NOK | EUR | USD

Bruk pålitelige industrielle systemer og hold operatører trygge ved hjelp av de riktige tilkoblingene og sensorene

Av Bill Giovino

Bidrag fra Digi-Keys nordamerikanske redaktører

Etter hvert som industrianlegg fortsetter å utnytte IIoT (industrielle tingenes internett – Industrial Internet of Things) for å oppnå økende nivåer av automatisering, prediktiv analyse og sikkerhet, blir pålitelige tilkoblinger mellom enheter og systemer stadig mer kritiske. Noen innretninger kan imidlertid være ekstremt utilgivelige. Både kablene og de nærliggende menneskelige operatørene kan utsettes for ekstreme temperaturer på varmt og kaldt mens de også utsettes for etsende kjemikalier og gasser.

I tillegg er tilstedeværelsen av etsende gasser som hydrogensulfid som frigjøres av noe utstyr, ikke bare være skadelig for menneskelige operatører, men i kontakt med fuktighet på en kabel danner disse gassene farlige reaksjonsbiprodukter som svovelsyre. Dette kan raskt spise bort på kabelkappen, og etterlate skjermingen og lederne eksponert, noe som ofte fører til kortslutninger og systemsvikt.

Denne artikkelen vil ta for seg utfordringene med kabling i tøffe omgivelser. Den vil deretter vise hvordan konstruktører av industrielle systemer kan sikre pålitelige tilkoblinger og operatørsikkerhet ved å velge sensorkabler av industriell kvalitet ved hjelp av virkelige eksempler fra Molex. Artikkelen vil også diskutere et praktisk eksempel på hvordan man oppdager farlig hydrogensulfidgass før den forårsaker alvorlig skade på utstyr eller personell.

Kabling for tøffe industrimiljøer

Industrielle automatiseringssystemer er avhengige av sensorer for å detektere statusen til prosesser og systemer i en fabrikk. Sensortypene som brukes varierer, det kan være temperaturtermistorer, trykktransdusere, nivåsensorer, lysdetektorer og nærbrytere (berøringsfrie endebrytere). Nøyaktige sensordata er nødvendig for at hoveddatamaskinen skal kunne bestemme hvordan og når den skal styre aktuatorer for motorer, transportbånd, lys, væskemåling og lignende enheter. Feil sensordata kan føre til at aktuatorer styres til feil tid eller med feil parametere. Resultatene kan variere fra ineffektiv drift med en tilsvarende økning i driftskostnader til svikt i systemet som fører til dyr nedetid. Riktig valg og bruk av kabler utsatt for harde miljøer kan forbedre påliteligheten til sensordata og aktuatorens kontrollsignaler. Som alle vet, kan feil valg av kabler føre til periodiske tilkoblingsfeil som er vanskelige å feilsøke, noe som forårsaker kostbare nedetider. Dårlig valg av kabler kan til slutt føre til signalnedbrytning eller totalt signaltap.

Kabling fra en produsent som har sertifisert kabelen som kabler av industriell kvalitet med en klassifisering på IP67 eller IP68, kan løse mange av disse problemene. Vær klar over at kun fordi en kabel er merket som IP67 eller IP68 betyr det ikke at kabelen er av industriell kvalitet – IP-koden sertifiserer bare at kabelen er motstandsdyktig mot vanlige partikler og vannmotstand. Vanlige forbrukerkabler kan derfor være sertifisert IP68 og kan virke robuste, men tåler ikke ekstrem temperaturbeskyttelse, motstand mot både vanlige løsemidler og etsende væsker, eller immunitet mot vridning og slitasje som følger med robuste kabler av industriell kvalitet.

Koble til USB-sensorer og aktuatorer i industrimiljøer

Mens mange forskjellige typer sensorer og aktuatorer bruker forskjellige tilkoblingsalternativer, er en sikker og allment utbredt metode å bruke USB som grensesnitt. Moderne fasiliteter utnytter egenskapene til USB 3.0 på grunn av sin høye hastighet, strømlevering og forbedrede pålitelighet. Molex leverer 0847330005 USB 3.0-industrikabelen (figur 1). Denne kabelen er 1,31 m lang, har en forseglet USB 3.0 Type A sirkulær kontakt på den ene enden, og en USB 3.0 Type A kontakt på den andre. Hele kabelenheten er klassifisert til IP67. Den støtter en datahastighet på 5 gigabit per sekund (Gbit/s) og er bakoverkompatibel med USB 2.0-plugger og -stikkontakter. Kabelen er klassifisert til -40 °C til + 85 °C og passer i de mest tøffe industrimiljøer.

Bilde av Molex 0847330005 USB 3.0-kabelFigur 1: USB 3.0-kabelen Molex 0847330005 har en sirkulær USB 3.0 Type A-kontakt i den ene enden og en standard USB 3.0 Type A-plugg i den andre. Det er en industriell kabel som er egnet for tøffe miljøer. (Bildekilde: Molex)

USB 3.0-kabelen Molex 0847330005 er klassifisert til å håndtere maksimalt 1 ampere (A) for hver kontakt på en sikker måte. Den er fullstendig skjermet mot elektromagnetisk interferens (EMI), nødvendig slik at en 5 Gbit/s USB 3.0-dataoverføring ikke forstyrrer annet elektronisk utstyr.

USB 3.0 Type A-pluggen kan kobles til en industriell datamaskin eller et innebygd system som gir en standard USB 3.0-kontakt som vanligvis finnes på de fleste PC-er. Den andre enden av kabelen med USB 3.0 Type A sirkulær kontakt kobles til sensorutstyret som har et USB-tilkobling. Låsemutteren på stikkontaktens sirkulære kontakt har en brukervennlig vridningslåsemekanisme som tåler 2,26 N-m (20 lb-in) med dreiemoment. Dette gir en solid tilkobling til sensorutstyr som ikke vil falle fra hverandre ved et uhell. Hver kontakt er klassifisert til 500 sykluser med sammenparing og frakobling, som er egnet for industrielt utstyr som må rekonfigureres regelmessig.

Pakningstetningen på stikkontaktens sirkulære kontakt er svart nitril som gir utmerket motstand mot vann og industrioljer. Nitrilpakninger er også motstandsdyktige mot bensin, hydraulikkvæsker og vanlige løsemidler. Dette gjør denne kabelen utmerket for tilkobling til sensorer som brukes i bensindrevne maskiner. Søl eller ulykker med løsemidler eller andre væsker som finner veien til kontakten vil ikke trenge gjennom tetningen og forstyrre dataoverføring.

Sollys og ultrafiolett lys (UV-lys) kan forårsake misfarging av kabelkappen, noe som kan være ubehagelig når kabler er fargekodet for enkel vedlikehold. Sollys kan også forårsake at kommersielle kabelkapper sprekker, noe som utsetter EMI-skjermingen for elementene. kabelkappen på Molex USB 3.0 er laget av slitesterk PVC-plast som har utmerket motstand mot sollys og UV-stråler. PVC-plast er også motstandsdyktig mot vann som over tid kan forkorte lengden på kommersielle kabler laget av forbrukerkvalitetsmaterialer.

Koble til mekaniske aktuatorer og solenoider

DIN-ventilkontakter brukes til å aktivere magnetoider som brukes til å styre aktuatorer som ventiler, trykkbrytere, grensebrytere og lavenergimotorer. For faste tilkoblinger til DIN-ventilaktuatorer i industrimiljøer, leverer Molex DIN-ventilkoblingen 2210503466 og 5 m kabel (figur 2). Den avsluttes med en tre-tråds tilkoblingskabel for tilkobling til en aktuatorspenning på opptil 24 volt. Kabelenheten er klassifisert til -40 °C til + 90 °C, noe som gjør den egnet ikke bare i kalde miljøer, men også til noen motorer og utstyr som blir veldig varme.

Molex DIN-ventilkoblingen gir en tett og sikker IP67-forsegling over en DIN-ventil, og når den aktiveres vil den aktivere eller deaktivere ventilen avhengig av hvilken type DIN-ventil som styres. Koblingen er sikret med en skrue for å gi maksimal beskyttelse mot utilsiktet fjerning. En gul lysdiode (LED) på DIN-kontakten gir en visuell indikasjon på at DIN-ventilen er aktivert.

Bilde av Molex 2210503466 har en DIN-ventilkontaktFigur 2: Molex 2210503466 har en DIN-ventilkontakt i den ene enden og en tre-tråds tilkoblingskabel i den andre. En gul LYSDIODE indikerer for operatørene at ventilen er aktivert. (Bildekilde: Molex)

DIN-ventilkoblingen og kabelen Molex 2210503466 har en polyuretankappe som er motstandsdyktig mot de fleste harde kjemikalier og er ekstremt motstandsdyktig mot misbruk fra vridning og bøyning. Kabelkapper av polyuretan er også svært motstandsdyktige mot skjære- og knusekrefter. En skadet DIN-ventilkabel kan føre til periodisk drift av DIN-ventilutstyr eller total utstyrssvikt. Dette gjør denne kabelen egnet for aktuatorer på tunge maskiner der kabelen raskt kan forlenges og trekkes sammen, og også der en maskinfeil eller feilkonfigurasjon kan føre til at kabelen blir knust.

Som en sikker praksis anbefales det ikke at kabelen er så kort at forlengelse av kabelen under normal drift belaster begge ender av kabeltilkoblingen. Dette krever nok slakk for å være i kabelen for å hindre trekking i hver ende av kabelavslutningen, men jo mer slakk kabelen er, desto større er sjansen for at kabelen blir fanget eller ødelagt ved et uhell. I disse utrustningene er en polyuretanjakke en passende og kostnadseffektiv løsning.

Beskyttelse mot etsende stoffer

Bensinkraftmotorer og noen industrielle kjemiske prosesser kan avgi farlig hydrogensulfidgass. Mens de industrielle anleggene er utformet slik at disse gassene er trygt innesluttet, vet alle som kjører et bensindrevet kjøretøy at eksosrør kan lekke ut; i tillegg kan noen på fabrikken noen ganger glemme å lukke en ventil. Hydrogensulfidgass er ekstremt giftig for mennesker, selv i små mengder. Selv om det ofte kan anerkjennes som lukt av råtne egg, er hydrogensulfid tyngre enn luft og kan raskt spre seg uoppdaget på gulvet i et stort industrikompleks langt borte fra sitt opprinnelsessted.

Hvis hydrogensulfid kommer i kontakt med vann, dannes det etsende svovelsyre som svært raskt kan korrodere kobber-, jern- og aluminiumsutstyr. Ved kontakt med en våt kabel kan svovelsyre raskt korrodere de fleste typer kabelisolasjon som polyuretan. Mens kapper i PVC-plast er mer syrebestandige enn polyuretan ved romtemperatur, kan ekstreme temperaturer på varm og kald svovelsyre raskt spise bort på PVC-kabelkapper. Uansett materialspesifikasjonsark bør hydrogensulfid og svovelsyre anses som farlige for andre materialer enn eksosmanifolder og annet utstyr som er spesielt konstruert for å inneholde disse farlige stoffene.

Molex Sensorcon leverer hydrogensulfidgassanalysatoren 2023150001 for å holde kabler, utstyr og menneskelige operatører trygge (figur 3). Det er en håndholdt enhet med en LCD-skjerm som kan detektere og vise hydrogensulfidgasskonsentrasjoner med en oppløsning så liten som 1 del per million (ppm) og så høy som 400 ppm.

Bilde av Molex Sensorcon 2023150001 håndholdt hydrogensulfidgassdetektor Figur 3: Molex Sensorcon 2023150001 er en håndholdt hydrogensulfidgassdetektor som kan detektere hydrogensulfidgass fra 1 ppm til 400 ppm. (Bildekilde: Molex)

Molex Sensorcon 2023150001 hydrogensulfidgassdetektoren er IP67-klassifisert og kan slå to forskjellige alarmer fra høye og lave settpunkter på alarmen. Fabrikkinnstilt lavt alarmsettpunkt er 10 ppm, men kan manuelt settes til så lavt som 1 ppm. Fabrikkinnstillingen for høyt alarmsettpunkt er 15 ppm eller høyere, men kan manuelt settes til 100 ppm eller høyere. Sammen med disse alarmene kan den håndholdte enheten også vibrere i beredskap, noe som er nyttig i støyende industrimiljøer.

Detektoren er egnet for å detektere små konsentrasjoner av hydrogensulfidgass nær gulvet og spesielt i maskingulvbrønner der tyngre enn luftgasser kan samle seg. Dette er nyttig for å påvise hydrogensulfid, når lukten av råtne egg ikke er så kraftig at den kan påvises av menneskenesen.

Motorer og de fleste industrielle prosesser som avgir hydrogensulfidgass avgir også karbonmonoksid, som er luktfritt og kan være giftig for mennesker, selv i små mengder. Molex Sensorcon tilbyr karbonmonoksidgassdetektoren 2023100001, som har samme fysiske konstruksjon som hydrogensulfiddetektoren. Tilstedeværelsen av karbonmonoksid er ikke bare en fare for menneskelige operatører, men kan også indikere uoppdaget forekomst av hydrogensulfid. Begge enhetene er nyttige i et industriautomasjonsanlegg for å holde menneskelige operatører og utstyr trygge.

Konklusjon

Industrielle automatiseringsanlegg kan være krevende for kabelmontasjer, spesielt i ekstremer av varmt og kaldt og der farlige og etsende gasser og væsker kan være til stede. Sensorkabelenheter av industriell kvalitet sikrer at datamaskiner har nøyaktige sensordata slik at industrisystemene kan styres riktig og effektivt, mens kabler av industriell kvalitet for aktuatorer sikrer at driften styres riktig og pålitelig. Dette reduserer driftskostnadene ved å øke påliteligheten og redusere vedlikeholdet.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om skribenten

Bill Giovino

Bill Giovino is an Electronics Engineer with a BSEE from Syracuse University, and is one of the few people to successfully jump from design engineer, to field applications engineer, to technology marketing.

For over 25 years Bill has enjoyed promoting new technologies in front of technical and non-technical audiences alike for many companies including STMicroelectronics, Intel, and Maxim Integrated. While at STMicroelectronics, Bill helped spearhead the company’s early successes in the microcontroller industry. At Infineon Bill orchestrated the company’s first microcontroller design wins in U.S. automotive. As a marketing consultant for his company CPU Technologies, Bill has helped many companies turn underperforming products into success stories.

Bill was an early adopter of the Internet of Things, including putting the first full TCP/IP stack on a microcontroller. Bill is devoted to the message of “Sales Through Education” and the increasing importance of clear, well written communications in promoting products online. He is moderator of the popular LinkedIn Semiconductor Sales & Marketing Group and speaks B2E fluently.

Om denne utgiveren

Digi-Keys nordamerikanske redaktører