Teollisuuden ohjauspaneelien suunnittelu tilan, hyötysuhteen ja turvallisuuden kannalta

Teollisuuden ohjauspaneelien suunnittelijoilla on monia haasteita. Niihin kuuluvat muun muassa rajallinen tila ja budjetti, ympäristöriskit, kuten sähkökatkot ja altistuminen kemikaaleille, sekä inhimilliset tekijät, kuten väärinkäyttö ja manipulointi. Suunnittelijoiden täytyy näistä vaikeuksista huolimatta tarjota ohjauspaneeli, joka tarjoaa tinkimättömän turvallisuuden, varmuuden, luotettavuuden ja standardien mukaisuuden.

Tämän tavoitteen saavuttamiseen tarvitaan luovia ratkaisuja, joilla yksinkertaistetaan ohjauspaneelin luontia, asentamista ja käyttöä. Suunnittelijat tarvitsevat erityisesti heidän käyttötarkoituksensa mukaan räätälöityjä komponentteja sekä asennus- ja huoltotyökaluja, joilla taataan paneelin asianmukainen toiminta.

Tämä artikkeli tarjoaa ohjeita näiden komponenttien valintaan ja keskittyy kustannusten ja tilan optimointiin. Siinä käsitellään johdotusjärjestelmät, tunnistusjärjestelmät, turvajärjestelmät, käytönvalvontajärjestelmät ja UPS-laitteet. Siinä tarkastellaan kunkin komponentin roolia ja valintaperusteita Panduitin esimerkkien avulla. Artikkelissa selitetään myös, miten nämä komponentit täytyy toteuttaa, että voidaan taata luotettavuus, turvallisuus ja alan standardien noudattaminen.

Johdotuskanavan valinta tilatehokkaassa ohjauspaneelin suunnittelussa

Automaatio- ja ohjausinsinöörien täytyy ottaa tehokkaan ohjauspaneelin suunnittelussa huomioon useita tekijöitä, kuten kaapelien erottelu, lämmönhallinta, kaapeleiden sisäänvienti, sähkömagneettiset häiriöt (EMI), kaapeleiden taivutussäde ja tulevaisuuden laajennuksiin tarvittava tila. Johdotuskanavilla on tässä prosessissa ratkaiseva rooli, sillä ne muodostavat koko paneelirakenteen ”tukirungon”. Kun suunnittelija valitsee johdotuskanavaa teollisuuden ohjauspaneeliin, hänen on otettava huomioon seuraavat tekijät:

• Paneelin rakenne: Paneelin mitat, tyyppi ja spesifikaatiot, kuten vaihekiskojen koko ja jäähdytysteho, vaikuttavat kaikki tarvittavan johdotuskanavan tyyppiin ja ominaisuuksiin.
• Koko: Johdotuskanavan tulisi tarjota tilaa tuleville lisäyksille ja muutoksille. Se ei kuitenkaan saa olla niin iso, että se veisi ohjauspaneelissa tarpeettomasti tilaa.
• Johdotustyyppi: Erikokoiset ja eri tehtäviin tarkoitetut johdot (kuten virta-, ohjaus- tai datakaapelit) saattavat vaatia erityyppisiä kanavia tai läpivientejä, jotta sopivuus olisi optimaalinen.
• Ympäristö ja materiaalit: Yleisiä materiaaleja ovat polyvinyylikloridi (PVC) ja akryylinitriilibutadieenistyreenimuovi (ABS). Jotkin olosuhteet, kuten korkeat lämpötilat, kosteus tai syövyttävät aineet, vaativat kuitenkin tietyistä materiaaleista valmistettuja tai tiettyjä suojaominaisuuksia tarjoavia kanavia.
• Asennus ja huolto: Johtojen lisäämisen tai poistamisen tulisi olla helppoa, ja kanavan pitäisi olla helppo asentaa ohjauspaneeliin.
• Vaatimustenmukaisuus: Kanavan on täytettävä sovellettavat turvallisuusstandardit, sähköturvallisuusmääräykset ja alakohtaiset määräykset.

Standardit ja määräykset ovat erityisen tärkeitä, sillä vaatimustenvastaisen johdotuskanavan käyttö voi aiheuttaa turvallisuusriskejä tai ohjauspaneelin vikaantumisen. Esimerkki standardien mukaisesta osasta on Panduitin uritettu johdotuskanava F1X3LG6, joka on valmistettu lyijyttömästä PVC-muovista ja jonka lämpötilaluokitus on jatkuvassa käytössä jopa +50 °C (+122 °F). Tämä täyttää UL 94 -syttyvyysluokituksen V-0 ja täyttää NFPA 79-2007 -standardin 13.3.1 -osion vaatimukset palamista hidastavalle materiaalille.

Johdotuskanava F1X3LG6 soveltuu hyvin myös tilatehokkaisiin ratkaisuihin. Se sisältää kapeita koloja, jotka kohdistuvat tiheiden komponenttivälien kanssa, sekä pisteviivat, jotka helpottavat suurempien reikien luontia haaroitusta tai muuta johtojen hallintaa varten (kuva 1). Tuote on saatavana päällenapsautettavilla kansilla, jotka mahdollistavat nopean ja turvallisen pääsyn johtoihin.

Kuva 1: Panduitin johdotuskanavassa F1X3LG6 on kapeat, lähekkäin sijoitetut kolot, joissa on kaksinkertaisesti rajoitettu kolomuotoilu johtojen kiinnipitämistä varten. (Kuvan lähde: Panduit)

Vaihtoehtoisia ratkaisuja johtojen reititykseen ohjauspaneeleissa

Kanavat eivät tietenkään sovellu kaikkiin tilanteisiin. Johdot voidaan esimerkiksi joutua reitittämään sellaisen alueen läpi, jossa kanavaa ei voi porata runkoon. Tällaisessa tilanteessa voidaan harkita sellaisia ratkaisuja kuten liimataustaista nippusidekiinnikettä ABM100-A-C. Tämä nelisuuntainen kiinnike mahdollistaa sekä nopean asennuksen että pitkäaikaisen luotettavuuden.

Kuten kaikkien liimaa käyttävien järjestelmien kohdalla, liima on tällöin valittava huolellisesti käyttöympäristön mukaan (kuva 2).

Kuva 2: Liimaa käyttävä järjestelmä on valittava käyttöympäristön vaatimusten mukaisesti. (Kuvan lähde: Panduit)

Ohjauspaneelin johtojen ja kaapeleiden suojaaminen hankaukselta

Kun johdot reititetään kanavan ulkopuolelle, on huolehdittava siitä, etteivät ne vaurioidu hankauksen tai muiden tekijöiden vuoksi. Ohjauspaneelit esimerkiksi edellyttävät yleensä johdinten reitittämistä kotelon sisältä etupaneeliin. Nämä johdot on suojattava vaurioiden välttämiseksi. Suunnittelijoilla on valittavana mm. seuraavia vaihtoehtoja:

• Suojaspiraali: Yleiskäyttöinen hankaussuoja johtosarjoille ja kaapelinipuille. Johdon tuominen spiraalin ulkopuolelle on helppoa. Saatavana eri väreissä, materiaaleissa ja kokoina.
• Pan-Wrap-kaapeliputki: Joustava ja hankausta kestävä suoja johtosarjoille ja kaapelinipuille. Se tarjoaa ainutlaatuisen uramallin ja leveän päällekkäisen osan, joka lyhentää asennusaikaa ja sopii halkaisijaltaan erilaisille nipuille.
• Punottu holkki: Jatkuva hankaussuoja johdoille, kaapeleille, letkuille ja putkille. Siinä on joustava avoin kudos, joka ei kerää lämpöä eikä kosteutta.
• Aaltoputki: Taloudellinen ratkaisu kiinteällä seinämärakenteella, joka tarjoaa kattavan suojan kaapelinipulle. Putkea on saatavilla eri materiaaleina, joista joissakin on halkaistu seinämärakenne, joka helpottaa asennusta ja irrotusta.
• Kutistesukka: Hyvä johtojen ja kaapeleiden eristykseen, suojaukseen ja värikoodaukseen. Sitä voidaan käyttää myös liittimien ja kaapelikenkien kanssa selkeää, turvallista ja luotettavaa asennusta varten. Sitä on saatavana eri materiaaleina, kokoina ja seinämäpaksuuksina. Joissakin malleissa on liimapinnoite vedenpitävää tiivistystä varten.

Sopivan suojuksen valintaan vaikuttavat monet tekijät (kuva 3). Jos sovelluksessa esimerkiksi tarvitaan kevyt ja joustava ratkaisu, joka pystyy mukautumaan epäsäännöllisiin muotoihin, suojaspiraali T25F-C on hyvä valinta. Tämä johtosuojus on helppo asentaa, mutta se on myös kestävä ja luokiteltu jopa lämpötilaan +50 °C (+122 °F) asti.

Kuva 3: Erilaiset johtosuojukset vastaavat erilaisiin tarpeisiin. (Kuvan lähde: Panduit)

Ohjauspaneelien huollettavuuden ja turvallisuuden parantaminen kaapeliliittimillä, kaapelien hallinnalla ja merkinnöillä

Suunnittelijoiden on valittava sopiva menetelmä ja materiaali johtojen liittämistä varten, jotta ohjauspaneelin asennus, käyttö ja huolto voisi toimia tehokkaasti (kuva 4).

Kuva 4: Kuvassa on esimerkkejä liitintyypeistä ja niiden ominaisuuksista. (Kuvan lähde: Panduit)

Optimaalinen valinta riippuu useista tekijöistä, kuten tarvittavien liitäntöjen määrästä. Esimerkiksi nailoneristeinen naarasliitin DNF14-250FIB-C voidaan kytkeä urosnastaan ja irrottaa urosnastasta ilman työkaluja, mikä laskee asennuskustannuksia ja helpottaa huoltoa. Yksijohtoinen DIN-pääteholkki FSD80-8-KD6 on sitä vastoin suunniteltu käytettäväksi automaattisten koneiden kanssa, jotka soveltuvat paremmin suurille liitäntämäärille.

Nippusiteillä on myös tärkeä rooli turvallisuuden ja kunnossapidon kannalta, sillä ne pitävät johdotukset järjestyksessä ja paikoillaan. Erilaisiin tarpeisiin on saatavilla monenlaisia nippusiteitä, kuten kuva 5 näyttää. Materiaalivalinta on tärkeä näkökohta nippusiteen perusrakenteen lisäksi. Esimerkiksi lukittavat PLT1.5M-M-nippusiteet on valmistettu nailon 6.6 -materiaalista, ja ne soveltuvat siksi parhaiten sisäkäyttöön. Ulkosovelluksiin, joissa esiintyy suolan ja happosateen kaltaisia vaaratekijöitä, sopii parhaiten propyleenin kaltainen materiaali.

Kuva 5: Nippusiteiden materiaalin valinta vaatii monenlaisten ympäristötekijöiden huolellista punnitsemista. Lukittavissa PLT1.5M-M-nippusiteissä käytetään nailon 6.6 -materiaalia, ja ne soveltuvat parhaiten sisäkäyttöön. (Kuvan lähde: Panduit)

Sopivien nippusidetyökalujen käyttö voi parantaa tuottavuutta, vähentää kustannuksia ja parantaa työntekijöiden turvallisuutta. Esimerkiksi nippusidepistooli GH-E on suunniteltu helppokäyttöiseksi (kuva 6). Sen käyttö vaatii 15 % vähemmän käsivoimaa kuin muut vastaavat työkalut. Lisäksi sen nippusiteiden katkaisumekanismi vaimentaa käyttäjän käteen kohdistuvaa iskua yli 40 %.

Kuva 6: Kuvassa on helppokäyttöiseksi suunnitellun GTH-E-nippusidepistoolin tärkeimmät ominaisuudet. (Kuvan lähde: Panduit)

Selkeät merkinnät ovat ratkaisevan tärkeitä ohjauspaneelin asianmukaisen käytön ja huollon kannalta. Merkintätavan valinta riippuu käyttötarkoituksen lisäksi myös ympäristön aiheuttamista vaaratekijöistä (kuva 7). Jos kaapelit altistuvat vain miedoille, vesipohjaisille nesteille, sopiva ratkaisu on esimerkiksi vinyylinen itselaminoituva lämpösiirtotarra S100X150VATY. Nämä etiketit on mitoitettu erityisesti johdin- ja kaapelisovelluksia varten. Ne on luokiteltu käyttöön lämpötilaan +65 °C (+150 °F) asti.

Kuva 7: Kuvassa on esimerkkejä merkintäratkaisuista ja niiden soveltuvuudesta erilaisten ympäristötekijöiden kannalta. (Kuvan lähde: Panduit)

TDP43ME-lämpökirjoittimen kaltaisilla ratkaisuilla voidaan taata asianmukainen merkintä (kuva 8). Tämän lämpökirjoittimen avulla käyttäjät voivat sijoittaa etiketit johtimiin ja kaapeleihin jopa vain 12,7 millimetrin (1/2 tuuman) etäisyydelle liittimistä. Kirjoitin tarjoaa jopa kolme kertaa perinteisestä manuaalista asennusta ja kaksi kertaa kilpailevia ratkaisuja nopeammat sykliajat. Sen ergonominen muotoilu vähentää käyttäjän väsymistä ja minimoi toistuvien liikkeiden aiheuttamien vammojen riskin.

Kuva 8: TDP43ME-lämpökirjoittimen mukana toimitetaan ohjelmisto ja lisävarusteet tehokasta merkintää varten. (Kuvan lähde: Panduit)

Maadoitus ja turvallisuus ohjauspaneelisovelluksissa

Kun ajatellaan teollisuuden ohjauspaneeleissa käytettäviä suuria tehoja, kunnollinen maadoitus on turvallisuuden kannalta ratkaisevan tärkeää. Maadoituskiskon valinta on siten kriittinen suunnittelupäätös, joka voi vaikuttaa turvallisuuden lisäksi myös ohjauspaneelin kustannustehokkuuteen ja huollettavuuteen.

Universaali maadoituskisko UGB2/0-414-6 havainnollistaa tätä seikkaa. Se on osa Panduitin patentoitua StructuredGround™ UGB (Universal Ground Bar) -järjestelmää, joka on yhteensopiva kaikentyyppisten johtojen liitäntämenetelmien ja yli 140 liittimen kanssa. Tämä joustavuus yksinkertaistaa huomattavasti suunnittelua ja huoltoa. Lisäksi saatavilla on kaksi jalallista asennusvaihtoehtoa, jotka tarjoavat ylimääräistä johdotustilaa ahtaisiin tiloihin.

Turvallisuus ja tuottavuus ovat joskus ristiriidassa. Määräykset edellyttävät esimerkiksi testiä, jolla varmistetaan jännitteettömyys ennen sähkölaitteiden huoltoa. Tämä voi olla aikaa vievä prosessi käsikäyttöisillä laitteilla. VeriSafe-jännitteettömyystesteri VS-AVT-C02-L03 yksinkertaistaa tehtävän automatisoimalla menettelyn. Kun tämä laite on asennettu etupaneeliin, työntekijät voivat varmistaa jännitteettömyyden yhdellä painalluksella (kuva 9).

Kuva 9: Automaattinen testaus VeriSafe -jännitteettömyystesterin VS-AVT-C02-L03 kaltaisilla laitteilla on paitsi nopeampaa myös turvallisempaa. (Kuvan lähde: Panduit)

Verkkotoiminnan pitäminen luotettavana ja manipuloinnin välttäminen teollisuuden ethernet-ratkaisuilla ja UPS-laitteilla

Useimmissa ohjauspaneeleissa käytetään nykyään dataverkkoja. Manipuloinnista tai väärinkäytöstä johtuvien tietoturvaloukkausten ja käyttökatkosten välttämiseksi on tärkeää varmistaa, että verkkokaapelit pysyvät paikoillaan. PSL-DCJB- jakkimoduulin estolaitteet on kehitetty tätä tarkoitusta varten. Nämä laitteet kytketään käyttämättömiin Ethernet-portteihin, ja niihin on pääsy vain valtuutetuilla työntekijöillä, jotka voivat irrottaa ne erikoistyökalulla. Lukituslaitteet puolestaan estävät verkkokaapeleiden irrottamisen aktiivisista Ethernet-porteista.

Joissakin tapauksissa Ethernet-porttiin täytyy päästä käsiksi ohjauspaneelin ulkopuolelta. Tällöin sellaisilla ratkaisuilla kuten IndustrialNetin Cat 6 UTP RJ45 -laipiokytkinmoduulilla IAEBHC6, on arvokas rooli. Tämä laipio tarjoaa IP67-luokitellun tiivisteen, joka suojaa pölyltä ja tilapäiseltä upottamiselta veteen, joten se soveltuu pesua vaativiin työsoluihin.

Ethernet-liittimiltä vaaditaan erityisominaisuuksia käytettäessä laitteita, joiden virransyöttö tapahtuu verkon kautta. Esimerkiksi IndustrialNetin luokan 6A suojattu, kentällä liitettävä RJ45-liitin FPS6X88MTG on suunniteltu Power-over-Ethernet (PoE)- ja vastaaviin sovelluksiin standardin IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+) mukaisesti. Tämä liitin mm. ylittää ANSI/TIA 568-C.2 -luokan 6A ja ISO 11801 -luokan EA kanavien tehovaatimukset ja noudattaa standardeja ANSI/TIA-1096-A (entinen FCC osa 68), IEC 60603-7 ja IEC 60529 (IP20).

Monet ohjauspaneelit vaativat keskeytymättömän virransyötön (UPS) virtalähteestä riippumatta, jotta toimintaa voitaisiin jatkaa myös sähkökatkosten aikana. Suunnittelijoiden tulisi ottaa huomioon seuraavat seikat UPS-ratkaisun valinnassa:

• Tehokapasiteetti: Tehon tulisi olla korkeampi kuin ohjauspaneelin tehotarve.
• Kunnossapito: Etähallinta mahdollistaa keskeisten parametrien valvonnan ja ohjauksen, mikä säästää kustannuksia ja aikaa.
• Asennus: Sellaiset vaihtoehdot kuten DIN-kiskokiinnitys helpottavat integrointia ohjauspaneeleihin.
• Turvallisuus ja vaatimustenmukaisuus: UPS-laitteen tulee täyttää vähintäänkin vaadittavat standardit, kuten UL508.

Teollisuusverkko-UPS UPS00100DC osoittaa useita tapoja ylittää nämä perusvaatimukset. Se käyttää ultrakondensaattoreita akkujen sijasta, mikä laskee käyttökatkosten riskiä ja estää potentiaalisen vetykaasun muodostumisen. Akkuvapaa rakenne on myöskin huoltovapaa ja tarjoaa kaksi kertaa paremman ROI-arvon ja 50–70 % alhaisemmat käyttökustannukset akkupohjaiseen UPS-laitteeseen verrattuna.

Yhteenveto

Teollisuuden ohjauspaneelien suunnittelu on vaativa ja monimutkainen prosessi, jossa on sovitettava yhteen tilantarve, turvallisuus ja luotettavuus. Suunnittelijat voivat saavuttaa optimaaliset tulokset käyttämällä ohjauspaneeliratkaisuja, jotka auttavat heitä organisoimaan, johdottamaan ja merkitsemään paneelit sekä suojaamaan ne ulkoisilta ja sisäisiltä vaaratekijöiltä. Nämä ratkaisut tulisi räätälöidä teollisuuden ohjauspaneelisovellusten erityisvaatimuksien mukaisesti. Lisäksi niiden toimituksen pitäisi sisältää asennus- ja huoltotyökalut, joilla taataan ratkaisun asianmukainen toiminta. Suunnittelijat voivat luoda tehokkaita, varmoja, turvallisia ja vaatimustenmukaisia paneeleita edellä mainitut kriteerit täyttävillä ohjauspaneeliratkaisuilla.