Кабель промышленной автоматизации: как выбрать подходящий для вашей машины

Автоматизированная производственная линия — трудное место для прокладки кабеля. Цепь может совершать циклы несколько миллионов раз в год, запястье робота вращается по нескольким осям, а сервопривод пропускает большой ток через проводники, находящиеся всего в миллиметрах от сигнала обратной связи. Когда машина останавливается, кабель часто оказывается последним компонентом, который кто-то подозревает, и первым, который стоит проверить.

Таким образом, выбор кабеля промышленной автоматизации не означает поиск самого толстого или самого дешевого варианта. Речь идет о сопоставлении деталей конструкции, таких как скрутка, изоляция, экранирование и оболочка, с движением, химическим составом и электрическим шумом одной конкретной машины. В этом руководстве рассматриваются семейства кабелей, составляющие типичную систему автоматизации, причины их выхода из строя и вопросы, которые стоит задать перед размещением заказа.

Что делает кабель подходящим для промышленной автоматизации?

Словосочетание «кабель для промышленной автоматизации» представляет собой общий термин, а не отдельный продукт. Он охватывает все: от проводки управления 24 В внутри шкафа до экранированных кабелей двигателя, проходящих вдоль портала. Что общего у хороших, так это то, что они были разработаны для движения, шума и загрязнения, а не для стационарной установки внутри стены.

• Тонкожильные проводники. Гибкая скрутка класса 5 и 6 позволяет меди сгибаться без наклепа и растрескивания, что в конечном итоге разрушает жесткий проводник на движущейся оси.
• Специально подобранная изоляция. ТПЭ, ПУР, силикон и сшитый полиэтилен по-разному отличаются гибкостью, диэлектрической прочностью и температурным диапазоном, и выбор обычно зависит от самого горячего состояния, в котором может находиться кабель.
• Экранирование там, где сигналы слабы. Оплетка, фольга или их комбинация защищают шум переключения привода от энкодеров, датчиков и трафика шины.
• Куртка, которая противостоит окружающей среде. Полиуретан защищает от масла и истирания, ПВХ покрывает обычные панели, а силикон занимает свое место вокруг источников тепла.
• Постоянная геометрия. Концентрические слои, правильные наполнители и круглый профиль обеспечивают устойчивость кабеля внутри цепи и предсказуемость в сальнике.

Кабель, по которому подается питание двигателя 400 В, и кабель, по которому передается сигнал энкодера, могут выглядеть одинаково снаружи, но их толщина изоляции, экранирующее покрытие и целевые емкости различны. Использование одного типа для обоих заданий — один из наиболее распространенных и самых дорогих способов сокращения затрат в проектах автоматизации.

Основные семейства кабелей в системе автоматизации

В большинстве машин используются пять или шесть различных семейств кабелей, каждое из которых выполняет свою задачу. Ранняя сортировка упрощает остальную часть выбора.

При типичной модернизации кабели передачи данных и обратной связи вызывают наибольшее количество перебоев, поскольку в них экранирование и полное сопротивление имеют большее значение, чем сечение проводника. Например, правильно подобранный шинный кабель обеспечивает стабильную связь, даже если он находится в одном канале с приводными кабелями на протяжении нескольких метров.

Экранированный промышленный Ethernet-кабель Cat6 для автоматизации Промышленный кабель Ethernet категории 6 с попарным и общим экранированием, подходит для модернизации, требующей стабильной передачи данных и обратной связи. Посмотреть продукт →

Это также помогает организовать выбор по области применения, а не только по типу кабеля, поскольку упаковочная линия, ячейка с ЧПУ и роботизированная рабочая группа предъявляют совершенно разные требования к одной и той же конструкции. Мы группируем эти комбинации по отраслям в нашей решения по автоматизации обзор, который часто является более быстрой отправной точкой, чем длинный список продуктов.

Где кабели автоматизации выходят из строя в первую очередь

Неисправности редко начинаются с меди. Они начинаются с оболочки, экрана или структуры прядей и выходят из строя в условиях, которые никогда не были включены в спецификацию.

• Постоянное сгибание. Оболочка трескается в точке максимального изгиба, и повреждение обычно проявляется через несколько миллионов циклов, а не через несколько тысяч.
• Торсион. Кабель, рассчитанный на изгиб, не автоматически рассчитан на скручивание, а многоосные запястья постоянно скручиваются.
• Масло, охлаждающая и гидравлическая жидкость. Стандартный ПВХ набухает и размягчается при контакте со многими обрабатывающими жидкостями, и именно здесь полиуретановые оболочки показывают свою ценность.
• Электромагнитные помехи. Неэкранированные пары сигналов, проходящие рядом с кабелями привода, улавливают шум переключения и создают периодические ошибки положения, которые трудно отследить.
• Нагревать. Корпуса двигателей, печи и сварочные камеры выводят температуру окружающей среды за пределы, допускаемые соединениями общего назначения.
• Истирание и износ цепи. Кабели, трущиеся друг о друга или о направляющие ролики, теряют внешний слой задолго до выхода из строя жил.

Два из них заслуживают особого внимания. В кабельной цепи решающим фактором почти всегда является состав оболочки и радиус изгиба, с которым фактически установлен кабель, а не тот, который указан в таблице данных. Правильно рассчитанный кабель буксировочной цепи сохраняет свои электрические характеристики в течение миллионов циклов именно потому, что экран и оболочка спроектированы так, чтобы двигаться вместе, а не бороться друг с другом.

Экранированный кабель тяговой цепи TRVVP для лифтовых систем Гибкий подвижный кабель с общим экраном для лифтов, поддерживающий сигналы управления, данных, видео и шины при возвратно-поступательном движении вала. Посмотреть продукт →

Материалы экранирования и оболочки: тихие решающие люди

Как устроено экранирование

Фольга с заземляющим проводом хорошо справляется с высокочастотными шумами и стоит недорого, а медная оплетка лучше защищает от низкочастотных помех и повышает механическую прочность. Комбинированные щиты дают и то, и другое, за счет веса и немного большего диаметра. Покрытие имеет такое же значение, как и тип экрана: 85-процентная и 95-процентная оплетка ведут себя совершенно по-разному рядом с приводом мощностью 15 кВт. Как правило, силовые и сигнальные кабели по возможности прокладывайте в отдельных каналах, перекрещивайте их под прямым углом, если это невозможно, и используйте экранированные конструкции для всего, что ниже 24 В.

Сравнение материалов оболочки и изоляционного материала

Практическая последовательность выбора

Когда в проекте десятки кабельных трасс, проработка одной и той же короткой последовательности для каждой из них позволяет сохранить честность спецификации.

1. Сначала определите движение: статическое, случайное сгибание, постоянное сгибание или кручение. Все остальное следует из этого ответа.
2. Подтвердите электрическую нагрузку, включая уровень напряжения, силу тока и необходимость наличия проводника защитного заземления внутри того же кабеля.
3. Определите тип и скорость сигнала, поскольку аналоговые измерения, обратная связь от энкодера и Ethernet имеют разные требования к экранированию и импедансу.
4. Перечислите окружающую среду: масла, охлаждающие жидкости, воду, пыль, воздействие ультрафиолета и любые требования к опасным зонам.
5. Проверьте диапазон температур при эксплуатации и во время установки, поскольку они часто сильно различаются.
6. Проверьте геометрию установки, включая минимальный радиус изгиба, ход цепи, а также то, будет ли кабель закреплен, направляться или свободно висеть.
7. Подтвердите сертификацию и документацию, в частности, список CE или UL, а также отчеты об испытаниях, которые запросит ваш клиент или инспектор.

Для многоосных роботизированных манипуляторов эта последовательность обычно указывает на конструкцию PUR с большим количеством прядей и экраном, рассчитанным на многократное скручивание, а не на простой изгиб.

JOR-256 PUR Робот-кабель для динамических применений Роботизированный кабель с полиуретановой оболочкой, экранирующей оплеткой и высокой гибкостью, предназначенный для шестиосных роботов, кабельных держателей и проводки сервоэнкодеров. Посмотреть продукт →

Сертификация, настройка и поставка

Проекты автоматизации, ориентированные на экспорт, редко используют универсальный кабель. Списки CE и UL, огнестойкие и безгалогенные варианты с низким дымовыделением, а также документированные данные испытаний часто являются частью условия покупки, а не приятным дополнением. Нестандартная длина, цветовая маркировка жил, печатные надписи и индивидуальная защита — это одинаково распространенные запросы, поскольку кабель, который подходит к машине с первого раза, экономит целый день ввода в эксплуатацию.

Как производитель с собственной производственной базой в Сюаньчэне, Аньхой, мы работаем с обоими концами этого диапазона: стандартными семействами кабелей для управления, передачи данных, сервоприводов и гибкими кабелями, а также модифицированными конструкциями, изготовленными по чертежам заказчика. Выбор кабеля также меняется в опасных средах, где одно слабое звено в целостности сигнала может повлиять на всю систему безопасности. Эту тему мы более подробно рассматриваем в этой статье. измерительные кабели во взрывоопасных зонах .

Собираем это вместе

Кабель промышленной автоматизации представляет собой небольшую статью в бюджете большинства проектов и на него приходится удивительно большая доля незапланированных простоев. Относитесь к этому как к инженерному решению, а не как к решению о покупке, с записью профиля движения, окружающей среды и требований к сигналу до того, как что-либо будет заказано, обычно достаточно, чтобы избежать распространенных сбоев. Если вы не уверены, какая конструкция подходит для конкретной оси, отправьте нам подробную информацию о приложении, и мы вместе с вами проработаем варианты: от стандартного кабеля управления до полностью индивидуальной гибкой конструкции.