Använd tillförlitliga industriella system och håll operatörer säkra med rätt anslutningar och sensorer

Vartefter industrier alltmer utnyttjar sakernas internet (IIoT) för att uppnå högre nivåer av automatisering, prediktiv analys och säkerhet, blir tillförlitliga anslutningar mellan enheter och system allt viktigare. Vissa tillämpningar kan vara extremt otacksamma. Både kablarna och operatörerna i närheten kan utsättas för extrema temperaturer - både värme och kyla - samtidigt som de utsätts för korrosiva kemikalier och gaser.

Dessutom är förekomsten av korrosiva gaser, såsom vätesulfid, som frigörs av viss utrustning inte bara skadlig för mänskliga operatörer, utan vid kontakt med fukt på en kabel skapar dessa gaser farliga reaktionsprodukter, såsom svavelsyra. Detta kan snabbt fräta bort kabelhöljet och lämna skärmning och ledare exponerade, vilket ofta leder till kortslutning och systemfel.

Denna artikel diskuterar utmaningarna med kablar i hårda miljöer. Den visar sedan hur konstruktörer av industriella system kan säkerställa tillförlitliga anslutningar och operatörssäkerhet genom att välja sensorkablar av industrikvalitet med hjälp av verkliga exempel från Molex. Artikeln diskuterar också ett praktiskt exempel på hur man upptäcker farlig vätesulfidgas innan den orsakar allvarliga skador på medarbetare eller utrustning.

Kablar i mycket tuffa industrimiljöer

Industriella automationssystem är beroende av sensorer för att detektera statusen på processer och system i en fabrik. Typerna av sensorer som används varierar och kan inkludera temperaturtermistorer, trycksensorer, nivåsensorer, ljusdetektorer och närhetsbrytare. Exakt sensordata är nödvändigt för att huvuddatorn ska kunna bestämma hur och när styrdon för motorer, transportband, lampor, vätskemätning och liknande enheter ska styras. Felaktig sensordata kan leda till att styrdon manöveras vid fel tidpunkter eller med fel parametrar. Resultaten kan bli allt från ineffektiv drift, med motsvarande ökning av driftskostnaderna, till ett haveri i systemet som leder till dyr stilleståndstid. Att på rätt sätt välja och använda kablar som används i hårda miljöer kan förbättra tillförlitligheten på sensordatan och manöverdonets styrsignaler. Fel sorts kablar kan leda till intermittenta anslutningsfel som är notoriskt svåra att felsöka och som orsakar dyra stillestånd. Illa valda kablar kan i slutändan leda till signaldistorsion eller total signalförlust.

Kablar från en tillverkare som har certifierat kabeln som kablar av industriklass med IP67- eller IP68-klassning kan åtgärda många av dessa problem. Observera att bara för att en kabel är märkt som IP67 eller IP68 betyder det inte att kabeln är av industriell kvalitet - IP-koden intygar bara att kabeln är motståndskraftig mot partiklar och vattentålig. Exempelvis kan vanliga konsumentkablar vara IP68-certifierade och kan verka robusta, men de kanske inte har samma extremtemperaturskydd, motståndskraft mot både vanliga lösningsmedel och frätande vätskor, eller tålighet mot vridning och nötning som kablar av robust industrikvalitet har.

Anslutning till USB-sensorer och styrdon i industriella miljöer

Även om många olika typer av sensorer och ställdon använder olika gränssnitt, är en säker och ständigt tillgänglig metod att använda USB som gränssnitt. Moderna anläggningar utnyttjar möjligheterna med USB 3.0 till följd av dess höga hastighet, strömförsörjning och tillförlitlighet. Molex levererar USB 3.0-industrikabeln 0847330005 (figur 1). Denna kabel är 1,31 meter (m) lång, har ett förseglat USB 3.0 typ A-kontaktdon i ena änden och ett USB 3.0 typ A-stickdon i den andra. Hela kabelprodukten är IP67-klassad. Den stöder en datahastighet på 5 Gbits/s och är bakåtkompatibel med USB 2.0-kontakter och -uttag. Kabeln är klassad för -40 till +85 °C och klarar de allra hårdaste industrimiljöerna.

Figur 1: Molex USB 3.0-kabel 0847330005 har ett runt USB 3.0 typ A-uttag i ena änden och ett vanligt USB 3.0 typ A-stickdon i den andra. Det är en industriell kabel som klarar hårda miljöer. (Bildkälla: Molex)

Molex USB 3.0-kabel 0847330005 är klassad för att säkert klara max. 1 A för varje kontakt. Den är helt skyddad mot elektromagnetiska störningar (EMI), som är nödvändigt för att 5 Gbit/s USB 3.0-dataöverföring inte ska störa andra elektroniska apparater.

USB 3.0 Type A-stickdonet kan anslutas till en industri-PC eller ett inbäddat system som erbjuder ett vanligt USB 3.0-stickdon som vanligtvis finns på de flesta PC:ar. Den andra änden av kabeln, med ett runt USB 3.0-uttag av typ A, ansluts till sensorutrustningen som har ett USB-gränssnitt. Låsmuttern på det runda kontaktdonet har en lättanvänd vridlåsmekanism som tål vridmoment på 2,3 Nm. Detta ger en pålitlig anslutning till sensorutrustning som inte lösgörs av misstag. Varje kontaktdon är klassat för 500 hopkopplingscykler, vilket är lämpligt för industriell utrustning som regelbundet måste omkonfigureras.

Packningstätningen på uttagets runda kontakt är svart nitril som ger utmärkt beständighet mot vatten och industriella oljor. Nitrilpackningar är också resistenta mot bensin, hydraulvätskor och vanliga lösningsmedel. Detta gör denna kabel utmärkt för anslutning till sensorer som används i bensinmotorer. Spill eller olyckor med lösningsmedel eller andra vätskor som tar sig in i kontaktdonet kommer inte att tränga igenom tätningen och störa dataöverföringen.

Solljus och ultraviolett ljus (UV) kan orsaka missfärgning av en kabelmantling, vilket kan vara besvärligt när kablar är färgkodade för att underlätta underhåll. Solljus kan också få kommersiella kabelmantlingar att spricka och utsätta EMI-skärmningen för vädrets element. Molex USB 3.0-kabelmantling är tillverkad av tåligt PVC-harts som har utmärkt beständighet mot solljus och UV-strålar. PVC-harts är också beständigt mot vatten, vilket med tiden kan förkorta livslängden på kommersiella kablar av konsumentkvalitet.

Anslutning till mekaniska styrdon och magnetventilier

DIN-ventilkontakter används för att aktivera magnetventiler som används för att styra ställdon som ventiler, tryckbrytare, gränslägesbrytare och lågenergimotorer. För solida anslutningar till DIN-ventilställdon i industriella miljöer erbjuder Molex DIN-ventilkontaktdonet 2210503466 och 5 m kabel (figur 2). Den är terminerad med tre lösa ledarändar för anslutning till en styrspänning på upp till 24 volt. Kabelmodulen är klassad för -40 till +90 °C, vilket gör den lämplig inte bara för kalla miljöer utan även för vissa motorer och utrustning som blir mycket het.

Molex DIN-ventilkontaktdon ger en tät och säker IP67-tätning över en DIN-ventil, och när den manövreras aktiverar eller inaktiveras ventilen beroende på vilken typ av DIN-ventil som styrs. Kontaktdonet är säkrat med en skruv för att ge maximalt skydd mot oavsiktlig borttagning. En gul lysdiod (LED) på DIN-kontaktdonet ger en visuell indikation på att DIN-ventilen har aktiverats.

Bild 2: Molex 2210503466 har en DIN-ventilkontakt i ena änden och tre lösa ledarändar i den andra. En gul lysdiod indikerar för operatörerna att ventilen har aktiverats. (Bildkälla: Molex)

Molex DIN-ventilkontaktdon och kabel 2210503466 har en polyuretanmantel som är motståndskraftig mot de allra grövsta kemikalierna och är extremt motståndskraftig mot vridning och böjning. Kabelmantlingar av polyuretan är också mycket motståndskraftiga mot skär- och klämkrafter. En skadad DIN-ventilkabel kan leda till intermittent funktion av DIN-ventilutrustningen eller totalt haveri på utrustningen. Detta gör denna kabel lämplig för ställdon till tunga maskiner i rörelse där kabeln snabbt kan förlängas och dras samman, och även där ett maskinfel eller felkonfiguration kan leda till att kabeln kläms.

Som en säkerhetsåtgärd rekommenderas det att kabeln inte är så kort att utsträckningen av kabeln i dess fulla längd under normal drift belastar anslutningen i kabeländarna. Detta kräver att det finns tillräckligt med slack i kabeln för att förhindra drag i endera änden av kabeln; ju mer slack som dock finns i kabeln, desto större är risken att kabeln oavsiktligt fastnar eller kläms. I dessa tillämpningar är ett polyuretanmantel en lämplig och kostnadseffektiv lösning.

Skydd mot frätande ämnen

Bensinmotorer och vissa industriella kemiprocesser kan avge farlig vätesulfidgas. Även om industriella anläggningar är utformade så att dessa gaser hålls säkra, vet alla som kört ett bensindrivet fordon att avgasgrenrör kan läcka. Ibland kan också någon på fabriken glömma att stänga en ventil. Vätesulfidgas är extremt giftig för människor även i små mängder. Även om den ofta kan kännas igen på lukten av ruttet ägg, är vätesulfid tyngre än luft och kan snabbt sprida sig oupptäckt längs golvet i ett stort industrikomplex, långt ifrån sin emissionspunkt.

Om vätesulfid kommer i kontakt med vatten bildar den frätande svavelsyra som mycket snabbt kan korrodera koppar, järn och aluminiumutrustning. Vid kontakt med en våt kabel kan svavelsyra snabbt korrodera de flesta typer av kabelisolering, såsom polyuretan. Även om kabelhylsor av PVC är mer syrabeständiga än polyuretan vid rumstemperatur, kan extrema temperaturer av varm och kall svavelsyra snabbt äta igenom PVC-mantlingar. Oavsett materialspecifikationsbladen bör vätesulfid och svavelsyra betraktas som farliga för allt förutom avgasgrenrör och andra utrustningar som är särskilt tillverkade för att inrymma dessa farliga ämnen.

För att hålla kablar, utrustning och människor säkra, tillhandahåller Molex Sensorcon vätesulfidgasanalysatorn 2023150001 (figur 3). Det är en handhållen enhet med en LCD-skärm som kan upptäcka och visa vätesulfidgaskoncentrationer av så lite som 1 del per miljon (ppm) och så hög som 400 ppm.

Figur 3: Molex Sensorcon 2023150001 är en handhållen vätesulfidgasdetektor som kan detektera en koncentration av vätesulfidgas från 1 ppm till 400 ppm. (Bildkälla: Molex)

Molex Sensorcons vätesulfidgasdetektor 2023150001 är IP67-klassad och kan avge två olika larm utifrån styrvärden för hög och låg larmnivå. Det fabriksinställda styrvärdet för låg larmnivå är 10 ppm, men det kan manuellt ställas in på så lågt som 1 ppm. Det fabriksinställda styrvärdet för högt larm är 15 ppm eller högre, men det kan manuellt ställas in till 100 ppm eller högre. Tillsammans med dessa larm kan den handhållna enheten också vibrera vid varning, vilket är användbart i bullriga industriella miljöer.

Detektorn är lämplig för att detektera små koncentrationer av vätesulfidgas nära golvet och särskilt i maskingropar där tyngre gaser än luft kan samlas. Detta är användbart för att detektera vätesulfid när lukten av ruttna ägg inte har nått tillräcklig höjd för att detekteras av den mänskliga näsan.

Motorer och de flesta industriella processer som avger vätesulfidgas avger också kolmonoxid, som är luktfri och giftig för människor, även i små mängder. Molex Sensorcon erbjuder kolmonoxidgasdetektorn 2023100001, som har samma fysiska konstruktion som vätesulfiddetektorn. Förekomst av kolmonoxid är inte bara en fara för människor utan kan också indikera en oupptäckt närvaro av vätesulfid. Båda produkterna är användbara i en industriell automationsanläggning för att hålla operatörer och utrustning säkra.

Slutsats

Industriella automationsanläggningar kan vara oförlåtande miljöer för kabelprodukter, särskilt i extrema varma och kalla utrymmen där farliga och frätande gaser och vätskor kan förekomma. Industriella sensorkabelprodukter säkerställer att datorer har korrekt sensordata så att industrisystem kan kontrolleras ordentligt och effektivt. Kablar av industrikvalitet för styr- och ställdon ser till att funktion och drift kontrolleras ordentligt och tillförlitligt. Detta sänker driftskostnaderna genom att öka tillförlitligheten och minska underhållet.