Concevoir des panneaux de commande industriels répondant aux défis d'espace, d'efficacité et de sécurité

Les concepteurs de panneaux de commande industriels sont confrontés à une multitude de défis. Ces défis incluent l'espace et le budget limités, des risques environnementaux tels que la perte d'alimentation et l'exposition à des produits chimiques, ainsi que des facteurs humains tels qu'une mauvaise utilisation et une mauvaise manipulation. Malgré ces difficultés, les concepteurs doivent produire un panneau offrant une sécurité, une fiabilité et une conformité aux normes sans compromis.

Pour atteindre ces objectifs, les concepteurs ont besoin de solutions créatives qui simplifient le développement, l'installation et l'utilisation de panneaux de commande. Plus précisément, ils ont besoin de composants conçus sur mesure pour leur cas d'utilisation spécifique, et d'outils d'installation et de maintenance garantissant un bon fonctionnement.

Cet article fournit des conseils sur la sélection de ces composants, en mettant l'accent sur l'optimisation des coûts et de l'espace. Il couvre les systèmes de câblage, les systèmes d'identification, les systèmes de sécurité, les contrôles d'accès et les alimentations secourues. En utilisant des exemples de Panduit, il explore le rôle et les critères de sélection de chaque composant. L'article explique également comment mettre en œuvre ces composants pour garantir la fiabilité, la sécurité et la conformité aux normes de l'industrie.

Concevoir des panneaux de commande compacts grâce à la sélection de conduits de câbles

Pour concevoir un panneau de commande efficace, les ingénieurs en automatisation et contrôle doivent tenir compte de divers facteurs, tels que la séparation des câbles, la gestion thermique, l'entrée des câbles, les interférences électromagnétiques (EMI), le rayon de courbure des câbles et l'espace d'extension. Les conduits de câbles jouent un rôle essentiel dans ce processus, car ils constituent le « squelette » de la conception globale du panneau. Lors de la sélection d'un conduit de câbles pour un panneau de commande industriel, un concepteur doit prendre en compte les facteurs suivants :

• Conception de panneau : Les dimensions, le type de panneau et les spécifications telles que la taille de barre bus et la capacité de refroidissement ont tous un impact sur le type et les caractéristiques du conduit de câbles nécessaire.
• Taille : Le conduit de câbles doit offrir de l'espace pour de futurs ajouts ou ajustements. Il ne doit cependant pas être trop grand au point d'occuper inutilement de la place dans le panneau de commande.
• Type de câblage : Les fils de différentes tailles et fonctions (tels que les câbles d'alimentation, de commande ou de données) peuvent nécessiter différents types de conduits ou de canaux pour un ajustement correct.
• Environnement et matériaux : Les matériaux courants incluent le polychlorure de vinyle (PVC) et l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), mais certaines conditions telles que des températures élevées, l'humidité ou des substances corrosives exigent des conduits fabriqués dans des matériaux spécifiques ou dotés de certaines caractéristiques de protection.
• Installation et maintenance : L'ajout et le retrait de fils doivent être simples, et le conduit doit être facile à installer dans le panneau de commande.
• Conformité : Le conduit doit être conforme aux normes de sécurité, aux codes électriques et aux réglementations spécifiques à l'industrie en vigueur.

Les normes et réglementations sont particulièrement importantes, car l'utilisation d'un conduit de câbles non conforme pourrait entraîner des risques pour la sécurité ou une défaillance du panneau de commande. Un exemple de composant conforme aux normes est le conduit de câbles à fente F1X3LG6 de Panduit, fabriqué en PVC sans plomb avec une température nominale d'utilisation continue jusqu'à +50°C (+122°F). Il répond à l'indice d'inflammabilité UL 94 de V-0 et aux exigences NFPA 79-2007, section 13.3.1 concernant les matériaux ignifuges.

Le F1X3LG6 est également bien adapté aux conceptions compactes. Il comporte des fentes étroites qui s'alignent avec l'espacement des composants haute densité, et présente des lignes de repère qui facilitent la création de trous plus grands pour le branchement ou toute autre gestion des câbles (Figure 1). Il est disponible avec des capots encliquetables qui offrent un accès rapide et sécurisé aux fils.

Figure 1 : Le F1X3LG6 de Panduit est doté de fentes étroites et rapprochées avec une conception de fente à double restriction pour retenir les fils. (Source de l'image : Panduit)

Solutions de routage de fils alternatives pour les panneaux de commande

Bien entendu, les conduits de câbles ne conviennent pas à toutes les situations. Par exemple, il peut être nécessaire d'acheminer des câbles dans une zone où il n'est pas possible de faire passer un conduit en perçant le châssis. Dans ce scénario, des solutions comme le support d'attache de câble à dos adhésif ABM100-A-C peuvent être envisagées. Ce support à quatre voies est conçu à la fois pour une installation rapide et une fiabilité à long terme.

Comme avec tous les systèmes adhésifs, il convient de s'assurer que l'adhésif sélectionné est adapté à l'environnement d'application (Figure 2).

Figure 2 : Un système adhésif doit être choisi pour répondre aux exigences de l'environnement d'application. (Source de l'image : Panduit)

Protéger les fils et câbles du panneau de commande contre l'abrasion

Lorsque les fils sont acheminés à l'extérieur d'un conduit, il convient de veiller à ce qu'ils ne soient pas endommagés par l'abrasion ou d'autres dangers. Par exemple, les panneaux de commande requièrent typiquement le routage des fils de l'intérieur du boîtier vers le panneau avant. Ces fils doivent être protégés pour éviter tout dommage. Les ingénieurs peuvent choisir parmi les options suivantes :

• Gaine spiralée : Protection à usage général contre l'abrasion pour les faisceaux de fils et de câbles. Permet des dérivations faciles et se décline en différents matériaux, couleurs et tailles.
• Gaine fendue Pan-Wrap : Protection flexible et résistante à l'abrasion pour les faisceaux de fils et de câbles. Présente un motif de fente unique et un grand chevauchement qui réduit le temps d'installation et s'adapte à différents diamètres de faisceaux.
• Gaine tressée : Protection continue contre l'abrasion pour les fils, câbles, tuyaux et tubes. Présente un tissage ouvert flexible qui ne retient ni la chaleur ni l'humidité.
• Tube ondulé : Solution économique avec conception de paroi robuste offrant une protection complète pour un faisceau de câbles. Disponible en différents matériaux, certains avec une conception à paroi fendue pour une installation et un retrait faciles.
• Gaine thermorétractable : Idéale pour l'isolation, la protection et le codage couleur des fils et câbles. Peut également être utilisée avec des bornes et des cosses pour une installation propre, sûre et sécurisée. Disponible en différents matériaux, tailles et épaisseurs de paroi, certains modèles avec doublure adhésive pour un joint étanche.

De nombreux facteurs entrent en jeu dans le choix d'une protection appropriée (Figure 3). Par exemple, si l'application nécessite une solution légère, flexible et capable de s'adapter à des formes irrégulières, la gaine spiralée T25F-C constitue un bon choix. Cette gaine spiralée est conçue pour faciliter l'installation, mais elle est également durable et adaptée à une utilisation jusqu'à +50°C (+122°F).

Figure 3 : Différents types de protection de fils sont disponibles pour répondre à différents besoins. (Source de l'image : Panduit)

Améliorer la maintenabilité et la sécurité du panneau de commande grâce à la terminaison, la gestion et l'étiquetage des câbles

Pour garantir l'installation, l'utilisation et la maintenance efficaces d'un panneau de commande, les concepteurs doivent choisir le matériau et la méthode et de terminaison des fils appropriés (Figure 4).

Figure 4 : Exemples de types de terminaison et de leurs caractéristiques. (Source de l'image : Panduit)

Le choix optimal dépend de plusieurs facteurs, notamment du nombre de terminaisons requises. Par exemple, la déconnexion femelle isolée en nylon DNF14-250FIB-C peut être insérée et retirée de la languette mâle sans outils, ce qui réduit les coûts d'installation et facilite la maintenance. En revanche, l'embout isolé DIN à un fil FSD80-8-KD6 est conçu pour être utilisé avec des applicateurs automatisés, mieux adaptés aux terminaisons à nombre élevé.

Les attaches de câbles jouent également un rôle important dans la sécurité et la maintenance car elles permettent d'organiser et de sécuriser le câblage. Il existe une grande variété d'attaches pour répondre à différents besoins, comme illustré à la Figure 5. Au-delà de la conception de base de l'attache, le choix des matériaux est une considération essentielle. Par exemple, les attaches de câbles verrouillables PLT1.5M-M sont fabriquées en nylon 6.6 et sont donc mieux adaptées à une utilisation en intérieur. Pour les applications extérieures exposées à des risques tels que le sel et les pluies acides, un matériau comme le propylène est préférable.

Figure 5 : La sélection des matériaux pour les attaches de câbles requiert l'examen attentif d'un large éventail de facteurs environnementaux. Les attaches de câbles verrouillables PLT1.5M-M utilisent du nylon 6.6 et sont mieux adaptées à une utilisation en intérieur. (Source de l'image : Panduit)

L'utilisation d'outils d'attaches de câbles appropriés peut améliorer la productivité, réduire les coûts et améliorer la sécurité des travailleurs. Par exemple, l'outil d'attaches de câbles GTH-E est conçu pour être facile à utiliser (Figure 6). Il nécessite 15 % de force de préhension en moins que les outils similaires, et son mécanisme de coupe des attaches de câbles réduit l'impact sur la main de l'utilisateur de plus de 40 %.

Figure 6 : Caractéristiques clés de l'outil d'attaches de câbles GTH-E, conçu pour une manipulation aisée. (Source de l'image : Panduit)

Enfin, un étiquetage clair est crucial pour une utilisation et une maintenance correctes du panneau de commande. Le choix de l'étiquette dépend non seulement de l'utilisation prévue, mais également des risques environnementaux (Figure 7). Si les câbles ne sont exposés qu'à des liquides doux à base d'eau, par exemple, une solution comme l'étiquette vinyle auto-laminante à transfert thermique S100X150VATY fonctionne bien. Ces étiquettes sont dimensionnées spécifiquement pour les applications de fils et de câbles et sont conçues pour une utilisation jusqu'à +65°C (+150°F).

Figure 7 : Exemples de solutions d'étiquetage et de leur adéquation à divers risques environnementaux. (Source de l'image : Panduit)

Des solutions comme l'imprimante à transfert thermique TDP43ME peuvent contribuer à garantir un étiquetage correct (Figure 8). Cette imprimante à transfert thermique permet aux opérateurs de placer des étiquettes sur des fils et des câbles à 12,7 millimètres (mm) seulement de l'extrémité des connecteurs et des bornes. L'imprimante offre des temps de cycle jusqu'à trois fois plus rapides que ceux d'une installation manuelle traditionnelle et deux fois plus rapides que les solutions concurrentes. Sa conception ergonomique réduit la fatigue de l'opérateur et minimise le risque de blessures liées aux mouvements répétitifs.

Figure 8 : L'imprimante à transfert thermique TDP43ME est fournie avec un logiciel et des accessoires pour un étiquetage efficace. (Source de l'image : Panduit)

Mise à la terre et sécurité dans les applications de panneaux de commande

Compte tenu de la haute puissance présente dans les panneaux de commande industriels, une mise à la terre appropriée est cruciale pour la sécurité. La sélection d'une barre de mise à la terre appropriée est donc essentielle, car elle peut avoir un impact non seulement sur la sécurité, mais également sur la rentabilité et la maintenabilité d'un panneau de commande.

La barre de mise à la terre universelle UGB2/0-414-6 illustre ce point. Elle fait partie du système de barre de mise à la terre universelle (UGB) StructuredGround™ breveté de Panduit, qui est compatible avec tous les types de méthodes de terminaison de fil et plus de 140 connecteurs. Cette flexibilité simplifie considérablement la conception et la maintenance. De plus, deux options de montage à entretoise sont disponibles, offrant un espace de câblage supplémentaire dans les espaces restreints.

La sécurité et la productivité s'opposent parfois. Par exemple, la réglementation impose un test pour confirmer l'absence de tension avant de réparer un équipement électrique. Avec des instruments portables, cela peut prendre beaucoup de temps. Le vérificateur d'absence de tension VeriSafe VS-AVT-C02-L03 simplifie les choses en automatisant la procédure. Une fois ce dispositif installé sur le panneau avant, une simple pression sur un bouton permet aux opérateurs de confirmer l'absence de tension (Figure 9).

Figure 9 : Les tests automatisés à l'aide d'instruments tels que le vérificateur d'absence de tension VeriSafe VS-AVT-C02-L03 sont non seulement plus rapides mais également plus sûrs. (Source de l'image : Panduit)

Maintenir un réseau fiable et éviter toute altération avec des solutions Ethernet et des alimentations secourues

Les réseaux de données font aujourd'hui partie intégrante de la plupart des conceptions de panneaux de commande. Pour éviter les failles de sécurité et les temps d'arrêt, qu'ils soient dus à des manipulations ou à une mauvaise utilisation, il est important de s'assurer que les câbles réseau restent en place. Les dispositifs de blocage de module jack RJ45 PSL-DCJB ont été créés à cette fin. Ces dispositifs s'insèrent dans les ports Ethernet inutilisés, et ne sont accessibles qu'au personnel autorisé, qui peut retirer les connecteurs à l'aide d'un outil spécial. À l'inverse, les dispositifs de verrouillage empêchent le retrait des câbles réseau des ports Ethernet actifs.

Dans certains cas, un port Ethernet doit être accessible depuis l'extérieur du panneau de commande. Dans ce cas, des solutions comme le module de coupleur RJ45 de traversée IndustrialNet Cat 6 UTP IAEBHC6 avec capuchon de protection joue un rôle précieux. Cette traversée fournit un joint répertorié IP67 qui offre une protection contre la poussière et une immersion temporaire dans l'eau, ce qui la rend adaptée aux cellules de travail nécessitant un lavage à grande eau.

Pour les dispositifs alimentés par le réseau, les fiches Ethernet requièrent des fonctionnalités spéciales. Par exemple, la fiche RJ45 blindée Cat 6A IndustrialNet raccordable sur le terrain FPS6X88MTG est conçue pour Power over Ethernet (PoE) et les applications similaires, conformément à IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Entre autres caractéristiques, cette fiche dépasse les exigences de performances ANSI/TIA 568-C.2 Cat 6A et ISO 11801 Classe EA Channel, et elle est conforme aux normes ANSI/TIA-1096-A (anciennement FCC partie 68), CEI 60603-7 et CEI 60529 (IP20).

Quelle que soit la source d'alimentation, de nombreux panneaux de commande requièrent une alimentation secourue (UPS) pour maintenir leurs fonctionnalités en cas de panne. Lors de la sélection d'une alimentation secourue pour un panneau de commande, les ingénieurs doivent prendre en compte les éléments suivants :

• Capacité de puissance : La sortie doit dépasser la consommation électrique du panneau de commande.
• Maintenance : La gestion à distance permet la surveillance et le contrôle des paramètres clés, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.
• Montage : Des options telles que le montage sur rail DIN facilitent l'intégration dans les panneaux de commande.
• Sécurité et conformité : Au minimum, l'alimentation secourue doit répondre aux normes pertinentes comme UL508.

L'alimentation secourue de réseau industriel UPS00100DC démontre qu'il est possible d'aller au-delà de ces principes de base. Elle utilise des ultracondensateurs au lieu de batteries, ce qui réduit le risque de temps d'arrêt et évite l'accumulation potentielle d'hydrogène gazeux. La conception sans batterie ne nécessite aucune maintenance, ce qui se traduit par un retour sur investissement 2 fois supérieur et un coût de possession de 50 % à 70 % inférieur à celui d'une alimentation secourue alimentée par batterie.

Conclusion

La conception de panneaux de commande industriels est un processus exigeant et complexe qui implique de trouver un équilibre entre espace, sécurité, sûreté et fiabilité. Pour obtenir des résultats optimaux, les concepteurs doivent utiliser des solutions de panneaux de commande qui les aident à organiser, câbler et étiqueter leurs panneaux, ainsi qu'à les protéger des dangers externes et internes. Ces solutions doivent être adaptées aux exigences spécifiques des applications de panneaux de commande industriels et doivent être accompagnées d'outils d'installation et de maintenance qui garantissent un fonctionnement correct. En utilisant des solutions de panneaux de commande qui répondent à ces critères, les concepteurs peuvent construire des panneaux efficaces, sécurisés, sûrs et conformes.