در اتوماسیون صنعتی و خطوط تولید امروزی دقت ارسال سیگنال اهمیت بسیار بالایی دارد. سیستم های ابزار دقیق وظیفه پایش و کنترل فرایندهای حساس را بر عهده دارند. این تجهیزات با مقادیر بسیار کوچک میلی آمپر و میلی ولت کار می کنند. در محیط های کارخانه ای وجود انواع موتورها و درایوها باعث تولید امواج مخرب الکترومغناطیسی می شود. ورود این تداخل ها به خطوط انتقال داده می تواند باعث خطاهای جبران ناپذیر در کنترلرها شود. بسیاری از مهندسان هنگام راه اندازی خطوط انتقال با چالش افت کیفیت سیگنال روبرو می شوند. عدم استفاده از پوشش مناسب مهم ترین عامل بروز این اختلالات است. تصمیم گیری درست برای خرید کابل شیلدار در ابتدای پروژه جلوی توقف ناخواسته خط تولید را می گیرد. در این مقاله دلایل فنی بروز نویز و راهکارهای مهندسی مقابله با آن را بررسی می کنیم.

تداخل های الکتریکی می توانند پردازشگرها را دچار خطای محاسباتی جدی کنند. یک انحراف کوچک در سیگنال سنسور فشار یا ترانسمیتر دما باعث صدور فرمان های غلط به شیرهای کنترلی می شود. بروز چنین اتفاقی کیفیت محصولات خروجی را به شدت کاهش می دهد. همچنین استهلاک تجهیزات گران قیمت صنعتی را در درازمدت تسریع می کند. شناخت ریشه های این تداخل به کارشناسان فنی کمک می کند تا مسیر انتقال سیگنال را به درستی ایزوله کنند. انتخاب کابل مناسب نه تنها یک الزام فنی بلکه یک سرمایه گذاری اقتصادی برای حفظ سلامت سیستم ها است.

مفاهیم پایه نویز الکترومغناطیسی و رادیویی در صنعت

نویز در اصطلاح مهندسی به هرگونه سیگنال الکتریکی ناخواسته گفته می شود که روی سیگنال اصلی سوار می شود. در محیط های اتوماسیون صنعتی دو نوع تداخل متداول وجود دارد. دسته اول تداخل الکترومغناطیسی یا همان امواج القایی حاصل از تجهیزات سلفی است. دسته دوم تداخل فرکانس رادیویی است که از فرستنده های بیسیم و خطوط دیتا با سرعت بالا متصاعد می شود. هر دو نوع تداخل قادرند ماهیت شکل موج را به طور کامل دگرگون کنند. سیستم های ابزار دقیق به دلیل کار با سطوح ولتاژ بسیار پایین در برابر این امواج به شدت آسیب پذیر هستند.

تداخل الکترومغناطیسی معمولا به دلیل روشن و خاموش شدن بارهای سلفی پرقدرت پدید می آید. هنگامی که یک کنتاکتور بزرگ قطع می شود یک جهش ولتاژی شدید در محیط اطراف پراکنده می گردد. این پدیده می تواند در هادی های فاقد حفاظ ولتاژ ناخواسته القا کند. تداخل فرکانس رادیویی نیز از ادوات ارتباطی و سوییچینگ های سریع ناشی می شود. اگر هادی بدون روکش محافظ در معرض این میدان ها قرار گیرد دقیقا مانند یک آنتن عمل می کند. در نتیجه دیتای حسگرها تغییر کرده و به صورت ارقام نامفهوم به اتاق کنترل می رسد.

علت عملکرد ضعیف کابل های فاقد شیلد در سیستم های کنترلی

کابل های فاقد حفاظ فلزی هیچ مانعی در برابر عبور میدان های متغیر ولتاژی و جریانی محیط اطراف ندارند. زمانی که جریان الکتریکی از کنار یک هادی عبور می کند طبق قانون القای فارادی یک میدان متغیر می سازد. هادی فاقد حفاظ این میدان را به راحتی جذب کرده و دچار اضافه ولتاژ ناخواسته می شود. این پدیده دامنه سیگنال استاندارد چهار تا بیست میلی آمپر را کاملا بر هم می زند. در این شرایط کنترلر نمی تواند مقدار واقعی متغیر فرایندی را از اغتشاش نویز تشخیص دهد.

علاوه بر این کابل های معمولی توانایی تخلیه بارهای الکترواستاتیک جمع شده در محیط را ندارند. الکتریسیته ساکن ناشی از حرکت مداوم نوار نقاله ها یا تجهیزات متحرک روی عایق کابل جمع می شود. این بار سرانجام به داخل رشته های هادی تخلیه شده و پالس های لحظه ای با دامنه بسیار بالا تولید می کند. کابل های فرمان فاقد پوشش فلزی مسیری برای هدایت این بارهای سرگردان به زمین ندارند. این نقیصه ثبات پروتکل های صنعتی نظیر مدباس یا پروفی باس را به خطر انداخته و باعث قطع مکرر شبکه می شود.

ساختار داخلی کابل شیلددار و مکانیزم دفع امواج مزاحم

طراحی مهندسی کابل های حفاظ دار به صورت لایه به لایه و با اهداف مشخص الکتریکی انجام می شود. در مرکز کابل رشته های مسی رسانا وظیفه عبور جریان مفید و داده ها را بر عهده دارند. روی این هادی ها لایه ای از عایق پلیمری قرار می گیرد تا از اتصال کوتاه میان رشته ها جلوگیری شود. پس از آن لایه محافظ یا همان شیلد کل مجموعه سیم ها را در بر می گیرد. این لایه معمولا از جنس فویل آلومینیومی یا تارهای به هم بافته شده مسی است. در نهایت یک روکش ضخیم پلی اتیلن یا پی وی سی حفاظت فیزیکی محصول را تامین می کند.

مکانیزم محافظت در این کابل ها بر پایه اصل علمی قفس فارادی استوار است. شیلد فلزی یک دیواره رسانا دور تا دور هادی های اصلی می سازد. امواج الکترومغناطیسی محیط پس از رسیدن به این دیواره جریان های القایی سطحی ایجاد می کنند. این جریان ها روی سطح شیلد جاری شده و از طریق مسیر تخلیه به زمین منتقل می شوند. در نتیجه میدان های مزاحم اجازه نفوذ به داخل مغزی را پیدا نمی کنند و دیتای سنسور بدون انحراف به پردازنده می رسد.

بررسی انواع حفاظ های فلزی؛ فویل، بافت مسی و ترکیبی

پوشش های محافظ در کابل های ابزار دقیق بسته به فرکانس امواج مزاحم در چند نوع مختلف ساخته می شوند. مدل اول شیلد فویلی است که از یک نوار آلومینیومی نازک متصل به لایه پلی استر تشکیل می شود. این شیلد پوشش فیزیکی صد درصدی حول هادی ها ایجاد می کند. این ساختار برای مسدود کردن امواج با فرکانس های بسیار بالا بسیار موثر عمل می کند. البته مقاومت مکانیکی این لایه فویل در برابر خمش های مکرر پایین است و ممکن است دچار پارگی شود.

نوع دوم شیلد بافته شده یا بافت مسی است که از تارهای ظریف مس قلع اندود ساخته می شود. میزان پوشش فیزیکی این بافت عموما بین هفتاد تا نود و پنج درصد سطح کابل را در بر می گیرد. این ساختار انعطاف پذیری بسیار بالایی دارد و برای مهار تداخل های فرکانس پایین و میدان های مغناطیسی عالی است. مدل سوم نوع ترکیبی است که از قرارگیری همزمان فویل و بافت مسی تولید می شود. در این کابل ها پوشش صد درصدی فویل در کنار مقاومت مکانیکی و قدرت جذب بافت مسی بالاترین سطح ایمنی را رقم می زند.

جدول مقایسه ای انواع کابل های ابزار دقیق در محیط های صنعتی

بررسی اطلاعات جدول نشان می دهد که هزینه اولیه برای خرید کابل شیلدار استاندارد بسیار ناچیزتر از هزینه های توقف کارخانه است. خطوط تولید صنعتی هرگز نباید از کابل های بدون حفاظ برای سیگنال های حسگرها استفاده کنند. حتی در محیط هایی با سطح نویز معمولی استفاده از شیلد فویلی حداقل الزام فنی محسوب می شود. در پروژه هایی با فرکانس کاری نامشخص و مجاورت بارهای سنگین استفاده از ساختار ترکیبی بهترین راهکار برای تضمین پایداری خطوط است.

خطرات استفاده از کابل بدون محافظ برای تجهیزات پردازشی

زمانی که سیگنال یک ترانسمیتر به واسطه تداخل امواج تخریب می شود ورودی های آنالوگ کارت های پی ال سی آسیب می بینند. ماژول های ورودی ابزار دقیق تنها برای دریافت مقادیر محدود میلی آمپری طراحی شده اند. جهش های ولتاژی ناگهانی که از طریق خطوط فاقد شیلد وارد می شوند آی سی های مبدل آنالوگ را می سوزانند. خسارت مالی ناشی از تعویض مدام ماژول های الکترونیکی بخش زیادی از بودجه تعمیرات را می بلعد.

از دیدگاه عملیاتی خطای اندازه گیری منشا بروز تصمیمات اشتباه در سیستم مانیتورینگ کارخانه است. به عنوان نمونه دریافت نویز روی حسگر دمای راکتور می تواند مقدار حرارت را کمتر از حد واقعی گزارش کند. در چنین شرایطی سیستم خنک کننده فعال نمی شود و خطر انفجار یا سوختن مواد بالا می رود. بنابراین تداخلات الکتریکی صرفا یک ایراد ساده در مانیتورینگ نیستند بلکه ایمنی کارکنان و تاسیسات را تهدید می کنند.

راهنمای بررسی کیفیت و خرید کابل شیلدار صنعتی

هنگام خرید کابل شیلدار باید فاکتورهای متعدد ساختاری محصول را به دقت مورد ارزیابی قرار دهید. خلوص مس استفاده شده در رشته های مغزی اهمیت بالایی دارد و مس آنیل شده بهترین رسانایی را ارائه می دهد. در مدل های فویل دار ضخامت لایه آلومینیومی باید به اندازه ای باشد که با دستکاری عادی پاره نشود. همچنین در کابل های بافته شده درصد پوشش فلزی باید بررسی شود تا فضاهای خالی بین تارها زیاد نباشد.

جنس روکش نهایی نیز نقشی تعیین کننده در طول عمر عملیاتی کابل در محیط های خشن ایفا می کند. برای محیط های نفتی و روغنی استفاده از پلیمرهای مقاوم شیمیایی ضرورت دارد. تهیه کابل از تولیدکنندگان معتبر متضمن دریافت محصولی منطبق با تاییده های فنی است. شرکت سیم و کابل آریا به عنوان یکی از مراکز تامین کابل های صنعتی گزینه های متعددی را در اختیار مهندسان قرار می دهد. دریافت مشاوره پیش از سفارش ضامن انتخاب مدلی همخوان با شرایط محیطی خط تولید شما خواهد بود.

چرا محصولات سیم و کابل آریا انتخابی مطمئن در صنعت هستند؟

تولید باکیفیت کابل های تخصصی ابزار دقیق نیازمند خطوط پیشرفته اکستروژن و بافنده های پرسرعت بدون خطا است. هرگونه فاصله میان رشته های شیلد یا ناهمگونی در ضخامت عایق پلیمری منجر به نفوذ امواج در شرایط نوسان می شود. خرید محصولاتی که تمام آزمایش های تطابق الکترومغناطیسی را با موفقیت گذرانده اند آرامش خاطر تیم های فنی را به همراه دارد. در همین راستا محصولات سیم و کابل آریا با تکیه بر استانداردهای مهندسی توانسته اند کارایی خود را در پالایشگاه ها و خطوط مونتاژ به اثبات برسانند.

تنوع گسترده ابعاد هادی و انواع گوناگون پوشش های محافظ دست طراحان تاسیسات را برای پیاده سازی انواع شبکه ها باز می گذارد. استفاده از مس بدون اکسیژن با درجه خلوص حداکثری و بافت های متراکم ضامن حفظ دقت سیگنال های میلی آمپری است. این کابل ها با ایجاد ایزولاسیون کامل سیگنال ریسک خطای انتقال در مجاورت تجهیزات سوییچینگ را به صفر نزدیک می کنند. این عملکرد پایدار باعث افزایش بهره وری خطوط اتوماسیون خواهد شد.

نتیجه گیری و راهکار نهایی برای جلوگیری از تداخل سیگنال

سیستم های ابزار دقیق بدون به کارگیری کابل های دارای پوشش فلزی به صورت مداوم قربانی پدیده نویز می شوند. در کارخانجات مدرن وجود موتورها و منابع تغذیه متغیر اجتناب ناپذیر است. هادی های ساده بدون شیلد این میدان های متغیر را همانند یک دریافت کننده جذب کرده و اطلاعات حسگرها را دگرگون می کنند. خطای حاصل از این اتفاق پایداری فرایندهای کنترل را متوقف کرده و پیامدهای پرهزینه ای بر جای می گذارد.

به کارگیری هدفمند کابل های با شیلد فویل و بافت مسی راهکاری مطمئن برای دستیابی به بستری پایدار است. در کنار این اقدام تخصصی نحوه ارت کردن یک طرفه شیلد تضمین کننده خنثی سازی کامل تداخل ها خواهد بود. با رعایت فاصله مجاز از کابل های برق و بررسی اصالت کابل های خریداری شده سیستم های مانیتورینگ برای سال ها بدون خطا به کار خود ادامه می دهند.

سوالات متداول

چرا سیستم های ابزار دقیق بدون کابل شیلددار دچار خطای اندازه گیری می شوند؟

سیستم های ابزار دقیق با سیگنال های ضعیف آنالوگ کار می کنند و کابل های معمولی امواج سلفی و مغناطیسی محیط را مانند آنتن جذب می کنند که موجب تغییر ولتاژ مفید می شود.

بهترین روش اتصال شیلد کابل ابزار دقیق به ارت چیست؟

برای سیگنال های آنالوگ بهتر است شیلد فقط از یک سر معمولا در سمت تابلوی کنترل یا سیستم پردازنده ارت شود تا از ایجاد حلقه زمین جلوگیری به عمل آید.

تفاوت شیلد فویل با شیلد بافت مسی در چیست؟

شیلد فویل پوشش صد درصدی در برابر فرکانس های بالا دارد اما شیلد بافت مسی مقاومت فیزیکی بیشتری داشته و برای مهار تداخل های فرکانس پایین و میدان های مغناطیسی قوی تر مناسب است.

آیا می توان کابل شیلددار ابزار دقیق را در کنار کابل برق سه فاز عبور داد؟

حتی با وجود شیلد توصیه می شود کابل های ابزار دقیق حداقل سی سانتیمتر از کابل های قدرت فاصله داشته باشند یا در سینی های فلزی مجزا با دیواره تفکیک کننده قرار گیرند.

اطلاعات تماس جهت مشاوره و تامین: خیابان جمهوری ،تقاطع حافظ ، پاساژ امجد ، طبقه زیر همکف، پلاک ۳۳ ، فروشگاه آریا – تلفن : ۰۹۹۱۴۵۴۰۶۷۹