Betrouwbare industriële systemen gebruiken en operatoren veilig houden met behulp van de juiste aansluitingen en sensoren

Naarmate industriële faciliteiten gebruik blijven maken van het Industrial Internet of Things (IIoT) om een steeds hoger niveau van automatisering, voorspellende analyse en veiligheid te bereiken, worden betrouwbare verbindingen tussen apparaten en systemen steeds kritischer. Sommige toepassingen kunnen echter zeer onvergeeflijk zijn. Zowel de kabels als de nabijgelegen menselijke operators kunnen worden blootgesteld aan extreme temperaturen van warm en koud, terwijl ze ook worden blootgesteld aan bijtende chemicaliën en gassen.

Bovendien is de aanwezigheid van corrosieve gassen, zoals waterstofsulfide, die door sommige apparatuur vrijkomen, niet alleen schadelijk voor de menselijke gebruiker, maar bij contact met vocht op een kabel creëren deze gassen gevaarlijke bijproducten van de reactie, zoals zwavelzuur. Dit kan snel wegvreten bij de kabelmantel, waardoor de afscherming en de geleiders bloot komen te liggen, wat vaak leidt tot kortsluiting en uitval van het systeem.

Dit artikel gaat in op de uitdagingen van bekabeling in ruwe omgevingen. Het zal dan laten zien hoe ontwerpers van industriële systemen kunnen zorgen voor betrouwbare verbindingen en veiligheid voor de gebruiker door het selecteren van industriële kwaliteit sensorkabels met behulp van real-world voorbeelden van Molex. In het artikel wordt ook een praktisch voorbeeld besproken van hoe gevaarlijk waterstofsulfidegas kan worden gedetecteerd voordat het ernstige schade aan apparatuur of personeel veroorzaakt.

Bekabeling in zeer ruwe industriële omgevingen

Industriële automatiseringssystemen vertrouwen op sensors om de status van processen en systemen in een fabriek te detecteren. De gebruikte soorten sensoren variëren en kunnen bestaan uit temperatuursensoren, drukopnemers, niveausensors, lichtdetectors en benaderingsschakelaars. Nauwkeurige sensorgegevens zijn nodig om de hoofdcomputer in staat te stellen te bepalen hoe en wanneer de actuators voor motors, transportbanden, verlichting, vloeistofdosering en soortgelijke apparaten moeten worden aangestuurd. Onjuiste sensorgegevens kunnen ertoe leiden dat de actuatoren op het verkeerde moment of met de verkeerde parameters worden aangestuurd. De resultaten kunnen variëren van een inefficiënte werking met een overeenkomstige stijging van de bedrijfskosten, tot een storing van het systeem die leidt tot dure stilstand. De juiste keuze en het juiste gebruik van bekabeling die wordt blootgesteld aan ruwe omgevingen kan de betrouwbaarheid van de sensorgegevens en actuatorbesturingssignalen verbeteren. De verkeerde keuze van de bekabeling kan leiden tot intermitterende verbindingsfouten die berucht genoeg zijn om problemen op te lossen, met dure uitvaltijd tot gevolg. Slecht geselecteerde kabels kunnen uiteindelijk leiden tot signaalafname of totaal signaalverlies.

Bekabeling van een fabrikant die de kabel heeft gecertificeerd als industriële bekabeling met een rating van IP67 of IP68 kan veel van deze problemen overwinnen. Merk op dat het feit dat een kabel is gelabeld als IP67 of IP68 niet betekent dat de kabel een industriële kwaliteit heeft - de IP-code certificeert alleen dat de kabel bestand is tegen veel voorkomende deeltjes en waterbestendigheid. Als zodanig kunnen gewone consumentenkabels gecertificeerd zijn met IP68 en kunnen ze robuust lijken, maar hebben ze mogelijk niet de extreme temperatuurbescherming, weerstand tegen zowel gewone oplosmiddelen als corrosieve vloeistoffen, of immuniteit tegen verdraaiing en slijtage die wordt geleverd met robuuste industriële bekabeling.

Aansluiting op USB-sensors en actuators in industriële omgevingen

Terwijl veel verschillende soorten sensors en actuators verschillende interface-opties gebruiken, is het een veilige en alomtegenwoordige methode om USB als interface te gebruiken. Moderne faciliteiten maken gebruik van de mogelijkheden van USB 3.0 vanwege de hoge snelheid, de stroomvoorziening en de verbeterde betrouwbaarheid. Molex levert de industriële kabel 0847330005 USB 3.0 (Afbeelding 1). Deze kabel is 1,31 meter (m) lang, heeft aan de ene kant een verzegelde USB 3.0 Type A ronde connector en aan de andere kant een USB 3.0 Type A-plug. De volledige kabelassemblage heeft een beschermingsgraad van IP67. Het ondersteunt een datasnelheid van 5 gigabit per seconde (Gbits/s) en is achterwaarts compatibel met USB 2.0-plugs en -aansluitingen. De kabel heeft een temperatuur van -40 °C tot +85 °C en is geschikt voor de meeste zware industriële omgevingen.

Afbeelding 1: De Molex 0847330005 USB 3.0 kabel heeft aan de ene kant een ronde USB 3.0 Type A aansluiting en aan de andere kant een standaard USB 3.0 Type A-plug. Het is een industriële kabel die geschikt is voor ruwe omgevingen. (Bron afbeelding: Molex)

De Molex 0847330005 USB 3.0-kabel is geschikt voor maximaal 1 ampère (A) per contact. Het is volledig afgeschermd tegen elektromagnetische interferentie (EMI), noodzakelijk zodat een 5 Gbit/s USB 3.0 dataoverdracht niet interfereert met andere elektronische apparatuur.

De USB 3.0 Type A-plug kan worden aangesloten op een industriële computer of een ingebed systeem dat een standaard USB 3.0-aansluiting biedt die op de meeste personal computers (pc's) te vinden is. Het andere uiteinde van de kabel met de USB 3.0 type A ronde aansluiting wordt aangesloten op de sensorapparatuur die een USB-interface heeft. De borgmoer op de ronde connector van de houder heeft een eenvoudig te gebruiken draaivergrendelingsmechanisme dat bestand is tegen een koppel van 20 pounds-inch (lb-in). Dit zorgt voor een stevige verbinding met sensorapparatuur die niet per ongeluk uit elkaar valt. Elke connector heeft een nominale waarde van 500 mat en un-mate cycli, wat geschikt is voor industriële apparatuur die periodiek opnieuw moet worden geconfigureerd.

De pakking van de ronde connector van het recipiënt is zwart nitril, wat een uitstekende weerstand biedt tegen water en industriële oliën. Nitril pakkingen zijn ook bestand tegen benzine, hydraulische vloeistoffen en gewone oplosmiddelen. Dit maakt deze kabel uitstekend geschikt voor aansluiting op sensors die worden gebruikt in benzinemachines. Overspilling of ongelukken met oplosmiddelen of andere vloeistoffen die de weg naar de aansluiting vinden, dringen niet door in de afdichting en verstoren de gegevensoverdracht.

Zonlicht en ultraviolet licht (UV) kunnen verkleuring van een kabelmantel veroorzaken, wat lastig kan zijn als de kabels een kleurcodering hebben om het onderhoud te vergemakkelijken. Zonlicht kan ook commerciële kabelmantels doen barsten, waardoor de EMI-afscherming wordt blootgesteld aan de elementen. De Molex USB 3.0 kabelmantel is gemaakt van duurzaam PVC-hars dat uitstekend bestand is tegen zonlicht en UV-stralen. PVC-hars is ook bestand tegen water, waardoor de lengte van commerciële kabels van consumentenmateriaal in de loop van de tijd kan worden verkort.

Aansluiting op mechanische aandrijvingen en solenoïden

DIN-ventielconnectors worden gebruikt voor het activeren van solenoïden die worden gebruikt voor het aansturen van aandrijvingen zoals kleppen, drukschakelaars, eindschakelaars en energiezuinige motors. Voor vaste aansluitingen op DIN-ventielactuators in industriële omgevingen levert Molex de 2210503466 DIN-ventielconnector en 5 m kabel (Afbeelding 2). Het wordt afgesloten met een drie-draads pigtail voor aansluiting op een aandrijfspanning tot 24 volt. De kabel is geschikt voor een temperatuur van -40 °C tot +90 °C, waardoor hij niet alleen geschikt is voor een koude omgeving, maar ook voor sommige motoren en apparatuur die erg warm worden.

De Molex DIN-ventielaansluiting biedt een goede en veilige IP67-afdichting over een DIN-ventiel en wanneer deze wordt geactiveerd, wordt de klep in- of uitgeschakeld, afhankelijk van het type DIN-ventiel dat wordt aangestuurd. De connector wordt geborgd met een schroef om maximale bescherming te bieden tegen onbedoelde verwijdering. Een gele lichtdiode (LED) op de DIN-connector geeft visueel aan dat het DIN-ventiel is geactiveerd.

Afbeelding 2: De Molex 2210503466 heeft aan de ene kant een DIN-ventielconnector en aan de andere kant een driedraads pigtail. Een gele LED geeft aan dat het ventiel is geactiveerd. (Bron afbeelding: Molex)

De Molex 2210503466 DIN-ventielconnector en -kabel heeft een polyurethaan mantel die bestand is tegen de meeste agressieve chemicaliën en extreem bestand is tegen misbruik door verdraaiing en buiging. Polyurethaan kabelmantels zijn ook zeer goed bestand tegen snij- en verbrijzelingskrachten. Een beschadigde DIN-klepkabel kan leiden tot intermitterende werking van DIN-klepapparatuur of totale uitval van de apparatuur. Dit maakt deze kabel geschikt voor aandrijvingen voor het verplaatsen van zware machines waarbij de kabel snel kan worden verlengd en ingekrompen, en ook wanneer een machinestoring of verkeerde configuratie de kabel kan verpletteren.

Voor een veilig gebruik is het niet aan te raden om de kabel zo kort te maken dat het verlengen van de kabel tijdens normaal gebruik de beide uiteinden van de kabelverbinding onder spanning zet. Dit vereist voldoende speling in de kabel om te voorkomen dat er aan beide uiteinden van de kabelafsluiting wordt getrokken; hoe meer speling er in de kabel zit, hoe groter de kans dat de kabel per ongeluk vast komt te zitten of verpletterd wordt. In deze toepassingen is een polyurethaan mantel een geschikte en kosteneffectieve oplossing.

Bescherming tegen bijtende stoffen

Benzinemotors en sommige industriële chemische processen kunnen gevaarlijk waterstofsulfidegas uitstoten. Terwijl de industriële installaties zo zijn ontworpen dat deze gassen veilig worden ingedamd, weet iedereen die met een benzinevoertuig rijdt dat er uitlaatspruitstukken kunnen lekken; bovendien kan het voorkomen dat iemand in de fabriek vergeet een klep te sluiten. Waterstofsulfidegas is zelfs in kleine hoeveelheden uiterst giftig voor menselijke gebruikers. Hoewel het vaak kan worden herkend als een geur van rotte eieren, is waterstofsulfide zwaarder dan lucht en kan het zich snel ongemerkt verspreiden over de vloer van een groot industrieel complex ver weg van de plaats van herkomst.

Als waterstofsulfide in contact komt met water vormt het corrosief zwavelzuur dat zeer snel koper, ijzer en aluminium apparatuur kan aantasten. Bij contact met een natte kabel kan zwavelzuur de meeste soorten kabelisolatie, zoals polyurethaan, snel aantasten. Terwijl PVC-harskabelmantels bij kamertemperatuur zuurbestendiger zijn dan polyurethaan, kunnen ze bij extreme temperaturen van warm en koud zwavelzuur snel wegvreten bij PVC-kabelmantels. Ongeacht de materiaalspecificatie moeten waterstofsulfide en zwavelzuur als gevaarlijk worden beschouwd voor elk ander materiaal dan uitlaatspruitstukken en andere apparatuur die specifiek is ontworpen om deze gevaarlijke stoffen te bevatten.

Voor het veilig houden van kabels, apparatuur en menselijke operators levert Molex Sensorcon de 2023150001 waterstofsulfide-gasanalysator (Afbeelding 3). Het is een handapparaat met een LCD-display dat waterstofsulfidegasconcentraties kan detecteren en weergeven met een resolutie van slechts 1 deel per miljoen (ppm) en tot 400 ppm.

Afbeelding 3: De Molex Sensorcon 2023150001 is een draagbare waterstofsulfidegasdetector die waterstofsulfidegas kan detecteren van 1 ppm tot 400 ppm. (Bron afbeelding: Molex)

De Molex Sensorcon 2023150001 waterstofsulfidegasdetector heeft een IP67-classificatie en kan twee verschillende alarmen laten afgaan op hoge en lage alarmpunten. De fabrieksinstelling voor laag alarm is 10 ppm, maar kan handmatig worden ingesteld op slechts 1 ppm. De fabrieksinstelling voor hoog alarm is 15 ppm of hoger, maar kan handmatig worden ingesteld op 100 ppm of hoger. Naast deze alarmen kan de handheld-unit ook op alert vibreren, wat handig is in rumoerige industriële omgevingen.

De detector is geschikt voor het detecteren van kleine concentraties waterstofsulfidegas in de buurt van de vloer en vooral in machinevloeren waar gassen die zwaarder zijn dan lucht zich kunnen verzamelen. Dit is nuttig voor het opsporen van waterstofsulfide wanneer de geur van rotte eieren niet hoog genoeg is om door de neuzen van de menselijke operator te worden gedetecteerd.

Motoren en de meeste industriële processen die waterstofsulfidegas afgeven, geven ook koolmonoxide af, dat reukloos is en giftig kan zijn voor de mens, zelfs in kleine hoeveelheden. Molex Sensorcon biedt de 2023100001 koolmonoxidegasdetector aan, die dezelfde fysieke constructie heeft als de waterstofsulfidedetector. De aanwezigheid van koolmonoxide is niet alleen een gevaar voor de mens, maar kan ook wijzen op de onopgemerkte aanwezigheid van waterstofsulfide. Beide eenheden zijn nuttig in een industriële automatiseringsfaciliteit voor het veilig houden van menselijke bedieners en apparatuur.

Conclusie

Industriële automatiseringsinstallaties kunnen onvergeeflijk zijn op kabelassemblages, vooral in extreme gevallen van warm en koud en waar gevaarlijke en bijtende gassen en vloeistoffen aanwezig kunnen zijn. De industriële sensorkabels zorgen ervoor dat computers over nauwkeurige sensorgegevens beschikken zodat de industriële systemen goed en efficiënt kunnen worden bestuurd, terwijl industriële kabels voor actuators ervoor zorgen dat de handelingen goed en betrouwbaar worden bestuurd. Dit verlaagt de operationele kosten door de betrouwbaarheid te verhogen en het onderhoud te verminderen.