Maximice la eficiencia: Optimización de paneles de control industriales para maquinaria

La mayor eficiencia de los controladores de motor, la mejora de la productividad y la reducción del coste unitario de los variadores son algunos de los principales objetivos que persiguen las empresas al optimizar sus cuadros eléctricos de control. Ingenieros y diseñadores de paneles se centran en los retos que plantean los diseños existentes para aprovechar al máximo el rendimiento posible. Estos desafíos abarcan la implementación en entornos adversos, el coste de la seguridad, las interferencias electromagnéticas (EMI) y la optimización del espacio en el panel.

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Los diseñadores e ingenieros disponen de plazos ajustados para finalizar los planos de los paneles de control y, a menudo, se enfrentan a dificultades para fabricar productos con un ciclo de vida robusto que cumplan todos los requisitos de diseño. Los productos no se comportan igual en entornos hostiles que en entornos controlados. Los problemas prácticos que surgen en campo pueden provocar paradas para reparar sistemas dañados, lo que resulta en costosos mantenimientos.

Este artículo profundiza en soluciones y prácticas que ayudan a ingenieros de control y diseñadores de paneles a optimizar el desarrollo y el ciclo de vida del panel de control. Proporciona consejos y herramientas para ofrecer mejores soluciones de proceso que reduzcan costes y mejoren el rendimiento del ciclo de vida.

Optimización del espacio en el panel de control

Los ingenieros y diseñadores de maquinaria se enfrentan al reto constante de reducir el tamaño y la huella de las máquinas que construyen. Esto implica que los diseñadores deben crear huellas más pequeñas para integrar más elementos en los paneles de control existentes. Maximizar el espacio de la plataforma del armario es una buena solución, pero diseñar paneles de control más pequeños presenta varios desafíos. Entre las consideraciones clave se incluyen:

• Segregación de cables
• Gestión térmica
• Entrada de cables
• Interferencias electromagnéticas
• Radio de curvatura de cables
• Espacio para futuras ampliaciones

Además de las preocupaciones de seguridad, el cumplimiento de normas y códigos, así como el cumplimiento de los requisitos de separación de componentes electrónicos, complica aún más el trabajo de ingenieros y diseñadores.

Los paneles de control han evolucionado mucho desde el tradicional diseño de caja con una sola puerta. Los paneles actuales ofrecen mucha más versatilidad con cajas diseñadas con múltiples puntos de acceso, compartimentos para subpaneles y sistemas de refrigeración integrados opcionales. Un área que a menudo se desaprovecha es el espacio entre la puerta del armario y los componentes montados en el subpanel trasero. Utilizar carriles DIN con componentes que normalmente se instalarían en el subpanel permite aprovechar este espacio.

Con sistemas de refrigeración integrados, los paneles de control permiten montar e instalar equipos eléctricos más cerca unos de otros. Esto reduce el espacio utilizado y mejora la eficiencia de la disipación de calor dentro de la unidad. Existen numerosos sistemas de refrigeración disponibles y la elección del adecuado depende enteramente de las necesidades específicas del panel de control.

Mitigación del ruido electromagnético

Las interferencias electromagnéticas procedentes de componentes externos emiten ruido que puede interferir con el funcionamiento normal de otros componentes. El riesgo de EMI aumenta con la adición de componentes en red y dispositivos de potencia, mientras se intentan minimizar los costes del panel. Es difícil detectar los componentes emisores de ruido una vez completado el panel de control; por ello, es esencial incorporar soluciones de mitigación de ruido en el diseño original.

La conexión a tierra adecuada de los componentes emisores de ruido es un excelente primer paso para reducir las emisiones de EMI. Los cables que forman bucles actúan como excelentes antenas; minimizar el tamaño de estos bucles ayuda a reducir el ruido recibido. En lugar de hacer bucles con los cables, ejecute los cables de ida y retorno juntos. Entrelazar los cables reduce aún más los efectos de la EMI. Conecte los conductores de tierra entrantes al subpanel en su punto de entrada utilizando una barra de tierra universal.

La disposición del cableado es una consideración crucial en el control del ruido, y la distancia entre conductores es un factor determinante junto con la distribución de las rutas de cableado. Cruce los conductores en ángulo recto, ya que los conductores perpendiculares tienen mucha menos longitud en común que los paralelos, reduciendo así el ruido. Evite tender cables de CC junto a cables de CA, y entradas junto a salidas. Para reducir la EMI, se recomienda una distancia de 3 a 6 pulgadas entre conductores de alta y baja tensión en tendidos paralelos. Y se recomiendan 12 pulgadas entre cables de retroalimentación de encoders y resolvers, y cables de motor o cualquier cable de alimentación de CA.

Protección ambiental

Los armarios de los paneles de control deben proteger los sistemas vitales, reducir el riesgo de paradas imprevistas y garantizar la protección del personal. Los riesgos ambientales como la corrosión, la exposición a sustancias, el ruido eléctrico y la temperatura ambiente pueden tener efectos perjudiciales en los sistemas del panel de control. Determinar si la aplicación será en interiores o exteriores depende en gran medida de estos factores. Los factores ambientales generales incluyen:

• Interacción humana (aislamiento de equipos del personal para seguridad)
• Exposición a sustancias (mantener polvo, humedad y aceites aislados del sistema)
• Fluidos a alta presión y abrasiones (lavados y limpieza con agentes químicos)
• Temperatura (mantener los equipos electrónicos dentro de temperaturas de funcionamiento)
• Rayos UV (degradación de materiales por la luz solar)
• Elementos corrosivos (sales y químicos que pueden causar corrosión en equipos)

Para proteger los paneles de control de la exposición a sustancias, deben contar con juntas estancas en las superficies de contacto para aislar los sistemas internos vitales. Aplicar acabados adecuados a la superficie externa del armario ayuda a resistir exposiciones a alta presión y temperatura, así como rayos UV y posible corrosión. Los sistemas de gestión térmica ayudan a mantener los sistemas del panel de control dentro de las temperaturas de funcionamiento diseñadas.

Proteger el panel de control de los factores ambientales es importante para garantizar que los sistemas funcionen sin problemas, sin perder productividad ni longevidad del equipo. Durante la selección del armario del panel de control, es importante comprender los factores ambientales para especificar el armario según los requisitos de protección (IP) y el cumplimiento normativo, logrando así la protección adecuada.

Protección del personal

Proporcionar un espacio de trabajo seguro para el personal es esencial para el día a día del negocio. A medida que los sistemas de control continúan desarrollándose y volviéndose más complejos, es más vital que nunca tomar las medidas necesarias para garantizar la seguridad. El número de accidentes eléctricos ha aumentado, lo que ha llevado a una necesidad de incrementar la seguridad. Cuando se descuidan los peligros ambientales, las lesiones al personal pueden causar multas y aumentar los costes operativos.

Una explosión por arco eléctrico es muy peligrosa y un fallo eléctrico costoso que se produce como un cortocircuito entre conductores electrificados. A menudo, un arco eléctrico es provocado por el movimiento del operador o el contacto con equipos energizados. Un fallo fase-tierra o fase-fase resultante puede causar lesiones mortales y dañar equipos.

La señalización, el etiquetado y los sistemas de identificación deben utilizarse para asegurar que el personal entienda que existe posibilidad de riesgo dentro de los paneles de control y en las proximidades de los sistemas. Las barreras físicas son importantes para proteger contra peligros mecánicos. Es necesario diseñar el equipo de modo que el personal no cualificado se mantenga alejado de las fuentes de riesgo. Las barreras físicas incluyen:

• Mecanismos de bloqueo (seguridad preventiva que bloquea fuentes de alimentación mientras están activas)
• Puertos de datos (permite diagnósticos desde fuera del panel, lejos del riesgo)
• Bloqueos de seguridad (garantiza que todas las fuentes de energía queden inactivas antes del mantenimiento)

Es importante que las instalaciones con sistemas y paneles de control tomen las precauciones necesarias para mantener al personal seguro durante las operaciones. Pueden existir costes significativos asociados a incidentes eléctricos, como compensaciones laborales, costes de seguros y honorarios legales. Al evaluar y comprender los peligros del espacio de trabajo, los sistemas y componentes de los paneles de control pueden diseñarse teniendo en cuenta la seguridad del personal.

E3.Panel para el desarrollo del diseño de paneles de control

Proporciona una interfaz completa y en profundidad para diseñar y desarrollar la disposición del panel de control. Esta plataforma integra fácilmente el diseño mecánico 3D con componentes eléctricos para visualizar la colocación de componentes y optimizar el espacio del panel de control. Permite ver visualmente la distribución del cableado, los componentes del sistema de control y la integración completa del diseño de circuitos esquemáticos. Ofrece una representación virtual que muestra el diseño general del panel de control, desde el tipo de estructura del panel hasta el etiquetado de peligros potenciales para la producción.

E3.Panel permite definir conductos y rutas de cableado para los componentes. Ofrece cálculos de ruta real y aproximación de longitudes para mejorar las estimaciones directas de costes de materiales. Proporciona comprobaciones de reglas de diseño que aseguran que el diseño sea fabricable sin interferencias entre dispositivos y componentes.

El enrutamiento automático o manual de cables basado en la colocación de componentes prohíbe diseños de paneles de control inválidos. También proporciona comprobaciones de reglas de diseño para evitar el llenado excesivo de conductos, la colocación de piezas en áreas restringidas, y su capacidad para cumplir con normas reconociendo la proximidad de cables y piezas.

Bibliotecas de componentes en profundidad con referencias cruzadas en línea para proporcionar información sobre especificaciones y dimensiones físicas de componentes, determinando las mejores dimensiones de ahorro de espacio para la infraestructura del panel de control.

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Funciones adicionales de E3.Panel

• Integración 100% con E3.Schematics y E3.Cable
  • Cualquier cambio realizado en el panel o esquemático se refleja en todas las herramientas de E3.Series.
• Comprobación de reglas de diseño
  • Prevención de peligros
  • Detección de colisiones
  • Anclaje automático a posiciones de montaje válidas
  • Prevención de errores de colocación
• Creación de vistas 2D adicionales
  • Representación 2D del diseño del panel de control
• Integración del diseño del panel con equipos de fabricación
  • E3.Panel Plus se integra con diversos equipos de fabricación como maquinaria de preparación de cables Komax y herramientas de taladrado, punzonado y corte Perforex.

¿Ha tenido experiencias previas diseñando el panel de control óptimo? Comparta su historia a continuación.

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