Guia completo para a conceção e construção de painéis de controlo industrial

No entanto, um painel de controlo eficiente é muito mais do que uma caixa com um conjunto de fios e equipamento de controlo. É o resultado de um planeamento cuidadoso, de um brainstorming e do conhecimento das forças de ocorrência, eléctricas e ambientais. Um painel planeado de forma inteligente é aquele que funciona sem qualquer tipo de erro e garante a segurança da força de trabalho e funciona perfeitamente com o teste do tempo; um painel mal planeado pode ter precedência como fonte de tempos de paragem dispendiosos, dores de cabeça durante as reparações e sérios bloqueios de segurança.

Esta cartilha irá mostrar-lhe o que é necessário em todo o processo de conceção de painéis de controlo, começando com a primeira centelha de inspiração, até ao momento da ligação final, quando o projeto está completo e é bem sucedido. Iremos percorrer os aspectos mais importantes do planeamento, layout e seleção de componentes, e explorar os aspectos não comprometedores da segurança e conformidade. Mais concretamente, iluminaremos uma das ameaças que são regularmente subestimadas, mas que podem arruinar todo o trabalho, sendo a gestão térmica uma chave crítica para a fiabilidade. Independentemente do nível de engenharia eléctrica em que se encontre, quer pretenda aperfeiçoar o seu método ou dar os primeiros passos, este guia dar-lhe-á os conhecimentos necessários para transformar o seu diagrama esquemático num sucesso retumbante.

O projeto - Planeamento e conceção esquemática

Antes de utilizar uma chave inglesa para construir um projeto de sucesso, é necessário ter um plano. Esta é a fase do projeto em que se baseia o resto do trabalho do painel de controlo industrial. Apressar-se nesta fase é uma falsa economia; acaba por resultar em redesenhos e compromissos nos dias seguintes, o que é muito dispendioso. O tratamento intuitivo, neste caso, garante a precisão, a rapidez dos métodos de conceção e a realização de todos os objectivos de uma só vez.

Definição dos requisitos e do âmbito do projeto

O objetivo exato do painel deve ser compreendido antes de se poder traçar uma única linha. Não se trata apenas de uma mera descrição funcional. É um mergulho nos pormenores, falando com todas as partes interessadas: os engenheiros, os operadores e os departamentos de manutenção, para formar uma imagem completa. Algumas das principais questões a serem respondidas são:

• Funcionalidade: O que é que este painel controla? Que tipo de máquina ou processo é que está em causa? Que entradas (sensores, interruptores) e saídas (motores, válvulas, indicadores) existirão?
• Ambiente: Qual será a localização e o local de posicionamento do painel? Estará sujeito a temperaturas elevadas dos tubos, humidade elevada, pó elevado, compostos corrosivos ou vibrações elevadas? Isto determinará o tipo de invólucro (classificação NEMA/IP) e seleção de peças.
• Requisitos de energia: Qual é a tensão disponível e em que fase? Qual é a potência da soma de todos os componentes? Isto está na base da determinação da dispersão da proteção do circuito principal e das fontes de alimentação
• Interação com o utilizador: Como é que os operadores vão aceder ao painel? Serão necessários HMIs (Interfaces Homem-Máquina), botões de pressão ou luzes indicadoras?
• Expansão futura: Haverá a possibilidade de expandir o sistema no futuro? A incorporação de 20-25% de espaço adicional no painel é uma medida prudente e de grande visão que pouparia toneladas de trabalho árduo no futuro.

A captação destas necessidades cria um âmbito de trabalho concreto, que é uma estrela polar em relação à qual todas as outras decisões tomadas no processo de conceção do painel de controlo industrial são avaliadas e em relação à qual se evita o temido desfasamento do âmbito.

Dominar os diagramas esquemáticos com software CAD

Agora que os requisitos estão especificados, é altura de os colocar na linguagem universal da engenharia eléctrica, ou seja, os esquemas eléctricos. Não é apenas um esboço, mas a documentação legal e técnica da lógica eléctrica do painel.

Esta tarefa é impossível sem a utilização de software moderno de desenho de painéis de controlo, como o AutoCAD Electrical, o EPLAN ou o SolidWorks Electrical. Estas ferramentas fornecem muito mais do que funcionalidades de desenho. Fornecem bibliotecas inteligentes de peças, automatizam números de fios e referências cruzadas e até produzem uma lista de materiais automática ou BOM. A utilização de uma ferramenta sofisticada na conceção de painéis de controlo reduz a possibilidade de erro humano, diminui a taxa de inconsistência e acelera drasticamente o processo de montagem e conceção.

Os esquemas eléctricos utilizados pelos profissionais devem ser compreensíveis, racionais e legíveis. Devem incluir:

• Todos os componentes terão símbolos normalizados.
• Identificar todos os fios e componentes.
• Os esquemas de potência e de controlo são elaborados separadamente.
• Relés e contactores - referências cruzadas de contactos e bobinas.
• A informação sobre o número e a localização do bloco de terminais.

Vale a pena dedicar mais tempo ao desenvolvimento de esquemas precisos, uma vez que todo o ciclo de vida do painel deve ser fácil de montar e depurar, e deve ter uma forma simples de efetuar modificações.

O domínio físico - Disposição e colocação de componentes

O layout físico do painel de controlo constitui o corpo do painel, caso o esquema seja a sua alma. É aqui que um projeto teórico se confronta com a realidade. Uma disposição inteligente do painel (incluindo uma utilização inteligente do espaço) não tem apenas a vantagem de encaixar tudo, mas pode ter um enorme efeito na fiabilidade, facilidade de manutenção e, mais importante, no desempenho térmico do painel.

Princípios para uma disposição eficaz do painel

Um painel bem construído é agradável de trabalhar e é também mais fiável por natureza. O objetivo é ter uma abordagem racional à circulação de energia e aos fluxos de sinal. O método mais popular e bem sucedido é colocar os componentes num fluxo de energia, numa ordem de cima para baixo e da esquerda para a direita:

1. Topo: Disjuntor principal, blocos de distribuição de energia e blocos de terminais de entrada de energia.
2. Médio: Arrancadores de motores, relés, módulos de E/S, PLCs e fontes de alimentação. As peças pesadas, tais como VFDsO dispositivo de fixação deve ser fixado à placa de suporte.
3. Fundo: Blocos de terminais para ligações de saída do motor e dos dispositivos de campo.

Esta conceção reduz a probabilidade de haver fios de cruzamento de alta potência e fios de controlo de baixa tensão, minimizando assim o problema das interferências electromagnéticas (EMI), que são uma causa frequente dos chamados problemas fantasma nos sistemas de controlo. Para além disso, nunca se deve assumir as folgas indicadas no manual do fabricante. Esta separação não é aleatória; tem a ver com segurança eléctrica, fluxo de ar e dissipação de calor.

Seleção estratégica de componentes (PLCs, VFDs, disjuntores)

As peças a utilizar determinam a essência ou mesmo o desempenho do seu painel. Pode ser tentador procurar a solução mais económica como estratégia a curto prazo, mas esta pode não ser a melhor abordagem. A seleção dos componentes que compõem um painel de controlo deve ser uma seleção estratégica, feita com base na fiabilidade, no apoio e na adequação à aplicação.

• Controladores lógicos programáveis (PLCs): O cérebro do painel: É o que faz o pensamento no painel. Selecione um PLC que tenha um número adequado de E/S para satisfazer as necessidades actuais e o crescimento. Para simplificar a manutenção, pense no ambiente de programação e no apoio do fabricante, bem como na sua popularidade nas instalações do utilizador final.
• Accionamentos de frequência variável (VFDs): Os VFDs são uma das fontes de calor mais significativas. A potência do motor não deve ser o único fator que faz com que sejam selecionados; em vez disso, o seu tamanho físico e a saída de calor (normalmente em Watts) também devem ser tidos em consideração. É essencial colocá-los com um espaço livre.
• Disjuntores e fusíveis: Estes são os seus principais equipamentos de segurança. Certifique-se de que estão corretamente classificados para suportar a carga e de que a classificação da corrente de curto-circuito (SCCR) é igual ou superior à disponível no ponto de instalação.
• Fontes de alimentação: É o seu pão e manteiga em termos de fornecimento de uma fonte de alimentação fiável de 24VDC como fonte de alimentação para o seu controlador. Conceba-a de modo a ter uma reserva mínima de 25 por cento sobre a carga máxima calculada a transportar para acomodar as correntes de arranque e para ser estável.

A escolha de componentes eléctricos de qualidade comprovada equivale a um investimento direto no desempenho a longo prazo e na segurança do pessoal que opera e mantém o painel.

As linhas de vida - Cablagem, etiquetagem e ligação

Ter um painel de controlo corretamente etiquetado e corretamente ligado é a marca de um painel de controlo profissional. E é aqui que se pode observar a perícia. Uma cablagem limpa e arrumada não é apenas uma questão de aparência, mas também melhora o fluxo de ar, facilita muito a deteção de falhas e aumenta a segurança.

É necessário seguir um código de cores coerente, consistente, por exemplo, com o definido pela NFPA 79 na América do Norte. Esta norma utiliza um vocabulário visual direto para os técnicos:

• Preto: Tomadas eléctricas AC.
• Vermelho: Circuitos de controlo AC.
• Azul: Controlo DC.
• Verde com risca amarela: Terra do equipamento.

A melhor prática é encaminhar os fios com a utilização de condutas de fios (Panduit). Estas asseguram a limpeza dos percursos, a prevenção de danos físicos nos fios e a facilidade de efetuar adições ou alterações. Não encha demasiado as condutas; 75 por cento de enchimento é uma boa orientação para permitir a dissipação de calor e para adicionar, numa fase posterior.

A etiquetagem também é igualmente importante. Todos os fios, blocos de terminais e todos os componentes dos painéis de controlo devem ser etiquetados de forma adequada e permanente. A nomenclatura deve estar ligada à do diagrama esquemático. Considere um técnico a tentar diagnosticar uma falha de linha às 03:00 da manhã; marcações profissionais elegantes podem transformar uma crise de um dia inteiro num caso que dura apenas alguns minutos. Esta modesta disciplina justificar-se-á muitas vezes durante a vida do painel.

O Escudo - Garantir a segurança, a conformidade e a longevidade

Um painel de controlo deve ser, acima de tudo, seguro. Aloja tensões potencialmente letais e a proteção do pessoal contra o contacto acidental é a prioridade máxima. Isto é conseguido através de uma combinação de seleção adequada do invólucro e adesão às normas de segurança estabelecidas.

O próprio invólucro é a primeira linha de defesa. Deve ter um frente morta para evitar a exposição a peças sob tensão quando a porta principal estiver aberta, e estar coberto de forma segura. O espaço de trabalho à volta do painel também é regulamentado. Normas como a OSHA 1910.303 exigem espaço suficiente à frente e à volta do painel para garantir que um técnico possa trabalhar em segurança e ter um caminho de saída desimpedido.

A adesão às principais normas não é opcional; é um requisito para uma operação legal e segura. As duas normas mais importantes para os painéis de controlo industrial na América do Norte são:

• NFPA 79 (Norma eléctrica para máquinas industriais): Esta norma abrange todos os aspectos do equipamento elétrico das máquinas, incluindo a cablagem do painel de controlo, a ligação à terra e os circuitos de segurança.
• UL 508A (Norma para painéis de controlo industriais): Este é o ponto de referência para a certificação de painéis. Um painel listado na UL 508A foi projetado e construído utilizando componentes e metodologias aprovadas, fornecendo uma garantia de segurança e qualidade por terceiros. A construção de acordo com esta norma envolve uma seleção rigorosa de componentes, cálculos de dimensionamento de fios e uma avaliação adequada de SCCR.

A conceção de acordo com estas normas desde o início garante que o painel não só está em conformidade, como também é fundamentalmente seguro e fiável, formando um escudo robusto que protege tanto as pessoas como os processos.

A ameaça invisível: Porque é que a gestão térmica não é negociável

Está sempre a acontecer uma guerra dentro do invólucro selado e metálico de um painel de controlo. Todas estas peças, incluindo o potente VFD ou a própria fonte de alimentação, criam calor como resíduo durante as horas normais de trabalho. A menos que haja um plano adequado para a remoção deste calor, haverá um aumento inevitável da temperatura interna da caixa. Esta ameaça intangível está entre as fontes mais cruciais - e maiores - de queima precoce de componentes e falhas inexplicáveis e periódicas do sistema. Assim, o arrefecimento eficaz dos painéis constitui uma parte indispensável da conceção do painel de controlo.

O elevado custo do sobreaquecimento: Mais do que apenas um fusível queimado

As consequências do incumprimento gestão térmica pode ser altamente destrutiva. A eletrónica cuidadosa dos PLCs, accionamentos e fontes de alimentação só funcionará num determinado intervalo de temperatura. O efeito do funcionamento a uma temperatura elevada, em comparação com a classificação de temperatura especificada pelo fabricante de um componente, é que cada aumento de 10°C (18°F) na temperatura reduz para metade a vida útil prevista de um componente.

Esta degradação nem sempre é uma falha súbita e dramática. Pode aparecer sob a forma de disparo de disjuntores, erros de dados inexplicáveis num PLC ou falhas inexplicáveis de um VFD quando operado em condições ambientais ou em picos de carga de produção. O preço de tais falhas é incompreensível:

Passos simples para uma dissipação de calor eficaz

Felizmente, a gestão do calor não precisa de ser demasiado complicada. Começa com decisões de conceção inteligentes:

1. Cálculo da carga térmica: O primeiro passo é adicionar todos os Watts dos elementos geradores de calor do painel. Esta informação é fornecida pelos fabricantes nas suas especificações técnicas.
2. Colocação estratégica: Uma vez que a maioria dos componentes de elevado aquecimento, como os VFDs e as fontes de alimentação, emitem calor concentrado e o calor sobe, é melhor posicioná-los perto do topo do armário. Não devem ser colocados debaixo de componentes electrónicos sensíveis (como PLCs).
3. Prever um espaço livre amplo: Não ultrapassar as especificações de folga impostas aos componentes pelo fabricante. Trata-se de uma área essencial onde ocorre a convecção natural.
4. Arrefecimento passivo: Com cargas térmicas mínimas, podem ser utilizadas persianas e aberturas para fornecer ventilação por convecção natural. No entanto, esta não é potencialmente uma opção quando o painel necessita de uma classificação NEMA/IP elevada, que se destina a proteger contra poeiras ou humidade.
5. Arrefecimento ativo: O arrefecimento ativo do painel é necessário na maioria dos painéis modernos que têm VFD e fontes de alimentação múltiplas. A aplicação de ventiladores com filtro é a mais comum e a menos dispendiosa. Um ventilador localizado numa posição estratégica na parte inferior do armário admite o ar ambiente, fornecendo ar fresco e filtrado ao painel. painel de controlo da refrigeraçãoA parte superior da caixa é composta por um filtro de exaustão que liberta o ar quente para o ambiente, criando assim uma ventilação contínua e eficaz.

Escolher a solução de arrefecimento correta: Apresentação do ACDCFAN

Reconhecendo que a gestão térmica é uma fase crítica do projeto, a escolha de uma ventoinha de arrefecimento torna-se fundamental. Não se trata apenas de mover o ar; trata-se de garantir a fiabilidade. Com mais de 20 anos de experiência dedicada, a ACDCFAN concebe soluções de arrefecimento especificamente para painéis de controlo industriais.

Quando seleciona um produto ACDCFAN, está a investir em desempenho e tranquilidade, com base em três vantagens fundamentais:

1. Fiabilidade e longevidade sem compromissos:
As nossas ventoinhas são construídas para durar. Muitos modelos oferecem uma vida útil de 70.000 horas a 40°C, com ventoinhas axiais CA totalmente metálicas que funcionam de forma fiável até 150°C para condições extremas. As nossas estruturas de alumínio de topo, reforçadas com cobre 3-5%, proporcionam 30% desempenho mais estável do ventilador. Isto assegura que os seus componentes críticos estão protegidos ano após ano, mesmo em aplicações a grande altitude, onde os nossos ventiladores atingem uma vida útil média superior a 3 anos em comparação com o período típico de 1 ano do sector.

2. Desempenho certificado e proteção robusta:
Os produtos ACDCFAN são reconhecidos internacionalmente Certificações CE, UL, RoHS e EMCgarantindo uma integração perfeita nos seus painéis. Para ambientes industriais agressivos, os nossos ventiladores oferecem Classificações IP (Ingress Protection) até IP68O nosso design robusto, incluindo uma excelente proteção contra o pó, garante um funcionamento ininterrupto. A nossa conceção robusta, incluindo uma excelente proteção contra poeiras, garante um funcionamento ininterrupto.

3. Parceria especializada e valor tangível:
Oferecemos uma qualidade de topo a um preço moderado, impulsionada por um fabrico simples que garante eficiência e entrega rápida. Para além do produto, a nossa equipa de apoio técnico especializado presta uma assistência inestimável. Não tem a certeza do CFM necessário? Ajudamo-lo com cálculos térmicos baseados no tamanho do seu armário, no consumo de energia interno e na temperatura ambiente, recomendando o modelo de ventoinha e a solução de instalação exactos. Não nos limitamos a vender ventoinhas; fornecemos uma estratégia de arrefecimento completa e fiável.

Ao escolher o ACDCFAN, está a fortalecer o seu painel de controlo contra a sua ameaça mais insidiosa, garantindo que o seu design não só funciona no primeiro dia, como continua a funcionar de forma fiável durante toda a sua vida útil.

Montagem, cablagem e testes finais

Todas as peças estão escolhidas e o desenho está completo, pelo que se pode começar a montagem propriamente dita. É aqui que o desenho em papel se transforma em realidade. A prioridade é um processo sistemático. A instalação começa com a montagem da placa traseira, das condutas de fios e das calhas DIN. De seguida, colocam-se as peças, começando pelas mais pesadas e maiores.

Depois de tudo isto estar montado, há a cablagem. Apare os fios com o comprimento adequado - não demasiado compridos, para que possa subir, nem demasiado curtos, para que não haja tensão. Devem ser utilizadas ferramentas de engaste adequadas para engastar os terminais, de modo a efetuar ligações de baixa resistência. Cada fio a ser ligado deve ser marcado no esquema.

Um procedimento intensivo de teste desenergizado é um pré-requisito antes de a energia ser subsequentemente aplicada:

• Testes de continuidade: Certifique-se de que todas as ligações correspondem ao esquema. Certifique-se de que não existem curto-circuitos entre a terra e a alimentação.
• Verificação do binário: Verifique todos os parafusos utilizando uma chave de fendas de binário para se certificar de que todos os parafusos nos terminais estão apertados de acordo com as especificações do fabricante. Os factores que mais frequentemente contribuem para o aquecimento e as falhas são as ligações soltas.
• Inspeção física: Volte a verificar se todas as etiquetas estão corretas e legíveis. Certifique-se de que tudo está bem apertado e de que não existem ferramentas ou restos de fios no painel.

As verificações só são efectuadas após as quais se pode considerar seguro ligar o painel pela primeira vez. O teste de ligação é a verificação das tensões, o teste I/O, o carregamento e a execução do programa de controlo para garantir que todo o sistema funciona como esperado.

Conclusão

Começar com uma folha de esquemas vazia e chegar a um painel de controlo acabado, em funcionamento e bem sucedido é uma história de precisão, planeamento e qualidade em cada passo. Temos experiência de que o sucesso não depende de um único ato vistoso, mas de uma aplicação disciplinada do essencial: planeamento sólido, disposição inteligente, boa seleção de dispositivos de controlo e segurança e conformidade em constante mudança.

Acima de tudo, destacámos a importância da gestão térmica, um fator que não deve ser esquecido, mesmo nos projectos mais bem concebidos. Basta utilizar o calor como um fator controlado que pode ser gerido e não como uma incógnita que vai custar dinheiro a reparar, e escolher um sistema de arrefecimento robusto como os fabricados pela ACDCFAN, não está apenas a acrescentar uma pequena peça, mas está a acrescentar vida e estabilidade às estruturas do sistema.

Um painel de controlo não é apenas um componente de outra máquina; é um sinal da sua capacidade de engenharia e uma base para o sucesso operacional do seu cliente. Depois de ter levado a peito os princípios que aprendeu nesta cartilha, estará em posição de conceber e construir painéis que não são apenas funcionais e conformes, mas também verdadeiras demonstrações de qualidade, segurança e desempenho a longo prazo.