De ce un dulap de control PLC are nevoie de management termic? Aplicații și soluții de răcire

Dulapul de control PLC servește ca o platformă critică de control în cadrul sistemelor de automatizare industrială. În configurațiile tradiționale de automatizare, PLC-urile se ocupă în primul rând de sarcini precum controlul logic, achiziția de date și interblocarea echipamentelor. Cu toate acestea, pe măsură ce sistemele de automatizare încorporează din ce în ce mai mult variatoare de frecvență (VFD), servomotor, comutatoare industriale, HMI, I/O la distanță și dispozitive de comunicație, numărul componentelor electronice și sarcina termică asociată din dulap a crescut.

 

În consecință, designul modern al dulapului de control bazat pe PLC-nu trebuie să se adreseze nu numai instalării fizice a componentelor, ci și funcționării lor stabile și pe termen lung. Factori precum managementul termic, protecția mediului și scenariile de aplicare specifice au devenit din ce în ce mai importante considerații de inginerie.

 

 

 

Deși CPU-ul PLC în sine nu este de obicei sursa principală de căldură din dulap, alte echipamente din interior-cum ar fi convertizoarele de frecvență variabilă (VFD), servomotoare, module de alimentare, contactori și dispozitive de rețea industrială-pot genera căldură continuă din cauza pierderilor de putere. Când mai multe dispozitive sunt instalate în aceeași carcasă, această căldură se acumulează.

 

Dacă căldura nu poate fi disipată eficient, temperatura ambiantă internă poate crește. Prin urmare, soluțiile de răcire pentru dulapurile de aplicații trebuie să se bazeze pe sarcina termică totală a întregului cabinet, mai degrabă decât să se concentreze doar pe PLC-ul însuși.

 

 

 

Pentru un dulap PLC închis cu sarcini termice scăzute, disiparea naturală a căldurii prin suprafața dulapului este adesea suficientă. Această metodă are un design simplu și nu necesită ventilatoare suplimentare sau unități de aer condiționat. Cu toate acestea, atunci când dulapul găzduiește un număr mare de unități de frecvență variabilă (VFD), servomotor sau alte dispozitive electronice de mare-putere, baza exclusiv pe răcirea naturală poate să nu fie suficientă.

 

Prin urmare, nevoia de răcire activă ar trebui determinată pe baza calculelor care implică puterea nominală a echipamentului, temperatura ambiantă, dimensiunile dulapului și sarcina termică internă.

 

 

Ventilatoarele de filtrare și unitățile de evacuare facilitează fluxul de aer în interiorul carcasei. Aerul rece intră în dulap, absoarbe căldura generată de componentele electronice și apoi este expulzat prin orificiile de evacuare. Această abordare are un design simplu și este potrivită pentru anumite medii industriale standard. Cu toate acestea, în medii cu niveluri ridicate de praf, ceață de ulei sau alți contaminanți, ventilatoarele standard cu filtru pot necesita întreținere frecventă.

 

Datele recente despre răcirea dulapului de control industrial subliniază, de asemenea, că în mediile industriale cu praf, înfundarea sistemului de filtrare are un impact direct asupra performanței de răcire a dulapului.

 

 

Dacă un dulap de comandă este instalat într-un atelier cu temperatură înaltă-sau găzduiește echipamente care generează căldură semnificativă, un aparat de aer condiționat este o opțiune viabilă. Aceste unități reglează temperatura internă într-un spațiu relativ închis, împiedicând intrarea aerului exterior praf direct în dulap.

 

Această soluție este deosebit de potrivită-pentru mediile industriale caracterizate de temperaturi ridicate, praf sau umiditate.
Cu toate acestea, deoarece aparatele de aer condiționat cresc costurile sistemului și cerințele de întreținere, alegerea ar trebui să se bazeze pe condițiile reale de funcționare.

 

 

Schimbătoarele de căldură facilitează transferul de căldură fără a face schimb direct de aer între interiorul și exteriorul dulapului. Această soluție oferă avantaje distincte pentru dulapurile PLC-montate pe perete care necesită un grad ridicat de protecție, deoarece ajută la scăderea temperaturii interne, menținând în același timp dulapul relativ etanș. Metoda specifică de răcire aleasă depinde de o combinație de factori, inclusiv temperatura ambiantă, sarcina termică și gradul de protecție necesar.

 

 

Mediile industriale diferă semnificativ de setările standard de birou. Atelierele de producție pot conține praf, ceață de ulei, vapori de apă și alți contaminanți.

 

Dacă aceste substanțe pătrund în dulapul PLC din oțel inoxidabil, ele pot compromite funcționarea-pe termen lung a terminalelor, conectorilor și componentelor electronice. În consecință, panourile ușilor dulapului, benzile de etanșare, intrările de cabluri și structurile de ventilație trebuie proiectate pentru a îndeplini cerințele specifice de mediu.

 

 

Dulapurile PLC acoperite cu pulbere-sunt utilizate pe scară largă în automatizarea industrială. De exemplu, liniile de producție se bazează pe PLC-uri pentru a controla sistemele de transport, procesele de asamblare, stațiile de inspecție și dispozitivele de acționare mecanice.

 

În sistemele de tratare a apei, PLC-urile sunt utilizate pentru a controla pompele, supapele și pentru a monitoriza nivelurile lichidelor și debitele.

 

Sistemele HVAC utilizează PLC-uri pentru a coordona funcționarea ventilatoarelor, pompelor, supapelor și a altor echipamente.

 

Sistemele energetice folosesc PLC-uri pentru monitorizarea stării echipamentelor, achiziția de date și controlul interblocării.

 

Literatura din industrie citează aplicații tipice pentru dulapuri PLC modulare, inclusiv pompe de apă, compresoare de aer, ventilatoare, sisteme centrale de aer condiționat, mașini-unelte, cazane, mașini de fabricare a hârtiei și echipamente de prelucrare a alimentelor.

 

 

 

Instalațiile de tratare a apei necesită de obicei controlul a numeroase pompe, supape, senzori și instrumente. Dulapurile PLC personalizate conectează senzori de câmp și dispozitive de acționare, permițând controlul automat și monitorizarea stării.

 

Având în vedere umiditatea ridicată întâlnită adesea în mediile de tratare a apei, materialele dulapului, structurile de etanșare și gradele de protecție trebuie selectate pe baza condițiilor reale de funcționare.

 

 

Pe liniile de producție automate, dulapurile PLC antiexplozive{0}}interfață cu senzori, roboți, sisteme de transport, variatoare de frecvență (VFD) și servosisteme. Aceste dulapuri trebuie să asigure schimbul stabil de date și semnal de control între diferitele echipamente.

 

Odată cu progresul producției inteligente, Ethernetul industrial, I/O la distanță și dispozitivele de achiziție de date sunt din ce în ce mai integrate în dulapuri de control. În consecință, dulapul modern PLC servește nu numai ca platformă de montare pentru sistemele de control, ci și ca nod critic în cadrul rețelei industriale.

 

 

În sistemele HVAC la scară mare-, PLC-urile coordonează ventilatoarele, pompele, sistemele de răcire și supapele. Dulapul de comandă trebuie să ajusteze stările de funcționare a echipamentului pe baza datelor din câmp, cum ar fi temperatura, presiunea și debitul.

 

Pentru dulapurile instalate în încăperi mecanice sau spații de echipamente, metodele de disipare a căldurii trebuie concepute ținând cont de temperaturile ambiante și de durata de funcționare a echipamentelor.

 

 

Panourile PLC sunt, de asemenea, aplicabile pentru sistemele solare, eoliene și alte sisteme energetice. În aceste aplicații, PLC-urile gestionează funcțiile de control al echipamentelor, monitorizarea stării, alarmarea și comunicarea.

 

Pe lângă PLC-uri și modulele I/O, aceste dulapuri pot necesita comutatoare industriale, module de comunicație și dispozitive de achiziție de date.

 

 

Fabricile inteligente necesită o interconectare extinsă a echipamentelor. Ca noduri de control pentru echipamentele de automatizare, dulapurile sistemelor electrice trebuie să facă schimb de date cu HMI-uri, sisteme SCADA, platforme MES și rețele industriale.

 

În consecință, funcția carcasei moderne a sistemului PLC a evoluat de la un „centru de control al releului” tradițional într-o platformă integrată de automatizare care combină controlul, comunicarea, achiziția de date și managementul echipamentelor.

 

 

Deși comutatoarele industriale, modulele de comunicație și dispozitivele I/O la distanță pot avea o putere mai mică decât variatoarele de frecvență (VFD), acestea sunt sensibile la factorii de mediu și la interferența electromagnetică.

 

Prin urmare, secțiunea de comunicații dintr-un cabinet PLC standard trebuie să fie planificată strategic pe baza funcționalității dispozitivului.
Dirijarea cablurilor de comunicație în raport cu cablurile de alimentare trebuie să respecte, de asemenea, specificațiile de proiectare a sistemului și cerințele producătorului de echipamente.

 

 

Programul logic de control al panoului PLC Dulapurile automate din oțel inoxidabil sunt de obicei proiectate pentru ani de funcționare continuă. În consecință, ușurința întreținerii trebuie luată în considerare de la început, mai degrabă decât numai după ce apare o defecțiune. Caracteristici precum aspectul logic al componentelor, etichetarea clară a firelor, structurile de montaj ușor demontabile, spațiul de lucru amplu și schemele electrice precise, toate ajută personalul de întreținere în diagnosticarea și rezolvarea rapidă a problemelor.

 

Un design excelent al cabinetului de aplicații anticipează nevoile viitoare de întreținere și extindere în timpul fazei inițiale de proiectare.

 

 

După câțiva ani de funcționare, sistemele de automatizare industrială necesită adesea adăugarea de noi senzori, actuatoare, dispozitive de comunicație sau module I/O. Dacă nu este rezervat spațiu în dulap, modificările viitoare ar putea necesita înlocuirea întregii unități.

 

Prin urmare, rezervarea adecvată a locațiilor de montare, a spațiului terminal și a capacității conductelor de sârmă în timpul fazei inițiale de proiectare îmbunătățește capacitatea de extindere a sistemului.

 

 

Impulsat de progresul continuu al automatizării industriale, al producției inteligente și al Internetului industrial, dulapurile controlerelor logice programabile vor evolua din ce în ce mai mult către modularitate, conectivitate la rețea și inteligență. Este posibil ca aceste dulapuri să integreze o gamă mai largă de componente, cum ar fi dispozitive de comunicații industriale, I/O la distanță, module de calcul de margine și sisteme de monitorizare a stării.

 

În același timp, utilizarea de-unități de frecvență variabilă (VFD) de înaltă performanță și unități servo va continua să conducă la progrese în tehnologiile de management termic pentru dulapuri de control.

 

În consecință, viitorul PC industrial al cabinetului de comandă nu trebuie să prezinte doar structuri mecanice fiabile și conexiuni electrice, ci să ofere și un management termic superior, capabilități de comunicare în rețea și ușurință de întreținere.

 

Carcasele panourilor de control sunt o infrastructură vitală în cadrul sistemelor de automatizare industrială; performanța lor depinde nu numai de PLC-ul în sine, ci și de factori precum materialele carcasei, aspectul intern, metodele de disipare a căldurii, protecția mediului, cablarea și arhitectura de comunicare.

 

Pentru echipamentele standard de automatizare, se pot utiliza răcire naturală sau ventilatoare în funcție de sarcina termică; totuși, mediile cu-temperatură ridicată sau cu-praf ridicat pot necesita soluții de răcire mai robuste și închise.

 

De la producție până la aplicația finală-utilizare,Dulapuri de control PLCevoluează de la carcasele electrice tradiționale la platforme integrate de automatizare industrială care combină controlul, comunicarea, achiziția de date și protecția echipamentelor.