کابینت های کنترل تجهیزات کوچک در مقابل کابینت های کنترل بزرگ متصل می تواند همان فلسفه طراحی برای هر دو مورد استفاده قرار گیرد؟

"این فقط یک کابینت است که با کنتاکتورها، رله ها و PLC ها نصب شده است - واقعا چقدر می توانند متفاوت باشند؟"

این یک تصور غلط رایج در میان مهندسان تازه فارغ التحصیل شده است. اگرچه هر دو کابینت های کنترل ولتاژ پایین هستند، یک جعبه دیواری که پمپ آب 2.2 کیلوواتی را کنترل می کند، بر اساس منطق طراحی کاملاً متفاوت از یک سیستم متصل به چهار کابینه که یک خط تولید 200 متری را مدیریت می کند، عمل می کند. تفاوت در خود اجزا نیست، بلکه در تفکر معماری است.

این مقاله تفاوت‌های طراحی بین این دو نوع کابینت کنترل را در شش بعد بیان می‌کند: تغییر از سیستم‌های مستقل تک کابینه به سیستم‌های مرتبط با چند کابینه، و حرکت از طراحی «مناسب برای هدف» به مهندسی قابل اعتماد و قابل ارتقا.

کابینت های کنترلی کوچک معمولاً از پیکربندی تک کابینت برای یک ماشین استفاده می کنند. همه اجزا در یک محفظه دیواری قرار می گیرند. ورودی/خروجی بومی PLC خود تمامی الزامات را برآورده می‌کند و عملکردهای منبع تغذیه، کنترل و حفاظت را یکپارچه می‌کند.

به عنوان مثال یک جعبه کنترل فن را در نظر بگیرید: این جعبه حاوی اشنایدر M221 (TM221CE16R)، همراه با قطع کننده های مدار، کنتاکتورها و رله های اضافه بار حرارتی است. پس از سیم کشی، دستگاه آماده تحویل است.

کابینت های کنترل متصل بزرگ از فلسفه طراحی منطقه بندی شده پیروی می کنند. یک خط تولید معمولاً به چند کابینت اختصاصی تقسیم می شود:

• کابینه برق و توزیع ورودی: دسترسی اصلی و توزیع برق درجه‌بندی شده را کنترل می‌کند، مجهز به کلیدهای مدار قالب‌گیری شده سری Schneider Compact NSX.
• کابینت کنترل اصلی: PLC هسته (به عنوان مثال زیمنس S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP) و HMI را در خود جای می دهد.
• کابین ورودی/خروجی از راه دور: از ماژول های ورودی/خروجی توزیع شده ET200SP برای استقرار پایانه های سیگنال نزدیک به تجهیزات میدانی استفاده می کند.
• کابینت VFD / Soft Starter: درایوهای پرقدرت را متمرکز می کند.

مزیت کلیدی منطقه بندی: خرابی یک کابینت کل سیستم را خاموش نمی کند و تعمیر و نگهداری می تواند با ایزوله کردن برق به مناطق جداگانه انجام شود.

برنامه ریزی ورودی/خروجی برای کابینت های کنترل کوچک ساده است. مهندسان تعداد موتورها، حسگرها و دکمه‌های فشاری را محاسبه می‌کنند، سپس نقاط را نقطه به نقطه تعیین می‌کنند. مجموع ورودی‌ها و خروجی‌های دیجیتال معمولاً بین سی تا چهل نقطه است که می‌تواند توسط ورودی/خروجی داخلی PLC پوشش داده شود. در صورت نیاز به امتیاز بیشتر، تعداد کمی از ماژول‌های توسعه اضافی کافی است.

طراحی کابینت‌های متصل بزرگ باید فضای انبساط را در اولویت قرار دهد. به طور معمول، 20٪ - 30٪ نقاط ورودی / خروجی اضافی و فضای ریل DIN در داخل هر کابینت رزرو می شود. این بیهوده نیست، بلکه درسی است که از تمرین آموخته شده است: حسگرهای اضافی اغلب در طول راه اندازی اضافه می شوند، و عملکردهای جدید ممکن است در عملیات بعدی به روز شوند. بدون ظرفیت اضافی، مهندسان با کارهای اضافی از جمله حفاری کابینت، نصب ماژول و اصلاح برنامه مواجه خواهند شد.

پیکربندی پیشنهادی: زیمنس ET200SP (IM 155-6 PN ST) برای ایستگاه های ورودی/خروجی راه دور که با ماژول های توسعه Schneider Modicon TM3 جفت شده است. هر دو از تبادل گرم در ریل‌های DIN پشتیبانی می‌کنند و امکان افزایش ظرفیت بدون خاموش شدن سیستم را فراهم می‌کنند.

کابینت‌های کوچک معمولاً از یک کلید اصلی برای برق ورودی استفاده می‌کنند، با فیوزها یا قطع کننده‌های مدار مینیاتوری (MCB) برای مدارهای انشعاب داخلی.

به عنوان مثال، یک کابین کنترل پمپ آب جمع و جور از Schneider iC65N 2P C32A به عنوان کلید ورودی استفاده می کند و هر مدار موتور توسط یک قطع کننده مدار موتور GV2-ME جفت شده با یک کنتاکتور LC1D محافظت می شود. طرح ساده و واضح است.

کابینت های بزرگ متصل به توزیع برق درجه بندی شده نیاز دارند:

• ردیف 1: کلید ورودی اصلی، معمولاً یک قطع کننده مدار قالب بندی شده (مانند مدار شکن هوای ABB Emax 2 یا Schneider MTZ) مجهز به یک واحد تریپ ارتباطی برای سوئیچینگ از راه دور.
• ردیف 2: شین‌های اصلی برق را به هر کابینت عملکردی توزیع می‌کنند، با یک مدارشکن مستقل در ترمینال ورودی هر کابینت فرعی.
• ردیف 3: حفاظت مستقل برای هر مدار در کابینت های جداگانه. بارهای بحرانی از منبع تغذیه دوگانه استفاده می کنند.

هدف از حفاظت درجه بندی شده: قطع شدن خطا در یک مدار موتور نباید باعث خاموش شدن کامل خط تولید شود.

بیشتر تجهیزات کوچک به سیم‌کشی نقطه به نقطه سیم‌کشی شده یا یک پیوند Modbus RTU که به HMI متصل می‌شود، متکی هستند. کابینت ممکن است فقط دارای یک پورت اترنت برای عملکرد صفحه لمسی محلی باشد.

کابینت های بزرگ متصل به یک ستون ارتباطی قوی نیاز دارند:

• لایه کنترل میزبان: اترنت صنعتی (Profinet / EtherNet/IP) PLC را با SCADA و HMI متصل می کند.
• لایه میدان: ایستگاه های ورودی/خروجی راه دور و درایوهای فرکانس متغیر از طریق Profinet یا EtherCAT ارتباط برقرار می کنند.
• واسط زیرسیستم: دستگاه های شخص ثالث (مترهای هوشمند، واحدهای نظارت بر توان) از طریق دروازه های Modbus TCP/RTU متصل می شوند.

برای ارتباطات بین کابینت، سوئیچ های مدیریت شده Siemens SCALANCE XB208 برای ایجاد شبکه های حلقه اضافی توصیه می شود. ارتباط سیستم بدون وقفه باقی می ماند اگر هر بخش فیبر منفرد از کار بیفتد.

کابینت های کوچک گرمای محدودی تولید می کنند و معمولاً به تهویه طبیعی کابینت متکی هستند. با اجزای کمی در داخل، دو کانال ترانکینگ کابل (یکی برای کابل های برق، یکی برای کابل های سیگنال) کافی است.

تولید گرما را نمی توان در کابینت های متصل بزرگ نادیده گرفت. هنگامی که چندین VFD به طور همزمان کار می کنند، دمای کابینت داخلی به راحتی می تواند از 45 درجه سانتیگراد تجاوز کند. مدیریت حرارتی سیستماتیک اجباری است:

• برای کابینت های VFD فن های خنک کننده یا تهویه مطبوع کابینتی نصب کنید.
• جداسازی اجزای مولد گرما از PLC ها؛ PLC ها را در سمت ورودی هوا قرار دهید.
• ورودی هوای پایین + خروجی هوای بالا را برای ایجاد همرفت موثر انتخاب کنید.

استانداردهای کابل کشی باید از "به اندازه کافی کاربردی" به مدیریت سلسله مراتبی ارتقا یابد:

• کابل های برق فشار قوی (380 ولت / 220 ولت) را در ترانک در سمت چپ کابینت قرار دهید.
• سیم کشی ولتاژ پایین (سیگنال های کنترل 24 ولت، کابل های ارتباطی) را در ترانک جداگانه در سمت راست قرار دهید.
• از کابل های محافظ برای سیم کشی خروجی VFD استفاده کنید و حداقل فاصله 200 میلی متری بین کابل های برق و کابل های سیگنال را حفظ کنید.

محفظه های روی زمین توصیه می شود: Schneider Spacial SF (IP55) یا Rittal TS 8 سری (IP55). قاب های مدولار آنها نصب چند کابینتی در کنار هم را تسهیل می کند.

برای کابینت های کنترل کوچک، قطع کننده های مدار، رله های اضافه بار حرارتی و دکمه توقف اضطراری اکثر نیازهای برنامه را برآورده می کنند.

طراحی ایمنی برای کابینت های متصل بزرگ یک کار مهندسی سیستماتیک است:

• برای پردازش سیگنال‌های توقف اضطراری، قفل‌های ایمنی درب‌ها و ورودی‌های پرده نور، PLC‌های ایمنی (مانند CPU 1516F-3 PN/DP زیمنس) را نصب کنید.
• مدارهای ایمنی از سیم کشی قرمز اختصاصی استفاده می کنند و نباید ترانک را با کابل های سیگنال دیگر به اشتراک بگذارند.
• از افزونگی دو کنتاکتور (دو کنتاکتور LC1D اشنایدر متصل به سری) برای تضمین قطع شدن مدار اصلی حتی در صورت خرابی یکی از کنتاکتورها استفاده کنید.
• به جای اتکای صرف به پیوندهای ارتباطی، سیگنال‌های اینترلاک بحرانی را به سیم سخت متصل کنید. تجربه میدانی تأیید می کند که شکستگی کابل ارتباطی ممکن است باعث ایجاد آلارم نشود.

1. معماری: کابینت های کوچک – طراحی مستقل تک محفظه. کابینت های متصل بزرگ - منطقه بندی چند کابینه و جداسازی عملکردی.
2. برنامه‌ریزی ورودی/خروجی: کابینت‌های کوچک - اندازه‌ای برای مطابقت با تقاضای دقیق. کابینت های متصل بزرگ - 30٪ ظرفیت اضافی را رزرو کنید و از تعویض گرم پشتیبانی کنید.
3. توزیع برق: کابینت های کوچک - مدار ورودی تکی که توسط MCB محافظت می شود. کابینت های متصل بزرگ - حفاظت سه لایه با کلیدهای اصلی بیرون کشیده.
4. ارتباطات: کابینت های کوچک - Modbus RTU یا اتصال اترنت تک. کابینت های متصل بزرگ - شبکه های حلقه اضافی به اضافه دروازه های چند پروتکلی.
5. حرارتی و کابل کشی: کابینت های کوچک - خنک کننده طبیعی، ترانک دوگانه ساده. کابینت های متصل بزرگ – کنترل دمای فعال، سیم کشی ولتاژ بالا/پایین جدا شده.
6. ایمنی: کابینت های کوچک – توقف الکترونیکی + حفاظت از اضافه بار حرارتی. کابینت های متصل بزرگ - PLC ایمنی + افزونگی دو کاناله.

1. Schneider TM221CE16R - PLC فشرده برای کابینت های تجهیزات کوچک مستقل
2. Schneider TM241CE40R - PLC میان رده برای ماشین آلات متوسط، بسته بندی و خطوط نقاله
3. CPU زیمنس 1516-3 PN/DP - PLC پیشرفته برای کابینت های کنترل اصلی سیستم های متصل بزرگ
4. CPU 1516F-3 PN/DP زیمنس - Safety PLC برای سیستم‌های بزرگ که نیاز به رعایت ایمنی عملکردی دارند
5. Siemens ET200SP IM 155-6 PN ST – ماژول رابط ورودی/خروجی توزیع شده برای ایستگاه های ورودی/خروجی راه دور
6. Schneider Compact NSX100F – مدار شکن قالبی برای برق ورودی و حفاظت درجه بندی شده در کابینت های بزرگ
7. Schneider iC65N 2P C32A – قطع کننده مدار مینیاتوری برای محافظت از ورودی اصلی یا انشعاب در کابینت های کوچک
8. Schneider GV2-ME14 - مدار شکن موتور، قابل استفاده برای مدارهای موتور کابینت کوچک و بزرگ
9. Siemens SCALANCE XB208 – سوئیچ صنعتی مدیریت شده برای حلقه های ارتباطی اضافی بین کابینتی
10. Schneider HMISTU855 – صفحه نمایش لمسی HMI برای پانل های عملیات محلی در کابینت های کوچک و متوسط