مهار نویز در اتوماسیون با کابل های شیلددار تخصصی

مهار نویز در اتوماسیون صنعتی با کابل‌های شیلددار تخصصی، راهکاری حیاتی برای حفظ دقت و پایداری سیستم‌ها در برابر تداخلات الکترومغناطیسی و رادیویی است که می‌تواند منجر به خطاهای سیگنال، خرابی تجهیزات و توقف تولید شود. انتخاب، نصب و زمین‌بندی صحیح این کابل‌ها، ستون فقرات یک زیرساخت اتوماسیون قابل اعتماد را تشکیل می‌دهد.

در دنیای پرتحول و صنعتی امروز، جایی که دقت و قابلیت اطمینان سیستم‌های اتوماسیون حرف اول را می‌زند، مهار نویز و تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و رادیویی (RFI) یک چالش همیشگی است. این اختلالات ناخواسته، اگر کنترل نشوند، می‌توانند به قلب سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق آسیب رسانده و منجر به عملکرد نامطلوب، کاهش بهره‌وری و حتی توقف کامل تولید شوند. در همین راستا، کابل شیلد دار تخصصی به عنوان یک خط مقدم دفاعی قدرتمند، نقشی کلیدی در محافظت از سیگنال‌های حیاتی و تضمین پایداری عملیات ایفا می‌کند. این راهنمای جامع برای مهندسان، تکنسین‌ها، طراحان و تمامی فعالان حوزه اتوماسیون صنعتی طراحی شده است تا با درک عمیق ماهیت نویز و راهکارهای عملی مقابله با آن، سیستم‌هایی مطمئن‌تر و کارآمدتر را طراحی و پیاده‌سازی کنند.

۱. درک نویز و تداخل در محیط‌های اتوماسیون صنعتی

نویز در محیط‌های صنعتی به هرگونه سیگنال الکتریکی ناخواسته گفته می‌شود که بر عملکرد صحیح سیستم‌های الکترونیکی و کنترلی تأثیر منفی می‌گذارد. این اختلالات می‌توانند دقت اندازه‌گیری‌ها را کاهش دهند، باعث خطای سیگنال شوند، و در نهایت به خرابی تجهیزات و توقف تولید منجر گردند. شناسایی و درک منابع و مکانیسم‌های انتقال نویز، اولین گام در مهار مؤثر آن است.

۱.۱. نویز چیست و چرا در اتوماسیون خطرناک است؟

نویز الکتریکی، سیگنال‌های مزاحمی هستند که بر سیگنال‌های مفید سوار شده و اطلاعات صحیح را مخدوش می‌کنند. تداخل الکترومغناطیسی (EMI) نوعی نویز است که از طریق میدان‌های الکترومغناطیسی به سیستم‌ها نفوذ می‌کند و می‌تواند از منابع مختلفی مانند موتورهای الکتریکی، رله‌ها و خطوط قدرت ناشی شود. تداخل رادیویی (RFI) نیز زیرمجموعه‌ای از EMI است که در فرکانس‌های رادیویی (بالاتر از ۲۰۰ کیلوهرتز) رخ می‌دهد. این نویزها در اتوماسیون صنعتی بسیار خطرناک هستند زیرا می‌توانند:

• خطاهای غیرقابل پیش‌بینی در خواندن سنسورها و عملگرها ایجاد کنند.
• باعث ارسال فرمان‌های اشتباه به ماشین‌آلات شوند.
• عمر مفید تجهیزات الکترونیکی را کاهش دهند.
• منجر به از دست رفتن داده‌ها و قطعی ارتباطات در شبکه‌های صنعتی گردند.
• باعث توقف ناگهانی خطوط تولید و تحمیل خسارات مالی سنگین شوند.

۱.۲. منابع اصلی تولید نویز در صنعت

منابع نویز در محیط‌های صنعتی بسیار متنوع هستند و می‌توان آن‌ها را به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

منابع داخلی نویز:

• درایوهای فرکانس متغیر (VFD/VSD):این درایوها برای کنترل سرعت موتورهای AC استفاده می‌شوند و به دلیل سوئیچینگ سریع IGBTها، نویز فرکانس بالا (هارمونیک) تولید می‌کنند.

• رله‌ها و کنتاکتورها:هنگام قطع و وصل جریان، جرقه‌های الکتریکی ایجاد کرده که منبع نویزهای گذرا (Transient Noise) هستند.

• منابع تغذیه سوئیچینگ:بسیاری از تجهیزات الکترونیکی از این منابع تغذیه استفاده می‌کنند که به دلیل عملکرد سوئیچینگ داخلی، نویز تولید می‌کنند.

• سیستم‌های قدرت:ترانسفورماتورها، مدارهای قدرت و بارهای سلفی می‌توانند نویزهای القایی ایجاد کنند.

منابع خارجی نویز:

• خطوط برق فشار قوی:میدان‌های مغناطیسی قوی ایجاد می‌کنند که می‌تواند به کابل‌های سیگنال نزدیک، القا شود.

• تجهیزات جوشکاری:قوس الکتریکی جوشکاری یکی از قوی‌ترین منابع نویز با پهنای باند گسترده است.

• رادیوها و بی‌سیم‌های صنعتی:امواج رادیویی می‌توانند تداخل RFI ایجاد کنند.

• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):تخلیه ناگهانی بارهای الکتریکی ساکن می‌تواند پالس‌های نویز با ولتاژ بالا تولید کند.

• رعد و برق:صاعقه می‌تواند نویزهای بسیار قوی و مخرب القا کند.

۱.۳. مکانیسم‌های انتقال نویز به کابل‌ها

نویز می‌تواند از چهار طریق اصلی به کابل‌ها و سیستم‌های اتوماسیون منتقل شود:

• کوپلینگ رسانایی (Conducted Noise):نویز از طریق مسیرهای مشترک هادی‌ها یا خطوط زمین مشترک به تجهیزات منتقل می‌شود. به عنوان مثال، نویزی که از طریق خط تغذیه AC وارد یک PLC می‌شود.

• کوپلینگ القایی (Inductive Coupling):میدان مغناطیسی متغیر تولید شده توسط یک کابل حامل جریان (منبع نویز)، ولتاژی را در یک کابل سیگنال مجاور (قربانی) القا می‌کند. این اثر با نزدیکی کابل‌ها و فرکانس نویز افزایش می‌یابد.

• کوپلینگ خازنی (Capacitive Coupling):میدان الکتریکی متغیر بین دو کابل (منبع و قربانی) باعث القای جریان نویز می‌شود. این اثر نیز با نزدیکی کابل‌ها و فرکانس نویز افزایش می‌یابد.

• تابش الکترومغناطیسی (Radiated Noise):نویز به صورت امواج الکترومغناطیسی از منبع منتشر شده و از طریق هوا به کابل‌ها و تجهیزات می‌رسد. این مکانیسم در فرکانس‌های بالا غالب است.

۲. کابل‌های شیلددار تخصصی: سپر دفاعی اتوماسیون

کابل‌های شیلددار تخصصی، با هدف محافظت از سیگنال‌های الکتریکی در برابر نویز و تداخلات محیطی طراحی شده‌اند. این کابل‌ها به لطف لایه محافظتی که به آن شیلد می‌گویند، قادرند نویز را جذب، بازتاب یا به زمین منتقل کرده و از ورود آن به هادی‌های سیگنال جلوگیری کنند.

۲.۱. کابل شیلددار چیست و چگونه کار می‌کند؟

کابل شیلد دار به کابلی اطلاق می‌شود که علاوه بر هادی‌های اصلی و عایق، دارای یک یا چند لایه هادی فلزی بیرونی به نام شیلد (Shield) یا محافظ است. این لایه معمولاً از جنس مس (بافت یا فویل) یا آلومینیوم (فویل) ساخته می‌شود و به صورت کامل یا جزئی، هادی‌های سیگنال را احاطه می‌کند. اصول عملکرد شیلد به این صورت است که:

• بازتاب:امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا را از سطح خود بازتاب می‌دهد.

• جذب:بخشی از انرژی نویز را جذب کرده و به گرما تبدیل می‌کند.

• زمین‌بندی:مهم‌ترین عملکرد شیلد، فراهم کردن مسیری با امپدانس پایین برای تخلیه جریان‌های نویز القا شده به زمین است. این کار از رسیدن نویز به هادی‌های داخلی جلوگیری می‌کند.

اجزای اصلی یک کابل شیلد دار معمولاً شامل هادی (مس یا آلومینیوم)، عایق (PVC، PE، XLPE یا حتی مواد مقاوم در برابر حرارت مانند سیلیکون برای سیم نسوز)، شیلد (فویل، بافت یا ترکیبی)، سیم تخلیه (Drain Wire) برای اتصال شیلد به زمین و روکش نهایی (Sheath) برای حفاظت مکانیکی و محیطی است.

۲.۲. انواع شیلد در کابل‌های تخصصی اتوماسیون و کاربرد آن‌ها

انتخاب نوع شیلد مناسب، بستگی به نوع نویز، فرکانس آن، و شرایط محیطی دارد:

شیلد فویل (Foil Shield):

این شیلد از یک نوار نازک آلومینیومی (یا گاهی مس) ساخته شده که به صورت مارپیچ یا طولی به دور هادی‌ها پیچیده می‌شود. معمولاً یک سیم تخلیه (Drain Wire) نیز با آن تماس دارد تا اتصال به زمین برقرار شود.
مزایا: پوشش ۱۰۰ درصدی عالی در برابر نویزهای فرکانس بالا، ضخامت کم و وزن سبک.
معایب: مقاومت مکانیکی پایین، شکنندگی در برابر خم شدن‌های مکرر، و پوشش کمتر در فرکانس‌های پایین.
کاربرد: مناسب برای محافظت از سیگنال‌های فرکانس بالا و دیجیتال در برابر نویز میدان الکتریکی. کابل کواکسیال اغلب از شیلد فویل و بافت ترکیبی برای بهترین عملکرد در فرکانس‌های بالا استفاده می‌کند.

شیلد بافت سیمی (Braided Shield):

از بافت متراکم سیم‌های مسی نازک (قلع‌اندود یا بدون قلع) تشکیل شده که دور هادی‌ها بافته می‌شود. کابل قلع اندود در این نوع شیلد، مقاومت به خوردگی بیشتری دارد.
مزایا: مقاومت مکانیکی بالا، انعطاف‌پذیری خوب، حفاظت عالی در برابر نویزهای فرکانس پایین و متوسط (میدان مغناطیسی)، و ظرفیت جریان دهی بالا برای تخلیه نویز.
معایب: پوشش کامل نیست (۷۰-۹۵٪)، ضخیم‌تر و سنگین‌تر از فویل.
کاربرد: ایده‌آل برای کابل‌های کنترل، ابزار دقیق، و انتقال داده در محیط‌های با نویز میدان مغناطیسی بالا.

شیلد ترکیبی (Combination Shield – Foil + Braid):

این نوع شیلد شامل یک لایه فویل (برای فرکانس بالا) و یک لایه بافت سیمی (برای فرکانس پایین و مقاومت مکانیکی) است.
مزایا: بهترین حفاظت ممکن در برابر طیف وسیعی از نویزها (هم میدان الکتریکی و هم مغناطیسی)، مقاومت مکانیکی عالی.
معایب: گران‌تر و ضخیم‌تر از شیلدهای تک‌لایه، انعطاف‌پذیری کمتر.
کاربرد: در محیط‌های صنعتی بسیار نویزی، برای کابل‌های حیاتی و حساس مانند کابل rg (در برخی نمونه‌های با کیفیت بالا) یا کابل‌های ارتباطی مهم.

شیلد جفتی (Individual Pair Shielding):

در کابل‌های چند زوجی (مانند کابل شبکه یا کابل‌های ارتباطی دیتا)، هر زوج سیم به صورت جداگانه شیلد می‌شود (معمولاً با فویل)، و سپس یک شیلد کلی (فویل، بافت یا ترکیبی) روی تمامی زوج‌ها قرار می‌گیرد.
مزایا: کاهش چشمگیر Crosstalk (تداخل بین زوج‌های مجاور) و حفظ یکپارچگی سیگنال در کابل‌های چند زوجی.
کاربرد: کابل‌های شبکه صنعتی (مانند Profibus, Profinet)، کابل‌های ارتباطی RS-485 و کابل‌های ابزار دقیق چند کاناله.

شیلد کانسنتریک (Concentric Shield):

در این نوع، سیم‌های مسی به صورت متحدالمرکز (دایره‌ای) به دور هادی اصلی پیچیده می‌شوند. این شیلد بیشتر در کابل‌های قدرت و کنترل استفاده می‌شود و علاوه بر کاهش نویز، می‌تواند به عنوان مسیر برگشت جریان خطا یا حتی هادی نول/ارت عمل کند.
کاربرد: کابل‌های قدرت، کابل‌های کنترل در برخی سیستم‌ها.

همچنین، در کابل‌های تخصصی، پوشش هادی نیز حائز اهمیت است. به عنوان مثال، کابل نقره اندود (هادی با پوشش نقره) برای کاربردهای فرکانس بالا که نیاز به هدایت عالی دارند، به دلیل اثر پوستی (Skin Effect) که جریان در فرکانس‌های بالا تمایل به حرکت در سطح هادی دارد، استفاده می‌شود. کابل قلع اندود نیز مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی را افزایش داده و لحیم‌کاری را آسان‌تر می‌کند، که در محیط‌های صنعتی با رطوبت یا مواد شیمیایی، عمر کابل را افزایش می‌دهد. برای محیط‌های با دمای بالا، استفاده از سیم نسوز با عایق سیلیکونی در ساختار کابل شیلددار، می‌تواند پایداری سیستم را تضمین کند.

۲.۳. چرا کابل شیلددار برای اتوماسیون ضروری است؟

استفاده از کابل شیلد دار در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، یک انتخاب لوکس نیست، بلکه یک ضرورت استراتژیک است:

• افزایش دقت و تکرارپذیری:سیگنال‌های آنالوگ حساس (مانند سنسورهای دما و فشار) بدون نویز منتقل شده و دقت اندازه‌گیری‌ها را به طور چشمگیری افزایش می‌دهند.

• حفاظت از PLC و کنترل‌کننده‌ها:PLCها (کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی) و سایر کنترل‌کننده‌ها، مغز سیستم‌های اتوماسیون هستند. نویز می‌تواند برنامه آن‌ها را مختل کرده و منجر به عملکرد نادرست شود. شیلدینگ، این تجهیزات حیاتی را محافظت می‌کند.

• پایداری ارتباطات شبکه صنعتی:شبکه‌هایی مانند Profibus, Profinet و Modbus که برای انتقال داده‌های کنترلی استفاده می‌شوند، به شدت به یکپارچگی سیگنال متکی هستند. شیلدینگ تضمین‌کننده پایداری و سرعت این ارتباطات است.

• افزایش طول عمر تجهیزات:کاهش نویز به معنای کاهش استرس بر روی قطعات الکترونیکی است که منجر به افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری می‌شود.

• رعایت استانداردهای ایمنی و عملکردی:بسیاری از استانداردهای صنعتی و گواهینامه‌های ایمنی، استفاده از کابل‌های شیلددار را در محیط‌های خاص الزامی می‌دانند.

انتخاب آگاهانه و نصب صحیح کابل‌های شیلددار، نه تنها یک اقدام پیشگیرانه در برابر نویز است، بلکه سرمایه‌گذاری برای پایداری، دقت و افزایش طول عمر سیستم‌های اتوماسیون صنعتی محسوب می‌شود.

۳. انتخاب کابل شیلددار تخصصی برای کاربردهای مختلف اتوماسیون

انتخاب کابل شیلددار مناسب برای هر کاربرد در اتوماسیون، نیازمند درک دقیق از معیارهای فنی و شرایط عملیاتی است. هر سیستم اتوماسیون، چالش‌های نویزی و سیگنالی خاص خود را دارد که باید به درستی شناسایی شوند.

۳.۱. معیارهای کلیدی انتخاب کابل شیلددار

در فرایند انتخاب کابل شیلد دار، باید به چندین عامل حیاتی توجه کرد:

• نوع سیگنال:
  • سیگنال‌های آنالوگ حساس:(مانند ۴-۲۰ میلی آمپر یا ۰-۱۰ ولت از سنسورها) به شدت مستعد نویز هستند و نیاز به شیلدینگ قوی (معمولاً شیلد جفتی + شیلد کلی) دارند.
  • سیگنال‌های دیجیتال:(مانند پالس‌ها از انکودرها) به دلیل ماهیت پالس گونه، به نویزهای القایی کمتر حساسند، اما تداخل در فرکانس‌های بالا می‌تواند کیفیت لبه‌های پالس را کاهش دهد.
  • سیگنال‌های قدرت:(مانند کابل‌های موتور) اغلب خود منبع نویز هستند و نیاز به شیلدینگ ۳۶۰ درجه برای جلوگیری از انتشار نویز دارند.
  • سیگنال‌های دیتا با سرعت بالا:(مانند اترنت صنعتی) به شیلدینگ قوی برای حفظ پهنای باند و یکپارچگی داده نیاز دارند.

• شدت و نوع نویز محیطی (EMI/RFI):محیط‌های با درایوهای VFD، موتورهای بزرگ، و تجهیزات جوشکاری به شیلدینگ ترکیبی و قوی‌تری نیاز دارند.

• محیط فیزیکی:
  • دما:کابل باید در محدوده دمایی محیط کارکرد خود، پایداری داشته باشد. برای دماهای بالا، سیم نسوز با عایق سیلیکونی یا تفلون توصیه می‌شود.
  • رطوبت و مواد شیمیایی:روکش کابل باید در برابر رطوبت، روغن‌ها، اسیدها و سایر مواد شیمیایی رایج در محیط صنعتی مقاوم باشد. هادی‌های کابل قلع اندود در این شرایط مقاومت بیشتری دارند.
  • سایش و انعطاف‌پذیری:در کاربردهای متحرک یا محیط‌های با سایش زیاد، کابل‌هایی با روکش مستحکم و شیلد بافت سیمی مقاوم‌تر ضروری هستند.

• استانداردهای صنعتی و الزامات خاص کاربرد:برخی صنایع (مانند نفت و گاز) دارای استانداردهای سختگیرانه‌تری برای کابل‌کشی هستند (مانند UL, CSA, CE, ATEX).

• طول کابل و افت سیگنال:در کابل‌های طولانی، اهمیت شیلدینگ و انتخاب هادی مناسب (مانند کابل نقره اندود برای برخی فرکانس‌های بالا) برای به حداقل رساندن افت سیگنال بیشتر می‌شود.

۳.۲. کابل‌های شیلددار ویژه کاربردهای اتوماسیون

برخی از مهم‌ترین کاربردهای کابل‌های شیلددار در اتوماسیون عبارتند از:

کابل‌های سنسور و ابزار دقیق:

سیگنال‌های تولید شده توسط سنسورها (دما، فشار، سطح، جریان) اغلب در محدوده میلی‌ولت یا میلی‌آمپر هستند و به شدت مستعد نویز می‌باشند. استفاده از کابل شیلد دار با شیلد جفتی (برای هر زوج سیگنال) و شیلد کلی (برای کل کابل) برای این کاربردها حیاتی است. این کار از تداخل بین کانال‌ها (Crosstalk) و نویز خارجی جلوگیری می‌کند.

کابل‌های ورودی/خروجی PLC:

ورودی/خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ PLCها نیازمند حفاظت قوی در برابر نویز هستند. نویز در ورودی‌ها می‌تواند باعث خوانش غلط سیگنال شود و در خروجی‌ها فرمان‌های اشتباه صادر کند. کابل‌های شیلددار با کیفیت بالا برای این خطوط ضروری هستند تا پایداری و صحت عملکرد PLC تضمین شود.

کابل‌های درایو موتور (VFD/VSD):

کابل‌های تغذیه موتورهای کنترل شده توسط VFDها، به دلیل ماهیت سوئیچینگ درایو، منبع اصلی نویزهای فرکانس بالا هستند. برای مهار این نویز و جلوگیری از انتشار آن به سایر سیستم‌ها، استفاده از کابل شیلد دار با شیلد ۳۶۰ درجه (معمولاً ترکیبی از فویل و بافت سیمی با پوشش بالا) ضروری است. شیلد باید به درستی و از هر دو انتها (درایو و موتور) به زمین متصل شود تا مسیر تخلیه نویز فراهم شود.

کابل‌های شبکه صنعتی (Ethernet, Profibus, Profinet):

شبکه‌های صنعتی ستون فقرات ارتباطی در اتوماسیون هستند. تداخل نویز می‌تواند منجر به افت سرعت، از دست رفتن پکت‌های داده و حتی قطع ارتباط شبکه شود. انواع مختلف کابل‌های شیلددار مانند F/UTP (شیلد فویل کلی)، S/FTP (شیلد فویل برای هر زوج و شیلد بافت کلی) و SF/UTP (شیلد فویل و بافت کلی) برای این شبکه‌ها استفاده می‌شوند. انتخاب صحیح شیلد بر اساس محیط نویزی، پهنای باند و پایداری شبکه تأثیر مستقیم دارد. در برخی موارد، کابل کواکسیال شیلددار نیز برای پروتکل‌های خاص شبکه یا انتقال تصویر در محیط صنعتی استفاده می‌شود.

کابل‌های کنترل و فرمان:

این کابل‌ها برای انتقال فرمان‌های کنترلی به رله‌ها، کنتاکتورها و سایر عملگرها استفاده می‌شوند. در محیط‌های با نویز متوسط تا بالا، استفاده از کابل شیلد دار (معمولاً با شیلد بافت سیمی) از تداخل در فرمان‌ها و عملکرد غیرمنتظره تجهیزات جلوگیری می‌کند. برای کاربردهای خاص مانند کنترل کوره‌های صنعتی یا مکان‌هایی که خطر آتش‌سوزی وجود دارد، می‌توان از کابل‌های کنترل شیلددار با هادی سیم نسوز استفاده کرد.

۴. اصول نصب و زمین‌بندی (ارتینگ) صحیح کابل‌های شیلددار در اتوماسیون

حتی بهترین کابل شیلد دار نیز اگر به درستی نصب و زمین‌بندی نشود، نمی‌تواند عملکرد مطلوب خود را ارائه دهد. زمین‌بندی صحیح، مسیر تخلیه نویز را فراهم کرده و از ایجاد حلقه‌های زمین (Ground Loop) که خود منبع نویز هستند، جلوگیری می‌کند.

۴.۱. چرا زمین‌بندی شیلد حیاتی است؟

زمین‌بندی شیلد، برای هدایت جریان‌های نویز القا شده بر روی شیلد به سمت زمین و دور کردن آن‌ها از هادی‌های سیگنال داخلی، ضروری است. بدون اتصال به زمین، شیلد صرفاً مانند یک آنتن عمل کرده و نویز را به هادی‌های داخلی منتقل می‌کند. اهمیت زمین‌بندی شیلد به دلایل زیر است:

• مسیر تخلیه نویز:شیلد، مسیری با امپدانس پایین برای جریان‌های نویز فراهم می‌کند تا به جای هادی سیگنال، به زمین منتقل شوند.

• جلوگیری از Ground Loop:عدم زمین‌بندی صحیح یا وجود نقاط زمین متعدد با پتانسیل متفاوت، می‌تواند باعث ایجاد حلقه‌های زمین شود. این حلقه‌ها خود به عنوان آنتن عمل کرده و نویز را جذب یا القا می‌کنند.

۴.۲. روش‌های زمین‌بندی شیلد

دو روش اصلی برای زمین‌بندی شیلد وجود دارد که انتخاب آن‌ها به نوع سیگنال و فرکانس نویز بستگی دارد:

زمین‌بندی یک‌طرفه (Single-Point Grounding):

در این روش، شیلد کابل فقط از یک انتها (معمولاً انتهای فرستنده یا سورس) به زمین متصل می‌شود و در انتهای دیگر (گیرنده یا بار) رها می‌گردد (عایق می‌شود).
کاربرد: این روش برای سیگنال‌های آنالوگ با فرکانس پایین (کمتر از ۱ مگاهرتز) و در کابل‌های نسبتاً کوتاه (تا حداکثر ۳۰۰ متر) مناسب است. با جلوگیری از ایجاد حلقه زمین، مانع از جریان‌های ناخواسته در شیلد می‌شود.
مزایا: حذف حلقه‌های زمین و جلوگیری از جریان‌های سرگردان ناشی از اختلاف پتانسیل زمین.

زمین‌بندی دوطرفه/چندطرفه (Multi-Point Grounding):

در این روش، شیلد کابل از هر دو انتها (یا چندین نقطه در طول کابل) به زمین متصل می‌شود.
کاربرد: این روش برای سیگنال‌های دیجیتال و فرکانس بالا (بالاتر از ۱ مگاهرتز) توصیه می‌شود. در فرکانس‌های بالا، شیلد یک‌طرفه عملکرد خوبی ندارد زیرا طول کابل می‌تواند مانند یک آنتن عمل کند. زمین‌بندی دوطرفه باعث ایجاد یک مسیر با امپدانس پایین برای نویزهای فرکانس بالا می‌شود.
نکات خاص زمین‌بندی شیلد کابل‌های VFD: برای کابل‌های درایو موتور (VFD)، زمین‌بندی دوطرفه شیلد ۳۶۰ درجه درایو و موتور ضروری است تا نویزهای فرکانس بالای تولید شده توسط VFD به طور کامل مهار و به زمین منتقل شوند. این زمین‌بندی باید تا حد امکان کوتاه و با امپدانس پایین باشد.

۴.۳. دستورالعمل‌های نصب صحیح کابل‌های شیلددار

نصب دقیق و رعایت اصول مهندسی، کارایی کابل شیلد دار را به حداکثر می‌رساند:

• جداسازی مسیر کابل‌ها:همواره کابل‌های قدرت (AC) و کابل‌های سیگنال/کنترل را در سینی‌های کابل مجزا یا با فاصله‌گذاری مناسب (حداقل ۳۰۰ میلی‌متر) از یکدیگر عبور دهید. اگر عبور از یک سینی ضروری است، از پارتیشن‌های فلزی برای جداسازی فیزیکی استفاده کنید.

• پایان‌بندی صحیح شیلد:اتصال شیلد به زمین باید در کانکتورها و ترمینال‌ها به صورت کامل و محکم انجام شود. از بست‌های فلزی مناسب یا گلندهای کابل شیلددار برای اتصال ۳۶۰ درجه شیلد به بدنه فلزی تجهیزات استفاده کنید.

• حفاظت مکانیکی:کابل‌ها را در داکت‌ها، لوله‌های محافظ یا سینی‌های کابل مناسب قرار دهید تا از آسیب‌های فیزیکی، سایش و فشارهای خارجی محافظت شوند.

• اجتناب از خمیدگی‌های شدید و آسیب به شیلد:شعاع خمیدگی کابل باید همواره در محدوده مجاز (که توسط سازنده مشخص شده است) باشد تا به شیلد و هادی‌های داخلی آسیب نرسد. هرگونه پارگی یا آسیب به شیلد، کارایی آن را به شدت کاهش می‌دهد.

• زمین‌بندی سینی کابل و تجهیزات:تمامی سینی‌های کابل، تجهیزات و تابلوهای برق باید به یک سیستم ارتینگ یکپارچه و با امپدانس پایین متصل باشند. این کار یک مسیر مرجع زمین پایدار برای تخلیه نویز فراهم می‌کند.

نادیده گرفتن هر یک از این اصول، حتی با استفاده از بهترین کابل‌های شیلددار، می‌تواند منجر به مشکلات جدی نویز و اختلال در عملکرد سیستم اتوماسیون شود.

۵. راهکارهای تکمیلی مهار نویز در کنار کابل‌های شیلددار

استفاده از کابل شیلد دار یک راهکار اساسی است، اما برای دستیابی به حداکثر حفاظت در برابر نویز، باید آن را با راهکارهای تکمیلی دیگر ترکیب کرد. این اقدامات جامع، یک استراتژی دفاعی چندلایه در برابر تداخلات الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند.

۵.۱. استفاده از فیلترهای نویز (EMI/RFI Filters):

فیلترهای نویز، قطعات الکترونیکی هستند که برای حذف فرکانس‌های ناخواسته نویز از خطوط تغذیه یا سیگنال طراحی شده‌اند.

• فیلترهای ورودی/خروجی درایو:نصب فیلترهای EMI در ورودی و خروجی درایوهای فرکانس متغیر (VFD) برای جلوگیری از انتشار نویز به شبکه برق و مهار نویزهای سوئیچینگ خروجی در کابل‌های موتور بسیار مؤثر است.

• فیلترهای خط برق:در ورودی تابلوهای برق و تجهیزات حساس، استفاده از فیلترهای خط برق می‌تواند نویزهای رسانایی را حذف کند.

۵.۲. ترانسفورماتورهای ایزولاسیون (Isolation Transformers):

این ترانسفورماتورها، جداسازی الکتریکی بین دو مدار را فراهم می‌کنند و مانع از انتقال نویز رسانایی (به ویژه نویز حالت مشترک) از یک مدار به مدار دیگر می‌شوند. استفاده از آن‌ها در ورودی تغذیه تجهیزات حساس می‌تواند به شدت نویز را کاهش دهد.

۵.۳. استفاده از کابل‌های زوج تابیده (Twisted Pair):

در کابل‌های زوج تابیده، دو سیم هادی به صورت پیوسته به دور یکدیگر تابیده می‌شوند. این تاباندن باعث می‌شود هرگونه نویز القایی (هم میدان الکتریکی و هم مغناطیسی) در طول مسیر به طور متقابل خنثی شود. ترکیب کابل‌های زوج تابیده با شیلد (مانند آنچه در کابل rg یا برخی کابل‌های شبکه دیده می‌شود)، بالاترین سطح حفاظت را ارائه می‌دهد. زوج تابیده، نویز حالت تفاضلی را کاهش می‌دهد، در حالی که شیلد نویز حالت مشترک را مهار می‌کند.

۵.۴. طراحی اصولی تابلوهای برق و پنل‌ها:

طراحی چیدمان داخلی تابلوهای برق نقش مهمی در مهار نویز دارد:

• جداسازی فیزیکی:جداسازی سیم‌کشی قدرت از سیم‌کشی کنترل و سیگنال در داخل تابلو (با استفاده از داکت‌های جداگانه یا فضای کافی).

• استفاده از صفحات ارتینگ:نصب صفحات فلزی بزرگ و متصل به زمین (Grounding Plate) در داخل تابلو برای اتصال شیلد کابل‌ها و سایر تجهیزات به زمین با امپدانس پایین.

• فیلتر کردن در نقطه ورود/خروج:نصب فیلترها در نقاط ورود یا خروج کابل‌ها از تابلو.

۵.۵. بهینه‌سازی سیستم ارتینگ کلی کارخانه/واحد صنعتی:

یک سیستم ارتینگ (زمین‌بندی) با کیفیت و یکپارچه در سطح کل کارخانه، اساس مهار نویز مؤثر است.

• شبکه ارت یکپارچه:ایجاد یک شبکه ارتینگ مش‌مانند (Mesh Grounding) با امپدانس پایین در سراسر کارخانه.

• اتصال کوتاه و قوی به زمین: اطمینان از اینکه تمامی نقاط زمین‌بندی شیلد، تجهیزات و سینی‌های کابل به صورت کوتاه، مستقیم و با اتصالات محکم به شبکه ارت اصلی متصل هستند.

برای اطمینان از کیفیت و استاندارد بودن کابل‌ها و تجهیزات مهار نویز، مراجعه به یک تأمین‌کننده معتبر و با تجربه اهمیت فراوانی دارد. فروشگاه سیم و کابل آریا با ارائه طیف وسیعی از کابل شیلد دار تخصصی، از جمله کابل کواکسیال، کابل rg، کابل‌های با هادی کابل نقره اندود و کابل قلع اندود، و همچنین سیم نسوز با استانداردهای بین‌المللی، آماده ارائه مشاوره و تأمین نیازهای پروژه‌های اتوماسیون صنعتی شماست. انتخاب محصولات با کیفیت از منابع قابل اعتماد، تضمین‌کننده عملکرد بلندمدت و پایداری سیستم‌های شما خواهد بود.

سوالات متداول

چگونه می‌توان تشخیص داد که آیا نویز در سیستم اتوماسیون ما ناشی از کابل‌کشی نامناسب است یا از منبع دیگری؟

با استفاده از اسیلوسکوپ و بررسی شکل موج سیگنال‌ها، می‌توان وجود نویز را تأیید کرد و با جداسازی موقت بخش‌های مختلف کابل‌کشی و تجهیزات، منبع اصلی نویز را شناسایی کرد.

آیا استفاده از کابل شیلددار همیشه به معنای حذف کامل نویز است، یا ممکن است چالش‌های دیگری نیز وجود داشته باشد؟

خیر، استفاده از کابل شیلددار به تنهایی نویز را کاملاً حذف نمی‌کند؛ نصب و زمین‌بندی نامناسب، وجود حلقه‌های زمین، و شدت بسیار بالای نویز محیطی می‌توانند همچنان چالش‌ساز باشند.

چه ابزارهایی برای اندازه‌گیری و پایش سطح نویز در کابل‌های اتوماسیون صنعتی توصیه می‌شود؟

ابزارهایی مانند اسیلوسکوپ‌های با پهنای باند بالا، آنالایزرهای طیف (Spectrum Analyzer)، و مولتی‌مترهای True RMS برای اندازه‌گیری و پایش سطح نویز در کابل‌ها توصیه می‌شوند.

در صورت آسیب دیدن بخش کوچکی از شیلد کابل، چه اقداماتی باید انجام داد؟ آیا کابل باید به طور کامل تعویض شود؟

در صورت آسیب دیدن شیلد، اگر آسیب جزئی و در انتهای کابل باشد، ممکن است با ترمیم صحیح و استفاده از کیت‌های تعمیر شیلد مشکل برطرف شود؛ در غیر این صورت، برای اطمینان از عملکرد، تعویض کامل کابل توصیه می‌شود.

چه استانداردهای بین‌المللی برای عملکرد و نصب کابل‌های شیلددار در محیط‌های اتوماسیون صنعتی وجود دارد که باید به آن‌ها توجه کرد؟

استانداردهایی مانند IEC 61000 (سازگاری الکترومغناطیسی EMC)، NFPA 79 (استاندارد برق ماشین‌آلات صنعتی) و استانداردهای خاص پروتکل‌های شبکه صنعتی (مانند Profibus, Profinet) برای عملکرد و نصب کابل‌های شیلددار مهم هستند.

نتیجه‌گیری

مهار نویز در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، یک جنبه استراتژیک و غیرقابل انکار برای دستیابی به عملیاتی پایدار، دقیق و قابل اعتماد است. کابل شیلد دار تخصصی، سنگ بنای این استراتژی دفاعی را تشکیل می‌دهد و با محافظت از سیگنال‌های حیاتی، از اختلالات پرهزینه جلوگیری می‌کند. انتخاب آگاهانه نوع شیلد، در نظر گرفتن خصوصیات هادی (مانند کابل نقره اندود یا کابل قلع اندود) و عایق (مانند سیم نسوز)، نصب دقیق و زمین‌بندی صحیح، از سرمایه‌گذاری‌های اساسی برای تضمین طول عمر تجهیزات و افزایش بهره‌وری است.

با درک عمیق از ماهیت نویز و به‌کارگیری ترکیبی از کابل‌های شیلددار مناسب، فیلترهای نویز و طراحی اصولی سیستم ارتینگ، می‌توان یک محیط اتوماسیون مقاوم در برابر تداخلات الکترومغناطیسی ایجاد کرد. برای اطمینان از انتخاب بهترین راهکارها و تهیه محصولات با کیفیت و مطابق با استانداردهای روز دنیا، توصیه می‌شود با متخصصین مجرب مشورت نمایید. فروشگاه سیم و کابل آریا با سال‌ها تجربه در این حوزه، آماده ارائه مشاوره تخصصی و تأمین انواع کابل شیلد دار، کابل کواکسیال، کابل rg و سایر کابل‌های مورد نیاز برای پروژه‌های اتوماسیون صنعتی شماست تا به شما در ساختن آینده‌ای پایدار و عاری از نویز کمک کند.