การนับแกนและการกำหนดค่าการวางสายส่งผลต่อการกำหนดเส้นทางสายเคเบิลควบคุมในระบบหลายแกนอย่างไร
มัลติคอร์ สายควบคุม ถูกระบุโดยจำนวนคอร์และหน้าตัดของตัวนำ แต่การกำหนดค่าการพันเกลียวภายใน — วิธีการจัดกลุ่ม บิด และวางแต่ละคอร์ภายในสายเคเบิล — มีผลกระทบอย่างมากต่อพฤติกรรมของสายเคเบิลในระหว่างการกำหนดเส้นทางการติดตั้ง และวิธีดำเนินการเมื่อเวลาผ่านไปในระบบที่มีประเภทสัญญาณหลายประเภทใช้สายเคเบิลร่วมกันร่วมกัน ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและระบบควบคุมการเคลื่อนไหวแบบหลายแกน สายเคเบิลควบคุมจะมีการผสมสัญญาณ I/O ดิจิทัล เอาต์พุตเซ็นเซอร์แอนะล็อก ผลป้อนกลับของตัวเข้ารหัส และกำลังไฟฟ้าแรงดันต่ำสำหรับโซลินอยด์หรือเซ็นเซอร์ ทั้งหมดนี้อยู่ภายในปลอกสายเคเบิลเดียวกัน การจัดการการโต้ตอบระหว่างประเภทสัญญาณเหล่านี้เริ่มต้นด้วยสถาปัตยกรรมภายในของสายเคเบิล
โดยทั่วไปแกนในสายเคเบิลควบคุมแบบมัลติคอร์จะถูกจัดเรียงในรูปแบบการพันเกลียวแบบใดแบบหนึ่งจากสามรูปแบบ: ศูนย์กลาง (แกนวางในชั้นศูนย์กลางที่ต่อเนื่องกัน), การพันเกลียว (แกนทั้งหมดเรียงติดกันโดยไม่มีการแบ่งชั้นเฉพาะ) หรือการจัดกลุ่มเซกเตอร์/ควอแดรนท์ (แกนที่จัดเป็นกลุ่มย่อยที่ใช้งานได้ ซึ่งมักจะมีการป้องกันแยกกันต่อกลุ่ม) การตีเกลียวแบบรวมศูนย์ทำให้เกิดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่คาดเดาได้และเสถียร และทำให้แน่ใจว่าไม่มีแกนใดอยู่ในตำแหน่งถาวรที่ขอบด้านนอกของสายเคเบิล ทุกแกนจะโยกย้ายระหว่างตำแหน่งด้านในและด้านนอกเมื่อสายเคเบิลงอ กระจายความเค้นเชิงกลได้เท่าๆ กันมากกว่าการตีเกลียวแบบมัด โดยที่แกนเฉพาะอาจอยู่ในตำแหน่งที่มีความเครียดสูงอย่างสม่ำเสมอ สำหรับสายเคเบิลควบคุมที่มีแกนตั้งแต่ 12 แกนขึ้นไปติดตั้งในการใช้งานที่มีการโค้งงออย่างต่อเนื่อง การตีเกลียวแบบรวมศูนย์จะช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการตีเกลียวที่เทียบเท่ากันในข้อกำหนดเดียวกัน
การจัดกลุ่มควอแดรนท์ โดยที่แกนที่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ถูกต่อเข้าด้วยกันเป็นหน่วยย่อยภายในสายเคเบิล ช่วยให้สามารถแยกประเภทสัญญาณที่แตกต่างกันภายในสายเคเบิลได้ การกำหนดค่าทั่วไปจะวางคู่สัญญาณอะนาล็อกไว้ในควอแดรนท์หนึ่ง แกน I/O ดิจิทัลในอีกควอแดรนท์ และแกนพาวเวอร์ซัพพลายอยู่ในควอแดรนท์ที่สาม โดยมีการคัดกรองยูนิตย่อยแยกกัน การจัดเรียงนี้ช่วยลดการเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟระหว่างแกนพลังงานและแกนสัญญาณ ซึ่งอาจทำให้เกิดการสลับสัญญาณรบกวนไปยังสายสัญญาณอะนาล็อก และช่วยให้แต่ละหน่วยย่อยสามารถระบุและสิ้นสุดแยกกันที่แผงควบคุม โดยไม่กระจายแกนทั้งหมดออกจากชุดเดียว ข้อเสียคือเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางและต้นทุนของสายเคเบิลเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่ไม่มีการคัดกรองและพันเกลียวสม่ำเสมอด้วยจำนวนคอร์เดียวกัน
การออกแบบป้องกันการรบกวนในสายเคเบิลควบคุม: กลไกที่เหนือกว่าการป้องกันแบบธรรมดา
การป้องกันเป็นคุณสมบัติป้องกันการรบกวนที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุดของ a สายควบคุม แต่ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในการใช้งานการควบคุมทางอุตสาหกรรมต้องใช้วิธีการแบบหลายชั้น โดยที่การป้องกันเป็นองค์ประกอบหนึ่งในตัวเลือกการออกแบบต่างๆ ที่จะร่วมกันกำหนดว่าสายเคเบิลจะปฏิเสธสัญญาณรบกวนได้ดีเพียงใด และหลีกเลี่ยงการแทรกสัญญาณรบกวนเข้าไปในวงจรที่อยู่ติดกัน การระบุ "สายเคเบิลควบคุมที่มีฉนวนหุ้ม" โดยไม่เข้าใจสถาปัตยกรรมการจัดการสัญญาณรบกวนแบบสมบูรณ์ มักส่งผลให้การติดตั้งยังคงประสบปัญหาด้านเสียงรบกวนแม้ว่าจะมีฉนวนหุ้มอยู่ก็ตาม
กลไกแรกคือการจับคู่อิมพีแดนซ์ระหว่างสายเคเบิลและการสิ้นสุดของสายเคเบิล แผงป้องกันสายเคเบิลควบคุมจะมีประสิทธิภาพเท่ากับอิมพีแดนซ์ปลายสายเท่านั้น แผงป้องกันที่เชื่อมต่อผ่านสายผมเปียยาวกับสกรูกราวด์ของแชสซีแสดงความต้านทานแบบเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้นตามความถี่ ทำให้การเชื่อมต่อของแผงป้องกันไม่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ความถี่ที่แน่นอนซึ่งมีการรบกวนที่แผ่กระจายจากไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) และอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีความแข็งแกร่งที่สุด — โดยทั่วไปคือ 150 kHz ถึง 30 MHz การสิ้นสุดชีลด์ 360° ที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำโดยใช้เคเบิลแกลนด์ของ EMC หรือแคลมป์ชีลด์ที่สัมผัสกับชีลด์เป็นเส้นรอบวงเหนือขอบด้านนอกทั้งหมด จะรักษาประสิทธิภาพของชีลด์ได้ถึงความถี่ที่จำเป็นสำหรับการปฏิบัติตาม EMC ทางอุตสาหกรรม ความยาวผมเปียเพียงอย่างเดียวสามารถเพิ่มความต้านทานการสิ้นสุดของชีลด์ได้ 10–100 ที่ 10 MHz เมื่อเทียบกับการสิ้นสุดแบบ 360° ซึ่งลบล้างประโยชน์ของชีลด์ในช่วงความถี่สูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
กลไกที่สองคือการแยกแบบคาปาซิทีฟระหว่างแกนพลังงานและแกนสัญญาณ แม้จะอยู่ภายในสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม แกนกำลังส่งกระแสสลับจากเอาท์พุตรีเลย์หรือตัวขับโซลินอยด์จะจับคู่สัญญาณรบกวนเข้ากับแกนสัญญาณที่อยู่ติดกันแบบความจุ การมีเพศสัมพันธ์เป็นสัดส่วนกับความจุร่วมกันระหว่างแกนซึ่งขึ้นอยู่กับระยะการแยกและค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของฉนวนระหว่างแกนเหล่านั้น การออกแบบสายเคเบิลควบคุมที่แยกแกนกำลังออกจากแกนสัญญาณทางกายภาพ โดยใช้ส่วนประกอบตัวเติม พาร์ติชันภายใน หรือการจัดกลุ่มยูนิตย่อย ช่วยลดความจุไฟฟ้าร่วมกัน และส่งผลให้มีการฉีดสัญญาณรบกวนโดยไม่ต้องใช้วัสดุป้องกันเพิ่มเติม
กลไกที่สามคือการใช้คู่บิดแยกกันสำหรับสัญญาณแอนะล็อก การบิดคู่สัญญาณอะนาล็อกภายในมัดสายเคเบิลโดยรวมให้การป้องกันเสียงรบกวนแบบดิฟเฟอเรนเชียลที่ไม่ขึ้นอยู่กับชีลด์โดยรวม คู่อะนาล็อกที่มีฉนวนหุ้มแต่ไม่ได้บิดเกลียวภายในสายเคเบิลควบคุมแบบมัลติคอร์จะถูกสัมผัสกับปิ๊กอัพแบบเหนี่ยวนำจากกระแสสวิตซ์ที่อยู่ติดกัน แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏเป็นสัญญาณโหมดร่วมบนตัวนำทั้งสองตัว แต่เนื่องจากตัวนำทั้งสองอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันภายในมัด จึงไม่เห็นแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เหมือนกัน และความแตกต่างจะปรากฏเป็นสัญญาณรบกวนส่วนต่าง (สัญญาณเสียหาย) การบิดทั้งคู่ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวนำทั้งสองจะสลับกันระหว่างตำแหน่งด้านในและด้านนอกอย่างต่อเนื่อง ทำให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเท่ากัน และช่วยให้การปฏิเสธโหมดทั่วไปที่เครื่องรับสามารถตัดเสียงรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับลูปควบคุมแบบอะนาล็อก 4–20 mA ซึ่งสัญญาณเต็มสเกลแสดงถึงความแปรผันของกระแสไฟฟ้าเพียง 16 mA แม้แต่กระแสสัญญาณรบกวนดิฟเฟอเรนเชียลเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดที่สำคัญ
การให้คะแนนแรงดันไฟฟ้าในสายควบคุม และเหตุใดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจึงไม่ใช่แรงดันสัญญาณสูงสุดที่อนุญาต
โดยทั่วไปสายเคเบิลควบคุมจะมีพิกัดอยู่ที่ 300/500 V หรือ 450/750 V (U0/U โดยที่ U0 คือแรงดันไฟฟ้าที่ลงดิน และ U คือแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำ) การให้คะแนนเหล่านี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าสัญญาณสูงสุดที่สายเคเบิลสามารถรับได้ แต่จริงๆ แล้วอัตราเหล่านี้กำหนดความสามารถของระบบฉนวนภายใต้เงื่อนไขการทดสอบและการจำแนกแรงดันไฟฟ้าของระบบที่ควบคุมข้อกำหนดในการติดตั้ง ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่ใช้งาน
อัตรา 300/500 V หมายความว่าฉนวนได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อ 300 V จากตัวนำใดๆ ลงดินอย่างต่อเนื่อง และ 500 V ระหว่างตัวนำ 2 ตัวใดๆ ในระบบควบคุมอุตสาหกรรมที่ทำงานที่ 24 V DC (แรงดันไฟฟ้าควบคุมหลักใน PLC และระบบอัตโนมัติ) หรือ 110/230 V AC สำหรับ I/O แรงดันสูง อัตราเหล่านี้ให้ส่วนต่างที่สำคัญเหนือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานจริง ความสำคัญในทางปฏิบัติของพิกัดแรงดันไฟฟ้าอยู่ในสองสถานการณ์: แรงดันอิมพัลส์เกินและสภาวะความผิดปกติของระบบ การเปลี่ยนภาวะชั่วครู่จากหน้าสัมผัสรีเลย์และคอยล์โซลินอยด์สามารถสร้างแรงดันไฟกระชากหลายร้อยโวลต์ซ้อนทับบนสัญญาณควบคุมปกติ ฉนวนต้องทนทานต่อสภาวะชั่วครู่เหล่านี้โดยไม่มีการเริ่มการคายประจุบางส่วน และพิกัดแรงดันไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ที่ทำให้มั่นใจว่าระยะขอบนี้มีอยู่ สายเคเบิลพิกัด 300/500 V ที่ทำงานที่ 24 V DC มีระยะขอบประมาณ 12× เทียบกับแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำถึงดินที่กำหนด ซึ่งเพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมชั่วคราวทางอุตสาหกรรมแทบทั้งหมด เมื่อสายเคเบิลถูกจัดเส้นทางให้ห่างจากอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงอย่างเหมาะสม
สถานการณ์ที่สองคือเงื่อนไขข้อบกพร่องของระบบ ในสายเคเบิลควบคุมแบบมัลติคอร์ที่มีทั้งสัญญาณ 230 V AC I/O และสัญญาณลอจิก 24 V DC — การกำหนดค่าที่พบในโครงการติดตั้งระบบอัตโนมัติเพิ่มเติม โดยที่สายเคเบิลควบคุมทำหน้าที่หลายอย่าง — ข้อผิดพลาดที่ทำให้แกน 230 V ลัดวงจรไปยังแกน 24 V ที่อยู่ติดกัน จะทำให้ฉนวนของแกน 24 V อยู่ที่ 230 V เต็ม หากสายเคเบิลได้รับการจัดอันดับที่ 300/500 V เท่านั้น แรงดันไฟรั่วนี้จะยังคงอยู่ในขอบเขตการออกแบบของฉนวน สายเคเบิลที่มีพิกัดกระแสไฟเพียง 150/250 V ในสถานการณ์ฟอลต์เดียวกันอาจพบว่าฉนวนเสียหายซึ่งแพร่กระจายฟอลต์แทนที่จะเก็บไว้ การเลือกพิกัดแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลควบคุมโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่มีอยู่ในระบบ ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าในการทำงานทั่วไป ถือเป็นแนวทางทางวิศวกรรมที่ถูกต้อง
มาตรฐานการเข้ารหัสสีของสายเคเบิลควบคุมและความท้าทายของโครงการข้ามภูมิภาค
การระบุแกนหลักในสายเคเบิลควบคุมแบบมัลติคอร์อยู่ภายใต้มาตรฐานระดับภูมิภาคที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างตลาด ในโครงการที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่ผลิตในภูมิภาคหนึ่งและติดตั้งในอีกภูมิภาคหนึ่ง หรือในอุปกรณ์ OEM ที่ส่งออกไปยังตลาดหลายแห่ง ข้อขัดแย้งในการใช้รหัสสีจำเป็นต้องมีเอกสารประกอบที่รอบคอบ และในบางกรณี จะต้องมีการเดินสายไฟใหม่ ณ สถานที่ติดตั้ง การทำความเข้าใจมาตรฐานระดับภูมิภาคที่โดดเด่นและความไม่เข้ากันของมาตรฐานเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดซื้อสายเคเบิลควบคุมในห่วงโซ่อุปทานระหว่างประเทศ
| ฟังก์ชั่น | มาตรฐาน IEC 60446 / EU | อเมริกาเหนือ (NEC) | จีน (GB/T) |
| สายดินป้องกัน (PE) | สีเขียว/สีเหลือง (บังคับ) | สีเขียวหรือสีเขียว/สีเหลือง | สีเหลือง/เขียว (บังคับ) |
| เป็นกลาง | สีฟ้า | สีขาวหรือสีเทา | ฟ้าอ่อน |
| L1 / เฟส A | สีน้ำตาล | สีดำ | สีเหลือง |
| L2 / เฟส B | สีดำ | สีแดง | สีเขียว |
| L3 / เฟส C | สีเทา | สีฟ้า | สีแดง |
ความขัดแย้งที่มีแนวโน้มที่จะสร้างเหตุการณ์ด้านความปลอดภัยมากที่สุดคือการปฏิบัติต่อแกนสีน้ำเงินและสีดำ ภายใต้ IEC 60446 สีน้ำเงินหมายถึงความเป็นกลาง และสีดำหมายถึงหนึ่งในเฟสที่ใช้งานอยู่ ภายใต้อนุสัญญา NEC ในอเมริกาเหนือ สีน้ำเงินหมายถึงตัวนำเฟส และสีขาว/สีเทาหมายถึงความเป็นกลาง ช่างไฟฟ้าที่ได้รับการฝึกอบรมเฉพาะในมาตรฐานหนึ่งและพบว่ามีสายเคเบิลที่ต่อกับอีกมาตรฐานหนึ่งอาจระบุตัวนำที่มีไฟฟ้าอยู่ว่าเป็นกลางได้อย่างไม่ถูกต้อง ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตอุปกรณ์ OEM ระหว่างประเทศจึงมักจะเสริมการเขียนโค้ดสีด้วยการระบุแกนที่เป็นตัวเลข ซึ่งพิมพ์โดยตรงบนแจ็คเก็ตฉนวนของแต่ละแกน ซึ่งให้ระบบการระบุที่ชัดเจน โดยไม่ขึ้นอยู่กับแบบแผนสีในระดับภูมิภาค IEC 60228 และ DIN VDE 0293 กำหนดให้มีการทำเครื่องหมายตัวเลขเป็นทางเลือกหรือเสริมการระบุสี และซัพพลายเออร์สายเคเบิลควบคุมที่ให้บริการตลาดส่งออกมีตัวเลือกทั้งรหัสสีและแกนตัวเลขภายในโครงสร้างสายเคเบิลเดียวกันมากขึ้น
สำหรับสายเคเบิลควบคุมที่มีจำนวนคอร์สูง (19 คอร์ขึ้นไป) การเขียนโค้ดสีเพียงอย่างเดียวจะใช้งานไม่ได้ เนื่องจากจำนวนสีที่สามารถแยกแยะได้และคอนทราสต์การมองเห็นที่ดีในไฟส่องสว่างทางอุตสาหกรรมทั่วไปนั้นจำกัดอยู่ที่ประมาณ 10–12 สี แนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับการนับจำนวนคอร์ที่สูงจะใช้สีหลักบวกกับวงแหวนตัวเลข หรือการรวมกันอย่างเป็นระบบของสีฐานกับแถบตามรอย (แถบสีบนแจ็คเก็ตแกนฐานสีขาวหรือสีดำ) ซึ่งขยายจำนวนการรวมกันที่แตกต่างออกไปได้ดีกว่าช่วงที่ทำได้ด้วยสีทึบเพียงอย่างเดียว
การเลือกหน้าตัดของสายเคเบิลควบคุม: เหตุใดกระแสสัญญาณจึงไม่ค่อยเป็นปัจจัยกำหนด
สำหรับสายควบคุมและสายวัดส่วนใหญ่ กระแสสัญญาณมีขนาดเล็กพอที่จะทำให้ความครอบคลุมของความร้อนไม่ใช่ปัจจัยจำกัดในการเลือกหน้าตัดของตัวนำ ลูปอะนาล็อก 4–20 mA, อินพุตดิจิตอล PLC ที่วาด 5–10 mA หรือพรอกซิมิตี้เซนเซอร์ที่ใช้ 50 mA ที่ 24 V DC ล้วนสร้างความร้อน I²R เล็กน้อยในตัวนำที่มีขนาดเล็กเพียง 0.14 มม.² ข้อจำกัดที่แท้จริงที่ขับเคลื่อนการเลือกหน้าตัดของตัวนำในสายเคเบิลควบคุม ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าตก ความทนทานทางกล ความเข้ากันได้ของการสิ้นสุด และข้อกำหนดด้านอิมพีแดนซ์ของลูปฟอลต์ ซึ่งไม่มีข้อใดเกี่ยวข้องกับความสามารถในการระบายความร้อน
แรงดันไฟฟ้าตกเป็นข้อจำกัดทางไฟฟ้าหลักสำหรับวงจรควบคุม 24 V DC แรงดันไฟฟ้าตกที่ยอมรับได้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่ปลายสายเคเบิล: โมดูลอินพุต PLC อาจระบุแรงดันไฟฟ้าอินพุตขั้นต่ำ 15 V DC เพื่อรับประกันการรับรู้ลอจิกสูง ซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลจะต้องไม่ปล่อยเกิน 9 V จากแหล่งจ่ายไฟ 24 V ภายใต้การดึงกระแสไฟในกรณีที่แย่ที่สุด สำหรับเอาต์พุตดิจิทัลที่ขับโซลินอยด์ที่ 200 mA บนสายเคเบิลยาว 50 เมตร (ความยาวตัวนำ 100 เมตรสำหรับการจ่ายและส่งคืน) ความต้านทานของตัวนำจะต้องน้อยกว่า 9 V / 0.2 A = รวม 45 Ω ซึ่งต้องมีความต้านทานของตัวนำต่ำกว่า 0.45 Ω/m ซึ่งสอดคล้องกับหน้าตัดประมาณ 0.38 มม.² ในทองแดง การเลือก 0.5 มม.² จะทำให้ได้ระยะขอบ การเลือก 0.14 มม.² (ซึ่งมีความต้านทานประมาณ 0.13 Ω/m × 100 m = 13 Ω — ภายในขีดจำกัดสำหรับการวิ่งระยะสั้นมากแต่เล็กน้อยที่ 50 เมตร) จะทำให้การทำงานไม่น่าเชื่อถือในระยะยาว แม้ว่ากระแสไฟฟ้า 200 mA จะถือว่าไม่สำคัญทางความร้อนสำหรับสายไฟขนาด 0.14 มม.²ก็ตาม
ความทนทานทางกลระหว่างการสิ้นสุดคือขีดจำกัดล่างในทางปฏิบัติสำหรับหน้าตัดของตัวนำในการใช้งานการควบคุมทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ตัวนำที่มีขนาดเล็กกว่า 0.25 มม.² มีแนวโน้มที่จะแตกหักที่จุดต่อขั้วต่อสกรู หากตัวนำไม่ได้ติดตั้งอย่างถูกต้องก่อนที่จะขันสกรูให้แน่น และมีความไวต่อแรงบิดมากเกินไป ในแผงควบคุมที่ประกอบโดยช่างเทคนิคหลายคนภายใต้แรงกดดันในการผลิต ความสม่ำเสมอของคุณภาพการต่อสายสำหรับตัวนำที่ละเอียดมากจะต่ำกว่าตัวนำที่มีขนาด 0.5 มม.² หรือ 0.75 มม.² อย่างมาก ซึ่งทนทานต่อเทคนิคการต่อสายที่กว้างกว่ามาก ข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิลควบคุมอุตสาหกรรมส่วนใหญ่กำหนดไว้ที่ 0.5 มม.² ซึ่งเป็นค่าขั้นต่ำในทางปฏิบัติสำหรับการยุติแผง แม้ว่าข้อกำหนดทางไฟฟ้าจะอนุญาตให้มีขนาดเล็กลงก็ตาม
ข้อกำหนดอิมพีแดนซ์ฟอลต์ลูปใช้ในกรณีที่สายเคเบิลควบคุมต้องมีการป้องกันกระแสเกินตามมาตรฐาน IEC 60364-4-41 (การป้องกันไฟฟ้าช็อต) ในวงจรที่อิมพีแดนซ์ลูปฟอลต์ต้องต่ำพอที่จะรับประกันการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินภายในเวลาตัดการเชื่อมต่อที่ต้องการ หน้าตัดของตัวนำต้องคำนวณจากข้อกำหนดอิมพีแดนซ์ลูปฟอลต์ แทนที่จะคำนวณจากกระแสไฟทำงานปกติ สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องเมื่อสายเคเบิลควบคุมใช้รางน้ำหรือกล่องหุ้มร่วมกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 230 V และตัวนำสายเคเบิลควบคุมอาจถูกจ่ายไฟภายใต้สภาวะความผิดปกติ
การติดตั้งสายเคเบิลควบคุมในถาดสายเคเบิล: กฎการแยกส่วนและเหตุผลทางวิศวกรรม
การแยกถาดสายเคเบิลสำหรับสายควบคุมระบุไว้ใน IEC 61537, IEC TR 62490 และรหัสไฟฟ้าระดับชาติต่างๆ ซึ่งทั้งหมดนี้กำหนดข้อกำหนดขั้นต่ำในการแยกระหว่างสายควบคุมและสายไฟ ข้อกำหนดเหล่านี้มักได้รับการปฏิบัติเหมือนเป็นพิธีการของราชการในทางปฏิบัติ แต่กฎแต่ละข้อมีเหตุผลทางวิศวกรรมเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำและแบบเก็บประจุ ความแตกต่างศักย์ไฟฟ้าของพื้นดิน และการควบคุมข้อบกพร่อง
กลไกการมีเพศสัมพันธ์หลักที่ขับเคลื่อนข้อกำหนดในการแบ่งแยกคือการรับแบบเหนี่ยวนำจากสายไฟที่มีกระแสสลับ ไดรฟ์ความถี่ที่ปรับเปลี่ยนได้จะสร้างรูปคลื่นของกระแสที่อุดมไปด้วยเนื้อหาฮาร์มอนิกความถี่สูง — สายเคเบิลเอาท์พุต VFD ทั่วไปจะมีส่วนประกอบกระแสที่สำคัญที่ฮาร์โมนิกที่ 5, 7, 11 และที่สูงกว่าของความถี่ในการสลับไดรฟ์ (มักจะเป็นความถี่พาหะ 4–16 kHz) ซึ่งสร้างพลังงานสัญญาณรบกวนได้อย่างดีในช่วงหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ สายสัญญาณควบคุมที่เดินแบบขนานและใกล้กับสายเอาท์พุต VFD ทำหน้าที่เป็นขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ต่อประกบหลวม โดยมีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก (dI/dt) และพื้นที่ของลูปที่เกิดจากตัวนำสายเคเบิลควบคุมและเส้นทางกลับ โดยทั่วไประยะห่างขั้นต่ำที่แนะนำระหว่างสายเคเบิลเอาต์พุต VFD และสายเคเบิลควบคุมที่ไม่มีฉนวนหุ้มในถาดทั่วไปคือ 200–300 มม. สำหรับสายควบคุมที่มีฉนวนหุ้มซึ่งมีฉนวนหุ้มสายดินอย่างเหมาะสม มักจะยอมรับการแยก 100 มม. เนื่องจากฉนวนให้การลดทอนสัญญาณรบกวนที่ต่อพ่วงเพิ่มเติม
ความต่างศักย์ไฟฟ้าของกราวด์เป็นข้อกังวลเกี่ยวกับการแยกส่วนโดยเฉพาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ซึ่งส่วนต่างๆ ของระบบกราวด์อาจมีศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันในระหว่างเหตุการณ์ชั่วคราว สายเคเบิลควบคุมที่วิ่งระหว่างอาคารสองหลังหรือระหว่างส่วนที่ห่างไกลของโรงงานขนาดใหญ่จะมีฉนวนหุ้มอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง ถ้าความต่างศักย์กราวด์ระหว่างจุดปลายทั้งสองเกินกว่าความสามารถในการปฏิเสธโหมดทั่วไปของระบบควบคุม ความต่างศักย์กราวด์จะปรากฏเป็นแรงดันเสียงรบกวนบนสัญญาณ การเดินสายเคเบิลควบคุมไปตามเส้นทางเดียวกันกับสายไฟจากแผงจ่ายไฟเดียวกันจะช่วยลดความต่างศักย์กราวด์ระหว่างปลายชีลด์สายเคเบิล เนื่องจากทั้งระบบจ่ายไฟและระบบควบคุมอ้างอิงจุดกราวด์เดียวกัน นี่คือเหตุผลทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลังกฎที่ว่าสายเคเบิลควบคุมควรเป็นไปตามเส้นทางทางกายภาพเดียวกันกับแหล่งจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ควบคุม แทนที่จะใช้เส้นทางตรงที่สั้นที่สุดข้ามโรงงาน
การควบคุมข้อผิดพลาดเป็นเหตุผลด้านความปลอดภัยสำหรับการแยกสายเคเบิลควบคุมออกจากสายไฟแรงสูงในถาดสายเคเบิล ความผิดปกติของสายไฟแรงสูง เช่น ส่วนโค้งภายใน ฉนวนพังภายใต้กระแสไฟฟ้าลัดวงจร สามารถผลิตพลังงานได้มากพอที่จะจุดแจ็คเก็ตของสายเคเบิลที่อยู่ติดกัน สายเคเบิลควบคุมที่ส่งสัญญาณฟังก์ชันความปลอดภัย (การหยุดฉุกเฉิน อินพุตรีเลย์ความปลอดภัย การตรวจสอบยาม) จะต้องยังคงใช้งานได้ในระหว่างเกิดเพลิงไหม้หรือเหตุการณ์ฟอลต์ที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลที่อยู่ติดกัน เพื่อให้ระบบความปลอดภัยดำเนินการลำดับการปิดระบบ IEC 62061 และ ISO 13849 (มาตรฐานความปลอดภัยในการใช้งาน) กำหนดให้สายเคเบิลควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยต้องแยกทางกายภาพออกจากสายเคเบิลที่ไม่ปลอดภัย หรือป้องกันด้วยแผงกั้นทนไฟเมื่อติดตั้งในถาดสายเคเบิลทั่วไป นี่เป็นข้อกำหนดทั่วไปที่เพิ่มมากขึ้นในการประเมินความปลอดภัยของเครื่องจักร โดยที่การกำหนดเส้นทางทางกายภาพของสายเคเบิลควบคุมความปลอดภัยเป็นส่วนหนึ่งของเอกสารประกอบสถาปัตยกรรมความปลอดภัยอย่างเป็นทางการ
แนวทางปฏิบัติในการควบคุมการสิ้นสุดสายเคเบิลที่ส่งผลโดยตรงต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณในระยะยาว
การสิ้นสุดของสายเคเบิลควบคุมที่แผงขั้วต่อ ตัวเรือนตัวเชื่อมต่อ และแผงอุปกรณ์เป็นสาเหตุของปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เกิดจากสนามข้อมูลส่วนใหญ่ คุณภาพการผลิตสายเคเบิลให้ศักยภาพด้านไฟฟ้า คุณภาพการยกเลิกจะกำหนดว่าศักยภาพดังกล่าวจะเกิดขึ้นจริงในระบบที่ติดตั้งหรือไม่ แนวทางปฏิบัติในการยกเลิกหลายวิธีมีผลกระทบโดยตรงและวัดผลได้ต่อความน่าเชื่อถือของสัญญาณควบคุมในระยะยาว
การเลือกปลอกโลหะสำหรับตัวนำตีเกลียวละเอียด
สายเคเบิลควบคุมที่มีตัวนำตีเกลียวละเอียด Class 5 หรือ Class 6 ต้องใช้ปลอกปลายปลอกหุ้ม (ปลอกหุ้มเชือกผูกรองเท้ามาตรฐาน DIN 46228) ที่การเชื่อมต่อขั้วต่อแบบโครงสกรู ปลอกโลหะทำหน้าที่สองอย่าง: โดยจะรวมแต่ละเกลียวเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงเรขาคณิตเดียวที่เติมเต็มโซนการจับยึดของขั้วต่ออย่างถูกต้อง และช่วยปกป้องเกลียวจากการถูกตัดด้วยสกรูขั้วต่อระหว่างการขันให้แน่น ขนาดปลอกโลหะต้องตรงกับหน้าตัดของตัวนำอย่างแม่นยำ - ปลอกโลหะขนาดใหญ่ช่วยให้ตัวนำที่ถูกบีบอัดสามารถดึงออกมาได้ภายใต้การสั่นสะเทือน ปลอกโลหะที่มีขนาดเล็กทำให้เกิดความเสียหายต่อเกลียวและมีความต้านทานการสัมผัสสูง สำหรับตัวนำที่มีสัญญาณอะนาล็อก 4-20 mA ความต้านทานหน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพียง 0.5 Ω ที่ขั้วต่อทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าผิดพลาดที่ 0.01 mV ที่ 20 mA ซึ่งถือว่าน้อยมากในตัวเอง แต่สะสมจากการสิ้นสุดหลายจุดในสายโซ่สัญญาณ และแย่ลงเรื่อยๆ เมื่อออกซิเดชันเพิ่มความต้านทานหน้าสัมผัสเมื่อเวลาผ่านไปในสภาพแวดล้อมชื้นหรือปนเปื้อน
การจัดการสายไฟโล่ท่อระบายน้ำ
ลวดระบายของสายเคเบิลควบคุมที่หุ้มด้วยฟอยล์ — ลวดทองแดงเปลือยหรือลวดทองแดงเคลือบดีบุกที่สัมผัสกับชีลด์ฟอยล์ — จะต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวังที่ปลายสายเคเบิล เพื่อหลีกเลี่ยงการลดประสิทธิภาพของชีลด์ ข้อผิดพลาดในการติดตั้งทั่วไปคือการปล่อยให้สายไฟระบายโผล่พ้นจุดสิ้นสุดของชีลด์ ทำให้เกิดผมเปียที่ไม่มีฉนวนป้องกันซึ่งสามารถดักจับสัญญาณรบกวนและฉีดเข้าไปในแผงขั้วต่อโดยตรง ควรต่อสายไฟเดรนให้ใกล้กับแคลมป์ป้องกันหรือต่อม EMC มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยให้มีการตัดส่วนที่เกินออกไป แทนที่จะขดหรือมัดด้วยตัวนำสัญญาณ ที่ปลายอุปกรณ์ของสายเคเบิล (โดยที่ชีลด์ต่อสายดิน) ปลายสายท่อระบายน้ำควรอยู่บนแถบชีลด์เฉพาะที่เชื่อมต่อกับเทอร์มินัล PE ของตู้ด้วยตัวนำที่สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ — ไม่ได้เดินสายผ่านรางเทอร์มินัลเดียวกันกับตัวนำสัญญาณ โดยที่กระแสเหนี่ยวนำในสายไฟเดรนสามารถควบแน่นเข้ากับเทอร์มินัลที่อยู่ติดกันแบบประจุไฟฟ้าได้
รัศมีโค้งงอที่จุดสิ้นสุด
จุดที่สายเคเบิลควบคุมเปลี่ยนจากถาดสายเคเบิลไปยังแผงขั้วต่อคือตำแหน่งที่มีความเค้นเชิงกลสูงสุดแห่งหนึ่งในการติดตั้ง การดัดสายเคเบิลควบคุมแบบมัลติคอร์อย่างรุนแรงในช่วงการเปลี่ยนผ่านนี้ — เพื่อตกแต่งสายเคเบิลให้เรียบร้อยตามแนวผนังแผง — ทำให้เกิดการเสียรูปอย่างถาวรของแกนสายเคเบิล หากรัศมีการโค้งงอแน่นกว่ารัศมีการโค้งงอในการติดตั้งขั้นต่ำของสายเคเบิล (โดยทั่วไปคือ 6–10× เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกสำหรับการติดตั้งแบบตายตัว) แกนที่เปลี่ยนรูปอย่างถาวรจะทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กของฉนวนที่จุดโค้งงอเมื่อเวลาผ่านไป ผ่านการหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ และแกนที่ด้านนอกของส่วนโค้งงอมีความต้านทานของตัวนำที่สูงขึ้นเนื่องจากการแข็งตัวของเส้นทองแดงที่ส่วนที่ผิดรูป สำหรับแผงควบคุมในสภาพแวดล้อมที่มีการหมุนเวียนของอุณหภูมิอย่างมาก (ตู้กลางแจ้ง อาคารอุตสาหกรรมที่ไม่มีเครื่องทำความร้อน) การรักษารัศมีการโค้งงอที่ถูกต้องที่จุดสิ้นสุดถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือในระยะยาวพอๆ กับพารามิเตอร์การติดตั้งอื่นๆ
