En cualquier tipo de sistema industrial automatizado, el panel de control eléctrico es uno de los componentes clave del sistema.
En el panel de control es donde residen la mayoría de los elementos de la interfaz humana. Es decir, es donde los operarios y los técnicos de tu empresa pueden controlar tu sistema industrial.
Aunque cada panel de control eléctrico es diferente, adaptado al trabajo y al sistema con el que está emparejado, habrá algunos elementos comunes. Estar familiarizado con ellos te ayudará a tomar el control de los sistemas automatizados con mejor perspectiva.
En este artículo se estudiará los componentes principales de un panel de control eléctrico, y te daré algunos consejos para su instalación y mantenimiento.
¿Qué es un panel de control eléctrico industrial?
De forma sencilla, un panel de control eléctrico industrial se define como una combinación de dispositivos eléctricos que utilizan la energía eléctrica para controlar las distintas funciones mecánicas de los equipos o la maquinaria industrial.
Además, son una parte integral de cualquier proceso de fabricación automatizado. En un nivel básico, los paneles de control albergan varios dispositivos electrónicos que proporcionan señales para dirigir el funcionamiento de los equipos y las máquinas.
El propósito y la intención de un panel de control industrial es tener una caja de conexiones especialmente diseñada para el cableado y/o los sistemas eléctricos.
Por norma general, los técnicos interactúan con los controles del panel para manejar y controlar la planta y el proceso.
Los componentes del panel de control facilitan muchas tareas, como por ejemplo, pueden supervisar la presión o el flujo dentro de una tubería y señalar la apertura o el cierre de una válvula.
En concreto, un panel de control eléctrico se utiliza en industrias, centrales nucleares, barcos, aviones y también para supervisar y controlar máquinas.
El mantenimiento de estos paneles de control es imprescindible, ya que garantiza un mejor funcionamiento de los equipos y reduce las posibilidades de que se produzcan errores humanos o accidentes.
Componentes de un panel de control eléctrico industrial
Aunque un panel de control eléctrico industrial es un aspecto fundamental de la ingeniería eléctrica, muchas personas desconocen los componentes clave de los paneles de control necesarios para funcionar de forma segura y fiable.
Un panel de control eléctrico incluye dos categorías principales: la estructura del panel y los componentes eléctricos.
Estructura del panel
La estructura del panel esta compuesta de un armario metálico de aluminio o acero metálico que varia en el tamaño según sus características y aplicaciones. Por norma general, suelen tener una o dos puertas.
Este tipo de estructuras sirven para proteger los componentes eléctricos de los factores externos y suelen tener las siguientes características:
- Uso interior y/o exterior
- Impermeabilidad/resistencia al agua
- Resistencia al polvo/contaminantes sólidos
Otro componente de la estructura del armario de control eléctrico es el panel trasero. Este componente es una lámina metálica montada en el interior de la carcasa del armario que proporciona un soporte estructural para el montaje de carriles DIN y de conductos de cableado eléctrico.
Los carriles metálicos DIN tienen dimensiones estandarizadas y proporcionan una estructura de montaje para los dispositivos eléctricos.
Por otro lado, los conductos de cableado eléctrico permiten el enrutamiento y la organización de los cables, a la vez que ayudan a controlar el ruido eléctrico entre los dispositivos dentro del armario de control eléctrico.
Componentes eléctricos del cuadro eléctrico
En el interior de un cuadro eléctrico existen varios tipos de componentes eléctricos que definen y organizan las distintas funciones que realiza el cuadro. Estos componentes son:
Disyuntor principal
Un disyuntor principal es esencialmente un gran interruptor que distribuye de forma segura el suministro de energía. Los disyuntores principales manejan entre 120V-480V en la mayoría de las aplicaciones industriales.
Descargador de sobretensiones
El descargador de sobretensiones es un componente para evitar que los cortes de luz o las sobretensiones de la red eléctrica dañen los componentes eléctricos dentro del panel debido a la sobretensión.
Transformador
Un transformador es un dispositivo que transfiere la energía eléctrica de un circuito de corriente alterna a otro u otros circuitos, aumentando o reduciendo la tensión.
Fuente de alimentación
Una fuente de alimentación convierte la tensión de corriente alterna (CA) en tensión de corriente continua (CC).
Bloques de terminales
Los bloques de terminales son puntos de conexión que pueden unir dos o más cables. Es posible organizar los bloques de terminales juntos en una tira para dirigir la energía de una fuente a varios dispositivos en el panel de control.
Interruptor de desconexión
Aunque un interruptor de desconexión puede tener muchos modelos y formatos diferentes, el propósito general es desconectar completamente el panel de control del suministro eléctrico.
Un uso común de un interruptor de desconexión es cortar la energía del panel de control para completar las reparaciones o el mantenimiento, así como para las paradas de emergencia.
Fusibles
Los fusibles son dispositivos de seguridad que protegen un circuito eléctrico de la sobrecarga de una corriente demasiado alta. Si el fusible falla, se convierte en un circuito abierto y hay que sustituirlo.
Controlador lógico programable (PLC)
Un PLC es básicamente una CPU contenida en el panel de control. Esta unidad es el cerebro del panel de control, proporcionando la supervisión y el control de los diversos procesos mecánicos.
Incluye varias entradas y salidas de las funciones mecanizadas del equipo de producción.
Relés y contactores
Estos interruptores de encendido/apagado controlan las funciones mecanizadas basándose en los comandos del PLC.
Los relés más pequeños controlan funciones como las luces y los ventiladores. Los relés más grandes, llamados contactores, controlan funciones más avanzadas como los motores.
Relé de sobrecarga
Un relé de sobrecarga protege a los motores eléctricos del sobrecalentamiento, evitando que el motor tire más amperios de los que permite la sobrecarga.
Esto puede ocurrir cuando el circuito del motor está protegido por un disyuntor con un límite de amperios superior al valor nominal de carga completa del motor.
El relé de sobrecarga protege el motor abriendo el circuito cuando la corriente alcanza entre el 115% y el 125% de la capacidad de carga total del motor.
Interruptores o switch de red
Los interruptores de red son el centro de comunicación del panel de control, facilitan la comunicación entre el PLC y los distintos dispositivos compatibles con la red en la línea de producción.
Interfaz hombre-máquina (HMI)
Una pantalla HMI permite a un operario supervisar o controlar determinadas funciones de la maquinaria. Las HMI comunes incluyen monitores de vídeo, joysticks, botones, interruptores y teclados.
Accionamientos de motor
Pese a que existen numerosos tipos de accionamientos de motor, cada uno de ellos con una finalidad específica, la función general es hacer funcionar un motor conectado.
Los accionamientos de motor más comunes utilizados en los paneles de control son los variadores de frecuencia, los servo accionamientos y los arrancadores suaves.
Arrancadores de motor
Un arrancador de motor es un dispositivo que combina un contactor y un relé de sobrecarga para controlar la salida eléctrica del motor durante el arranque, así como para proporcionar protección contra la sobrecarga mientras el motor está funcionando.
Suele tener un conjunto modular e incluye un interruptor manual de encendido y apagado.
Switch de Ethernet
El switch de Ethernet permite la comunicación entre dispositivos dentro del panel de control, como los PLC, un variador de frecuencia y un HMI, así como dispositivos en red fuera del panel, como otros paneles de control, sistemas SCADA o sistemas de información.
Tips para la instalación de un panel de control eléctrico
Cuando se opta por un panel de control industrial con el propósito y la intención de optimizar la funcionalidad y la seguridad de tu equipo, se debe empezar por seleccionar un recinto adecuado para el entorno en el que se colocará el armario eléctrico.
Es importante asegurarse de que se ha asignado un espacio suficientemente grande para la instalación y colocación de los cables. Hay que asegurarse de que los cables se colocan de forma correcta y segura.
Además, hay que tener en cuenta el hecho de que se debe asignar espacio para las pruebas y el mantenimiento de tu equipo.
A la hora de seleccionar un panel de control industrial y determinar la ubicación de dicho dispositivo, es imprescindible que trabajes con profesionales especializados para asegurarte de que no se cometen errores.
Otro paso importante que hay que tener en cuenta al elegir un panel de control industrial es determinar los conductores de alimentación de la unidad.
En principio, esto puede resultar complicado. Por esta razón, debes obtener la ayuda de profesionales expertos para que te ayuden.
Estos profesionales determinarán la carga de corriente de todas las cargas resistivas mediante cálculos especiales, realizará cálculos para determinar el tipo de motor de mayor potencia y añadirá esta cifra a los motores y otros aparatos que se vayan a conectar al cuadro de control industrial.
También es importante que todos los componentes deben estar instalados correctamente y optimizados para garantizar el mejor rendimiento.
Sólo con echar un vistazo a un panel de control, se puede ver de inmediato si está bien organizado o si puede necesitar algunas mejoras.
De este modo, cualquier ingeniero que trabaje en él no tendrá que rebuscar en el sistema para encontrar los controles de motor, interruptores, relés, desconectadores o dispositivos de protección de los circuitos.
En cualquier panel de control, es importante que los componentes y los grupos de componentes se organicen de forma funcional y lógica.
Por ejemplo, los componentes con un nivel de tensión alto deben colocarse en la parte superior del armario porque la mayoría de los paneles de control tienen un interruptor principal de desconexión de la alimentación entrante cerca de la parte superior derecha.
A medida que se desplaza hacia abajo en el armario eléctrico, los componentes de alimentación tendrán un nivel de tensión más bajo.
Para facilitar la resolución de problemas, los componentes de distribución de energía deben tener un disyuntor para el nivel de potencia especificado a la izquierda, seguido de disyuntores de distribución, fusibles y terminales.
Esto mantendrá la coherencia, la organización y reflejará la jerarquía en los esquemas. Además, debe dejarse un espacio adecuado entre los grupos para facilitar la ampliación en caso necesario.
Debajo de los componentes de distribución de energía, debe haber terminales de E/S y racks de PLC.
En primer lugar, dado que los componentes de la parte superior son de mayor voltaje y emiten más calor, se deben mantener los componentes sensibles o los componentes sensibles al calor cerca de la parte inferior. Esto permite que la mayor parte del calor se escape hacia la parte superior del panel de control.
Otra razón para mantener estos componentes en la parte inferior es debido al cableado de E/S de los instrumentos de campo que normalmente se instalan en la parte inferior del panel de control.
El etiquetado es otro aspecto importante de un buen diseño del armario de control eléctrico. Al colocar el cableado, se deben añadir etiquetas a cada uno de los cables. Las fuentes de alimentación, los disyuntores y otros componentes del panel suelen estar etiquetados con prefijos abreviados que identifican el componente.
Para tener un panel de control eléctrico bien diseñado, necesitarás la cantidad y el tipo de cableado adecuado. Esto asegurará que tengas suficiente espacio para el cableado de E/S de campo y el cableado del armario que se dirigirá a los terminales de E/S.
Cuando la canaleta está diseñada correctamente, será fácil colocar el cableado interno a los componentes internos del panel. Además, has de prever que se añadirá más cableado en el futuro, por lo que debes asegurarte de dejar espacio para ello cuando instales el panel de control eléctrico.
5 claves para la protección de los armarios de control industrial
Los armarios y cuadros eléctricos son caros. Un mal mantenimiento de estos equipos eléctricos puede acortar su vida útil y suponer otro desembolso de dinero imprevisto.
Lee a continuación con atención las formas de mantener tu panel de control eléctrico ante los diferentes factores que pueden deteriorar su funcionamiento.
La temperatura ambiente
Todos sabemos que los equipos eléctricos son muy propensos a dañarse si superan la temperatura ideal.
Para mejorar la vida útil de tu panel de control eléctrico, hay que asegurarse de que la temperatura media ambiente no supere los 35º C.
En caso de que la temperatura aumente, utiliza refrigeradores como aires acondicionados o ventiladores filtrados para controlarla.
La humedad elevada
Al igual que la temperatura, la humedad también es un enemigo para estos recintos con sistemas eléctricos. La humedad puede provocar una condensación interna que puede producir un cortocircuito o una descarga eléctrica.
En el caso de que la humedad se produzca por la existencia de rendijas para la ventilación, la corrosión puede dañar gravemente el equipo.
El uso de un acondicionador de aire o de calefactores para armarios puede eliminar la humedad del ambiente.
La contaminación del aire
Los armarios situados en zonas muy contaminadas pueden ser propensos a sufrir corrosión y otros tipos de contaminación química que pueden reducir la vida útil de tu equipo.
Evita que la contaminación llegue a tus armarios de control eléctrico. Utiliza sistemas avanzados de refrigeración del circuito cerrado que pueden ser de gran utilidad.
La entrada de agua y la exposición a la intemperie
El armario del panel de control eléctrico no debe estar expuesto a la intemperie y al agua. Para evitar estas duras condiciones, el armario debe estar equipado con ventiladores filtrados y sistemas de refrigeración o calefacción para vencer el frío y el calor.
El Polvo
En los lugares donde sopla mucho viento, la suciedad y el polvo pueden obstruir los filtros de los ventiladores y bloquear el flujo libre de aire, lo que puede provocar el sobrecalentamiento de los equipos eléctricos.
El exceso de suciedad puede dar lugar a una conexión defectuosa de los cables.
Conclusión
Los paneles de control eléctrico industrial tienen diferentes formas y tamaños, y requieren un manejo individual especializado.
Son esenciales para la automatización industrial. Proporcionan una supervisión y un control de alto nivel de las distintas funciones de la maquinaria de producción, lo que permite a los fabricantes definir, organizar y cumplir los objetivos de producción.
El mantenimiento es otra consideración clave para un panel de control eléctrico. Facilitar el mantenimiento es un elemento imprescindible en el diseño de un cuadro eléctrico personalizado.
La fabricación de paneles de control eléctrico es un proceso. Se necesita tiempo para producir con precisión un panel de control eléctrico por encargo.
Para ser un fabricante de paneles de control eléctrico de éxito se necesita un proceso flexible que permita producir con rapidez y precisión. Contar con personal experimentado, un buen software y un equipo de producción automatizado es una gran ayuda.
En SICMA21 diseñamos y fabricamos a escala una amplia gama de diferentes tipos de armarios de control eléctrico para la automatización. Tanto si necesitas un simple diseño de relé eléctrico como uno más sofisticado con autómatas programables en un único sistema o una red de PLC con integraciones SCADA o IIoT industrial.
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