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          三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

          通过选择工业级传感器电缆来确保可靠的连接和操作员安全

          来源: 作者: 发布日期:2020-11-10

                        随着工业设施继续利用工业物联网(IIoT)来实现更高水平的自动化,预测分析和安全性,设备与系统之间的可靠连接变得越来越重要。但是,某些应用程序可能会非常无情。电缆和附近的操作人员均可能暴露于高温和寒冷的极端温度下,同时也暴露于腐蚀性化学物质和气体中。

           
                       此外,某些设备释放的腐蚀性气体(例如硫化氢)的存在不仅对操作人员有害,而且与电缆上的水分接触时,还会产生危险的反应副产物,例如硫酸。这会很快吞噬电缆护套,使屏蔽层和导体裸露在外,通常会导致短路和系统故障。
           
                       本文将讨论在恶劣环境中布线的挑战。然后,它将展示工业系统的设计人员如何使用Molex的实际示例通过选择工业级传感器电缆来确保可靠的连接和操作员安全。本文还将讨论一个实际示例,说明如何在危险的硫化氢气体对设备或人员造成严重损害之前对其进行检测。
           
          在非常恶劣的工业环境中布线
                       工业自动化系统依靠传感器来检测工厂中过程和系统的状态。所用传感器的类型各不相同,并且可以包括温度热敏电阻,压力传感器,液位传感器,光探测器和接近开关。为了使主计算机正确地决定如何以及何时控制电动机,传送带,照明,液体计量和类似设备的执行器,准确的传感器数据是必需的。错误的传感器数据可能导致在错误的时间或使用错误的参数控制执行器。结果的范围可能从低效的操作(相应地增加了操作成本)到系统的故障导致昂贵的停机时间。正确选择和使用暴露在恶劣环境中的电缆可以提高传感器数据和执行器控制信号的可靠性。错误的电缆选择可能会导致间歇性的连接故障,而这通常很难排除故障,从而导致昂贵的停机时间。选择不当的电缆非常终会导致信号降级或总信号损失。
           
                       通过将电缆认证为IP67或IP68等级的工业级电缆的制造商的电缆可以解决许多这些问题。请注意,仅仅因为电缆被标记为IP67或IP68并不意味着该电缆是工业级的-IP代码仅证明该电缆具有普通颗粒物和防水性。因此,普通消费级电缆可能已获得IP68认证,并且看上去坚固耐用,但可能没有极端的温度保护,对普通溶剂和腐蚀性液体的抵抗力,或者坚固的工业级电缆所具有的抗扭曲和耐磨性。
           
          在工业环境中连接到USB传感器和执行器
                       尽管许多不同类型的传感器和执行器使用不同的接口选项,但是一种安全且普遍使用的方法是使用USB作为接口。现代化的设施利用USB 3.0的功能,因为它具有高速,高功率输出和更高的可靠性。Molex提供了0847330005 USB 3.0工业电缆(图1)。该电缆长1.31米(m),一端具有密封的USB 3.0 A型圆形插座连接器,另一端具有USB 3.0 A型插头。整个电缆组件的防护等级为IP67。它支持每秒5吉比特(Gbits / s)的数据速率,并向后兼容USB 2.0插头和插座。该电缆的额定温度为-40°C至+ 85°C,适用于大多数恶劣的工业环境。
          Molex 0847330005 USB 3.0电缆
          图1:Molex 0847330005 USB 3.0电缆的一端有一个圆形的USB 3.0 A型插座,另一端有一个标准的USB 3.0 A型插头。它是适用于恶劣环境的工业级电缆。(图片来源:Molex)
           
                       Molex 0847330005 USB 3.0电缆的额定电压为每个触点可安全处理的非常大电流为1安培(A)。完全屏蔽了电磁干扰(EMI),这是必需的,以便5 Gbit / s USB 3.0数据传输不会干扰其他电子设备。
           
                       USB 3.0 A型插头可以连接到工业计算机或嵌入式系统,该系统提供大多数个人计算机(PC)上常见的标准USB 3.0插座。带有USB 3.0 Type A圆形插座的电缆的另一端连接到具有USB接口的传感器设备。插座圆形连接器上的防松螺母具有易于使用的扭锁机构,可以承受20磅英寸(lb-in)的扭矩。这为不会意外分离的传感器设备提供了牢固的连接。每个连接器的额定配对和非配对周期为500,适用于必须定期重新配置的工业设备。
           
                       插座圆形连接器上的垫圈密封是黑色腈,可提供出色的耐水和工业油性能。丁腈垫圈还耐汽油,液压油和普通溶剂。这使得该电缆非常适合连接到汽油动力机械中使用的传感器。溢出或溶剂或其他液体进入连接器的事故不会穿透密封件,也不会干扰数据传输。
           
                       阳光和紫外线(UV)会导致电缆护套变色,如果电缆采用颜色编码以方便维护,可能会带来不便。日光还会导致商用电缆护套破裂,从而使EMI屏蔽暴露在元件上。Molex USB 3.0电缆护套由耐用的PVC树脂制成,对日光和紫外线具有出色的抵抗力。PVC树脂还耐水,随着时间的流逝,它可以缩短由消费级材料制成的商业电缆的长度。
           
          连接到机械执行器和螺线管
          D             IN阀连接器用于激活电磁阀,该电磁阀用于控制执行器,例如阀,压力开关,限位开关和低能耗电机。为了在工业环境中与DIN阀门执行器牢固连接,Molex提供了2210503466 DIN阀门连接器和5 m电缆(图2)。它以三线尾纤终止,以连接至高达24伏的执行器电压。电缆组件的额定温度为-40°C至+ 90°C,不仅适合寒冷的环境,还适合某些温度很高的发动机和设备。
           
                       Molex DIN阀连接器在DIN阀上提供了牢固的IP67密封,并且在激活时将根据所控制的DIN阀的类型来启用或禁用该阀。连接器通过螺钉固定,以提供非常大程度的保护,防止意外移除。DIN连接器上的黄色发光二极管(LED)可以直观地表明DIN阀已被激活。
          Molex 2210503466的一端具有DIN阀连接器
          图2:Molex 2210503466的一端具有DIN阀连接器,另一端具有三线引线。黄色LED指示灯向操作员指示该阀已被激活。
           
                       Molex 2210503466 DIN阀连接器和电缆具有聚氨酯护套,该护套可抵抗大多数苛刻的化学物质,并且极易受到扭曲和弯曲的滥用。聚氨酯电缆护套也非常耐切割和压碎。DIN阀电缆损坏可能会导致DIN阀设备间歇性运行或设备整体故障。这使得该电缆适用于移动中的重型机械上的执行器,在该执行器中,电缆可能会快速伸展和收缩,并且在机器故障或配置错误的情况下,也可能导致电缆损坏。
           
                       为了安全起见,不建议电缆过短,以免在正常操作过程中拉长电缆会对电缆连接的两端施加压力。这要求电缆中有足够的松弛度,以防止在电缆终端的任一端拉扯。但是,电缆中的松弛度越大,电缆被意外抓住或挤压的机会就越大。在这些应用中,聚氨酯外套是一种合适且具有成本效益的解决方案。
           
          防止腐蚀性物质
                       汽油动力发动机和某些工业化学过程会释放出危险的硫化氢气体。在设计工业设施以便安全地控制这些气体的同时,驾驶汽油动力车辆的任何人都知道排气歧管会泄漏;此外,有时工厂里有人会忘记关闭阀门。硫化氢气体即使对少量操作者也极有毒。尽管硫化氢经常被认为是臭鸡蛋的气味,但硫化氢比空气重,并且可以在远离其起源地的大型工业园区内迅速被发现而未被发现。
           
                       如果硫化氢与水接触,会形成腐蚀性硫酸,可以非常迅速地腐蚀铜,铁和铝设备。与湿电缆接触后,硫酸会迅速腐蚀大多数类型的电缆绝缘层,例如聚氨酯。尽管PVC树脂电缆护套在室温下比聚氨酯具有更高的耐酸性,但在极高的温度下,冷热硫酸会很快吞噬PVC电缆护套。不论材料规格表如何,硫化氢和硫酸都应视为对除排气歧管和其他专门设计用来容纳这些危险物质的设备以外的任何物质的危险。
           
                       为了确保电缆,设备和操作人员的安全,Molex Sensorcon提供了2023150001硫化氢气体分析仪(图3)。它是带有LCD显示屏的手持设备,可以检测和显示分辨率为百万分之一(ppm)且高达400 ppm的硫化氢气体浓度。
          手持式硫化氢气体检测仪
          图3:Molex Sensorcon 2023150001是一款手持式硫化氢气体检测仪,可检测1 ppm至400 ppm的硫化氢气体。
                       Molex Sensorcon 2023150001硫化氢气体检测仪的IP67等级,可以从高和低警报设置点发出两种不同的警报。出厂时的低警报设置点为10 ppm,但可以手动设置为低至1 ppm。出厂设置的高警报设置点为15 ppm或更高,但可以手动设置为100 ppm或更高。除了这些警报之外,手持设备还可以在警报时振动,这在嘈杂的工业环境中很有用。
           
                       该检测器适用于检测地板附近的少量硫化氢气体,尤其是在可以收集重于空气的机械地板井中。当腐烂鸡蛋的气味尚未达到人类操作者的鼻子无法察觉的高度时,这对于检测硫化氢很有用。
           
                       排放硫化氢气体的发动机和大多数工业过程也会排放一氧化碳,一氧化碳无味,即使少量也可能对人类有毒。Molex Sensorcon提供了2023100001一氧化碳气体检测仪,其物理结构与硫化氢检测仪相同。一氧化碳的存在不仅对操作人员构成危险,而且还可能表明未检测到硫化氢的存在。两种装置都可用于工业自动化设施中,以确保操作人员和设备的安全。
           
          结论
                       在电缆组件上,工业自动化设施可能难以承受,特别是在极冷和极热以及可能存在危险和腐蚀性气体和液体的情况下。工业级传感器电缆组件可确保计算机具有准确的传感器数据,从而可以正确,有效地控制工业系统,而用于执行器的工业级电缆则可以确保对操作进行正确而可靠的控制。通过提高可靠性和减少维护,降低了运营成本。

           

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