Jste zde

Praktické zkušenosti - kabely pro MaR v průmyslu

Antonín Vojáček, 19. Leden 2008 - 0:23

Ať chceme nebo ne, kabely jsou nezbytnou součástí každého provozu, linky, řídícího systému. Bez nich to prostě nejde. Typů kabelů je však v nabídkách firem opravdu hodně a pro určitý účel je nutné zvolit ten správný typ, který aplikaci vyhovuje, ale zároveň není zbytečně drahý. V tomto směru bych se rád podělil o své zkušenosti v oblasti měření a regulace (MaR).

Ono se to možná zdá na první pohled jako jednoduché, prostě se vezme kabel a vzájemně se propojí jednotlivé jednotky a komponenty měřícího či vyhodnocovacího systému (často distribuovaného), zapojí vstupy a výstupy. Když ale dojde "na lámání chleba" člověk najednou zjistí, že neví jaký kabel by měl použít, aby aplikace korektně a hlavně stabilně fungovala, ale zase aby kabel nebyl drahý. To platí nejen o datových kabelech, ale i o napájecích včetně těch silových pro 230 V, protože u dnes citlivých měřících přístrojů může i nevhodný silový kabel způsobit zařízení problémy (např. že do něj přivede rušení).

Přenos binárních signálů a datová komunikace

Obecně se dá říct, že u přenosu binárních nebo digitálních signálů se nikdy nic nezkazí použitím kabelu se zkroucenými páry (twisted pair = TP), v případě nasazení v zarušeném průmyslového prostředí raději ještě s celkovým stíněných (shielded). Stočení párů totiž snižuje vzájemné ovlivňování různých signálů (přeslechy mezi vodiči) a vzájemné vazby mezi kabely a stínění zase vliv okolního elmag. rušení.

Pokud se přenáší pouze jednoduché spínané binární signály a pomalé dlouhé impulsy (s trváním od 100 ms výš a s pomalými hranami) není stočení nutné a pokud zrovna nejde o přenos na stovky metrů v silně zarušeném prostředí, tak ani stínění. Navíc zvláště pokud jde o v průmyslu běžné přenášené úrovně 0 a 24 V DC. Z nabídky kabelářských společností (např. Lappkabel či Helukabel) se hodí například typ LiYY nebo pro hodně dlouhé kabely v průmyslových provozech stíněný LiYCY. Z pohledu průřezů lze u délek do 100 m stačí bezpečně průřez 0.5 mm2, pro několik stovek metrů je jistějších 0.75 mm2. Pro přenos rychlých krátkých impulsních signálů (desítky ms), navíc pokud jdou společně s binárními (spínanými), je již vhodné použít stočené páry (např. Lappkabel UNITRONIC LiYY (TP)). Pro zajištění sériového přenosu dat v průmyslu by se již měl vždy použít stíněný kabel se zkroucenými páry (shielded twisted pairs).

Pokud se k přenosu využívá klasická sběrnice RS-485 či RS-422 a kabel nemá být příliš dlouhý (do cca 200 m) není výběr zase tak kritický. Stačí prostě celkově stínění kabel se zkroucenými páry. Pro tyto účely se nám dobře osvědčil kabel označený jako PAAR LiYCY nebo LiYCY (TP) 2 x počet párů x 0.25 mm2 nebo 0.5 mm2. Pokud by měl být přenos nad cca 300 m je vhodné již raději použít průřez 0.75 mm2. Po těchto kabelech v průmyslu provozujeme bez problémů komunikaci MODBUS RS-485 s přenosovou rychlostí 19.2 kb/s mezi měřící a vyhodnocovací elektronikou pásové váhy. Navíc ve vícepárovém kabelu lze po jednom páru provádět i 24 V napájení, pokud koncové zařízení nemá moc velkou spotřebu nebo to není na moc velkou vzdálenost (do 100 m). Průřez vodičů pak hlavně určuje právě zdroj, resp. přesněji odběr z něho. Pokud kabel má být vícepárový se současným přenosem více impulsních signálů a dat a má být veden velmi zarušeným prostředím společně i se silovými kabely, raději používáme Lappkabel se dvojitým stíněním UNITRONIC® CY PiDY (TP). Ten má nejen celkové stínění opletením, ale i stíněné jednotlivé zkroucené páry. Pokud se takový kabel použije místo typu LiYCY (TP), lze i s průřezem 0.25 m2 bez problémů výše zmíněný MODBUS bezpečně provozovat v průmyslu i na vzdálenosti mnoha stovek metrů (až do cca 400 - 500 m).


 

Porovnání nepárovaného stíněného kabelu LiYCY firmy DDA s.r.o. (nahoře) a párovaného PAAR LiYCY (dole)

Mimo zde uvedené informace jsou pak pro některé sběrnice (Ethernet, Profibus-DP, Profibus-PA, ProfiNET, INTERBUS, DeviceNET, ASI-INTERFACE apod.) vyráběny kabely přímo na míru s přesně danými parametry (kapacita, odpor, indukčnost, stínění, max. délka apod.) vyžadované jejich standardy. Zde není obvykle s volbou problém, protože na stránkách výrobce, který takové kabely vyrábí stačí prostě v nabídce vybrat položku typu "Kabely pro sběrnicové systémy" či " Bus kabely" a zde již podle typu sběrnice (případně rychlosti komunikace a délky kabelu) objednat nabízený typ. Například pro komunikaci měřícího zařízení s nadřazeným řídícím systémem sběrnicí Profibus-DP je u Lappkabelu nabízen typ UNITRONIC® BUS L2/FIP. Lepší firmy nabízejí i speciální konektory, které různé standardy sběrnic obvykle vyžadují.

Bližší popis výše zmíněných kabelů:

  • Lappkabel UNITRONIC LiYY - lanko z jemných holých měděných drátů, izolace žil na bázi PVC, žíly stočeny do vrstev, značení žil podle barevného kódu DIN, vnější plášť ze speciální směsi na bázi PVC. Používá se také jako ovládací a signalizační kabel pro elektroniku počítačových zařízení, elektronické ovládací a regulační přístroje, kancelářské stroje, váhy atd.

Lappkabel UNITRONIC LiYY se dělá v klasické verzi i ve stočené (TP) verzi, která je vhodnější pro rychlé impulsní signály

  • Lappkabel UNITRONIC LiYCY - lanko z jemných holých měděných drátů, izolace žil na bázi PVC, žíly stočeny do vrstev, různobarevné podle barevného značení DIN, ovinutí plastovou fólií, stínicí oplet z pocínovaných měděných drátů, vnější plášť ze speciální směsi na bázi PVC, odolný proti působení plamene. Tento datový resp. signálový kabel se používá pro elektroniku výpočetních zařízení, elektronické ovládací a regulační přístroje, kancelářské stroje, váhy, tedy všude tam, kde jsou potřebné stíněné kabely v malých dimenzích.

Stíněný Lappkabel UNITRONIC LiYCY je vhodné použít pro přenos binárních signálů v zarušeném průmyslu

  • Lappkabel UNITRONIC LiYCY (TP) - datový kabel se speciálním stínicím účinkem vůči elektromagnetickým rušivým polím. Proti typu LiYCY je zde stočení žil do párů, které u tohoto kabelu potlačuje vazby mezi jednotlivými proudovými okruhy a účinně tím zabraňuje vzniku nežádoucích přeslechů. Mimo to poskytuje kabel dobrou ochranu proti kapacitnímu ovlivnění vnějšími elektrickými poli. Tato vznikají například v důsledku paralelně probíhajících silových kabelů.

Lappkabel LiYCY (TP) je možné v průmyslu použít pro rychlé krátké impulsní signály i pro pomalejší sériový přenos dat

  • Lappkabel UNITRONIC LiFYCY (TP) - velmi jemné lanko z holých měděných drátů, izolace žil na bázi PVC, žíly stočeny do párů, páry stočeny do vrstev, ovinutí plastovou fólií, oplet z pocínovaných měděných drátů, vnější plášť ze speciální směsi na bázi PVC. Oblast použití jsou vnitř miniaturizovaných elektronických a optoelektronických přístrojů (např. mikroelektronika, naslouchadla, sdělovací přenosy apod.), kde je pro větší bezpečnost vůči vysokofrekvenčním rušením vyžadován stíněný elektronický kabel s velmi jemným jádrem.

Typ UNITRONIC LiFYCY (TP) je speciální verze vhodná pro datové přenosy ve stíněných podmínkách

  • Lappkabel UNITRONIC CY PiDY (TP) - lanko z jemných měděných drátů, izolace žil ze směsi PVC, každé 2 žíly stočeny do párů, ovinutí fólií, měděné obložení, PVC plášť, páry vzájemně stočeny, ovinutí plastovou fólií, celkové stínění pocínovaným měděným opletem, vnější plášť ze směsi PVC. Vhodný např. pro řízení technologických procesů, v centrech na zpracování dat nebo v bezpečnostně-technických zařízeních.

Kabel UNITRONIC CY PiDY (TP) je vhodný pro velmi zarušené provozy a když je nutné sériovou komunikaci vést blízko podél silových kabelů

Poznámka: Podobné typy kabelů, často i podobně značené mají mimo Lappkabel i jiné firmy, například Helukabel a DDA, dobře zavedené v České republice.

Kabely vhodné pro analogové signály

U standardizovaných analogových signálů (napěťových 0- 10 V DC nebo proudové smyčky 4-20 mA) na výstupech ze snímačů či řídících systémů, běžných v průmyslu, není volba kabelu zase moc zásadní. Zvláště proudová smyčka je z principu své funkce proti rušení hodně odolná a prakticky záleží hlavně na průřezu, aby při dlouhých vedeních nedocházelo na odporu kabelu k nadměrnému úbytku napětí vzhledem k napájecímu napětí zdroje smyčky. Běžně používáme průřezy 0.5 nebo 0.75 mm2 a nestíněné kabely. Z výše zvedených kabelů lze dobře použít například typ LiYY.

Pro přenos slabých nestandardizovaných napěťových signálů by již kabel měl být vždy stíněný. Vzhledem k malým proudům (vysoký vstupní odpor následujícího zařízení) není nutné použít nijak velké průřezy. Například pro přivedení předzesíleného signálového napětí úrovně desítek mV a frekvence desítek kHz či stovek MHz z přijímací cívky citlivého průmyslového detektoru kovů na vstup vyhodnocovací elektroniky na vzdálenost desítek metrů lze bez problému použít Lappkabel LiYCY o průřezu 0.75 mm2, u vzdáleností několika stovek metrů pak 1.0 mm2, příp. 1.5 mm2.

Stíněný kabel LiYCY se dobře hodí pro přenos nízkonapěťových analogových (desítek mV) i na vzdálenosti desítek metrů

Napájecí silové kabely pro citlivou měřící techniku

I když to obecně nebývá běžné, pro citlivá měřící zařízení nasazovaná v průmyslu blízko výkonných motorů a měničů je vhodné i napájecí silové kabely pro přivedení 230 V použít stíněné verze, zvláště doporučuje-li to výrobce instalovaného zařízení. Ono při použití základních kabelů typu CYKY to s vysokou pravděpodobností bude taky dobře fungovat, ale někdy mohou nastat případy, kdy se zařízení začne chovat podivně. Například průmyslový detektor kovů velmi citlivý na impulsní rušení, začne někdy vyhlašovat kov i tam, kde fyzicky není, a nikdo neví vlastně proč. Pak je těžké rozhodnout a zjistit zda to dělá nějaká vadná část zařízení nebo něco jiného. Zvláště, kdy zařízení je napevno připevněné například k dopravníku či podlaze a nelze ho snadno otestovat jinde. Na vině totiž může být i rušení, které se vlivem impulsního či PWM řízení velkých motorů naindukuje na vodiče napájecího kabelu. Zvláště pokud je dlouhý a je veden v blízkosti mnoha průmyslových strojů, což je zvláště v težkém průmyslu běžné. A i když se nakonec zjistí, že problémy dělá nestíněný napájecí kabel, jeho výměna není nikdy jednoduchou a levnou záležitostí. Proto je lepší již při instalaci sázet v tomto směru na jistotu.

Naopak dá se říct, že z praktického pohledu je dobré použít napájecí kabel lankovými jádry. Takové kabely jsou dobře ohebné a upevnění či provedení svorkovnic dnešních často malých přístrojů a zařízení na ně může být přímo koncipované. Při použití plného jádra může zpětné pnutí ohnutého kabelu vytrhnout zařízení z držáku či upevnění, zbytečně namáhat svorkovnice či desku plošných spojů nebo prostě jen zpomalovat práci instalačních techniků. Z pohledu průřezů se obvykle na 230 V volí hodnoty 1.5 mm2 při jistění 6 či 10 A a 0.75 mm2 stačí například pro jištění 2 A.

On však stíněný lankový kabel se správnými barvami vodičů pro 230 V není zase tak obvyklou záležitostí. Mimo speciální kabely některých kabelových společností, například velmi dobrý, ale dražší Lappkabel ÖLFLEX® CLASSIC 100 CY, jsou běžně v nabídce mnoha kabelářských firem velmi vhodné a levnější kabely (N)YM(St) či CMFM.

  

Kabel typu CMFM

Lappkabely ÖLFLEX® CLASSIC 100 CY a SY sice nejsou běžné, ale zase opravdu dobré pro napájení velmi citlivých měřících zařízení i v těžkém průmyslu

Závěr

Kabely jsou jednou ze základních komponent každého systému a často je jejich volba klíčová pro správnou a hlavně spolehlivou funkci měřícího zařízení. V tomto článku jsem se pokusil přiblížit svoje poznatky z praxe ostatním, kteří také potřebují zvolit pro instalaci vhodný kabel. Pro bližší informace o konstrukci zde zmíněných kabelů či zjištění aktuální ceny odkazuji přímo na níže uvedené české stránky výrobců kabelů.

Antonín Vojáček

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: 

Komentáře

paveltomala - 15. Únor 2008 - 23:41

Často záleží na průřezu i maximální rychlost, kterou se dá komunikovat. Možná by stálo za to podívat se na stránky firmy Patton a podobných, kteří vyrábějí modemy pro komunikaci po klasické CYKY kabeláži. Jinak napájení koncového zařízení po přiměřeně vhodném kabelu řeším tak, že dva vodiče jsou silové, další dva měří napětí na výstupních svorkách. Kvůli rušení ale vidím jako lepší řešení lokální spínané nebo lineární zdroje. Je to sice za peníze, ale co je doma to se počítá.