Come progettare i pannelli di controllo industriali per ottimizzare spazio, efficienza e sicurezza

I progettisti di pannelli di controllo industriali devono affrontare moltissime sfide. Tra queste, le limitazioni di spazio e di budget, i rischi ambientali come la perdita di energia e l'esposizione a sostanze chimiche e i fattori umani come l'uso improprio e la manomissione. Nonostante queste difficoltà, i progettisti devono produrre un pannello che garantisca sicurezza, affidabilità e conformità agli standard senza compromessi.

Per raggiungere questi obiettivi, sono alla ricerca di soluzioni creative che semplifichino la creazione, l'installazione e l'uso di un pannello di controllo. In particolare, hanno bisogno di componenti su misura per il loro caso d'uso specifico, nonché di attrezzi di installazione e manutenzione che ne garantiscano il corretto funzionamento.

Questo articolo fornisce indicazioni sulla scelta di questi componenti, con particolare attenzione all'ottimizzazione dei costi e dello spazio. Si parlerà di sistemi di cablaggio, sistemi di identificazione, sistemi di sicurezza, controlli di accesso e UPS. Utilizzando prodotti di esempio di Panduit, saranno delineati il ruolo e i criteri di selezione di ciascun componente. L'articolo spiega anche come implementare questi componenti per garantire affidabilità, sicurezza e conformità agli standard del settore.

Progettazione di un pannello di controllo salvaspazio grazie alla selezione delle canaline portacavi

Per progettare un pannello di controllo efficiente, gli ingegneri dell'automazione e del controllo devono tener conto di una serie di fattori, come la separazione dei cavi, la gestione termica, l'ingresso dei cavi, le interferenze elettromagnetiche (EMI), il raggio di curvatura dei cavi e lo spazio di espansione futuro. Le canaline portacavi svolgono un ruolo fondamentale in questo processo, in quanto costituiscono lo "scheletro" del progetto complessivo del pannello. Nella scelta di una canalina portacavi per un pannello di controllo industriale, il progettista deve considerare i fattori seguenti:

• Progettazione del pannello: le dimensioni, il tipo di pannello e le specifiche, come le dimensioni delle sbarre omnibus e la capacità di raffreddamento, influiscono sul tipo e sulle caratteristiche della canalina portacavi necessaria.
• Dimensioni: la canalina portacavi deve lasciare spazio per eventuali aggiunte o modifiche future. Tuttavia, non deve essere tanto grande da occupare inutilmente spazio prezioso nel pannello di controllo.
• Tipo di cablaggio: i cavi di sezione e funzioni diverse (come i cavi di alimentazione, di controllo o di dati) possono necessitare di tipi diversi di condotti o canaline.
• Ambiente e materiali: i materiali più comuni sono il polivinilcloruro (PVC) e la plastica acrilonitrile butadiene stirene (ABS), ma alcune condizioni come le alte temperature, l'umidità o le sostanze corrosive richiedono canaline realizzate con materiali specifici o con determinate caratteristiche protettive.
• Installazione e manutenzione: deve essere facile aggiungere o rimuovere i fili e la canalina deve essere facile da installare nel pannello di controllo.
• Conformità: la canalina deve essere conforme agli standard di sicurezza, ai codici elettrici e alle normative specifiche del settore.

Gli standard e le normative sono particolarmente importanti, poiché l'utilizzo di una canalina portacavi non conforme potrebbe comportare rischi per la sicurezza o guasti al pannello di controllo. Come esempio di componente conforme agli standard, la canalina portacavi F1X3LG6 di Panduit è realizzata in PVC senza piombo e ha una temperatura di utilizzo continuo fino a +50 °C. Soddisfa la classe di infiammabilità V-0 della norma UL 94 e soddisfa il requisito NFPA 79-2007 sezione 13.3.1 per i materiali ritardanti di fiamma.

F1X3LG6 è anche adatta a progetti salvaspazio. È dotata di fessure strette che si allineano alla spaziatura dei componenti ad alta densità e presenta linee di demarcazione che facilitano la creazione di fori più grandi per la ramificazione o altre forme di gestione dei fili (Figura 1). È disponibile con coperchi a scatto per un accesso rapido e sicuro ai fili.

Figura 1: Il modello F1X3LG6 di Panduit è dotato di fessure strette e ravvicinate con un sistema a doppio ritegno per trattenere i fili. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Soluzioni alternative di instradamento dei fili per i pannelli di controllo

Naturalmente, le canaline non sono adatte a tutte le situazioni. Ad esempio, potrebbe essere necessario far passare i fili in un'area in cui non è possibile inserire una canalina nel telaio. In questo scenario, si possono prendere in considerazione soluzioni come l'attacco per fascette serracavo con adesivo sul retro ABM100-A-C. Questo attacco a quattro vie è concepito per garantire una rapida installazione e un'affidabilità a lungo termine.

Come per tutti i sistemi adesivi, è necessario prestare attenzione alla scelta dell'adesivo corretto per l'ambiente di applicazione (Figura 2).

Figura 2: Il sistema adesivo deve essere scelto in base alle esigenze dell'ambiente di applicazione. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Protezione dall'abrasione di fili e cavi del pannello di controllo

Quando i cavi vengono posati all'esterno di una canalina, è necessario assicurarsi che non siano danneggiati dall'abrasione o da altri pericoli. Ad esempio, i pannelli di controllo richiedono in genere il passaggio dei fili dall'interno dell'involucro al pannello frontale. Questi fili devono essere avvolti per evitare danni. I tecnici di controllo possono scegliere tra diverse opzioni, tra cui:

• Avvolgimento a spirale: protezione dall'abrasione per uso generico per cablaggi e fasci di cavi. Facilita il distacco ed è disponibile in diversi colori, materiali e dimensioni.
• Avvolgimento per cavi diviso Pan-Wrap: protezione flessibile e resistente all'abrasione per fasci di fili e di cavi. Presenta una serie di scanalature uniche e un'ampia sovrapposizione che riduce i tempi di installazione e accetta fasci di vari diametri.
• Guaina intrecciata: protezione continua dall'abrasione per fili, cavi, tubi e tubazioni. Ha una trama aperta e flessibile che non trattiene il calore o l'umidità.
• Tubo corrugato: soluzione economica con una struttura a parete solida che offre una protezione completa del fascio di cavi. È disponibile in diversi materiali, alcuni dei quali con pareti fessurate per facilitare l'installazione e la rimozione.
• Guaine termorestringenti: ottime per isolare, proteggere e codificare a colori fili e cavi. Possono essere utilizzate anche con terminali e capicorda per un'installazione pulita, sicura e protetta. Sono disponibili in diversi materiali, dimensioni e spessori di parete, alcuni con rivestimento adesivo per una tenuta stagna.

La scelta dell'avvolgimento appropriato dipende da molti fattori (Figura 3). Ad esempio, se l'applicazione richiede una soluzione leggera, flessibile e in grado di adattarsi a forme irregolari, l'avvolgimento a spirale T25F-C è una buona scelta. Questo avvolgimento è stato progettato per facilitare l'installazione, ma è anche resistente e adatto all'uso fino a +50 °C.

Figura 3: Sono disponibili vari tipi di avvolgimenti per soddisfare le diverse esigenze. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Migliorare la manutenibilità e la sicurezza del pannello di controllo con la terminazione, la gestione e l'etichettatura dei cavi

Per l'efficacia dell'installazione, dell'uso e della manutenzione di un pannello di controllo, i progettisti devono scegliere il metodo e il materiale di terminazione dei fili appropriato (Figura 4).

Figura 4: Esempi dei tipi di terminazione e relative caratteristiche. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

La scelta ottimale dipende da diversi fattori, tra cui il numero di terminazioni necessarie. Ad esempio, il sezionatore femmina isolato in nylon DNF14-250FIB-C può essere inserito e rimosso dalla linguetta maschio senza l'uso di attrezzi, con conseguente riduzione dei costi di installazione e maggiore facilità di manutenzione. Invece, la ghiera isolata con manicotto terminale DIN a filo singolo FSD80-8-KD6 è progettata per l'uso con applicatori automatici più adatti a terminazioni dense.

Le fascette serracavo svolgono un ruolo importante anche per la sicurezza e la manutenzione, mantenendo i cavi organizzati e sicuri. Esiste un'ampia gamma di fascette per soddisfare le diverse esigenze, come illustra la Figura 5. Al di là del concetto di base, la scelta del materiale è una considerazione fondamentale. Ad esempio, le fascette serracavo bloccanti PLT1.5M-M sono realizzate in nylon 6.6 e, come tali, sono più adatte all'uso in interni. Per le applicazioni all'aperto con rischi come sale e piogge acide, sarebbe meglio un materiale come il propilene.

Figura 5: La scelta del materiale per le fascette serracavo richiede un'attenta considerazione di un'ampia gamma di fattori ambientali; le fascette serracavo bloccanti PLT1.5M-M utilizzano nylon 6.6 e sono più adatte all'uso in ambienti interni. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

L'utilizzo di attrezzi adeguati per le fascette serracavo può migliorare la produttività, ridurre i costi e aumentare la sicurezza dei lavoratori. Ad esempio, la pistola per fascette serracavo GTH-E è stata progettata per la facilità d'uso (Figura 6). Richiede una forza di impugnatura inferiore del 15% rispetto a prodotti simili e il meccanismo di taglio delle fascette riduce l'impatto sulla mano dell'utente di oltre il 40%.

Figura 6: Le caratteristiche principali della pistola per fascette serracavo GTH-E, progettata per la facilità d'uso. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Infine, etichette chiare sono fondamentali per l'uso e la manutenzione corretti di un pannello di controllo. La scelta dell'etichetta dipende non solo dall'uso previsto, ma anche dai rischi ambientali (Figura 7). Se i cavi saranno esposti solo a liquidi delicati e a base d'acqua, ad esempio, una soluzione come l'etichetta autolaminante in vinile a trasferimento termico S100X150VATY è ideale. Queste etichette sono dimensionate specificamente per applicazioni su fili e cavi e sono indicate per l'uso fino a +65 °C.

Figura 7: Esempi di soluzioni di etichettatura e della loro idoneità per vari rischi ambientali. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Soluzioni come la stampante a trasferimento termico TDP43ME possono aiutare a garantire un'etichettatura corretta (Figura 8). Questa stampante a trasferimento termico consente agli operatori di posizionare etichette su fili e cavi a una distanza massima di 12,7 mm dall'estremità di connettori e terminali. La stampante offre tempi di ciclo fino a tre volte più rapidi rispetto all'installazione manuale tradizionale e due volte più rapidi rispetto alle soluzioni della concorrenza. L'ergonomia riduce l'affaticamento dell'operatore e riduce al minimo il rischio di lesioni dovute a movimenti ripetitivi.

Figura 8: La stampante a trasferimento termico TDP43ME è corredata del software e degli accessori per un'etichettatura efficiente. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Messa a terra e sicurezza nelle applicazioni dei pannelli di controllo

Considerando l'elevata potenza presente nei pannelli di controllo industriali, la corretta messa a terra è fondamentale per la sicurezza. La scelta di una barra di massa è quindi una decisione progettuale critica, che può avere un impatto non solo sulla sicurezza, ma anche sull'economicità e sulla manutenibilità di un pannello di controllo.

La barra di massa universale UGB2/0-414-6 ne è un esempio. Fa parte del sistema brevettato StructuredGround™ Universal Ground Bar System (UGB) di Panduit, compatibile con tutti i metodi di terminazione dei fili e con oltre 140 connettori. Questa flessibilità semplifica notevolmente la progettazione e la manutenzione. Inoltre, è offerta in due opzioni di montaggio con distanziatori, per uno spazio aggiuntivo per il cablaggio in aree ristrette.

Sicurezza e produttività a volte fanno a pugni. Ad esempio, le normative impongono un test per confermare l'assenza di tensione prima di intervenire per la manutenzione su un'apparecchiatura elettrica. Si tratta di un processo che può richiedere molto tempo con utensili portatili. Il cacciavite cercafase VS-AVT-C02-L03 VeriSafe semplifica le operazioni automatizzando la procedura. Una volta installato questo dispositivo nel pannello frontale, basta premere un solo pulsante per confermare l'assenza di tensione (Figura 9).

Figura 9: Il test automatico con attrezzi come il cacciavite cercafase VS-AVT-C02-L03 VeriSafe non è solo più veloce ma anche più sicuro. (Immagine per gentile concessione di Panduit)

Mantenere una rete affidabile ed evitare manomissioni con le soluzioni Industrial Ethernet e gli UPS

Le reti dati sono ormai parte integrante della maggior parte dei progetti di pannelli di controllo. Per evitare violazioni della sicurezza e tempi di fermo dovuti a manomissioni o uso improprio, è importante assicurare il collegamento sicuro dei cavi di rete. A questo scopo sono stati creati i dispositivi come il connettore modulare RJ45 PSL-DCJB. Questi dispositivi, inseriti nelle porte Ethernet inutilizzate, consentono l'accesso solo ai lavoratori autorizzati che possono rimuovere le spine con un attrezzo specializzato. Viceversa, altri dispositivi di blocco impediscono la rimozione dei cavi di rete dalle porte Ethernet attive.

In alcuni casi, una porta Ethernet deve essere accessibile dall'esterno del pannello di controllo. In questo caso, soluzioni come il modulo accoppiatore RJ45 a paratia IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP con cappuccio protettivo svolgono un ruolo prezioso. Questa paratia offre una tenuta con grado di protezione IP67 dalla polvere e dall'immersione temporanea in acqua, rendendola adatta alle celle di lavoro che richiedono il lavaggio.

Per i dispositivi alimentati in rete, i connettori Ethernet richiedono caratteristiche speciali. Ad esempio, il connettore RJ45 schermato e terminabile sul campo FPS6X88MTG IndustrialNet Cat 6A è progettato per applicazioni Power-over-Ethernet (PoE) e simili, secondo IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Tra le altre caratteristiche, questa spina supera i requisiti di prestazione ANSI/TIA 568-C.2 Categoria 6A e ISO 11801 Classe EA Channel e aderisce agli standard ANSI/TIA-1096-A (ex FCC Parte 68), IEC 60603-7 e IEC 60529 (IP20).

Indipendentemente dalla fonte di alimentazione, molti pannelli di controllo richiedono un gruppo di continuità (UPS) per mantenere la funzionalità in caso di interruzioni di energia elettrica. Nella scelta di un UPS per un pannello di controllo, gli ingegneri di controllo devono considerare quanto segue:

• Capacità di alimentazione: l'uscita deve superare il consumo energetico del pannello di controllo.
• Manutenzione: la gestione remota consente di monitorare e controllare i parametri chiave, risparmiando costi e tempo.
• Montaggio: opzioni come il montaggio su guida DIN facilitano l'integrazione nei pannelli di controllo.
• Sicurezza e conformità: come minimo, l'UPS deve essere conforme agli standard pertinenti, come la norma UL508.

L'UPS di rete industriale UPS00100DC si dimostra un dispositivo capace di superare questi criteri di base. Utilizza ultracondensatori al posto delle batterie, riducendo il rischio di fermo macchina ed evitando il potenziale accumulo di gas idrogeno. La struttura senza batteria non richiede manutenzione e garantisce un ROI 2 volte migliore e costi di gestione inferiori del 50-70% rispetto a un UPS a batteria.

Conclusione

La progettazione di pannelli di controllo industriali è impegnativa e complessa e comporta spesso un compromesso tra spazio, sicurezza, protezione e affidabilità. Per ottenere risultati ottimali, i progettisti devono utilizzare soluzioni per pannelli di controllo che li aiutino a organizzare, cablare ed etichettare i pannelli, oltre a proteggerli da rischi esterni e interni. Queste soluzioni devono essere adattate ai requisiti specifici delle applicazioni dei pannelli di controllo industriali e devono essere corredate da attrezzi di installazione e manutenzione che ne garantiscano il corretto funzionamento. Utilizzando soluzioni per pannelli di controllo che soddisfano questi criteri, i progettisti possono realizzare pannelli efficaci, sicuri e conformi.