공간, 효율성 및 안전성을 위한 산업용 제어 패널 설계 방법

산업용 제어 패널 설계자는 여러 과제를 직면하고 있습니다. 제한된 공간 및 예산, 전력 손실, 화학 물질에 노출과 같은 환경적 위험, 오용 및 부정 조작과 같은 인적 요인 등이 그에 해당됩니다. 이러한 어려움에도 불구하고 설계자는 최고의 보안, 안전, 신뢰성, 표준 준수를 제공하는 패널을 제작해야 합니다.

이러한 목표를 달성하기 위해서는 제어 패널의 제작, 설치 및 사용을 간소화하는 창의적인 솔루션이 필요합니다. 특히 특정 사용 사례에 맞게 맞춤 제작된 부품과 적절한 작동을 보장하는 설치 및 유지보수 공구가 필요합니다.

이 기사에서는 비용 및 공간 최적화에 중점을 두면서 이러한 부품을 선택하기 위한 지침을 살펴봅니다. 배선 시스템, 식별 시스템, 안전 시스템, 액세스 제어, UPS에 대해 다루고 Panduit의 예시를 사용하여 각 부품의 역할과 선택 기준을 살펴봅니다. 또한 이 기사에서는 신뢰성, 안전, 업계 표준 준수를 보장하기 위해 이러한 부품을 구현하는 방법을 설명합니다.

배선 덕트 선택을 통한 공간 효율적인 제어 패널 설계

자동화 및 제어 엔지니어는 효율적인 제어 패널을 설계하기 위해 케이블 분리, 열 관리, 케이블 삽입, 전자파 장해(EMI), 케이블 굴곡 반경, 향후 확장 공간 등 다양한 요인을 극복해야 합니다. 배선 덕트는 전체 패널 설계의 ‘골격’을 형성하므로 이 공정에서 중요한 역할을 담당합니다. 설계자는 산업용 제어 패널용 배선 덕트를 선택할 때 다음의 요인을 고려해야 합니다.

• 패널 설계: 크기, 패널 유형, 버스바 크기 및 냉각 용량과 같은 사양 모두 필요한 배선 덕트의 유형 및 특성에 영향을 미칩니다.
• 크기: 배선 덕트는 향후 추가 또는 조정을 위해 어느 정도의 공간을 확보해야 합니다. 그러나 제어 패널에서 불필요하게 공간을 차지할 정도로 크지는 않아야 합니다.
• 배선 유형: 다양한 크기 및 기능(예: 전력, 제어, 데이터 케이블)을 갖춘 전선은 정확하게 장착하기 위해 다른 종류의 덕트나 채널이 필요할 수 있습니다.
• 환경 및 재료: 일반적인 재료에는 폴리염화비닐(PVC), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 플라스틱이 포함되지만 고온, 다습 또는 부식성 물질이 있는 일부 환경에서는 특정 재료로 만들어졌거나 특정 보호 기능을 갖춘 덕트가 필요합니다.
• 설치 및 유지보수: 전선을 추가하거나 제거하기 쉬워야 하며 덕트는 제어 패널에 설치하기 쉬워야 합니다.
• 규정 준수: 이 덕트는 해당 안전 표준, 전기 규정 및 산업별 규정을 준수해야 합니다.

비규격 배선 덕트를 사용하면 안전 위험을 초래하거나 제어 패널의 고장을 일으킬 수 있으므로 표준 및 규정은 특히 중요합니다. 표준 준수 부품의 예로 Panduit의 F1X3LG6 슬롯형 배선 덕트는 최고 +50°C(+122°F) 이상의 연속 사용 온도 등급을 갖춘 무연 PVC로 만듭니다. 이는 V-0의 UL 94 가연성 등급을 충족하며 난연제 재료에 대한 NFPA 79-2007 섹션 13.3.1 요구 사항을 충족합니다.

F1X3LG6은 또한 공간 효율적인 설계에도 매우 적합합니다. 고밀도 부품의 간격을 조정하는 좁은 슬롯이 있으며 분기 또는 기타 전선 관리를 위해 더 큰 구멍을 쉽게 제작할 수 있게 하는 분리선이 특징입니다(그림 1). 전선에 빠르고 안전하게 액세스할 수 있는 스냅온 덮개와 함께 사용할 수 있습니다.

그림 1: Panduit F1X3LG6은 전선을 고정하기 위해 이중 제한 슬롯 설계가 적용된 좁고 밀접하게 배치된 슬롯이 특징입니다. (이미지 출처: Panduit)

제어 패널을 위한 대체 전선 라우팅 솔루션

물론 덕트가 모든 상황에 적합한 것은 아닙니다. 예를 들어 덕트가 섀시를 관통할 수 없는 영역을 통해 전선을 라우팅해야 합니다. 이 시나리오에서 ABM100-A-C 부착형 케이블 타이 실장과 같은 솔루션을 고려할 수 있습니다. 이 4방향 실장은 빠른 설치와 장기적인 신뢰성 모두를 위해 설계되었습니다.

모든 접착제 시스템과 마찬가지로 응용 분야 환경에 맞는 올바른 접착제를 선택할 수 있도록 주의해야 합니다(그림 2).

그림 2: 응용 분야 환경의 요구 사항을 충족할 수 있도록 접착제 시스템을 선택해야 합니다. (이미지 출처: Panduit)

제어 패널 전선 및 케이블 마모 방지

전선이 덕트 밖으로 라우팅되면 마모 또는 기타 위험으로 인해 손상되지 않도록 주의해야 합니다. 예를 들어 제어 패널은 일반적으로 인클로저 내에서 전면 패널로 전선을 라우팅해야 합니다. 이러한 전선은 손상을 방지하기 위해 감싸야 합니다. 제어 엔지니어는 다음과 같은 옵션에서 선택할 수 있습니다.

• 나선형 랩: 전선 하니스 및 케이블 묶음을 위한 범용 마모 방지. 브레이크아웃을 쉽게 할 수 있고 다양한 색상, 재료 및 크기로 제공됩니다.
• 팬-랩 분할 하니스 랩: 전선 하니스 및 케이블 묶음을 위해 유연성을 갖추고 내마모성을 보호. 독특한 슬롯 패턴을 갖고 있으며 설치 시간을 단축하고 다양한 묶음 지름을 수용하는 큰 오버랩이 있습니다.
• 편복선 슬리빙: 전선, 케이블, 호스, 튜브를 위한 연속 마모 방지. 열이나 습도를 가두지 않는 유연한 개방형 조립.
• 골이 진 튜브: 케이블 묶음을 완벽하게 보호하는 견고한 벽 설계를 적용한 경제적인 솔루션. 여러 재료로 제공되며 일부는 설치 및 제거를 용이하게 하기 위해 슬릿-벽 설계를 적용했습니다.
• 열 수축: 절연, 보호, 색상 코딩 전선 및 케이블에 적합합니다. 또한 깨끗하고 안전하며 안정적인 설치를 위해 단자 및 돌기와 함께 사용할 수 있습니다. 다양한 재료, 크기, 벽 두께로 제공되며 일부는 방수 밀봉을 위해 접착제 안감이 적용되었습니다.

적절한 랩을 선택할 수 있도록 여러 요소가 작용합니다(그림 3). 예를 들어 응용 분야에 가볍고 유연하며 불규칙한 형태를 수용할 수 있는 솔루션이 필요한 경우 T25F-C 나선형 랩이 적합합니다. 이 전선 랩은 설치를 용이하게 하기 위해 설계되었지만 내구성이 뛰어나며 정격 최고 +50°C(+122°F)에서 사용할 수 있습니다.

그림 3: 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 유형의 전선 랩을 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Panduit)

케이블 종단, 관리 및 레이블 지정으로 제어 패널 유지보수 기능 및 안전성 향상

설계자는 제어 패널을 효과적으로 설치, 사용 및 유지보수할 수 있도록 적합한 전선 종단 방법 및 재료를 선택해야 합니다(그림 4).

그림 4: 종단 유형 및 기능 예시를 보여줍니다. (이미지 출처: Panduit)

최적의 선택은 필요한 종단 횟수를 포함한 몇 가지 요소에 따라 달라집니다. 예를 들어 DNF14-250FIB-C 나일론 절연 암 분해는 공구를 사용하지 않고 수 탭에 삽입 및 제거할 수 있으므로 설치 비용이 더 낮고 유지보수도 더 쉽습니다. 반면 FSD80-8-KD6 단일 전선 DIN 엔드 슬리브 절연 페룰은 수가 많은 종단에 더욱 적합한 자동 애플리케이터와 함께 사용할 수 있도록 설계되었습니다.

또한 케이블 타이는 배선을 정리하고 안정적으로 유지하여 안전성과 유지보수에 중요한 역할을 합니다. 그림 5와 같이 여러 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 타이가 있습니다. 타이의 기본 설계 외에도 재료 선택은 중요한 고려 사항입니다. 예를 들어 PLT1.5M-M 고정 케이블 타이는 실내 사용에 가장 적합하도록 나일론 6.6으로 만들어졌습니다. 염분 및 산성비와 같은 위험 요소가 있는 실외 응용 분야의 경우 프로필렌 같은 재료가 더 적합합니다.

그림 5: 케이블 타이용 재료를 선택하려면 다양한 환경 요인을 신중히 고려해야 합니다. PLT1.5M-M 고정 케이블 타이에는 나일론 6.6을 사용하며 실내 용도에 가장 적합합니다. (이미지 출처: Panduit)

적절한 케이블 타이 공구를 사용하면 생산성을 높이고 비용을 절감하며 작업자 안전을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어 GTH-E 케이블 타이 건은 사용하기 쉽게 설계되었습니다(그림 6). 이 공구는 유사한 공구보다 핸들 힘이 15% 덜 필요하며 케이블 타이 컷오프 메커니즘은 사용자의 손에 미치는 영향을 40% 이상 감소시킵니다.

그림 6: 사용하기 쉽게 설계된 GTH-E 케이블 타이 건의 주요 특징을 보여줍니다. (이미지 출처: Panduit)

마지막으로 투명 레이블은 제어 패널을 적절히 사용하고 유지보수하기에 중요합니다. 레이블 선택은 사용 목적뿐 아니라 환경적 위험에 따라서도 달라집니다(그림 7). 예를 들어 케이블이 담수 기반의 액체에만 노출되는 경우 S100X150VATY 열 전도 비닐 자체 래미네이팅 레이블과 같은 솔루션이 적합합니다. 이러한 레이블은 특히 전선과 케이블 응용 분야에 맞게 크기가 조정되었으며 정격 최고 +65°C(+150°F)에서 사용할 수 있습니다.

그림 7: 레이블 지정 솔루션 및 다양한 환경적 위험에 대한 적합성 샘플을 보여줍니다. (이미지 출처: Panduit)

TDP43ME 열전사 프린터와 같은 솔루션은 적합하게 레이블 지정하는 데 도움이 될 수 있습니다(그림 8). 이 열전사 프린터를 사용하면 작업자가 커넥터 및 단자 끝에서 1/2"(12.7mm)만큼 가깝게 전선과 케이블에 레이블을 부착할 수 있습니다. 프린터는 기존 수동 설치보다 최대 3배 빠르고 경쟁 관계의 솔루션에 비해 최대 2배 빠른 주기 시간입니다. 인체 공학적 설계로 작업자의 피로를 줄이고 반복적인 동작으로 인한 부상의 위험을 최소화합니다.

그림 8: TDP43ME 열전사 프린터는 효율적인 레이블 지정을 위한 소프트웨어 및 부속품과 함께 제공됩니다. (이미지 출처: Panduit)

제어 패널 응용 분야의 접지 및 안전성

산업용 제어 패널에 흐르는 고전력을 고려하면 안전을 위해 적합한 접지가 매우 중요합니다. 따라서 접지봉을 선택하는 것은 중요한 설계 선택이며 안전성뿐 아니라 제어 패널의 비용 효율성과 유지보수 기능에도 영향을 미칠 수 있습니다.

UGB2/0-414-6 범용 접지봉이 이러한 점을 보여줍니다. 이 접지봉은 Panduit의 특허받은 StructuredGround™ Universal Ground Bar System(UGB)의 일부이며 모든 유형의 전선 종단 방법과 140개 이상의 커넥터와 호환될 수 있습니다. 이 유연성은 설계 및 유지보수를 상당히 간소화합니다. 또한 2개의 스탠드오프 실장 옵션을 사용할 수 있으므로 좁은 영역에 배선 공간을 추가할 수 있습니다.

안전성과 생산성 간에 상충이 발생하는 경우가 종종 있습니다. 예를 들어 규정에 따라 전기 장비를 점검하기 전에 테스트를 통해 잔류 전압이 있는지 확인해야 합니다. 이 공정은 핸드헬드 계측기를 사용하는 데 시간이 많이 소요될 수 있습니다. VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 잔류 전압 테스터는 공정을 자동화하여 문제를 전압을 간소화합니다. 이 장치가 전면 패널에 설치되면 단일 버튼을 눌러 작업자가 잔류 전압이 있는지 확인할 수 있습니다(그림 9).

그림 9: VS-AVT-C02-L03 VeriSafe 잔류 전압 부재 테스터와 같은 계측기를 사용하는 자동 테스트는 빠를 뿐 아니라 안전합니다. (이미지 출처: Panduit)

신뢰할 수 있는 네트워킹 유지 및 산업용 이더넷 솔루션 및 UPS 변조 방지

데이터 네트워크는 현재 대부분의 제어 패널 설계에 속합니다. 변조 또는 오용으로 인한 보안 위반 및 다운타임을 방지하려면 네트워크 케이블을 그대로 유지하는 것이 중요합니다. 이를 위해 PSL-DCJB RJ45 잭 모듈 블록아웃 장치를 만들었습니다. 이러한 장치는 사용되지 않는 이더넷 포트에 삽입되므로 특수 공구를 사용하여 플러그를 제거할 수 있는 권한을 부여받은 작업자만 접근할 수 있습니다. 반대로 제한 장치는 활성 이더넷 포트에서 네트워크 케이블을 제거할 수 없게 합니다.

경우에 따라 이더넷 포트는 제어 패널의 외부에서 접속할 수 있어야 합니다. 여기 보호 캡을 사용하는 IAEBHC6 IndustrialNet Cat 6 UTP 벌크 헤드 RJ45 커플러 모듈은 중요한 역할을 수행합니다. 이 벌크 헤드는 먼지와 일시적인 침수로부터 보호하는 IP67 등급의 시일을 제공하여 세척해야 하는 작업 셀에 적합합니다.

네트워크 구동 장치의 경우 이더넷 플러그에는 특별한 기능이 필요합니다. 예를 들어 FPS6X88MTG IndustrialNet, 카테고리 6A 차폐형 필드 종단 RJ45 플러그는 IEEE 802.3af/802.3at (PoE/PoE+)에 따라 이더넷을 통한 전력 공급(PoE) 및 유사한 응용 분야에 맞게 설계되었습니다. 다른 기능 중에서도 이 플러그는 ANSI/TIA 568-C.2 카테고리 6A 및 ISO 11801 클래스 EA 채널 성능 요구 사항을 초과하며 ANSI/TIA-1096-A(이전 FCC Part 68), IEC 60603-7 및 IEC 60529(IP20) 표준을 고수합니다.

전원과 상관없이 여러 제어 패널은 정전 시 기능을 유지하기 위해 무정전 전원 공급 장치(UPS)가 필요합니다. 제어 패널용 UPS를 선택할 때 제어 엔지니어는 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 전력 용량: 출력이 제어 패널의 전력 소비량을 초과해야 합니다.
• 유지보수: 원격 관리를 통해 모니터링 및 주요 파라미터를 제어할 수 있으므로 비용과 시간을 절약합니다.
• 실장: DIN 레일 실장과 같은 옵션은 제어 패널에 통합을 용이하게 합니다.
• 안전성 및 규정 준수: UPS는 최소한 UL508과 같은 관련 표준을 충족해야 합니다.

UPS00100DC 산업용 네트워크 UPS는 이러한 기본 사항을 능가하는 여러 방법을 보여줍니다. 배터리 대신 울트라 커패시터를 사용하여 다운타임의 위험을 감소하고 잠재적인 수소 가스 축적을 방지합니다. 배터리가 없는 설계는 유지보수할 필요가 없으며 배터리 기반 UPS보다 ROI가 2배 더 높고 비용이 50% ~ 70% 더 적게 듭니다.

결론

산업용 제어 패널을 설계하는 것은 공간, 보안, 안전 및 신뢰성의 균형을 이루는 까다롭고 복잡한 공정입니다. 최적의 결과를 얻으려면 설계자는 패널을 구성, 배선, 레이블 지정을 지원하고 내외부의 위험으로부터 보호할 수 있는 제어 패널 솔루션을 사용해야 합니다. 이러한 솔루션은 산업용 제어 패널 응용 분야의 특정 요구 사항에 맞게 조정되어야 하며 적합한 작동을 보장하는 설치 및 유지보수 공구와 함께 제공되어야 합니다. 설계자는 이러한 기준을 충족하는 제어 패널 솔루션을 사용하여 효과적이고 안정적이며 안전하고 규정을 준수하는 패널을 구축할 수 있습니다.