کابل های کنترل: راهنمای انتخاب، محافظ و نصب

آشنایی با عملکرد اصلی کابل های کنترل

کابل های کنترل به عنوان سیستم عصبی اتوماسیون صنعتی عمل می کند و سیگنال های کم انرژی را ارسال می کند که تجهیزات را کنترل، نظارت و تنظیم می کند. برخلاف کابل های برق که به سادگی برق را تحویل می دهند، این کابل ها پالس های داده، سیگنال های آنالوگ و دستورالعمل های دیجیتال را به رله ها، حسگرها، محرک ها و کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی حمل می کنند. خرابی در مدار کنترل می تواند کل خط تولید را متوقف کند، خطرات ایمنی را ایجاد کند یا باعث رفتار نامنظم ماشین شود. چالش اساسی در حفظ یکپارچگی سیگنال در فاصله زمانی نهفته است در حالی که کابل توسط تداخل الکترومغناطیسی از موتورهای مجاور، درایوهای فرکانس متغیر و خطوط ولتاژ بالا بمباران می شود. انتخاب کابل کنترل مناسب مستلزم درک دقیق درجه بندی ولتاژ، پیکربندی هادی، مواد عایق و عوامل استرس زای محیطی خاصی است که نصب با آن مواجه خواهد شد.

رمزگشایی پیکربندی هادی و کلاس های انعطاف پذیری

ساختار فیزیکی هادی مسی به طور مستقیم نحوه عملکرد کابل کنترل تحت حرکت و در تاسیسات ثابت را تعیین می کند. هادی ها بر اساس کلاس رشته خود طبقه بندی می شوند، جزئیاتی که اغلب نادیده گرفته می شوند تا زمانی که یک کابل زودرس خراب شود. دو پیکربندی اولیه که با آنها روبرو خواهید شد، هادی های جامد و هادی های رشته ای هستند که رشته ها به دو دسته سیم ریز و سیم فوق ریز تقسیم می شوند.

هادی های جامد در مقابل هادی های رشته ای

هادی های جامد از یک سیم مسی تشکیل شده اند. آنها کمترین هزینه و بهترین ویژگی های الکتریکی را برای تاسیسات ثابت و بدون مزاحمت مانند سیم کشی ساختمان ارائه می دهند. با این حال، آنها برای هر برنامه ای که شامل ارتعاش یا حرکت باشد، کاملاً نامناسب هستند، زیرا سخت کار می کنند و ضربه می خورند. هادی های رشته ای، ساخته شده از چندین سیم نازک که به هم پیچیده شده اند، انعطاف پذیری را ایجاد می کنند. برای پانل های کنترل با مسیریابی استاتیک، هادی رشته ای کلاس 2 تعادل خوبی از شکل پذیری و دوام را فراهم می کند. برای کاربردهایی که شامل خمش مداوم هستند، مانند مسیرهای کابل، بازوهای روباتیک، یا ماشین‌های ارتعاشی، هادی رشته‌ای بسیار ریز کلاس 5 یا کلاس 6 غیرقابل مذاکره است. تعیین یک کابل کلاس 2 در یک زنجیره دراگ باعث خستگی مس و شکستگی هادی در کسری از عمر مورد انتظار آن می شود.

شمارش و شماره گذاری هادی

کابل های کنترل اغلب مدارهای متعددی را در یک ژاکت حمل می کنند. یک کابل معمولی ممکن است شامل 7، 12، 19 یا حتی 37 هادی باشد. شناسایی صحیح بسیار مهم است. کدگذاری رنگی استاندارد، هادی های سیاه با اعداد چاپ شده سفید، با یک هادی زرد-سبز منحصراً برای زمین محافظ زمین است. هنگام شمارش هادی ها، همیشه یک یا دو یدک فراتر از نیاز فوری خود داشته باشید. یک کابل 12 هادی با یک زمین سبز-زرد 11 هسته عملکردی را به جا می گذارد. افزودن جفت‌های یدکی در حین نصب به‌طور قابل‌توجهی ارزان‌تر از کشیدن کابل جدید بعداً برای مقاوم‌سازی یا یک هادی خراب است.

استراتژی های محافظ برای یکپارچگی سیگنال

تداخل الکترومغناطیسی و تداخل فرکانس رادیویی می‌تواند سیگنال‌های کاذب را روی مدارهای کنترل قرار دهد و باعث شود حسگرها اشتباه خوانده شوند و محرک‌ها به اشتباه فعال شوند. محافظ مکانیزم دفاعی اولیه است، اما نوع سپر باید با محیط نویز مطابقت داشته باشد. استفاده از استراتژی نادرست محافظ به همان اندازه آسیب زا است که اصلاً نداشتن سپر.

سپر فویل با سیم تخلیه

یک نوار فویل آلومینیومی پلی استر که به ژاکت داخلی چسبانده شده است، پوشش 100٪ را فراهم می کند. این مانع فیزیکی در برابر تداخل فرکانس رادیویی با فرکانس بالا بسیار موثر است. یک سیم مسی قلع‌کش شده در تماس با قسمت فلزی فویل قرار می‌گیرد و وسیله‌ای برای خاتمه آسان فراهم می‌کند. محافظ های فویل برای اجراهای کوتاه در پانل های کنترل با نویز الکترونیکی با چگالی بالا ایده آل هستند. محدودیت، شکنندگی مکانیکی است. خم شدن مکرر می تواند فویل را بشکند و شکاف هایی در پوشش ایجاد کند. برای سیم‌کشی ابزار ثابت، یک محافظ فویل با هزینه‌ای متوسط، محافظت عالی را ارائه می‌کند.

سپرهای قیطانی برای استحکام مکانیکی

یک سپر بافته، که از سیم‌های مسی قلع‌شده بافته شده است، معمولاً 70 تا 95 درصد پوشش دارد. پوشش کمتر در مقایسه با فویل با افزایش چشمگیر استحکام فیزیکی و انعطاف پذیری جبران می شود. سپرهای قیطانی در جذب تداخل مغناطیسی با فرکانس پایین، نوعی که توسط موتورها و ترانسفورماتورها ایجاد می شود، عالی هستند. آنها همچنین مسیری با مقاومت کم به زمین ارائه می دهند که آنها را در کاربردهایی با جریان خطای بالا بسیار موثر می کند. برای هر کابل کنترلی که لرزش، جابجایی مکرر یا مسیریابی از طریق ماشین‌آلات را تجربه می‌کند، یک محافظ بافته برتر است. خاتمه یک محافظ بافته به زمان بیشتری نسبت به سیم تخلیه نیاز دارد، اما قابلیت اطمینان طولانی مدت در محیط های پویا این تلاش را توجیه می کند.

شیلدهای ترکیبی فویل و بافته

در محیط های الکترومغناطیسی شدید، مانند درایوهای فرکانس متغیر بزرگ یا کوره های القایی، یک سپر ترکیبی محافظت نهایی را فراهم می کند. این ساختار یک محافظ فویل را مستقیماً روی هادی های عایق بندی شده قرار می دهد و به دنبال آن یک محافظ قیطانی کلی قرار می گیرد. فویل نویز تابش شده با فرکانس بالا را مسدود می کند، در حالی که قیطان نویز هدایت شده با فرکانس پایین را کنترل می کند و نقطه پایانی قوی را فراهم می کند. کابل‌های با محافظ‌های ترکیبی سنگین‌تر، سفت‌تر و گران‌تر هستند، اما زمانی که نمی‌توانید کابل‌های کنترل را از سیم‌های موتور پرقدرت جدا کنید، اجباری هستند.

عایق و انتخاب مواد ژاکت

موادی که هادی ها را در بر می گیرند درجه حرارت، مقاومت شیمیایی و رفتار آتش را تعیین می کنند. انتخاب ژاکت نامناسب می تواند در عرض چند ماه منجر به شکنندگی و ترک خوردن شود. جدول زیر مواد رایج مورد استفاده در تولید کابل کنترل را مقایسه می کند.

برای نصب در ساختمان های عمومی، تونل ها، یا سیستم های حمل و نقل محصور، مواد کم دود صفر هالوژن اغلب توسط کدهای ایمنی آتش نشانی مورد نیاز است. پی وی سی استاندارد در هنگام سوختن دود متراکم و سمی و اسید هیدروکلریک ساطع می کند. یک ژاکت LSZH به میزان قابل توجهی دود کمتری ساطع می کند و هیچ گاز خورنده ای ندارد و به پرسنل اجازه می دهد تا با خیال راحت تخلیه شوند و از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر آسیب خوردگی ثانویه محافظت کنند.

دستورالعمل های نصب و اصول تفکیک

حتی بهترین کابل کنترل نیز در صورت نصب نادرست نمی تواند کار کند. قرارگیری فیزیکی کابل ها در داخل یک تاسیسات قوی ترین ابزار برای کنترل تداخل الکترومغناطیسی است. اصل اصلی فاصله و تقاطع عمودی است.

دسته بندی های جداسازی فیزیکی

کابل های کنترل باید از نظر فیزیکی با توجه به سطح ولتاژ و جریان از کابل های برق جدا شوند. به عنوان یک قاعده، حداقل فاصله 200 میلی متری بین کابل های کنترل و خطوط برق کم ولتاژ زیر 1000 ولت حفظ شود. برای کابل های موتور ولتاژ متوسط، این فاصله تا 500 میلی متر افزایش می یابد. هنگامی که کابل های کنترل و کابل های برق باید از هم عبور کنند، باید این کار را با زاویه 90 درجه انجام دهند. مسیریابی موازی کابل های کنترل و برق در فواصل طولانی یک خطای کتاب درسی است که باعث ایجاد ولتاژ کوپلینگ، خراب کردن سیگنال های آنالوگ 4-20 میلی آمپر و ایجاد سفرهای مزاحم می شود. مدارهای کنترلی را در سینی های کابل فولادی اختصاصی با یک تقسیم کننده زمینی اجرا کنید اگر باید مسیر سینی را با هادی های برق مشترک باشند.

زمین سپر به درستی

اتصال به زمین سپر نامناسب، حلقه های زمینی ایجاد می کند که زمزمه را مستقیماً به مسیر سیگنال تزریق می کند. سپر فقط برای سیگنال های آنالوگ فرکانس پایین، معمولاً در انتهای پانل کنترل، باید در یک انتها خاتمه یابد. انتهای مخالف هم تراز بریده شده و با لوله های انقباض حرارتی عایق بندی شده است. اگر سطوح زمین در دستگاه میدان و پانل با ولتاژ کمی متفاوت باشند، اتصال به دو سر سپر باعث ایجاد اختلاف پتانسیل می شود که باعث می شود جریان روی خود سپر جریان یابد. این جریان باعث ایجاد نویز در همان هادی هایی می شود که سپر قرار است از آنها محافظت کند. با این حال، برای کابل‌های ارتباطی دیجیتال با فرکانس بالا، مانند کابل‌هایی که از پروتکل‌های Profibus یا CANbus استفاده می‌کنند، به طور فعال به زمین کردن شیلد در هر دو انتها برای ایجاد یک قفس فارادی توصیه می‌شود، مشروط بر اینکه نصب شامل یک هادی پیوند پتانسیل برابر برای یکسان کردن پتانسیل‌های زمین باشد.

تعیین کابل برای برنامه های دینامیک

کابل های کنترل نصب شده در ماشین آلات متحرک، حامل کابل یا بازوهای رباتیک مشخصات مکانیکی کاملاً متفاوتی نسبت به سینی های ساکن دارند. هادی مسی باید رشته‌ای ریز باشد و طول لایه‌بندی رشته باید دقیقاً کوتاه باشد تا تنش‌های خمشی به طور یکنواخت توزیع شود. روکش کابل باید از مواد مقاوم در برابر سایش مانند پلی اورتان باشد. در حین نصب در یک زنجیر کششی، کابل هرگز نباید پیچ ​​خورده باشد. نسبت پر شدن داخل زنجیر باید از ساییده شدن کابل ها به یکدیگر یا دیواره های زنجیر جلوگیری کند. در طول سفرهای طولانی تر، نوار جداسازی افقی بین کابل ها الزامی است. هر کابل کنترل در سرویس دینامیک در نهایت به دلیل خستگی مس از کار می افتد. نصب مناسب عمر چرخه را به حداکثر می‌رساند و حلقه‌های سرویس در نقاط پایانی مانع از کشش مستقیم تنش روی کانکتورها می‌شوند.