Оптимизация промышленных шкафов управления: максимальная эффективность для оборудования

Повышение эффективности контроллеров двигателей и производительности

Повышенная эффективность контроллеров двигателей, улучшенная производительность и снижение стоимости привода — лишь некоторые из ключевых целей, которых компании стремятся достичь путем оптимизации электротехнических шкафов управления. Инженеры и проектировщики фокусируются на проблемах существующих конструкций, чтобы обеспечить максимально возможную производительность. Эти вызовы касаются условий эксплуатации, затрат на безопасность, проблем с электромагнитными помехами (ЭМП) и оптимизации пространства шкафа управления.

Вызов временных ограничений и суровых условий эксплуатации

Проектировщики и инженеры работают в жестких временных рамках при разработке схем шкафов управления и часто сталкиваются с трудностями создания продуктов с надежным жизненным циклом, соответствующих всем требованиям проектирования. Продукты не работают в агрессивных средах так же идеально, как в контролируемых условиях. Практические проблемы, возникающие на объекте, могут привести к простою, необходимому для ремонта поврежденных систем, что влечет за собой дорогостоящее обслуживание.

В данной статье рассматриваются решения и практики, помогающие инженерам по управлению и проектировщикам шкафов оптимизировать разработку и жизненный цикл продуктов. Предоставляются советы и инструменты для обеспечения более эффективных процессных решений, снижения затрат и повышения производительности жизненного цикла.

Оптимизация пространства шкафа управления

Инженеры машиностроения и проектировщики постоянно сталкиваются с задачей уменьшения размеров и занимаемой площади создаваемых машин. Это означает необходимость разработки более компактных конструкций для размещения большего количества оборудования в существующих шкафах управления. Максимальное использование пространства корпуса — хорошее решение, но проектирование более компактных шкафов управления сопряжено с рядом вызовов:

• Разделение кабелей
• Тепловое управление
• Ввод кабелей
• Электромагнитные помехи
• Радиус изгиба кабелей
• Место для будущего расширения

Помимо вопросов безопасности, соблюдение стандартов и кодов, а также требований по разделению электронных компонентов значительно усложняет работу инженеров и проектировщиков.

Современные подходы к размещению компонентов

Шкафы управления прошли долгий путь от традиционных коробок с одной дверью. Современные шкафы обеспечивают большую универсальность благодаря корпусам с множественными точками доступа, отсеками для подпанелей и опциональными встроенными системами охлаждения. Область, которую часто не используют — пространство между дверцей корпуса и компонентами, установленными на задней подпанели. Эффективное использование DIN-рельс с компонентами, которые обычно монтируются на подпанели, позволяет сэкономить ценное пространство.

Встроенные системы охлаждения позволяют монтировать электрическое оборудование ближе друг к другу. Это уменьшает занимаемое пространство и повышает эффективность рассеивания тепла внутри блока. Существует множество систем охлаждения, и выбор подходящего зависит от конкретных потребностей шкафа управления.

Подавление шумов и ЭМП

Электромагнитные помехи от внешних компонентов излучают шумы, которые могут нарушать нормальную работу других компонентов. Риск ЭМП возрастает при добавлении сетевых компонентов и силовой аппаратуры при одновременной попытке минимизировать стоимость панели. Обнаружить шумящие компоненты после сборки шкафа управления крайне сложно, поэтому для снижения вероятности ЭМП необходимо внедрять решения по подавлению шумов уже на этапе исходного проектирования.

Основные меры по снижению ЭМП

Правильное заземление шумящих компонентов — отличный первый шаг для снижения излучений ЭМП. Провода, образующие петли, служат отличными антеннами; минимизация размера петель помогает уменьшить принимаемые шумы. Вместо петлей прокладывайте питающие и обратные провода вместе. Свивание проводов дополнительно снижает эффекты ЭМП. Соединяйте входящие заземляющие проводники с подпанелью в точке входа с помощью универсальной заземляющей шины.

Раскладка проводов — критически важный аспект контроля шумов. Расстояние между проводниками и схема их прокладки играют решающую роль. Пересекайте проводники под прямым углом, так как перпендикулярные проводники имеют гораздо меньшую общую длину параллельного проложения, чем параллельные, что снижает наводки. Избегайте прокладки цепей постоянного тока рядом с переменного тока, а также входов рядом с выходами. Для снижения ЭМП рекомендуется расстояние 3–6 дюймов между высоковольтными и низковольтными проводниками при параллельной прокладке. Рекомендуется 12 дюймов между кабелями обратной связи энкодеров и резолверов, а также силовыми или любыми кабелями переменного тока.

Защита от воздействия среды

Корпуса шкафов управления должны защищать жизненно важные системы, снижать риск простоев и обеспечивать защиту персонала. Экологические риски — коррозия, воздействие веществ, электрические шумы и окружающая температура — могут наносить вред системам шкафов управления. Определение того, будет ли применение в помещении или на улице, во многом зависит от этих факторов. Общие экологические факторы включают:

• Взаимодействие с людьми (изоляция оборудования от персонала для безопасности)
• Воздействие веществ (герметизация от пыли, влаги, масел)
• Высокое давление жидкостей и абразивный износ (мойка и промывка реагентами)
• Температура (поддержание электронного оборудования в рабочем температурном диапазоне)
• УФ-излучение (деградация материалов под воздействием солнечного света)
• Коррозионные элементы (соли и химикаты, вызывающие коррозию оборудования)

Для защиты шкафов управления от воздействия веществ они должны иметь герметичные уплотнения на стыковочных поверхностях для изоляции внутренних систем. Нанесение соответствующих покрытий на внешнюю поверхность корпуса помогает выдерживать воздействие высокого давления и температуры, УФ-излучения и потенциальной коррозии. Системы теплового управления помогают поддерживать системы шкафов управления в пределах расчетных рабочих температур.

Защита шкафа управления от экологических факторов важна для бесперебойной работы систем, сохранения производительности и долговечности оборудования. При выборе корпуса шкафа управления важно понимать экологические факторы, чтобы специфицировать корпус в соответствии с требованиями по степени защиты (IP) и соответствию стандартам для обеспечения надлежащей защиты.

Защита персонала

Обеспечение безопасного рабочего места для персонала — необходимое условие повседневной деятельности. По мере того как системы управления становятся более сложными, становится важнее чем когда-либо предпринимать необходимые меры для обеспечения безопасности. Количество электротравм растет, что требует повышения мер безопасности. Когда экологические опасности игнорируются, травмы персонала могут привести к штрафам и увеличению операционных затрат.

Дуговая вспышка — очень опасное и дорогостоящее электрическое неисправность, возникающее как короткое замыкание между под напряжением проводниками. Часто дуговая вспышка инициируется движением оператора или контактом с под напряжением оборудованием. Межфазное или фазно-земляное короткое замыкание может привести к фатальным травмам и повреждению оборудования.

Системы сигнализации, маркировки и идентификации должны использоваться для обеспечения понимания персоналом возможного риска внутри шкафов управления и вблизи систем. Физические барьеры важны для защиты от механических опасностей. Необходимо проектировать оборудование так, чтобы неквалифицированный персонал был удален от источников риска. Физические барьеры включают:

• Механизмы защелкивания (превентивная безопасность, блокирующая источники питания во включенном состоянии)
• Порты данных (позволяют диагностику снаружи панели, вдали от риска)
• Блокировки (гарантируют, что все источники энергии переведены в безопасное состояние перед обслуживанием)

Важно, чтобы предприятия со системами управления и панелями принимали необходимые меры предосторожности для защиты персонала во время операций. Электрические инциденты могут нести значительные затраты: компенсация рабочим, страховые выплаты, судебные издержки. Оценка и понимание опасностей рабочего места позволяют проектировать системы управления и компоненты с учетом безопасности персонала.

E3.Panel для проектирования и разработки шкафов управления

E3.Panel предоставляет полнофункциональный интерфейс для проектирования и разработки компоновки шкафа управления. Платформа позволяет легко интегрировать 3D-механическое проектирование с электронными компонентами для визуализации размещения компонентов и оптимизации пространства шкафа управления. Наглядно отображается схема проводки, компоненты системы управления и полная интеграция схемотехнического проектирования. Возможна виртуальная визуализация общего дизайна шкафа управления: от типа конструкции панели до маркировки потенциальных опасностей для производства.

E3.Panel позволяет проектировать лотки и пути прокладки кабелей для компонентов. Обеспечивает точные расчеты маршрута и длины для улучшения прямой оценки стоимости материалы. Предоставляет проверки правил проектирования (DRC), гарантирующие, что дизайн производим без интерференций устройств и компонентов.

Автоматическая или ручная трассировка проводов на основе размещения компонентов для предотвращения недопустимого дизайна шкафа управления. Также предоставляются проверки правил проектирования для избежания переполнения лотков, размещения деталей в ограниченных зонах, а также обеспечения соответствия стандартам за счет распознавания близости проводов и деталей.

Глубинные библиотеки компонентов с онлайн-перекрестными ссылками предоставляют информацию о спецификациях и физических габаритах компонентов для определения оптимальных габаритов для инфраструктуры шкафа управления.

Дополнительные возможности E3.Panel

• 100% интеграция с E3.Schematics и E3.Cable
  • Любые изменения, внесенные в панель или схему, отражаются во всех инструментах E3.Series.
• Проверка правил проектирования (Design Rule Check)
  • Избегание опасностей
  • Обнаружение коллизий (Clash Detection)
  • Автоматическое привязывание к допустимым позициям монтажа
  • Предотвращение ошибок размещения
• Создание дополнительных 2D-видов
  • 2D-представление дизайна шкафа управления
• Интеграция дизайна панели с производственным оборудованием
  • E3.Panel Plus интегрируется с различным производственным оборудованием, таким как машины для подготовки проводов Komax и инструменты для сверления, пробивки и резки Perforex.

Имеете ли вы опыт проектирования оптимального шкафа управления? Поделитесь своей историей в комментариях ниже.