Como projetar painéis de controle industrial para obter espaço, eficiência e segurança

Os projetistas de painéis de controle industrial enfrentam uma série de desafios. Isso inclui espaço e orçamento limitados, riscos ambientais, como perda de energia e exposição a produtos químicos, e fatores humanos, como uso indevido e adulteração. Apesar dessas dificuldades, os projetistas precisam produzir um painel que ofereça segurança, proteção, confiabilidade e conformidade com os padrões.

Para atingir esses objetivos, os projetistas precisam de soluções criativas que simplifiquem a criação, a instalação e o uso do painel de controle. Especificamente, eles precisam de componentes feitos sob medida para seu caso de uso específico, bem como de ferramentas de instalação e manutenção que garantam a operação adequada.

Este artigo fornece orientações sobre a seleção desses componentes, com foco na otimização de custos e espaço. Ele abrange sistemas de fiação, sistemas de identificação, sistemas de segurança, controles de acesso e UPS. Usando exemplos da Panduit, ele explora a função e os critérios de seleção de cada componente. O artigo também explica como implementar esses componentes para garantir a confiabilidade, a segurança e a conformidade com os padrões do setor.

Projeto do painel de controle com eficiência de espaço por meio da seleção do duto de fiação

Para projetar um painel de controle eficiente, os engenheiros de automação e controle precisam lidar com diversos fatores, como segregação de cabos, gerenciamento térmico, entrada de cabos, interferência eletromagnética (EMI), raio de curvatura dos cabos e espaço para expansão futura. Os dutos de fiação desempenham um papel fundamental nesse processo, pois formam o "esqueleto" do design geral do painel. Ao selecionar um duto de fiação para um painel de controle industrial, o projetista deve considerar os seguintes fatores:

• Projeto do painel: As dimensões, o tipo de painel e as especificações, como o tamanho do barramento e a capacidade de resfriamento, afetam o tipo e as características do duto de fiação necessário.
• Tamanho: O duto de fiação deve permitir algum espaço para futuros acréscimos ou ajustes. No entanto, ele não deve ser tão grande a ponto de ocupar espaço desnecessário no painel de controle.
• Tipo de fiação: Fios com diferentes tamanhos e funções (como cabos de energia, controle ou dados) podem precisar de diferentes tipos de dutos ou canais para o ajuste adequado.
• Ambiente e materiais: Os materiais comuns incluem policloreto de vinila (PVC) e plástico acrilonitrila butadieno estireno (ABS), mas algumas condições, como altas temperaturas, umidade ou substâncias corrosivas, exigem dutos feitos de materiais específicos ou com determinados recursos de proteção.
• Instalação e manutenção: Deve ser fácil adicionar ou remover os fios, e o duto deve ser fácil de instalar no painel de controle.
• Conformidade: O duto deve atender aos padrões de segurança aplicáveis, códigos elétricos e regulamentos específicos do setor.

As normas e os regulamentos são particularmente importantes, pois o uso de um duto de fiação fora de conformidade pode resultar em riscos à segurança ou falha do painel de controle. Como exemplo de uma peça em conformidade com os padrões, o duto de fiação com fenda F1X3LG6 da Panduit é feito de PVC sem chumbo com um dimensionamento de temperatura de uso contínuo de até +50°C (+122°F). Isso atende à classificação de inflamabilidade V-0 da UL 94 e à exigência da seção 13.3.1 da NFPA 79-2007 para material retardador de chamas.

O F1X3LG6 também é adequado para projetos com economia de espaço. Ele tem fendas estreitas que se alinham com o espaçamento dos componentes de alta densidade e apresenta linhas pontilhadas que facilitam a criação de orifícios maiores para ramificação ou outro gerenciamento de fios (Figura 1). Ele está disponível com tampas de encaixe que oferecem acesso rápido e seguro aos fios.

Figura 1: O F1X3LG6 da Panduit apresenta fendas estreitas e pouco espaçadas com um design de fenda com restrição dupla para prender os fios. (Fonte da imagem: Panduit)

Soluções alternativas de roteamento de fios para painéis de controle

É claro que os dutos não são adequados para todas as situações. Por exemplo, os fios podem precisar ser roteados por uma área em que um duto não pode ser perfurado no chassi. Nessa situação, soluções como a montagem de abraçadeiras com adesivo ABM100-A-C podem ser consideradas. Essa montagem de quatro vias foi projetada para instalação rápida e confiabilidade de longo prazo.

Como em todos os sistemas adesivos, deve-se tomar cuidado para garantir que o adesivo correto seja selecionado para o ambiente de aplicação (Figura 2).

Figura 2: Um sistema adesivo deve ser escolhido para atender às demandas do ambiente de aplicação. (Fonte da imagem: Panduit)

Proteção dos fios e cabos do painel de controle contra abrasão

Quando os fios são roteados para fora de um duto, deve-se tomar cuidado para garantir que não sejam danificados por abrasão ou outros riscos. Por exemplo, os painéis de controle normalmente exigem o roteamento de fios de dentro do gabinete para o painel frontal. Esses fios devem ser envolvidos para evitar danos. Os engenheiros de controle podem selecionar entre opções que incluem:

• Organizador espiral: Proteção contra abrasão de uso geral para chicotes de fios e maços de cabos. Permite fácil separação e vem em diferentes cores, materiais e tamanhos.
• Organizador de chicote com fenda Pan-wrap: Proteção flexível e resistente à abrasão para chicotes de fios e maços de cabos. Ele tem um padrão de fendas exclusivo e uma grande sobreposição que reduz o tempo de instalação e acomoda vários diâmetros do maço.
• Malha trançada: Proteção contínua contra abrasão para fios, cabos, mangueiras e tubulações. Possui uma tecelagem aberta e flexível que não retém calor ou umidade.
• Tubulação corrugada: Solução econômica com um design de parede rígida que oferece proteção completa para um maço de cabos. Ele está disponível em diferentes materiais, alguns com um design de parede com fenda para facilitar a instalação e a remoção.
• Termorretrátil: Ideal para isolar, proteger e codificar as cores de fios e cabos. Ele também pode ser usado com terminais para uma instalação limpa, segura e protegida. Está disponível em diferentes materiais, tamanhos e espessuras de parede, alguns com forro adesivo para vedação impermeável.

Muitos fatores influenciam a seleção de um organizador adequado (Figura 3). Por exemplo, se a aplicação exigir uma solução que seja leve, flexível e capaz de acomodar formas irregulares, o organizador espiral T25F-C é uma boa opção. Esse organizador de fios foi projetado para facilitar a instalação, mas também é durável e dimensionado para uso até +50°C (+122°F).

Figura 3: Vários tipos de organizadores de fios estão disponíveis para atender a diferentes necessidades. (Fonte da imagem: Panduit)

Melhoria da capacidade de manutenção e segurança do painel de controle com terminação, gerenciamento e etiquetagem de cabos

Para garantir a instalação, o uso e a manutenção eficazes de um painel de controle, os projetistas devem escolher o método e o material adequados para a terminação dos fios (Figura 4).

Figura 4: São mostrados exemplos de tipos de terminação e seus recursos. (Fonte da imagem: Panduit)

A escolha ideal depende de vários fatores, incluindo o número de terminações necessárias. Por exemplo, a conexão fêmea isolada em náilon DNF14-250FIB-C pode ser inserida e removida da aba macho sem o uso de ferramentas, o que resulta em um custo de instalação menor e manutenção mais fácil. Por outro lado, a virola isolada com manga de extremidade DIN de fio único FSD80-8-KD6 foi projetada para uso com aplicadores automatizados que são mais adequados para terminações em abundância.

As abraçadeiras também desempenham um papel importante na segurança e na manutenção, mantendo a fiação organizada e segura. Há uma grande variedade de abraçadeiras para atender a diferentes necessidades, conforme mostrado na Figura 5. Além do design básico da abraçadeira, a seleção do material é uma consideração fundamental. Por exemplo, as abraçadeiras com trava PLT1.5M-M são feitas de náilon 6.6 e, portanto, são mais adequadas para uso em ambientes internos. Para aplicações externas com riscos como sal e chuva ácida, um material como o propileno seria melhor.

Figura 5: A seleção do material para abraçadeiras requer uma consideração cuidadosa de uma ampla gama de fatores ambientais; as abraçadeiras com trava PLT1.5M-M usam náilon 6.6 e são mais adequadas para uso em ambientes internos. (Fonte da imagem: Panduit)

O uso de ferramentas adequadas para as abraçadeiras de cabos pode aumentar a produtividade, reduzir custos e aumentar a segurança do trabalhador. Por exemplo, a pistola para abraçadeiras de cabos GTH-E foi projetada para facilitar o uso (Figura 6). Requer 15% menos força de manuseio do que ferramentas semelhantes, e seu mecanismo de corte de abraçadeiras reduz o impacto na mão do usuário em mais de 40%.

Figura 6: São mostrados os principais recursos da pistola para abraçadeiras de cabos GTH-E, que foi projetada para facilitar o uso. (Fonte da imagem: Panduit)

Por fim, etiquetas nítidas são essenciais para o uso e a manutenção adequados de um painel de controle. A escolha da etiqueta depende não apenas do uso pretendido, mas também dos riscos ambientais (Figura 7). Se os cabos forem expostos apenas a líquidos neutros à base de água, por exemplo, uma solução como a etiqueta autolaminada em vinil de transferência térmica S100X150VATY funciona bem. Essas etiquetas são dimensionadas especificamente para aplicações de fios e cabos e são para uso até +65°C (+150°F).

Figura 7: São mostradas amostras de soluções de etiquetagem e sua adequação a vários riscos ambientais. (Fonte da imagem: Panduit)

Soluções como a impressora de transferência térmica TDP43ME podem ajudar a garantir a etiquetagem adequada (Figura 8). Essa impressora de transferência térmica permite que os operadores coloquem etiquetas em fios e cabos a uma distância de 12,7 milímetros (1/2") da extremidade dos conectores e terminais. A impressora oferece tempos de ciclo que são até três vezes mais rápidos do que a instalação manual tradicional e duas vezes mais rápidos do que as soluções da concorrência. Seu design ergonômico reduz a fadiga do operador e minimiza o risco de lesões por movimentos repetitivos.

Figura 8: A impressora de transferência térmica TDP43ME é fornecida com software e acessórios para etiquetagem eficiente. (Fonte da imagem: Panduit)

Aterramento e segurança em aplicações de painéis de controle

Considerando a alta potência presente nos painéis de controle industrial, o aterramento adequado é fundamental para a segurança. A seleção de uma barra de aterramento é, portanto, uma escolha crítica de projeto — que pode afetar não apenas a segurança, mas também a relação custo-benefício e a capacidade de manutenção de um painel de controle.

A barra de aterramento universal UGB2/0-414-6 ilustra esse ponto. Faz parte do sistema patenteado StructuredGround™ Universal Ground Bar System (UGB) da Panduit, que é compatível com todos os tipos de métodos de terminação de fios e mais de 140 conectores. Essa flexibilidade simplifica consideravelmente o projeto e a manutenção. Além disso, duas opções de montagem afastada estão disponíveis, proporcionando espaço extra para a fiação em áreas apertadas.

Às vezes, a segurança e a produtividade estão em conflito. Por exemplo, as normas exigem um teste para confirmar a ausência de tensão antes da manutenção de equipamentos elétricos. Esse pode ser um processo demorado com instrumentos manuais. O testador de tensão VeriSafe VS-AVT-C02-L03 simplifica as coisas automatizando o procedimento. Depois que esse dispositivo é instalado no painel frontal, basta pressionar um único botão para que os funcionários confirmem a ausência de tensão (Figura 9).

Figura 9: O teste automatizado usando instrumentos como o testador de tensão VeriSafe VS-AVT-C02-L03 não é apenas mais rápido, mas também mais seguro. (Fonte da imagem: Panduit)

Mantendo a rede confiável e evitando adulterações com soluções de ethernet industrial e UPS

As redes de dados agora fazem parte da maioria dos projetos de painéis de controle. Para evitar violações de segurança e paralisação, seja devido à adulteração ou uso indevido, é importante garantir que os cabos de rede permaneçam no lugar. Os dispositivos de bloqueio para módulo jack RJ45 PSL-DCJB foram criados para esse fim. Esses dispositivos são inseridos em portas Ethernet não utilizadas, dando acesso apenas a funcionários autorizados que podem remover os plugues com uma ferramenta especializada. Por outro lado, os dispositivos de bloqueio impedem a remoção de cabos de rede das portas Ethernet ativas.

Em alguns casos, uma porta Ethernet deve ser acessível pela parte externa do painel de controle. Nesse caso, soluções como o módulo acoplador RJ45 de anteparo IndustrialNet Cat 6 UTP IAEBHC6 com uma capa protetora desempenham um papel valioso. Esse anteparo oferece uma vedação com classificação IP67 que protege contra poeira e imersão temporária em água, tornando-o adequado para células de trabalho que exigem lavagem.

Para dispositivos alimentados por rede, os plugues Ethernet exigem recursos especiais. Por exemplo, o plugue RJ45 FPS6X88MTG IndustrialNet, Categoria 6A blindado e terminável em campo foi projetado para Alimentação via Ethernet (PoE) e aplicações semelhantes, de acordo com IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+). Entre outros recursos, esse plugue excede os requisitos de desempenho dos canais ANSI/TIA 568-C.2 Categoria 6A e ISO 11801 Classe EA e segue os padrões ANSI/TIA-1096-A (antiga FCC Parte 68), IEC 60603-7 e IEC 60529 (IP20).

Independentemente da fonte de energia, muitos painéis de controle exigem uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) para manter a funcionalidade em caso de interrupções. Ao selecionar uma UPS para um painel de controle, os engenheiros de controle devem considerar o seguinte:

• Capacidade de potência: A saída deve exceder o consumo de potência do painel de controle.
• Manutenção: O gerenciamento remoto permite o monitoramento e o controle dos principais parâmetros, economizando tempo e custos.
• Montagem: Opções como a montagem em trilho DIN facilitam a integração em painéis de controle.
• Segurança e conformidade: No mínimo, a UPS deve atender aos padrões relevantes, como o UL508.

A UPS de rede industrial UPS00100DC demonstra várias maneiras de ir além desses princípios básicos. Ela usa ultracapacitores em vez de baterias, diminuindo o risco de paralisação e evitando o possível acúmulo de gás hidrogênio. O projeto sem bateria não requer manutenção, proporcionando um ROI duas vezes melhor e um custo de propriedade de 50 a 70% menor do que uma UPS baseada em bateria.

Conclusão

O projeto de painéis de controle industrial é um processo exigente e complexo que envolve o equilíbrio entre espaço, segurança, proteção e confiabilidade. Para obter os melhores resultados, os projetistas precisam usar soluções de painel de controle que possam ajudá-los a organizar, conectar e etiquetar seus painéis, além de protegê-los contra riscos externos e internos. Essas soluções devem ser adaptadas aos requisitos específicos das aplicações de painéis de controle industrial e devem ser fornecidas com ferramentas de instalação e manutenção que garantam a operação adequada. Ao usar soluções de painel de controle que atendem a esses critérios, os projetistas podem criar painéis eficazes, seguros, protegidos e em conformidade.