaneel moeten ontwerpers de juiste methode en het juiste materiaal voor draadafsluiting kiezen (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Voorbeelden van afsluittypes en hun kenmerken. (Bron afbeelding: Panduit)

De optimale keuze hangt af van verschillende factoren, waaronder het aantal vereiste afsluitingen. De DNF14-250FIB-C nylon geïsoleerde vrouwelijke ontkoppeling kan bijvoorbeeld zonder gereedschap op de mannelijke tab worden geplaatst en verwijderd, wat leidt tot lagere installatiekosten en eenvoudiger onderhoud. De FSD80-8-KD6 geïsoleerde adereindhuls met DIN-eindhuls is daarentegen ontworpen voor gebruik met geautomatiseerde applicators die beter geschikt zijn voor eindverbindingen met een groot aantal draden.

Kabelbinders spelen ook een belangrijke rol in veiligheid en onderhoud door de bedrading georganiseerd en veilig te houden. Er is een grote verscheidenheid aan dassen om aan verschillende behoeften te voldoen, zoals te zien is in Afbeelding 5. Naast het basisontwerp van de stropdas is de materiaalkeuze een kritische overweging. De PLT1,5M-M bundelbanden zijn bijvoorbeeld gemaakt van Nylon 6.6 en zijn daarom het meest geschikt voor gebruik binnenshuis. Voor buitentoepassingen met risico's zoals zout en zure regen is een materiaal als propyleen beter.

Afbeelding 5: De materiaalselectie voor bundelbanden vereist een zorgvuldige afweging van een groot aantal omgevingsfactoren; de PLT1,5M-M bundelbanden gebruiken Nylon 6.6 en zijn het best geschikt voor gebruik binnenshuis. (Bron afbeelding: Panduit)

Het gebruik van de juiste kabelbinders kan de productiviteit verhogen, de kosten verlagen en de veiligheid van de arbeiders verbeteren. Het GTH-E-kabelbinderpistool is bijvoorbeeld ontworpen met het oog op gebruiksgemak (Afbeelding 6). Er is 15% minder handkracht nodig dan bij vergelijkbaar gereedschap en het afbreekmechanisme van de bundelband vermindert de impact op de hand van de gebruiker met meer dan 40%.

Afbeelding 6: Dit zijn de belangrijkste kenmerken van het GTH-E-kabelbinderspistool, dat is ontworpen met het oog op gebruiksgemak. (Bron afbeelding: Panduit)

Tot slot zijn duidelijke labels cruciaal voor het juiste gebruik en onderhoud van een bedieningspaneel. De keuze van het label hangt niet alleen af van het beoogde gebruik, maar ook van de omgevingsgevaren (Afbeelding 7). Als kabels bijvoorbeeld alleen worden blootgesteld aan milde vloeistoffen op waterbasis, werkt een oplossing zoals het S100X150VATY thermotransfer vinyl zelflaminerende label goed. Deze labels hebben specifieke afmetingen voor draad- en kabeltoepassingen en zijn geschikt voor gebruik tot +150 °F (+65 °C).

Afbeelding 7: Getoonde voorbeelden van etiketteringsoplossingen en hun geschiktheid voor verschillende omgevingsgevaren. (Bron afbeelding: Panduit)

Oplossingen zoals de TDP43ME thermische transferprinter kunnen helpen om een juiste etikettering te garanderen (Afbeelding 8). Met deze thermische transferprinter kunnen operators labels aanbrengen op draden en kabels tot 12,7 millimeter (mm) van het uiteinde van connectoren en aansluitingen. De printer biedt cyclustijden die tot drie keer sneller zijn dan traditionele handmatige installatie en twee keer zo snel als concurrerende oplossingen. Het ergonomische ontwerp vermindert vermoeidheid bij de operator en minimaliseert het risico op letsel door herhaalde bewegingen.

Afbeelding 8: De TDP43ME thermische transferprinter wordt geleverd met software en accessoires voor efficiënt labelen. (Bron afbeelding: Panduit)

Aarding en veiligheid in besturingspaneeltoepassingen

Gezien het hoge vermogen dat aanwezig is in industriële bedieningspanelen, is een goede aarding cruciaal voor de veiligheid. Het kiezen van een grondbalk is dus een kritische ontwerpkeuze, die niet alleen van invloed kan zijn op de veiligheid, maar ook op de kosteneffectiviteit en onderhoudbaarheid van een bedieningspaneel.

De universele aardingsstaaf UGB2/0-414-6 illustreert dit punt. Het maakt deel uit van het door Panduit gepatenteerde StructuredGround™ Universal Ground Bar System (UGB), dat compatibel is met alle soorten draadbeëindigingsmethoden en meer dan 140 connectors. Deze flexibiliteit vereenvoudigt het ontwerp en het onderhoud aanzienlijk. Bovendien zijn er twee stand-off montageopties beschikbaar voor extra bedradingsruimte in krappe ruimtes.

Veiligheid en productiviteit staan soms op gespannen voet met elkaar. De regelgeving schrijft bijvoorbeeld een test voor om de afwezigheid van spanning te bevestigen voordat er onderhoud wordt gepleegd aan elektrische apparatuur. Dit kan een tijdrovend proces zijn met handinstrumenten. De VS-AVT-C02-L03 VeriSafe afwezigheidsspanningstester vereenvoudigt de zaken door de procedure te automatiseren. Zodra dit apparaat op het voorpaneel is geïnstalleerd, kunnen werknemers met één druk op de knop bevestigen dat er geen spanning is (Afbeelding 9).

Afbeelding 9: Geautomatiseerd testen met instrumenten zoals de VS-AVT-C02-L03 VeriSafe afwezigheidsspanningstester is niet alleen sneller maar ook veiliger. (Bron afbeelding: Panduit)

Een betrouwbaar netwerk behouden en knoeien met industriële ethernetoplossingen en UPS voorkomen

Datanetwerken maken nu deel uit van de meeste ontwerpen voor bedieningspanelen. Om inbreuken op de beveiliging en downtime door sabotage of misbruik te voorkomen, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat netwerkkabels op hun plaats blijven. Hiervoor werden de PSL-DCJB RJ45-jackmodule block-out-apparaten gemaakt. Deze apparaten worden in ongebruikte ethernetpoorten gestoken en zijn alleen toegankelijk voor bevoegde werknemers die de pluggen met een speciaal gereedschap kunnen verwijderen. Omgekeerd voorkomen lock-in apparaten dat netwerkkabels uit actieve Ethernetpoorten worden verwijderd.

In sommige gevallen moet een Ethernetpoort toegankelijk zijn vanaf de buitenkant van het bedieningspaneel. Hier spelen oplossingen zoals de IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP bulkhead RJ45-koppelingsmodule met beschermkap een waardevolle rol. Deze bulkhead heeft een IP67-afdichting die bescherming biedt tegen stof en tijdelijke onderdompeling in water, waardoor hij geschikt is voor werkcellen die moeten worden schoongemaakt.

Voor apparaten met netwerkvoeding hebben de Ethernet-stekkers speciale functies nodig. De FPS6X88MTG IndustrialNet, categorie 6A afgeschermde, in het veld afsluitbare RJ45-stekker is bijvoorbeeld ontworpen voor Power-over-Ethernet (PoE) en vergelijkbare toepassingen volgens IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Onder andere overtreft deze stekker de ANSI/TIA 568-C.2 Categorie 6A en ISO 11801 Klasse EA Kanaal prestatie-eisen en voldoet hij aan de ANSI/TIA-1096-A (voorheen FCC Deel 68), IEC 60603-7 en IEC 60529 (IP20) normen.

Ongeacht de voedingsbron hebben veel besturingspanelen een ononderbreekbare stroomvoorziening (UPS) nodig om te kunnen blijven functioneren wanneer de stroom uitvalt. Bij het kiezen van een UPS voor een bedieningspaneel moeten regeltechnici rekening houden met het volgende:

• Vermogen: De uitvoer moet groter zijn dan het stroomverbruik van het bedieningspaneel.
• Onderhoud: Beheer op afstand maakt bewaking en controle van belangrijke parameters mogelijk, wat kosten en tijd bespaart.
• Montage: Opties zoals montage op DIN-rail vergemakkelijken de integratie in bedieningspanelen.
• Veiligheid en conformiteit: De UPS moet minimaal voldoen aan relevante normen zoals UL508.

De UPS00100DC industriële netwerk-UPS demonstreert een aantal manieren om verder te gaan dan deze basisprincipes. Het maakt gebruik van ultracondensatoren in plaats van batterijen, waardoor het risico van uitvaltijd afneemt en de opbouw van waterstofgas wordt vermeden. Het ontwerp zonder batterij is onderhoudsvrij, levert een 2X betere ROI en 50 tot 70% lagere eigendomskosten dan een UPS op batterijbasis.

Conclusie

Het ontwerpen van industriële besturingspanelen is een veeleisend en ingewikkeld proces waarbij ruimte, veiligheid en betrouwbaarheid in balans moeten worden gebracht. Om optimale resultaten te bereiken, moeten ontwerpers oplossingen voor bedieningspanelen gebruiken die hen kunnen helpen bij het organiseren, bedraden en labelen van hun panelen, en ze tevens beschermen tegen externe en interne gevaren. Deze oplossingen moeten op maat gemaakt zijn voor de specifieke vereisten van toepassingen met industriële bedieningspanelen en moeten worden geleverd met installatie- en onderhoudshulpmiddelen die een goede werking garanderen. Door oplossingen voor bedieningspanelen te gebruiken die aan deze criteria voldoen, kunnen ontwerpers panelen bouwen die effectief, veilig en conform de voorschriften zijn.