Projektowanie wnętrza szaf sterowniczych

1229

Na etapie projektowania wnętrza szafy sterowniczej trzeba uwzględnić kilka ważnych czynników. Ważne jest bowiem bezpieczeństwo pracujących w niej urządzeń i aparatów.Jednak to co jest najważniejsze z punktu widzenia późniejszej eksploatacji to możliwość bezpiecznej obsługi szafy przez służby utrzymania ruchu. Podczas projektowania wnętrza szafy trzeba mieć również na uwadze wymagania konkretnej aplikacji oraz zalecenia montażowe producentów montowanych urządzeń.

Budowa szafy

Konstrukcja typowej szafy bazuje na profilach zamkniętych, przez co zyskuje się jej sztywność. Oprócz tego dzięki profilom zapewniona jest symetria szkieletu szafy umożliwiająca montaż drzwi oraz osłon na dowolnej płaszczyźnie bocznej.
Drzwi zazwyczaj montowane są do szkieletu na dowolnej płaszczyźnie na czterech zawiasach o kącie otwarcia 150°. W efekcie zastosowania symetrycznej budowy drzwi można montować zarówno jako prawe jak i lewe. W drzwiach przewiduje się ramkę usztywniającą z perforacją oraz zamek baskwilowy czteropunktowy. W szafach o szerokości 1000 i 1200 mm uwzględnia się drzwi dwuskrzydłowe z kolei szafy o szerokości 800 i 600 mm mają drzwi jednoskrzydłowe.

Osłony tylne i boczne najczęściej montowane są za pomocą wkrętów mocujących. Osłona górna bazuje na pełnej zaślepce blaszanej z wylaną uszczelką. Nie mniej ważna jest otworowana płyta dolna z zaślepkami montowanymi śrubami wrzynającymi. Kluczową rolę odgrywa przy tym możliwość demontażu płyty dolnej wraz z zaślepkami, co zapewniają odpowiednie przepusty.

Co w środku

Typowe wyposażenie szafy sterowniczej obejmuje system zasilania i rozdziału energii elektrycznej, a także sterowanie i sygnalizację w odniesieniu do nadzorowania pracy elementów wykonawczych zarówno obwodów siłowych jak i pomocniczych. Nie mniej ważna jest sygnalizacja podstawowych stanów i wartości. W zależności od aplikacji zastosowanie mogą znaleźć jeszcze inne podzespoły takie jak chociażby sterowniki PLC i falowniki oraz serwonapędy, transformatory, styczniki, przekaźniki, listwy zaciskowe itp.
Po stronie zewnętrznej drzwi szafy montuje się wyłączniki do obsługi ręcznej, lampki sygnalizacyjne, panele HMI, wyświetlacze i wskaźniki. Nie mniej ważne są również odpowiednie opisy zamontowanych w ten sposób podzespołów. W odniesieniu do okablowania zewnętrznego i wewnętrznego trzeba uwzględnić wymagania normy PN-EN 60445:2018 – „Zasady podstawowe i bezpieczeństwa przy współdziałaniu człowieka z maszyną, znakowanie i identyfikacja. Identyfikacja zacisków urządzeń i końcówek przewodów, a także samych przewodów”.

Chłodzenie i/lub ogrzewanie wnętrza szafy

Na etapie projektowania szafy sterowniczej trzeba uwzględnić docelową temperaturę w jej w wnętrzu. W razie potrzeby trzeba mieć na uwadze odpowiednie chłodzenie. Najprostsze urządzenia chłodzące to wentylatory filtrujące, które zapewniają chłodzenie poprzez filtrowane powietrza pobieranego z zewnątrz. Bardziej zaawansowane są klimatyzatory chłodzące czułą elektronikę. Z kolei urządzenia do schładzania nagrzanego chłodziwa chłodzą wodą, mieszaniną woda/glikol i płynnymi olejami, zapewniając przy tym znaczną wydajność chłodzącą.

Bardzo często szafy wyposażone są nie tylko w układ chłodzenia ale również w systemy monitorujące wilgotność powietrza. Prawidłowy system chłodzenia szafy sterowniczej powinien uwzględnić przynajmniej kilka czynników. Przede wszystkim istotny jest procentowy udział strat mocy cieplnej różnego rodzaju urządzeń, które montuje się w szafie sterowniczej. W przypadku transformatorów przyjmuje się, że ich udział w stratach mocy cieplnej wynosi od 2 % do 5 %. Jeżeli w szafie sterowniczej montowane są zasilacze to wielkość starty mocy cieplnej wynosi 10 %. Udział w stratach mocy cieplnej falowników, sterowników PLC i regulatorów wynosi około 5 %, zaś styczników i przekaźników 3 %. Koniecznie trzeba wziąć pod uwagę rozpraszanie energii cieplnej przez samą szafę. Wielkość ta zależy od materiału obudowy i jej powierzchni zewnętrznej.
Szereg wymagań bierze się pod uwagę przy wyborze wentylatora. Przede wszystkim ważne jest obciążenie ciepła i wielkość obudowy. Wymagana wielkość przepływu powietrza dla wentylatora filtrującego zależy od całkowitej ilości ciepła wytwarzanego w szafie oraz różnicy temperatur ΔT występującej pomiędzy bezpiecznym wnętrzem szafy, a środowiskiem na zewnątrz niej.

W szafach, które pracują w szczególnie trudnych warunków otoczenia np. na zewnątrz pomieszczeń zastosowanie znajdują nie tylko systemy chłodzenia ale i ogrzewania. Ogrzewając szafę sterowniczą zapobiega się kondensacji pary wodnej we wnętrzu, a co najważniejsze, zmniejszane jest ryzyko uszkodzenia podzespołów elektronicznych. Typowy system ogrzewania szaf sterowniczych składa się z samoregulujących, antykondensacyjnych ogrzewaczy, które mogą być wyposażone w wentylatory. Celem zapewnienia lepszego ruchu powietrza elementy grzejne zazwyczaj umieszczane są w dolnej części szafy. Moc grzewcza typowych ogrzewaczy mieści się pomiędzy 10 a 550 W przy założeniu uzyskania temperatury 20°C.

Komentarz eksperta

Projektowanie szaf sterowniczych – nowości technologiczne. W procesie prefabrykacji szaf sterowniczych obecnie kluczowe znaczenie ma ograniczanie czasu koniecznego na wykonanie okablowania oraz redukcja kosztów wykorzystanych podzespołów. Dążenie do miniaturyzacji i standaryzacji wyposażenia elektrycznego wpłynęło na pojawienie się na rynku modułów zastępujących kilka elementów wykorzystywanych do tej pory oraz usprawniających montaż elektryczny. Rozwój technologiczny na przestrzeni kilku ostatnich lat spowodował dynamiczny wzrost produkcji i zwiększenia gamy dostępnych rozwiązań.

W przemyśle powszechnie stosowane są już urządzenia „inteligentne” takie jak; sterowniki (np. PLC), programowalne przekaźniki, panele dotykowe HMI, falowniki, serwonapędy, których jednym z podstawowych zastosowań (poza oczywistym zwiększeniem możliwości technologicznych) jest zastąpienie dużej ilości podzespołów koniecznych do zrealizowania takich samych zadań. Coraz częściej wykorzystywane są również rozwiązania sieciowe, wykorzystujące interfejsy komunikacyjne oparte na standardzie przemysłowego Ethernetu, pozwalające znacząco zwiększyć prędkości transmisji danych oraz ograniczyć ilość potrzebnego okablowania. Sieci Ethernet powoli wypierają z rynku używanego dotychczas PROFIBUS’a. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest stosowanie tzw. rozproszonych układów sterowania, które umożliwiają centralizację zarządzania produkcją dużych obiektów przemysłowych z wykorzystaniem „wysp”, odpowiedzialnych za zbieranie i rozprowadzanie sygnałów w poszczególnych obszarach. W praktyce oznacza to konieczność wykonania jednej głównej szafy sterowniczej z nadrzędnym sterownikiem (CPU) oraz Switchem czyli urządzeniem łączącym sygnały sieciowe i rozlokowanych obiektowo szaf lokalnych, zawierających moduły sygnałowe wejściowe i wyjściowe.

Kacper Kozdrój, Inżynier Projektu, Automatech

Źródło: Redakcja Portal Przemysłowy.pl