Uốn cáp cho cáp điều khiển: Lựa chọn, lắp đặt và tiêu chuẩn chất lượng

Cáp điều khiển là gì và tại sao việc uốn dây lại quan trọng

Việc kết nối bị lỗi có thể khiến toàn bộ dây chuyền sản xuất bị dừng lại - không phải do bản thân cáp bị hỏng mà do cách kết nối cáp. Cáp điều khiển là xương sống của việc truyền tín hiệu công nghiệp, mang các lệnh chính xác giữa các cảm biến, bộ truyền động, PLC và bảng điều khiển ở điện áp thường từ 24V đến 600V. Không giống như cáp nguồn ưu tiên thông lượng năng lượng, cáp điều khiển được thiết kế để đảm bảo độ trung thực của tín hiệu: cấu trúc đa lõi giúp cách ly từng dây dẫn, giảm thiểu nhiễu và đảm bảo các lệnh được truyền đến nguyên vẹn.

Các điểm uốn cáp - các điểm kết nối cơ học nơi các dây dẫn gặp các đầu cuối - là nơi độ trung thực của tín hiệu bị giữ hoặc bị hỏng. Một kết nối được uốn đúng cách sẽ nén thùng đầu cuối xung quanh các sợi dây dẫn để tạo thành mối nối kín khí, ngăn chặn độ ẩm và oxy có thể gây ra sự ăn mòn và tăng điện trở. Thực hiện đúng, việc uốn tóc vượt trội hơn hàn về khả năng chống rung và độ tin cậy lâu dài. Làm sai, nó đưa ra chế độ lỗi chính xác mà cáp điều khiển công nghiệp và cáp thiết bị đo đạc được thiết kế để ngăn chặn.

Hướng dẫn này sẽ trình bày bức tranh toàn cảnh: các loại cáp điều khiển và yêu cầu đầu cuối của chúng, tiêu chí lựa chọn điểm uốn, quy trình lắp đặt, tiêu chuẩn áp dụng và những lỗi có nhiều khả năng làm tổn hại đến kết nối nhất.

Các loại cáp điều khiển và yêu cầu uốn của chúng

Cáp điều khiển không phải là một loại nguyên khối. Cấu trúc thay đổi đáng kể tùy thuộc vào môi trường, loại tín hiệu và mức độ căng thẳng cơ học — và những khác biệt đó chuyển trực tiếp sang cách uốn cáp.

Cáp nhiều lõi cách điện PVC là những con ngựa của môi trường nhà máy tiêu chuẩn. Dây dẫn của chúng thường là đồng bện loại 2 và chúng chấp nhận hầu hết các loại dây uốn loại ferrule không cách điện hoặc cách điện tiêu chuẩn. Cấu trúc tương đối cứng giúp cho việc căn chỉnh dây dẫn nhất quán trở nên dễ dàng trong quá trình kết thúc.

Các biến thể được che chắn — thường được gọi là CY (màn hình đồng bện) hoặc SY (dây thép bọc thép với màn chắn đồng) — tăng thêm độ phức tạp. Tấm chắn phải được nối đất đúng cách và trình tự uốn phải tính đến điểm cuối của dây thoát nước để tránh ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ EMI. Các loại cáp này là tiêu chuẩn trong môi trường có nhiễu điện từ cao, chẳng hạn như tủ điều khiển động cơ và bảng điều khiển tần số thay đổi.

Cáp điều khiển cách điện XLPE xử lý nhiệt độ hoạt động cao hơn và mang lại khả năng chống tiếp xúc với hóa chất vượt trội. Lớp cách nhiệt của chúng cứng hơn, điều này ảnh hưởng đến việc tước bỏ - việc tước quá mạnh có thể làm đứt dây dẫn và tạo ra các điểm căng thẳng ngay tại lối vào uốn. Dây dẫn loại 5 hoặc loại 6 sợi mịn, phổ biến trong cáp điều khiển linh hoạt được sử dụng trong các ứng dụng rô-bốt và ray cáp, yêu cầu các dây uốn ferrule được xếp hạng đặc biệt cho dây sợi mảnh; các dây uốn tiêu chuẩn được thiết kế cho dây bện Loại 2 sẽ không chứa đủ các sợi. Đối với các môi trường định tuyến động đòi hỏi khắt khe, hãy xem phạm vi của chúng tôi cáp đường sắt và vận chuyển cho các môi trường đòi hỏi khắt khe .

Cách chọn dây uốn cáp phù hợp

Việc chọn thiết bị đầu cuối uốn không phải là vấn đề lấy bất cứ thứ gì phù hợp - đó là vấn đề khớp ba biến: tiết diện dây dẫn, vật liệu thiết bị đầu cuối và loại thiết bị đầu cuối. Nếu sai bất kỳ điều gì thì kết nối sẽ yếu về mặt cơ học, điện trở hoặc cả hai.

So sánh mặt cắt dây dẫn là điểm khởi đầu không thể thương lượng. Các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối chỉ định phạm vi cỡ dây có thể chấp nhận được cho từng sản phẩm, thường ở cả mm² và AWG. Một dây dẫn quá nhỏ sẽ nổi bên trong thùng và tiếp xúc không liên tục. Một cái quá lớn sẽ không nén chính xác, để lại những khoảng trống giữa các sợi và thành đầu cuối. Luôn kiểm tra đường kính dây dẫn bị tước thực tế, không chỉ thông số kỹ thuật danh nghĩa của cáp - độ dày cách điện và cấp bện có thể ảnh hưởng đến kích thước bó dây bị tước cuối cùng.

Vật liệu đầu cuối xác định hành vi ăn mòn theo thời gian. Thiết bị đầu cuối bằng đồng đóng hộp là lựa chọn tiêu chuẩn cho dây dẫn đồng trong hầu hết các ứng dụng điều khiển công nghiệp; lớp mạ thiếc ngăn chặn sự ăn mòn điện ở bề mặt đồng-đồng trong khi vẫn duy trì độ dẫn điện tuyệt vời. Trong môi trường có độ ẩm cao hoặc gần biển, các biến thể mạ bạc mang lại khả năng bảo vệ bổ sung. Tránh trộn lẫn các kim loại khác nhau - dây dẫn nhôm được uốn vào các đầu nối bằng đồng làm tăng tốc độ ăn mòn điện và là điểm hư hỏng đã biết.

Ferrules cách nhiệt và không cách nhiệt đi tới điểm kết thúc. Các ống nối cách điện (mã màu) được ưu tiên sử dụng cho hệ thống dây điện của tủ điều khiển vì ống bọc bảo vệ lối vào dây dẫn khỏi bị mài mòn và giúp việc lắp đặt có thể được kiểm tra bằng mắt bằng kích thước AWG. Ống nối không cách điện được sử dụng ở nơi không gian chật hẹp hoặc nơi khối đầu cuối có khả năng cách nhiệt riêng. Để luồn dây trần vào các đầu vít, nên sử dụng vòng sắt có dây giày thay vì sợi dây mảnh không được bảo vệ, loại dây này có xu hướng bị bung ra dưới mô-men xoắn kẹp và bị mất các sợi theo thời gian.

Hướng dẫn từng bước để uốn cáp điều khiển

Chất lượng uốn ổn định phụ thuộc vào tính kỷ luật của quy trình, không chỉ chất lượng dụng cụ. Trình tự sau đây áp dụng cho việc kết cuối vòng đệm của dây dẫn cáp điều khiển trong hệ thống dây điện của bảng điều khiển công nghiệp — tình huống phổ biến nhất trong lắp đặt tự động hóa và thiết bị đo đạc.

1. Thu thập các công cụ và vật liệu chính xác. Xác nhận rằng bạn có dụng cụ uốn kiểu bánh cóc phù hợp với dòng ống nối đang sử dụng. Dụng cụ không có bánh cóc cho phép người vận hành nhả ra trước khi đạt đến mức nén hoàn toàn — nguyên nhân hàng đầu khiến các khớp nối bị uốn kém. Xác minh kích thước khoang khuôn phù hợp với thước đo ống sắt và dây dẫn.
2. Tách dây dẫn một cách chính xác. Sử dụng kìm tuốt dây đã được hiệu chỉnh đặt theo đường kính cách điện chính xác. Chiều dài dải phải phù hợp với độ sâu của nòng ống nối - thường là 8–12 mm đối với ống nối dây điều khiển tiêu chuẩn. Tước bỏ lá cách nhiệt bên trong thùng; việc tước quá mức làm lộ dây dẫn trần ra ngoài chỗ uốn, tạo ra đoản mạch tiềm ẩn trong các khối đầu cực gần.
3. Kiểm tra phần cuối bị tước. Kiểm tra xem tất cả các sợi có còn nguyên vẹn và thẳng hàng không. Bất kỳ sợi dây nào bị đứt hoặc bị cắt đều làm giảm mặt cắt hiệu quả và tạo ra điểm tập trung ứng suất. Loại bỏ và lột lại nếu sợi bị hư hỏng.
4. Chèn hoàn toàn dây dẫn vào ống sắt. Dây dẫn bị tước phải nằm hoàn toàn trong thùng và không có sợi nào nhô ra khỏi đầu uốn. Đối với dây dẫn sợi mảnh, xoắn nhẹ bó trước khi luồn vào để giữ cho các sợi dây được ngăn nắp.
5. Uốn để nén hoàn toàn. Chèn vòng đệm đã nạp vào đúng khoang khuôn và nén cho đến khi bánh cóc nhả ra. Đừng cố gắng làm gián đoạn cú đánh. Nén hoàn toàn tạo ra mối nối kín khí giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa ở bề mặt dây dẫn.
6. Kiểm tra và thử độ uốn. Xác nhận bằng mắt thường rằng ống nối không bị nứt, biến dạng không đối xứng hoặc bị khuôn cắt xuyên qua. Thực hiện kiểm tra kéo bằng tay - dây dẫn không được trượt trong ống sắt dưới lực căng bằng tay chắc chắn. Đối với các mạch quan trọng, hãy sử dụng máy đo lực kéo đã được hiệu chỉnh để xác minh thông số kỹ thuật cho kích thước vòng nối đó.

Tiêu chuẩn chất lượng cho kết nối uốn trên cáp điều khiển

Chất lượng uốn không tự chứng nhận — nó đòi hỏi phải tham khảo các tiêu chuẩn đã được thiết lập để xác định hình dạng chấp nhận được, lực kéo tối thiểu và các quy trình kiểm tra. Ba khuôn khổ chi phối phần lớn công việc uốn cáp điều khiển công nghiệp trên toàn cầu.

IEC 61238-1 là tiêu chuẩn quốc tế chính bao gồm các đầu nối nén và cơ khí dành cho cáp nguồn, bao gồm cả vấu cáp và đầu cuối. Nó xác định các quy trình kiểm tra kiểu, kích thước dây dẫn cần thiết, yêu cầu về chu kỳ nhiệt độ và giá trị điện trở tối đa cho một kết nối đủ tiêu chuẩn. Việc chỉ định các thiết bị đầu cuối tuân thủ IEC 61238-1 mang lại cho nhóm mua sắm cơ sở được xác minh về hiệu suất điện và cơ giữa các nhà cung cấp.

IPC/WHMA-A-620 là tiêu chuẩn chất lượng vượt trội cho các cụm dây cáp và dây điện trong sản xuất điện tử và công nghiệp. Nó thiết lập các tiêu chí chấp nhận về chiều cao uốn, số sợi dây dẫn, giới hạn hư hỏng cách điện và các yêu cầu kiểm tra trực quan qua ba cấp độ tay nghề. Loại 2 (Dịch vụ chuyên dụng) áp dụng cho hầu hết các ứng dụng điều khiển công nghiệp; Loại 3 (Độ tin cậy cao) áp dụng cho các hệ thống quan trọng về an toàn hoặc liền kề với hàng không vũ trụ.

UL 486A-B bao gồm các đầu nối dây và vấu hàn để sử dụng với dây dẫn bằng đồng. Nó chỉ định các giá trị cường độ kéo, xếp hạng nhiệt độ và các yêu cầu về điện trở gắn với thước đo dây dẫn. Danh sách UL trên thiết bị đầu cuối uốn cung cấp sự đảm bảo rằng sản phẩm đã được thử nghiệm độc lập cho ứng dụng được xếp hạng, thường là yêu cầu đối với bảng điều khiển dành cho thị trường Bắc Mỹ.

Ngoài các tiêu chuẩn cấp thiết bị đầu cuối, bản thân dụng cụ uốn tóc phải được hiệu chuẩn. Dụng cụ không được hiệu chuẩn là một trong những nguyên nhân gốc rễ hàng đầu gây ra lỗi uốn hiện trường - một khuôn bị mòn đã từng có kích thước chính xác sẽ tạo ra các mối nối bị nén kém, có thể kiểm tra bằng mắt nhưng lại hỏng trong chu kỳ nhiệt. Chu trình hiệu chuẩn cho dụng cụ gấp mép phải được xác định trong hệ thống quản lý chất lượng của cơ sở. Đối với nhà sản xuất cung cấp giải pháp cáp công nghiệp cho tự động hóa , truy xuất nguồn gốc công cụ là yêu cầu kiểm tra tiêu chuẩn theo ISO 9001.

Những lỗi uốn tóc phổ biến và cách tránh chúng

Hầu hết các lỗi uốn ở hiện trường đều bắt nguồn từ một danh sách ngắn các lỗi quy trình. Hiểu chúng là con đường trực tiếp nhất để loại bỏ chúng.

Kích thước ferrule sai. Sử dụng ống nối 1,5 mm2 trên dây dẫn 2,5 mm2 (hoặc ngược lại) là lỗi phổ biến nhất trong hệ thống dây điện của bảng điều khiển. Mã màu có ích nhưng không phải là dễ dàng - các nhà sản xuất khác nhau sử dụng các quy ước màu sắc khác nhau. Luôn kiểm tra dấu AWG hoặc mm2 được in trên ống nối, không chỉ màu ống bọc.

Dòng công cụ và thiết bị đầu cuối không khớp. Dụng cụ uốn và thiết bị đầu cuối được thiết kế theo hệ thống phù hợp. Khuôn dập của nhà sản xuất này được áp dụng cho thiết bị đầu cuối của nhà sản xuất khác có thể tạo ra nếp gấp trông giống như âm thanh cơ học nhưng không vượt qua được thử nghiệm kéo. Điều này đặc biệt có vấn đề với hình học ferrule độc ​​quyền. Sử dụng công cụ được nhà sản xuất thiết bị đầu cuối chỉ định hoặc khuyến nghị.

Nén một phần. Với các dụng cụ không có bánh cóc, người vận hành đôi khi giải phóng áp lực giữa hành trình — đặc biệt khi dụng cụ có cảm giác cứng hoặc khi làm việc trong không gian chật hẹp. Kết quả là mối nối bị nén kém, tại đó các sợi dây dẫn được giữ lại nhưng không được cố định. Cách khắc phục rất đơn giản: sử dụng công cụ bánh cóc và không bao giờ làm gián đoạn hành trình.

Tước thiệt hại. Bộ tuốt dây được đặt sai đường kính cách điện của dây dẫn thay vì giải phóng sạch lớp cách điện. Trong cáp điều khiển, trong đó các dây dẫn riêng lẻ có thể có kích thước 0,5–1,5 mm², thậm chí một hoặc hai sợi bị cắt cũng có thể gây ra sự mất mặt cắt ngang đáng kể. Hiệu chỉnh bộ tháo dây cho cáp đang được gia công và kiểm tra từng đầu bị tước trước khi lắp vào.

Bỏ qua bài kiểm tra kéo. Kiểm tra bằng mắt sẽ phát hiện được các khuyết điểm rõ ràng - thùng bị nứt, các sợi lộ ra ngoài, lực nén không đối xứng - nhưng không thể xác nhận rằng lực uốn là đủ. Một bài kiểm tra kéo thủ công ngắn gọn trên mỗi đầu cuối và một bài kiểm tra kéo được đo trên cơ sở mẫu đối với các mạch quan trọng là cổng chất lượng tối thiểu có thể chấp nhận được. Bỏ qua nó sẽ mất vài giây tại bàn làm việc trong nhiều giờ tìm lỗi trên hiện trường.