Руководство по проектированию промышленных панелей управления: Схемы, стандарты, рекомендации по проектированию

Опубликовано 12.12.202412.12.2024 автором admin

Промышленные панели управления состоят из цепей питания или цепей управления (или и того, и другого), которые передают сигналы, управляющие работой машин или оборудования. Промышленные панели управления не включают в себя ни основное питание, ни управляемое оборудование; скорее, панель монтируется на задней панели (или подпанели) или в корпусе, в зависимости от области применения. Проектирование промышленной панели управления начинается с требований к конструкции весов и спецификаций, а также подготовки схем, но процесс проектирования может быть довольно сложным, чтобы обеспечить соблюдение всех применимых нормативных стандартов и требований безопасности. Мы создали это руководство, чтобы предоставить обзор ключевых конструктивных соображений, применимых к проектированию промышленных панелей управления, включая схемы, соответствующие нормативные стандарты и конструктивные соображения, относящиеся ко всем аспектам эффективного проектирования панелей управления для промышленного оборудования и механизмов.

Проектирование промышленной панели управления – Схемы

Проектирование панелей управления для промышленного оборудования является важной задачей, в результате которой создается интерфейс, предназначенный для управления машиной или технологическим процессом. Выбор подходящего корпуса и задней панели, на которой размещается электрооборудование, — непростая задача. Таким образом, соответствующее оборудование должно быть смонтировано на задней панели, правильно подключено и интегрировано в машину – любая неправильная конфигурация может привести к неисправности оборудования, но также может представлять ненужный риск для операторов. Процесс всегда должен начинаться с оценки спецификаций, требований и нормативных стандартов. После оценки этих соображений создаются чертежи, на которых описывается конкретная конфигурация проводки, цепей, элементов управления и всех других аспектов готовой панели управления. Хороший дизайн учитывает как электрические, так и физические требования. Эти чертежи должны включать: * Функциональную схему; * Схему ввода-вывода (Input/Output); * Распределение мощности; * Расположение шкафа управления и задней панели; * Перечень материалов. Поскольку в правильной схеме очень много элементов, рекомендуется также составить оглавление. Схема является основой для последующей разработки промышленной панели управления.

Нормативные стандарты, касающиеся проектирования промышленной панели управления

Несмотря на многочисленные циклы кодирования, многие промышленные панели управления по-прежнему не соответствуют нормативным стандартам, принятым во всей отрасли. Однако их соответствие имеет решающее значение для обеспечения минимальных рисков для безопасности, связанных с установкой и эксплуатацией промышленного оборудования. Ниже приведен обзор наиболее важных нормативных актов, применимых к проектированию, производству и монтажу промышленных панелей управления. Как и все нормативные стандарты, стандарты промышленных панелей управления со временем могут изменяться, и действительно, один из наиболее актуальных стандартов, UL 508, недавно был отменен и заменен обновленным гармонизированным международным стандартом. Из-за меняющегося характера нормативных стандартов важно быть в курсе текущих требований.

Национальный электротехнический кодекс

Национальный электротехнический кодекс (NEC), или NFPA 70, является широко признанным стандартом безопасной установки электрооборудования и электропроводки. NEC принимается штатом или регионом для стандартизации соблюдения правил безопасной эксплуатации электрооборудования. Статья 409 распространяется на промышленные панели управления и применяется к панелям, предназначенным для общего использования при напряжении 600 вольт или менее в обычных помещениях. Нормативные стандарты проектирования промышленных панелей управления В статье 409 указано, что промышленные панели управления должны быть оценены и промаркированы на предмет их номинального тока короткого замыкания (SCCR), который определяется путем оценки каждого фидера в отдельности, а также всех ответвлений цепей. Наименьшее значение kA используется в качестве значения kA для панели в целом. Для установки панели значение kA должно быть больше значения kA входящего источника.

Национальная ассоциация противопожарной защиты

NFPA (Национальная ассоциация противопожарной защиты) 79 — это раздел NEC, который относится к стандартам электропроводки для промышленного оборудования. Область применения настоящего стандарта охватывает электрические и электронные элементы всего оборудования, работающего при напряжении 600 В или ниже, включая машины для литья под давлением, сборочное оборудование, станки и погрузочно-разгрузочные машины, а также оборудование для контроля и испытаний. NFPA 79 предусматривает меры предосторожности для промышленного оборудования, направленные на защиту операторов, оборудования, производственных помещений и незавершенного производства от пожара и поражения электрическим током. Разделы NFPA 79 посвящены схемам управления и функциям управления, интерфейсу оператора и устройствам управления, расположению, монтажу и корпусам для оборудования управления, а также другим темам, относящимся к проектированию промышленных панелей управления.

UL 508 и UL 60947-4-1

На протяжении многих лет UL 508 был одним из наиболее важных стандартов, которые необходимо было признавать, но недавно этот стандарт был отменен и заменен на UL 60947-4-1. До 26 января 2012 года указанные панели управления соответствовали стандарту UL 60947-4. Если заказчик специально требовал, чтобы панель соответствовала стандарту UL 508, это было допустимо. y С 26 января 2012 года по 26 января 2017 года новые промышленные панели управления соответствовали стандарту UL 60947-4. Однако при необходимости можно было провести оценку изменений существующих панелей управления в соответствии с UL-508. y После 27 января 2017 года все перечисленные промышленные панели управления должны соответствовать требованиям стандарта UL 60947-4-1. Этот переход направлен на гармонизацию стандартов UL и других организаций, включая Канадскую ассоциацию стандартизации (CSA) и Международную электротехническую комиссию (IEC) в Европе.

Стоит отметить, что UL 508 и UL 60947-4-1 в основном одинаковы в техническом смысле, но включают важные национальные различия с целью гармонизации и создания международного стандарта. Основные последствия перехода связаны с тем, как продукты тестируются и соответствуют стандарту из-за различий в напряжениях, используемых во всем мире. Промышленное напряжение в Соединенных Штатах составляет 480 В при частоте 60 Гц, в то время как промышленное напряжение в Европе составляет 400 В при частоте 50 Гц. Новый стандарт UL 60947-4 “применяется к типам оборудования, перечисленным в пунктах 1.1.1 и 1.1.2, основные контакты которого предназначены для подключения к цепям, номинальное напряжение которых не превышает 1000 В переменного тока. или 1 500 В постоянного тока.” К определенным типам промышленных панелей управления применимо множество других стандартов, приведенных в таблице ниже:

UL 218: Стандарт для контроллеров пожарных насосов Контроллеры пожарных насосов UL 1203: Стандарт для взрывозащищенного и пылезащитного электрооборудования, предназначенного для использования во взрывоопасных (классифицированных) местах

Оборудование, предназначенное для использования во взрывоопасных местах UL 698A: Стандарт для промышленных панелей управления, относящихся к опасным (классифицированным) местам

Промышленные панели управления с искробезопасными барьерами, предназначенными для подключения к цепям во взрывоопасных зонах UL 845: Стандарт для центров управления двигателями

Центры управления двигателями UL 864: Стандарт на блоки управления и принадлежности для систем пожарной сигнализации

Электрические блоки управления в сборе или оборудование, содержащее электрические блоки управления для систем противопожарной сигнализации

UL 891: Стандарт на распределительные щиты, отдельно стоящие блоки автоматических выключателей и связанные с ними области применения

UL 924: Стандарт на аварийное освещение и силовое оборудование, любое оборудование, необходимое для автоматического обеспечения освещения и/или питания к критическим зонам и/или оборудованию, необходимому для безопасности жизни человека

UL 1563: Стандарт для электрических спа-салонов, узлов оборудования, и сопутствующее оборудование Оборудование для управления плавательными бассейнами и спа-салонами

UL 1640: Стандарт для портативного оборудования для распределения электроэнергии Портативные панели управления для специальных применений

UL 1741: Стандарт для инверторов, преобразователей, контроллеров и оборудования для систем межсоединений для использования с распределенными энергетическими ресурсами

Оборудование для управления топливными элементами, фотоэлектрическими системами или интерактивными системами коммунального назначения

UL 1773: Стандарт для корпусов распределительных коробок или подставок, содержащих клеммы для подключения проводов силовых цепей

UL 2017: Стандарт на сигнальные устройства и системы общего назначения распространяется на панели управления, содержащие оборудование для аварийной сигнализации, а также на само оборудование для сигнализации.

UL 2075: Стандарт для детекторов и датчиков газов и паров

UL 60950-1: Стандарт для оборудования информационных технологий – Безопасность – Часть 1: Общие требования

UL 294: Стандарт на блоки систем контроля доступа

UL 1037: Стандарт на противоугонную сигнализацию и устройства для обнаружения газа или паров, охватывающий панели управления, содержащие преимущественно коммуникационное оборудование, Контрольное оборудование для использования в системах физического контроля доступа, Контрольное оборудование, предназначенное для предотвращения краж или предупреждения о них,

UL 916: Стандарт на энергетическое оборудование

Оборудование для управления

Оборудованием для включения или выключения электрических нагрузок для достижения желаемого использования электроэнергии.

Другие организации также выпустили применимые стандарты, такие как IEC 60204-1, которые касаются безопасности механизмов и электрооборудования машин. Учитывая множество стандартов, применимых к конкретным типам промышленных панелей управления и предназначенных для использования в конкретных областях применения, крайне важно определить соответствующие стандарты в начале процесса проектирования.

Требования к корпусам и пространству

Тип корпуса для промышленного пульта управления в значительной степени определяется условиями окружающей среды. Вам потребуется достаточно места для установки компонентов и подключения проводов, а также целесообразно предусмотреть несколько розеток, чтобы уменьшить потребность в удлинителях при подключении тестового оборудования или электроприборов.

Размещение является еще одним фактором, связанным с корпусами. В зависимости от того, где будет расположена панель, вам может потребоваться учесть требования к распашным дверцам шкафа (если используется корпус шкафа). Если панель управления будет расположена в помещении с высокой температурой окружающей среды, может потребоваться установка вентилятора или кондиционера для поддержания идеальной рабочей температуры панели управления. Если применяется температурный режим, необходимо обеспечить легкий доступ к воздухозаборникам и вытяжным отверстиям (что облегчает доступ к фильтрам и их замену).

Чтобы обеспечить достаточное пространство для вентиляции, необходимо учитывать как требуемый NEC зазор вокруг электропроводки, так и требуемый UL зазор вокруг тепловыделяющих устройств. Вопросы пространства имеют первостепенное значение, поскольку одно из наиболее распространенных нарушений требований NEC связано с тем, что панели управления слишком малы или слишком ограничены, чтобы обеспечить надлежащее пространство для подключения и изгиба проводов. Также целесообразно учитывать требования к пространству не только для текущей конфигурации, но и для возможных будущих потребностей, поскольку ограниченное пространство является распространенной проблемой при модернизации.

Размеры проводов и типы компонентов

Когда дело доходит до выбора размеров проводов и соответствующих типов компонентов, существуют два важных правила: размеры проводов должны соответствовать току нагрузки. В свою очередь, защита цепи должна зависеть от размера провода. Выбор подходящего размера провода важен для обеспечения того, чтобы цепь могла обеспечивать требуемый ток нагрузки, а оптимальная защита цепи снижает риск возгорания, предотвращая перегрев проводов. типы компонентов следует выбирать исходя из функциональных требований. Выбор компонентов правильного размера также имеет решающее значение, поскольку требования к напряжению и току нагрузки могут определять минимальные требования к размеру. Компоненты должны быть способны надежно выдерживать требования к напряжению и току нагрузки, но при этом они также должны функционировать должным образом. Стандарты UL устанавливают особые требования к электропроводке, такие как материалы для электропроводки, маркировка проводников, размеры проводников силовых цепей и калибровка проводов.

Компоненты и схемы управления

Какой тип элементов управления подходит для данного применения? Существует множество вариантов — от реле до таймеров и клеммных колодок. Выбирайте максимально простые элементы управления. Схемы управления обеспечивают логику работы компонентов силовой цепи. В целях безопасности эти цепи обычно имеют пониженное напряжение, а такие компоненты, как управляющие силовые трансформаторы (CPT) и источники питания, используются для преобразования напряжения силовой цепи в напряжение цепи управления.

Провода питания

Питающие провода должны выдерживать максимально возможную нагрузку, которая может возникнуть. Обычно это вычисляется путем определения суммы всех подключенных двигателей и устройств (с учетом рабочих циклов и того, какие двигатели и устройства будут работать одновременно) и прибавления этой суммы к току полной нагрузки для всех резистивных нагрузок плюс 125% от тока полной нагрузки двигателя с наибольшей номинальной мощностью.

Управление защитой от перегрузки по току

На этапе проектирования вам также необходимо предусмотреть защиту от перегрузки по току. Существует два варианта: защита от перегрузки по току может быть установлена перед панелью или встроена в одно основное защитное устройство в самой панели. В зависимости от области применения может оказаться нежелательным встраивать защитное устройство в панель, чтобы свести к минимуму необходимость открывать корпус.

Устройства управления

Операторские устройства включают в себя такие компоненты, как кнопки, индикаторные лампы, цифровые панельные счетчики, рычаги и тому подобное, но эти устройства могут быть и более сложными, с сенсорными дисплеями. Такие HMI (человеко-машинные интерфейсы) обеспечивают более сложную функциональность, но также требуют разработки вычислительных компонентов и программного обеспечения, что может привести к увеличению затрат. Когда дело доходит до элементов управления, применяется старый принцип K.I.S.S. (Будь проще, глупее). Чем проще, тем лучше, но это не всегда возможно.

Однако для обеспечения простоты использования вам следует выбирать простейшие операторские устройства, соответствующие функциональным требованиям. Все промышленные панели управления должны иметь функцию аварийного останова (которая отличается от циклической остановки), обычно это самоблокирующийся регулятор грибовидного или пальмового типа. Аварийные остановки, или электронные остановки, также требуются OSHA (Управлением по безопасности и гигиене труда), и они не могут быть кнопками на HMI; они должны быть кнопочной конструкции, которая жестко подключена к цепи безопасности. Кроме того, все кнопки запуска или переключатели должны располагаться непосредственно над соответствующей кнопкой остановки или непосредственно слева от нее.

Маркировка

Крайне важно правильно маркировать все провода, клеммы и другие компоненты промышленной панели управления. Это позволяет экономить время, а также снижает вероятность ошибок при тестировании, плановом техническом обслуживании и ремонте. Этикетки должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать условия окружающей среды, чтобы избежать выцветания и повреждений, делающих их нечитаемыми.

Передние панели и лицевые щитки

На первый взгляд может показаться, что о передних панелях и лицевых щитках думают запоздало, но эти элементы не менее важны для общей работы оборудования, чем внутренние функциональные компоненты. Передние панели должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать экстремальные температуры, погодные условия, чистящие средства и химикаты для защиты основных компонентов. Передние панели и лицевые панели могут иметь металлическую или пластиковую подложку, в зависимости от требований к применению, и могут крепиться с помощью шпилек, клея или крепежных элементов.

Цифровая графика или трафаретная печать служат наглядным руководством для операторов и содержат маркировку устройств оператора для обеспечения удобства использования. Таким образом, лицевые панели должны обладать достаточной прочностью, чтобы их можно было читать в течение всего срока службы оборудования. Промышленная панель управления состоит из множества отдельных компонентов. Данное руководство предназначено для того, чтобы дать общее представление об основных аспектах проектирования. Учитывая глубину и сложность проектирования панелей управления, а также технические требования к применению и нормативные требования, партнерство с экспертом, имеющим опыт проектирования и разработки промышленных панелей управления, является для производителей экономичным по времени и затратам вариантом.