Cavo per automazione industriale: come scegliere quello giusto per la tua macchina

Una linea di produzione automatizzata è un luogo difficile in cui far passare un cavo. Una catena portacavi può eseguire cicli diversi milioni di volte all'anno, il polso di un robot ruota su più assi e un servoazionamento spinge una corrente elevata attraverso conduttori che si trovano a soli millimetri da un segnale di feedback. Quando una macchina si ferma, il cavo è spesso l'ultimo componente che si sospetta e il primo che vale la pena ispezionare.

Scegliere il cavo per l'automazione industriale non significa quindi trovare l'opzione più spessa o quella più economica. Si tratta di abbinare i dettagli costruttivi, come la cordatura, l'isolamento, la schermatura e il rivestimento, al movimento, alla chimica e al rumore elettrico di una macchina specifica. Questa guida tratta le famiglie di cavi che compongono un tipico sistema di automazione, i motivi per cui si guastano e le domande che vale la pena porsi prima di effettuare un ordine.

Cosa rende un cavo adatto all'automazione industriale?

L'espressione cavo per automazione industriale è un termine generico, non un singolo prodotto. Copre tutto, dal cablaggio di controllo a 24 V all'interno di un armadio ai cavi motore schermati che corrono lungo un portale. Ciò che condividono i migliori è che sono stati progettati per il movimento, il rumore e la contaminazione piuttosto che per un’installazione fissa all’interno di una parete.

• Conduttori a filo sottile. La cordatura flessibile di classe 5 e classe 6 consente al rame di piegarsi senza incrudirsi e rompersi, che è ciò che alla fine distrugge un conduttore rigido in un asse in movimento.
• Isolamento scelto appositamente. TPE, PUR, silicone e XLPE scambiano flessibilità, rigidità dielettrica e intervallo di temperatura in modo diverso e la scelta di solito segue la condizione più calda che il cavo vedrà.
• Schermatura dove i segnali sono deboli. Una treccia, una lamina o una combinazione di entrambi mantengono il rumore di commutazione dell'azionamento lontano da encoder, sensori e traffico di autobus.
• Una giacca che resiste all'ambiente. Il PUR resiste all'olio e all'abrasione, il PVC copre i pannelli generali e il silicone trova il suo posto attorno alle fonti di calore.
• Geometria coerente. Strati concentrici, riempitivi adeguati e un profilo rotondo mantengono il cavo stabile all'interno di una catena e prevedibile in un premistoppa.

Un cavo che trasporta l'alimentazione di un motore a 400 V e un cavo che trasporta un segnale dell'encoder possono sembrare simili dall'esterno, ma lo spessore dell'isolamento, la copertura della schermatura e i valori di capacità sono diversi. L'utilizzo di un tipo per entrambi i lavori è una delle scorciatoie più comuni e costose nei progetti di automazione.

Le principali famiglie di cavi in un sistema di automazione

La maggior parte delle macchine utilizza cinque o sei famiglie di cavi distinte, ciascuna con un compito diverso. Ordinarli in anticipo rende semplice il resto della selezione.

In un tipico retrofit, i cavi dati e di feedback causano il maggior numero di interruzioni, perché in questi casi la schermatura e l'impedenza contano più della sezione del conduttore. Un cavo bus ben specifico, ad esempio, mantiene stabile la comunicazione anche quando condivide un condotto con cavi di azionamento per diversi metri.

Cavo Ethernet industriale schermato Cat6 per automazione Cavo Ethernet industriale di categoria 6 con schermatura per coppia e totale, adatto per retrofit che necessitano di trasmissione stabile di dati e feedback. Visualizza il prodotto →

È inoltre utile organizzare la selezione in base all'applicazione piuttosto che solo in base al tipo di cavo, poiché una linea di confezionamento, una cella CNC e un'isola di lavoro robotizzata pongono requisiti molto diversi alla stessa struttura. Raggruppiamo queste combinazioni per settore nel nostro soluzioni di automazione panoramica, che spesso rappresenta un punto di partenza più rapido rispetto a un lungo elenco di prodotti.

Dove i cavi di automazione si guastano per primi

I fallimenti raramente iniziano nel rame. Iniziano dalla giacca, dallo scudo o dalla struttura del filo, arrendendosi a una condizione che non è mai stata inclusa nelle specifiche.

• Flessione continua. La guaina si rompe nel punto di massima piegatura e il danno solitamente si manifesta dopo qualche milione di cicli anziché qualche migliaio.
• Torsione. Un cavo classificato per la flessione non è automaticamente classificato per la torsione e i polsi multiasse si attorcigliano costantemente.
• Olio, liquido refrigerante e fluido idraulico. Il PVC standard si gonfia e si ammorbidisce a contatto con molti fluidi di lavorazione, ed è qui che le giacche in PUR mostrano il loro valore.
• Interferenza elettromagnetica. Le coppie di segnali non schermati che corrono accanto ai cavi di azionamento captano il rumore di commutazione e producono errori di posizione intermittenti difficili da rintracciare.
• Calore. Gli alloggiamenti dei motori, i forni e le celle di saldatura spingono la temperatura ambiente oltre i limiti dei composti per uso generale.
• Abrasione e usura della catena. I cavi che sfregano l'uno contro l'altro o contro i rulli di guida perdono il loro strato esterno molto prima che i conduttori si guastino.

Due di questi meritano un'attenzione particolare. In una catena portacavi il fattore decisivo è quasi sempre la mescola della guaina e il raggio di curvatura con cui viene effettivamente installato il cavo, non quello stampato sulla scheda tecnica. Un cavo per catena portacavi adeguatamente dimensionato mantiene le sue prestazioni elettriche per milioni di cicli proprio perché la schermatura e la guaina sono state progettate per muoversi insieme invece di combattersi a vicenda.

Cavo schermato per catena portacavi TRVVP per sistemi di ascensori Cavo mobile flessibile con schermatura generale per ascensori, che supporta segnali di controllo, dati, video e bus nel movimento alternativo dell'albero. Visualizza il prodotto →

Materialei di schermatura e rivestimento: i decisori silenziosi

Come viene costruita la schermatura

La lamina con filo di drenaggio gestisce bene il rumore ad alta frequenza ed è poco costosa, mentre una schermatura in rame intrecciato è migliore per le interferenze a bassa frequenza e aggiunge resistenza meccanica. Gli scudi combinati danno entrambi, a scapito del peso e di un diametro leggermente maggiore. La copertura conta tanto quanto il tipo di schermatura: una treccia all'85% e una treccia al 95% si comportano in modo molto diverso accanto a un azionamento da 15 kW. Di norma, far passare i cavi di alimentazione e di segnale in condotti separati ove possibile, incrociarli ad angolo retto quando non è possibile e utilizzare costruzioni schermate per tutto ciò che è inferiore a 24 V.

Confronto tra materiali di rivestimento e isolamento

Una pratica sequenza di selezione

Quando un progetto prevede dozzine di cavi, lavorare sulla stessa breve sequenza per ognuno di essi mantiene le specifiche oneste.

1. Definire prima il movimento: flessione statica, occasionale, continua o torsione. Tutto il resto segue da questa risposta.
2. Confermare il carico elettrico, compresi il livello di tensione, la corrente e se è necessario un conduttore di terra protettivo all'interno dello stesso cavo.
3. Identificare il tipo di segnale e la velocità, poiché la misurazione analogica, il feedback dell'encoder ed Ethernet hanno ciascuno esigenze di schermatura e impedenza diverse.
4. Elencare l'ambiente: oli, liquidi refrigeranti, acqua, polvere, esposizione ai raggi ultravioletti ed eventuali requisiti per aree pericolose.
5. Controllare l'intervallo di temperatura durante il funzionamento e durante l'installazione, perché spesso i due sono molto diversi.
6. Esaminare la geometria di installazione, compreso il raggio di curvatura minimo, la corsa della catena e se il cavo sarà fisso, guidato o sospeso.
7. Conferma la certificazione e la documentazione, in particolare l'elenco CE o UL e i rapporti di prova richiesti dal cliente o dall'ispettore.

Per i bracci robotici multiasse, questa sequenza di solito punta verso una costruzione in PUR con un numero elevato di trefoli e uno schermo progettato per sopravvivere a torsioni ripetute anziché a semplici piegature.

Cavo robot JOR-256 PUR per applicazioni dinamiche Cavo per robot con guaina in PUR con schermatura intrecciata ed elevata flessibilità, progettato per robot a sei assi, portacavi e cablaggio di servoencoder. Visualizza il prodotto →

Certificazione, Personalizzazione e Fornitura

I progetti di automazione orientati all'esportazione raramente accettano un cavo generico. Le certificazioni CE e UL, le opzioni ignifughe e prive di alogeni a bassa emissione di fumi e i dati di test documentati fanno spesso parte della condizione di acquisto piuttosto che un piacevole extra. Lunghezze personalizzate, codifica a colori dei nuclei, legende stampate e schermatura su misura sono richieste altrettanto comuni, perché un cavo che si adatta alla macchina la prima volta fa risparmiare un'intera giornata di messa in servizio.

In qualità di produttore con la nostra base produttiva a Xuancheng, Anhui, gestiamo entrambe le estremità di tale gamma: famiglie di cavi di controllo standard, dati, servo e flessibili e costruzioni modificate costruite su disegno del cliente. La scelta dei cavi cambia anche in ambienti pericolosi, dove un singolo anello debole nell'integrità del segnale può influenzare un intero sistema di sicurezza, un argomento che tratteremo in modo più approfondito in questo articolo su cavi per strumentazione in zone pericolose .

Riunendolo

I cavi per l'automazione industriale rappresentano una piccola voce nella maggior parte dei budget di progetto e rappresentano una quota sorprendentemente elevata di tempi di inattività non pianificati. Trattarla come una decisione ingegneristica piuttosto che come una decisione di acquisto, con il profilo di movimento, l'ambiente e i requisiti del segnale scritti prima che venga ordinato qualsiasi cosa, di solito è sufficiente per evitare i guasti più comuni. Se non sei sicuro di quale costruzione si adatti a un asse specifico, inviaci i dettagli dell'applicazione e lavoreremo con te sulle opzioni, da un cavo di controllo standard a un design flessibile completamente personalizzato.