Cáp điều khiển: Hướng dẫn lựa chọn, che chắn và lắp đặt

Tìm hiểu chức năng cốt lõi của cáp điều khiển

Cáp điều khiển đóng vai trò là hệ thống thần kinh của tự động hóa công nghiệp, truyền tín hiệu năng lượng thấp để ra lệnh, giám sát và điều chỉnh thiết bị. Không giống như cáp nguồn chỉ cung cấp điện, những cáp này mang xung dữ liệu, tín hiệu tương tự và lệnh kỹ thuật số đến rơle, cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển logic khả trình. Lỗi trong mạch điều khiển có thể khiến toàn bộ dây chuyền sản xuất bị dừng, gây ra các mối nguy hiểm về an toàn hoặc gây ra hoạt động thất thường của máy. Thách thức cơ bản nằm ở việc duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trong khoảng cách trong khi cáp bị nhiễu điện từ từ các động cơ gần đó, bộ điều khiển tần số thay đổi và đường dây điện áp cao. Việc lựa chọn cáp điều khiển phù hợp đòi hỏi sự hiểu biết chính xác về định mức điện áp, cấu hình dây dẫn, vật liệu cách điện và các tác nhân gây áp lực môi trường cụ thể mà quá trình lắp đặt sẽ gặp phải.

Giải mã cấu hình dây dẫn và các lớp linh hoạt

Cấu trúc vật lý của dây dẫn đồng trực tiếp xác định cách thức hoạt động của cáp điều khiển khi di chuyển và lắp đặt cố định. Dây dẫn được phân loại theo loại mắc kẹt của chúng, một chi tiết thường bị bỏ qua cho đến khi cáp bị hỏng sớm. Hai cấu hình chính mà bạn sẽ gặp là dây dẫn đặc và dây dẫn bện, với dây dẫn bện được chia thành các loại dây mảnh và dây siêu mảnh.

Dây dẫn rắn và bị mắc kẹt

Dây dẫn rắn bao gồm một dây đồng duy nhất. Họ cung cấp chi phí thấp nhất và đặc tính điện tốt nhất cho các hệ thống lắp đặt cố định, không bị xáo trộn như hệ thống dây điện trong tòa nhà. Tuy nhiên, chúng hoàn toàn không phù hợp với bất kỳ ứng dụng nào liên quan đến rung động hoặc chuyển động, vì chúng sẽ cứng lại và gãy. Dây dẫn bị mắc kẹt, được làm từ nhiều sợi dây mỏng xoắn lại với nhau, mang lại sự linh hoạt. Đối với bảng điều khiển có định tuyến tĩnh, dây dẫn mắc kẹt Loại 2 mang lại sự cân bằng tốt về khả năng định dạng và độ bền. Đối với các ứng dụng liên quan đến uốn cong liên tục, chẳng hạn như đường cáp, cánh tay robot hoặc máy rung, dây dẫn siêu mịn Loại 5 hoặc Loại 6 là không thể thương lượng. Việc chỉ định cáp Loại 2 trong chuỗi kéo sẽ gây ra hiện tượng mỏi đồng và đứt dây dẫn trong một khoảng thời gian ngắn so với tuổi thọ sử dụng dự kiến ​​của nó.

Đếm và đánh số dây dẫn

Cáp điều khiển thường mang nhiều mạch điện trong một vỏ bọc duy nhất. Một dây cáp thông thường có thể chứa 7, 12, 19 hoặc thậm chí 37 dây dẫn. Việc xác định đúng là rất quan trọng. Mã màu tiêu chuẩn là dây dẫn màu đen với số in màu trắng, với dây dẫn màu vàng-xanh dành riêng cho nối đất bảo vệ. Khi đếm dây dẫn, hãy luôn dự trữ một hoặc hai dây dẫn dự phòng ngoài nhu cầu trước mắt của bạn. Cáp 12 dây với một dây nối đất màu xanh lục-vàng sẽ có 11 lõi chức năng. Việc bổ sung các cặp dự phòng trong quá trình lắp đặt sẽ rẻ hơn đáng kể so với việc kéo cáp mới sau này để trang bị thêm hoặc dây dẫn bị hỏng.

Chiến lược che chắn cho tính toàn vẹn tín hiệu

Nhiễu điện từ và nhiễu tần số vô tuyến có thể tạo ra các tín hiệu sai lệch lên các mạch điều khiển, khiến cảm biến đọc sai và bộ truyền động kích hoạt sai. Che chắn là cơ chế phòng vệ chính nhưng loại tấm chắn phải phù hợp với môi trường tiếng ồn. Áp dụng chiến lược che chắn sai lầm cũng tai hại như không có lá chắn nào cả.

Tấm chắn lá có dây thoát nước

Một băng keo nhôm-polyester, được dán vào lớp vỏ bên trong, mang lại độ che phủ 100%. Rào cản vật lý này đặc biệt hiệu quả trong việc chống nhiễu tần số vô tuyến tần số cao. Một dây thoát nước bằng đồng mạ thiếc chạy tiếp xúc với mặt kim loại của giấy bạc, tạo ra phương tiện để kết thúc dễ dàng. Tấm chắn bằng giấy bạc lý tưởng cho các hoạt động chạy ngắn trong bảng điều khiển có nhiễu điện tử mật độ cao. Hạn chế là tính dễ vỡ về mặt cơ học; việc uốn cong nhiều lần có thể làm nứt giấy bạc, tạo ra những khoảng trống trong phạm vi che phủ. Đối với hệ thống dây điện cố định của thiết bị, tấm chắn bằng giấy bạc mang lại khả năng bảo vệ cao cấp với chi phí vừa phải.

Tấm chắn bện cho độ bền cơ học

Tấm chắn bện, được dệt từ dây đồng mạ thiếc mịn, thường đạt được độ che phủ từ 70% đến 95%. Độ che phủ thấp hơn so với giấy bạc được bù đắp bằng sự gia tăng đáng kể về độ bền và tính linh hoạt về mặt vật lý. Tấm chắn bện có khả năng hấp thụ nhiễu từ tần số thấp rất tốt, loại nhiễu được tạo ra bởi động cơ và máy biến áp. Chúng cũng cung cấp đường dẫn có điện trở thấp xuống đất, khiến chúng có hiệu quả cao trong các ứng dụng có dòng điện sự cố cao. Đối với bất kỳ cáp điều khiển nào sẽ bị rung, xử lý nhiều lần hoặc đi qua máy móc, tấm chắn bện sẽ ưu việt hơn. Việc kết thúc tấm chắn bện đòi hỏi nhiều thời gian hơn so với dây thoát nước, nhưng độ tin cậy lâu dài trong môi trường động sẽ biện minh cho nỗ lực này.

Lá chắn kết hợp và lá chắn bện

Trong môi trường điện từ khắc nghiệt, chẳng hạn như gần các ổ đĩa có tần số thay đổi lớn hoặc lò cảm ứng, tấm chắn kết hợp mang đến sự bảo vệ tối ưu. Cấu trúc này phủ một lớp lá chắn trực tiếp lên các dây dẫn cách điện, tiếp theo là một lớp lá chắn bện tổng thể. Giấy bạc chặn nhiễu bức xạ tần số cao, trong khi dây bện xử lý nhiễu dẫn tần số thấp và cung cấp một điểm kết thúc chắc chắn. Cáp có tấm chắn kết hợp nặng hơn, cứng hơn và đắt tiền hơn nhưng chúng là bắt buộc khi bạn không thể tách cáp điều khiển khỏi dây dẫn động cơ công suất cao về mặt vật lý.

Lựa chọn vật liệu cách nhiệt và áo khoác

Các vật liệu bao quanh dây dẫn xác định mức nhiệt độ, khả năng kháng hóa chất và khả năng cháy. Chọn sai áo khoác có thể dẫn đến hiện tượng giòn và nứt trong vòng vài tháng. Bảng sau đây so sánh các vật liệu phổ biến được sử dụng trong sản xuất cáp điều khiển.

Để lắp đặt trong các tòa nhà công cộng, đường hầm hoặc hệ thống giao thông khép kín, vật liệu halogen không khói thấp thường được yêu cầu theo quy định an toàn phòng cháy chữa cháy. PVC tiêu chuẩn phát ra khói dày đặc, độc hại và axit clohydric khi đốt cháy. Áo khoác LSZH thải ra ít khói hơn đáng kể và không có khí ăn mòn, cho phép nhân viên sơ tán an toàn và bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi hư hỏng do ăn mòn thứ cấp.

Hướng dẫn cài đặt và nguyên tắc phân chia

Ngay cả cáp điều khiển tốt nhất cũng không thể hoạt động nếu lắp đặt không đúng cách. Vị trí vật lý của cáp trong cơ sở là công cụ mạnh mẽ nhất để kiểm soát nhiễu điện từ. Nguyên tắc cốt lõi là khoảng cách và giao nhau vuông góc.

Phân loại vật lý

Cáp điều khiển phải được cách ly vật lý với cáp nguồn theo cấp điện áp và dòng điện. Theo quy định, duy trì khoảng cách tối thiểu 200 mm giữa cáp điều khiển và đường dây điện hạ thế dưới 1000V. Đối với cáp động cơ trung thế, khoảng cách này tăng lên 500 mm. Khi cáp điều khiển và cáp nguồn phải cắt nhau, chúng phải cắt nhau ở góc 90 độ. Định tuyến song song cáp điều khiển và cáp nguồn trên khoảng cách xa là một lỗi trong sách giáo khoa gây ra điện áp ghép, làm hỏng tín hiệu tương tự 4-20 mA và gây ra các chuyến đi phiền toái. Chạy các mạch điều khiển trong các máng cáp thép chuyên dụng có bộ chia nối đất nếu chúng phải dùng chung tuyến khay với dây dẫn điện.

Nối đất tấm chắn đúng cách

Việc nối đất bằng tấm chắn không đúng cách sẽ tạo ra các vòng lặp trên mặt đất đưa tạp âm trực tiếp vào đường dẫn tín hiệu. Tấm chắn phải được kết cuối ở một đầu chỉ đối với tín hiệu tương tự tần số thấp, thường là ở đầu bảng điều khiển. Đầu đối diện được cắt phẳng và cách nhiệt bằng ống co nhiệt. Việc nối đất cả hai đầu của tấm chắn sẽ tạo ra sự chênh lệch điện thế nếu mặt phẳng nối đất ở thiết bị trường và bảng điều khiển có điện áp hơi khác nhau, khiến dòng điện chạy trên chính tấm chắn. Dòng điện này gây ra tiếng ồn trên chính các dây dẫn mà tấm chắn có nhiệm vụ bảo vệ. Tuy nhiên, đối với cáp truyền thông kỹ thuật số tần số cao, chẳng hạn như cáp sử dụng giao thức Profibus hoặc CANbus, nên nối đất tấm chắn ở cả hai đầu để tạo lồng Faraday, miễn là hệ thống lắp đặt bao gồm một dây dẫn liên kết đẳng thế để cân bằng điện thế đất.

Chỉ định cáp cho ứng dụng động

Cáp điều khiển được lắp đặt trong máy chuyển động, bộ phận mang cáp hoặc cánh tay robot đòi hỏi thông số kỹ thuật cơ học hoàn toàn khác so với cáp trong khay tĩnh. Dây dẫn đồng phải là sợi mịn và chiều dài của sợi dây phải ngắn chính xác để phân bổ ứng suất uốn đều. Vỏ cáp phải là vật liệu chịu mài mòn như polyurethane. Trong quá trình lắp đặt bằng xích kéo, cáp không bao giờ được xoắn. Tỷ lệ lấp đầy bên trong dây xích sẽ ngăn các dây cáp cọ xát vào nhau hoặc thành dây xích. Bắt buộc phải có thanh ngăn cách ngang giữa các dây cáp khi di chuyển dài hơn. Mọi cáp điều khiển trong dịch vụ động cuối cùng sẽ bị hỏng do độ mỏi của đồng; việc lắp đặt thích hợp sẽ tối đa hóa tuổi thọ của vòng đời và các vòng dịch vụ tại các điểm cuối sẽ ngăn lực căng kéo trực tiếp lên các đầu nối.