Thiết kế tủ điều khiển điện từ A đến Z: Hướng dẫn chi tiết cho người mới bắt đầu

Tủ điều khiển điện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các hệ thống cơ khí phức tạp của ngành sản xuất công nghiệp. Chúng đảm bảo rằng tất cả các hệ thống điện, thiết bị và máy móc được điều chỉnh, giám sát và bảo vệ đúng cách. Quá trình sản xuất có thể trở nên hỗn loạn và không an toàn khi không có tủ điều khiển điện.

Do những lý do này, thiết kế, sản xuất và lắp ráp tủ điều khiển điện có thể là một hoạt động phức tạp đòi hỏi sự tỉ mỉ, kỹ năng cao và lập kế hoạch cẩn thận

Bài viết này sẽ hướng dẫn một số quy trình liên quan đến việc tạo ra một tủ điều khiển điện điển hình.

I. Lập kế hoạch và thiết kế

Trước khi bắt đầu bất kỳ dự án tủ điều khiển điện nào, bạn cần nắm vững quy trình sản xuất và các quy định an toàn. Hiểu biết này cho phép bạn tạo ra một bộ sơ đồ điện và bố trí bảng điều khiển tích hợp tất cả các thông tin liên quan, chẳng hạn như nhu cầu điện năng, thông số kỹ thuật của thiết bị, loại tín hiệu và các biện pháp an toàn. Thiết kế phải được điều chỉnh theo yêu cầu của quy trình sản xuất của bạn.

Nhóm kỹ thuật của bạn nên đánh giá thiết kế để đảm bảo rằng tất cả các chức năng, xếp hạng và tiêu chí an toàn đều được đáp ứng. Trong quá trình xem xét thiết kế, điều quan trọng là đảm bảo rằng tủ điều khiển điện đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn an toàn điện áp dụng, chẳng hạn như NFPA 70 (NEC), NFPA 79 và UL508A.

Mặc dù một số thành phần EIC có thể được triển khai trên thực tế mà không cần tủ điều khiển, nhưng tủ điều khiển được sử dụng phổ biến hơn nhiều để chứa các thiết bị này. Tủ điều khiển điện công nghiệp phục vụ nhiều mục đích khác nhau:

• Bảo vệ các thành phần bên trong khỏi các điều kiện môi trường bên ngoài như nhiệt, lạnh, ẩm ướt, ô nhiễm và hư hỏng cơ học.
• Ngăn ngừa công nhân tiếp xúc với các thiết bị và điện.
• Phân phối, chuyển đổi và bảo vệ mạch cho các hệ thống điện và truyền thông.
• Tập trung các thiết bị EIC như bộ điều khiển logic khả trình (PLC), thiết bị đầu vào/đầu ra (I/O), giao diện người máy (HMI), điều khiển động cơ như biến tần (VFD), thiết bị mạng và thiết bị đo lường, v.v.

II. Bố trí và thiết kế thành phần

• Bố trí tủ phụ chính
• Cách thiết kế tủ điều khiển điện hiệu quả: Hướng dẫn từng bước 5

Việc bố trí và thiết kế thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và lắp ráp tủ điều khiển điện. Dưới đây là các hướng dẫn toàn diện:

• Thiết kế sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch bao gồm bố trí vật lý và bản vẽ sơ đồ.

Cần phải tạo ra các sơ đồ chính xác ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu. Những thiết kế này nên bao gồm mô tả chính xác về các kết nối điện và mạch điện cũng như mô tả đầy đủ về kiến ​​trúc vật lý. Giai đoạn này đảm bảo rằng nhóm thiết kế và người lắp đặt có tài liệu tham khảo rõ ràng cho việc định vị chính xác từng thành phần.

• Tập hợp thành phần

Tập hợp theo luồng, mối quan tâm nhiệt và chức năng.

Các thành phần được phân loại theo dòng điện, nhiệt do thành phần tạo ra và chức năng. Các thành phần tạo ra nhiều nhiệt, chẳng hạn như biến tần và bộ cấp nguồn, nên được đặt ở các vị trí thông gió tốt trong tủ, trong khi các thành phần AC và DC nên được tách riêng để tránh nhiễu điện từ.

• Quản lý không gian nội bộ

Quản lý không gian nội bộ: đảm bảo có đủ không gian để vận hành an toàn và làm mát

Thiết kế phải cung cấp đủ không gian bên trong không chỉ để vận hành an toàn mà còn cho lưu thông không khí thích hợp để tản nhiệt. Các thành phần đóng gói dày đặc có thể gây quá nhiệt; do đó, vị trí và khoảng cách của chúng phải được điều chỉnh tùy thuộc vào đặc tính nhiệt của chúng.

• Thiết kế vỏ bọc bên ngoài

Kích thước và định hướng phải tạo điều kiện thuận lợi cho sự an toàn, bảo trì và mở rộng trong tương lai

Thiết kế vỏ bọc của tủ điều khiển điện phải cung cấp đủ không gian và vị trí đơn giản cho việc bảo trì và mở rộng trong tương lai. Kích thước và các lỗ mở của vỏ bọc phải được thiết kế để cung cấp lối tiếp cận đơn giản đến các thành phần bên trong đồng thời cũng để lại đủ không gian cho việc bổ sung hoặc thay thế các thành phần hiện tại trong tương lai.

• Lựa chọn thiết bị

Việc lựa chọn các thành phần phù hợp là rất quan trọng đối với một bảng điều khiển đáng tin cậy và hiệu quả. Các thành phần chính bao gồm:

• Thiết bị đầu vào: Thiết bị đầu vào bao gồm nhiều thành phần khác nhau, chẳng hạn như nút bấm, công tắc, cảm biến và màn hình cảm ứng.
• Thiết bị đầu ra: Thiết bị đầu ra bao gồm đèn báo, đèn, màn hình và báo động.
• Bộ điều khiển: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC), rơle và bộ vi điều khiển.
• Nguồn điện: Đảm bảo nguồn điện đủ và ổn định cho tất cả các thành phần.
• Giao diện truyền thông: Giao diện mạng và mô-đun truyền thông được thiết kế để trao đổi dữ liệu.
• Tìm hiểu thêm: Thành phần tủ điều khiển điện: Những điều bạn cần biết

III. Lắp ráp các thành phần

Sau khi thiết kế hoàn thành, bước tiếp theo là lắp ráp tất cả các thành phần của tủ điều khiển điện. Các thành phần điều khiển thường được đặt trên một tủ phụ, sau đó được lắp vào một vỏ bọc. Bố cục phụ trên gói thiết kế sơ đồ điện chỉ định thành phần nào là cần thiết và vị trí của chúng trên tủ phụ. Nhiều thành phần điều khiển được gắn trên một thanh DIN chung, giúp tăng tốc độ cài đặt. Ống dẫn dây cũng được xây dựng trên tủ phụ để đảm bảo rằng dây dẫn giữa các thiết bị được bố trí một cách hợp lý và thẩm mỹ.

• Lắp ráp tủ điều khiển
• Cách thiết kế tủ điều khiển điện hiệu quả: Hướng dẫn từng bước 6

Để đảm bảo rằng thiết bị có đủ không gian khí xung quanh để tản nhiệt, hãy quan sát các tiêu chí khoảng cách do nhà sản xuất quy định. Tay nắm ngắt kết nối, điều hòa không khí, nút nhấn và đèn báo sẽ được đặt trên vỏ bọc ngoài tủ phụ.

IV. Lắp đặt và đấu dây

• Lắp đặt và đấu dây
• Cách thiết kế tủ điều khiển điện hiệu quả: Hướng dẫn từng bước 7

Sau khi lắp ráp tất cả các thành phần, bước tiếp theo là đấu dây cho tủ điều khiển bằng cách sử dụng gói sơ đồ điện. Việc đấu dây trong sơ đồ sẽ chỉ định đầu cuối nào trên mỗi thành phần điều khiển một dây sẽ tiếp đất, cũng như kích thước dây cần thiết. Màu sắc của dây cũng rất quan trọng vì nó chỉ ra điện áp mà nó vận chuyển, chẳng hạn như 24VDC, 120VAC hoặc 480VAC. Màu sắc dây phải tuân thủ các yêu cầu phù hợp. Ngoài ra, mỗi cáp sẽ được gán một nhãn duy nhất. Nhãn này sẽ giúp xác minh rằng cáp được hạ cánh chính xác và sẽ cho phép bảo trì khắc phục sự cố hệ thống nếu xảy ra sự cố khi tủ điều khiển hoạt động.

V. Kiểm tra và kiểm soát chất lượng

Sau khi hoàn thành lắp ráp, xưởng sản xuất nên kiểm tra công việc của họ và cung cấp tài liệu về:

• Xác minh bộ phận.
• Xếp hạng thiết bị quá dòng.
• Bố cục/sắp xếp tổng thể.
• Đánh dấu dây/thành phần chính xác.
• Đất/liên kết.
• Kiểm tra đấu dây điểm-điểm.

Sau khi lắp đặt và đấu dây thành phần, tủ điều khiển điện được kiểm tra và xác nhận như giai đoạn cuối cùng. Giai đoạn này rất quan trọng vì nó kiểm tra bảng điều khiển về các vấn đề đấu dây, tính năng an toàn và hoạt động. Bước đầu tiên trong quy trình này là kiểm tra từng dây về tính liên tục điểm-điểm (“kiểm tra bíp”) so với sơ đồ điện để đảm bảo rằng nó được đấu dây chính xác.

Đây là một bước quan trọng trước khi bật bảng điều khiển. Sau khi hoàn thành kiểm tra bíp, bảng điều khiển có thể được kết nối với điện và bật để kiểm tra xem tất cả các thành phần có hoạt động chính xác không.

VI. Tài liệu và bảo trì

Khi thiết kế và sản xuất tủ điều khiển điện, điều quan trọng là phát triển các tiêu chuẩn tài liệu và bảo trì toàn diện để duy trì độ tin cậy và hiệu quả lâu dài của thiết bị. Dưới đây là mô tả đầy đủ về giá trị và vai trò của các ấn phẩm và hướng dẫn bảo trì khác nhau:

–   Xây dựng tài liệu chuyên sâu cho mục đích bảo trì và khắc phục sự cố trong tương lai.

• Sổ tay vận hành: Chứa tất cả các hướng dẫn vận hành cần thiết để người dùng có thể vận hành tủ điều khiển điện một cách an toàn và hiệu quả.
• Hướng dẫn khắc phục sự cố: Chẩn đoán và giải quyết các vấn đề thường gặp, cho phép các chuyên viên bảo trì phát hiện và xử lý lỗi nhanh chóng và chính xác hơn.
• Danh mục thành phần: Một danh sách chi tiết về tất cả các thành phần, bao gồm thông tin về model và nhà cung cấp, giúp đơn giản hóa việc thay thế và nâng cấp linh kiện.

– Bao gồm minh họa và kế hoạch bảo trì cho hoạt động liên tục.

• Sơ đồ đấu dây và lắp đặt: Cung cấp thông tin chi tiết về kết nối điện và các thành phần, đảm bảo hoạt động tối ưu trong suốt quá trình bảo trì và nâng cấp.
• Kế hoạch bảo trì: Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn lâu dài của tủ điều khiển điện. Kế hoạch bảo trì nên bao gồm thời gian biểu cho tất cả các hoạt động kiểm tra, cũng như các công việc cụ thể như vệ sinh, kiểm tra kết nối và kiểm tra chức năng hệ thống.
• Quy trình an toàn: Đảm bảo rằng tất cả các hoạt động tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn ngành và yêu cầu pháp lý, bao gồm các quy trình vận hành và bảo trì an toàn cho tủ điều khiển điện.

Câu hỏi thường gặp về thiết kế tủ điều khiển điện

• 6 yếu tố chính cần xem xét khi thiết kế tủ điều khiển là gì?

  • Suy nghĩ về cách bố trí dây dẫn điện ngay từ đầu
  • Sẵn sàng xử lý va chạm giữa các bộ phận
  • Xây dựng khoảng trống sớm và thường xuyên
  • Đồng bộ hóa công việc 2D và 3D
  • Áp dụng sản xuất kỹ thuật số
  • Đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn điện TCVN và QCVN

⇒ Tham khảo về quy định an toàn điện tại Việt Nam: QCVN và TCVN

• Cách lập kế hoạch cho một tủ điều khiển điện?
  • Điều quan trọng là phải tính đến vị trí, sự căn chỉnh và dễ dàng tiếp cận tủ điều khiển điện của bạn, cũng như cách sắp xếp, chiều dài và kích thước của cáp và ống dẫn của bạn. Điều cần thiết là đặt tên rõ ràng và chính xác cho từng mạch và cầu dao, cũng như xác định đúng dây trung tính và dây tiếp địa.

• Những cân nhắc chính khi thiết kế bố cục tủ điều khiển điện là gì?

  • Bố trí dây dẫn điện hiệu quả là rất quan trọng khi xây dựng một tủ điều khiển điện vượt ra ngoài khái niệm bố cục 2D đơn giản. Các nhà thiết kế phải đánh giá kỹ lưỡng một số yếu tố liên quan, bao gồm kích thước của dây, khả năng của ống dẫn dây và việc duy trì kết nối logic trong khi xác bố trí dây dẫn điện.

Kết luận

Một số nhà thiết kế tủ điều khiển điện muốn sử dụng một đơn vị sản xuất nhất định cho các thiết bị trong tủ phân phối điện, các nước Âu – Mỹ đang thực hiện theo xu hướng này. Mặc dù điều này có những lợi ích nhất định, nhưng nhìn chung nó đang hạn chế hiệu quả của việc sử dụng các thiết bị điện hàng đầu hiệu năng cao.

Để được tư vấn và đặt hàng, quý khách vui lòng liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới.

CÔNG TY TNHH MTV THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ VÀ KỸ THUẬT N&N

Địa chỉ: 183/2F Lê Văn Sỹ, P.13, Q.Phú Nhuận, TP.HCM, Việt Nam
SĐT: 0909543457
Zalo: 0909543457
Fanpage: N&N Electric
Website: www.nanelectric.com