Ohjauskaappi on kaikessa yksinkertaisuudessaan teollisuuskoneiden asennuksen kulmakivi. Alkuaan vain muutamille releille, sulakkeille, kytkinlaitteille ja yksinkertaisille ohjaimille tarkoitetut kaapit ovat nyt murroksessa.

IIoT:n eli teollisen internetin, Teollisuus 4.0:n ja muiden toiminnallisen tehokkuuden parannusten myötä ohjauskaappeihin sijoitetaan nyt kaikki uudet automaatiokomponentit ja -järjestelmät. Koneet kuitenkin usein tarvitsevat enemmän tilaa kuin mitä on käytettävissä.

Kun lattiatilaa on vain rajoitetusti, teknologista kehitystä tarvitaan, jotta rajallista kaappitilaa voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti.

TEOLLISUUSOHJAUKSEN MAAILMA MUUTTUU

Moderneja valmistusprosesseja automatisoidaan entistä enemmän, ja toiminnan ytimessä on käyttötekniikka (Operational Technology eli OT). Tuotanto-prosesseissa käytetään säännöllisesti reaaliaikaisia konenäköjärjestelmiä ja koneoppimisen neuroverkkoja, jotka optimoivat tuotoksen ja resurssien käytön. Robotteja ja cobot-yhteistyörobotteja käytetään myös yleisesti, mikä lisää tekniikan käyttöönoton tarvetta.

TEHTAAN LATTIATILA ON NIUKKA RESURSSI

IIoT:n ja OT:n toiminnallisen tehokkuuden parannukset voivat tuoda mukanaan merkittäviä etuja, mutta samalla ne asettavat tehtaanjohdolle käyttöönoton haasteita. Lattiatilaa on aina rajoitetusti ja tuotantovälineiden sijoittaminen on etusijalla. Entäpä ohjauslaitteet? Aiemmin kullekin koneelle varattiin yleensä tilaa yhdestä ohjauskaapista. IIoT-asennukset ovat erittäin riippuvaisia elektronisista järjestelmistä, antureista ja käyttölaitteista. Ohjauskaappien ja -paneelien suunnittelijat joutuvatkin nyt tekemään tilaa konenäkö- ja kuvankäsittelyjärjestelmille, ennakoiville huoltojärjestelmille, verkkokytkimille ja virtalähteille. Myös teho-muunninmoduulit, moottorikäytöt, prosessilogiikan ohjaimet ja sähköiset kytkinlaitteet on voitava sijoittaa turvallisesti.

Tällä hetkellä suosiotaan kasvattaa digitaalinen kaksonen. Se on fyysisen tuotantolinjan digitaalinen kopio. Tehtaan suorituskyvyn seurannan lisäksi ne tarjoavat digitaalisen alustan eri tuotantotekniikoiden ja -skenaarioiden simulointiin ja mallintamiseen.

Tekniikoiden lisääntyminen aiheuttaa yhä enemmän kaappi- ja paneelitilaan liittyviä paineita, mikä korostaa jäsennellyn lähestymistavan tarvetta.

OHJAUSKAAPPIEN HAASTEET

Tilan löytäminen uudelle ohjauslaiteyksikölle on vain yksi haaste teollisuusjärjestelmien suunnittelijoille. Uuden paneelin suunnittelu edellyttää siihen sisällytettävien laitteiden tyyppien ja määrän huolellista selvitystä. Onko laitteet mahdollista ryhmitellä loogisesti niiden toiminnan tai fyysisen koon mukaan?

Entäpä liitettävyys muihin moduuleihin ja ohjaimiin? Tiettyjen osien sijoittaminen vierekkäin saattaa vähentää kaapeloinnin monimutkaisuutta. Lisäksi samankorkuisten laitteiden ryhmittäminen yhteen auttaa optimoimaan käytettävissä olevan tilan.

LÄMMÖNHALLINTA HALTUUN

Ohjainten, moduulien ja laitteiden luettelossa on huomioitava valmistajan suosittelemat vähimmäisetäisyydet, jos ne on mainittu. Lämmönhallinta on tähän keskeinen syy,
sillä lämmönhaihdutus on olennaista tiiviisti täytetyssä kaapissa. Jotkin yksiköt voivat tuottaa enemmän lämpöä kuin toiset. Esimerkiksi jopa hyötysuhteeltaan erittäin hyvät virtalähteet voivat tuottaa muutaman watin verran lämpöä. Useat vähän lämpöä tuottavat yksiköt voivat aiheuttaa kuuman kohdan, joka saattaa vaikuttaa muihin laitteisiin.

Joissakin ohjauskaapeissa voidaan tarvita pakotettua ilmajäähdytystä, mikä myös tarvitsee tilaa. Tilankäytön voi optimoida valitsemalla sellaisia ohjausyksikköjä, jotka on erityisesti suunniteltu pitämään hukkalämpösäteily mahdollisimman pienenä ja jotka sopivat tiheään vierekkäisasennukseen.

VÄLTÄ KAAPELIEN EPÄJÄRJESTYSTÄ

Kaapeleihin pääsy, niiden tunnistus ja reititys ovat erittäin tärkeitä, tuotantolaitteiston koko elinkaaren ajan vaikuttavia seikkoja. Selkeä tunnistus ja kätevät kiinnitysmenetelmät takaavat nopean ja tehokkaan huollon. Myös kaapelin halkaisijan ja tyypin mukaiset vähimmäistaivutussäteet on huomioitava - erityisesti, kun on kyse optisista kaapeleista.

Esimerkiksi matalajännitteisen suojaamattoman signaalikaapelin reitittäminen analogisesta anturista suurtehokaapeleiden ja moottorikäyttöjen rinnalla voi aiheuttaa suurjännitepiikkejä, jotka indusoituvat anturituloihin
ja aiheuttavat järjestelmän virheellisen toiminnan.

Viime aikoina suosituksi tulleet push-in-kaapeliliitännät nopeuttavat kaapelien asennusta. Jousi-kuormitetuilla liittimillä yksilankaisten johtimien tai valmiiksi koottujen pääteholkeilla varustettujen kaapelien liitäntä onnistuu kätevästi ja luotettavasti ilman työkaluja. Kiinnitysvoimat on optimoitu pieniksi siten, että kaapelien rasitus on mahdollisimman vähäistä mutta liitäntöjen pitokyky riittää estämään kaapelien tahattoman irtoamisen.

STANDARDEILLA TURVALLISUUTTA

Kansainvälisesti hyväksytyissä standardeissa on määritetty suurjänniteliittimien turvalliset suojaetäisyydet, enimmäisvuotovirrat ja sähköisten eristysjännitteiden alarajat. Räjähtävien tai syttyvien aineiden läheisyydessä mahdollisesti käytettäviin virtapiireihin sovelletaan luontaista vaarattomuutta koskevia asetuksia.

Nämä turvallisuusstandardit koskevat koko järjestelmää, ohjelmisto mukaan lukien. Teollisuusautomaatiojärjestelmissä käytettävät puolijohdelaitteet sisältävät yhä enemmän toiminnallisia turvaominaisuuksia. Sähkömekaanisia suojalaitteita ovat esimerkiksi pakko-ohjatut releet.

EMC JA EMI - SÄHKÖISET HÄIRIÖT KURIIN

Teollisuus on sähköisesti häiriöinen ala. Suurtaajuusmuuttajat, nopeat moottorikäytöt ja suuritehoiset moottorit luovat ympäristön, joka edellyttää asianmukaisten EMC- ja EMI-standardien mukaisten laitteiden käyttöä.

Standardeissa, kuten IEC61000 ja EMC-direktiivi 2014/30/EU, annetaan myös verkkokaapeleiden ja virtajohtimien suositellut vähimmäissuojaetäisyydet. Järjestelmäsuunnittelijoiden ja kaappien suunnittelijoiden on syytä varmistaa vaatimustenmukaisuus tarkistamalla valmistajan tuotetiedot ja tekniset tiedot.

KAAPPIEN SUUNNITTELUN TULEVAISUUS

Paneelivalmistajien työ on haasteellista, koska siinä tulee ottaa huomioon monia asetteluun ja suunnitteluun liittyviä tekijöitä. Ohjauskaappien toimittajat tarjoavat kuitenkin nykyään kattavan valikoiman 3D-suunnit-telutyökaluja, konfiguraattoreita ja digitaalisia järjestelmiä.

3D-suunnitteluresurssien, kuten kaappiin asennettavien laitteiden ja järjestelmien 3D-mallien avulla järjestelmäsuunnittelijat voivat visualisoida erilaisia asetteluvaihtoehtoja ennen optimaalisen järjestelyn valitsemista.

Kun määritykset on valittu, lämpöprofiili ja sähkömitoitukset voidaan mallintaa suunnittelusovelluksella. Suunnittelijat voivat helposti myös koota tarvittavat asiakirjat ja todistukset standardinmukaisuudesta.

Artikkeli on ilmestynyt tuoreessa ETNdigi 1/2022 -lehdessä. Sitä pääset lukemaan täällä.

Toukokuun ajan voit myös osallistua kisaan, jossa voit äänestää lehden parasta artikkelia ja voittaa upean OnePlus Nord 2 -älypuhelimen. Lue lisää täällä.