這根線(xiàn)沒(méi)選好，再高級的工業(yè)自動(dòng)化也玩不轉！

自動(dòng)化不僅能節省人力、能源和材料，同時(shí)還能提高精度和質(zhì)量。但一個(gè)潛在的弱點(diǎn)是，當今的工業(yè)機械和操作具有前所未有的系統復雜度，特別依賴(lài)于穩定的連接性來(lái)傳輸電力、控制和操作數據。一旦這種連接性遭到任何破壞，可能會(huì )導致重大的生產(chǎn)中斷及昂貴的機器或最終產(chǎn)品損壞。

有鑒于此，為了最大限度地減少計劃外維護及保持可靠的自動(dòng)化操作，工業(yè)電纜解決方案的可靠性至關(guān)重要，以便穩定地連接自動(dòng)化系統中的所有控制裝置、傳感器和執行器。

圖 1：自動(dòng)化環(huán)境中的工業(yè)電纜用于電力配送，以及控制信號和數據的傳輸（用于數據采集和操作監控）。目前，結合這些功能的電纜組件正在興起，例如 Lapp USA的?LFLEX CONNECT定制電纜解決方案。（圖片來(lái)源：Lapp USA）

可靠的電纜需要堅固耐用的接地、導線(xiàn)線(xiàn)束和連接器；還有許多其他考慮因素。例如，屏蔽電磁干擾 (EMI) 對于確?？煽康目刂坪蛿祿鬏斨陵P(guān)重要。在動(dòng)軸上，電纜還必須具有足夠的柔韌性，以承受數千次彎曲。每根導線(xiàn)線(xiàn)束周?chē)慕^緣層也必須堅固耐磨。

因此，對于要求特別嚴苛的工業(yè)自動(dòng)化應用，定制電纜變得越來(lái)越普遍。無(wú)論是屏蔽層、絕緣層、護套堅固性還是外形尺寸，都有了新的選擇，這有助于工程師根據其應用量身定制電纜，以實(shí)現全面優(yōu)化。

工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的模塊化電纜

模塊化電纜和連接器是工廠(chǎng)組裝的產(chǎn)品，使用一套通常壓接或卡接在一起的標準化子組件，以實(shí)現快速和極其可靠的操作。在工業(yè)自動(dòng)化以及建筑等其他行業(yè)中，基于模塊化子組件的定制化電纜組件越來(lái)越普遍，這并不奇怪。

與傳統電纜套件相比，模塊化電纜可使現場(chǎng)安裝工作量減少約 60%至 70%。這在很大程度上是因為模塊化電纜組件使工廠(chǎng)人員或集成商技術(shù)人員無(wú)需實(shí)際連接電線(xiàn)，也無(wú)需在現場(chǎng)進(jìn)行測試和故障排除。實(shí)際上，大多數傳統電纜的安裝過(guò)程都要求電工將電纜剪成所需的長(cháng)度，剝去護套，并進(jìn)行手工捻接。模塊化電纜消除了這些繁瑣的任務(wù)，甚至能提高可靠性；原因還是所有的定制、切割、連接和最終處理均通過(guò)可重復的工廠(chǎng)加工工序來(lái)執行。更重要的是，從銷(xiāo)售定制組件的供應商處采購的電纜通常會(huì )在電纜發(fā)貨前經(jīng)過(guò)自動(dòng)測試。這樣一來(lái)，在設計階段就可以完全指定應用特定的電纜，現場(chǎng)安裝時(shí)只需將這些電纜插入機器部件即可。

圖 2：定制電纜組件使電工可以免于圖中所示的現場(chǎng)布線(xiàn)和測試作業(yè)

采用屏蔽保護傳輸質(zhì)量

隨著(zhù)涉及電力、控制和數據信號傳輸的系統越來(lái)越復雜，現代工業(yè)環(huán)境的電氣噪聲越來(lái)越大。這就是必須對敏感設備和信號進(jìn)行 EMI 保護的原因。這些電路干擾由電磁感應、靜電耦合和傳導引起。事實(shí)上，電氣噪聲環(huán)境中的電纜可能需要屏蔽以防止 EMI 傳播，因為：

●   電纜可能會(huì )受到來(lái)自其他地方的 EMI 干擾

●   工業(yè)電纜本身可能會(huì )產(chǎn)生 EMI

●   電纜可能會(huì )以其他方式充當輻射噪聲的天線(xiàn)

電動(dòng)機、發(fā)電機、變壓器、感應加熱和電力電纜都可能是高水平 EMI 的來(lái)源。這些 EMI 源附近的控制和數據電纜將需要屏蔽。對于非常敏感的信號，即使與 EMI 源有一定距離，也可能需要屏蔽。

實(shí)際上，屏蔽的形式可以是包圍整個(gè)自動(dòng)化操作的籠子；圍繞電纜的金屬柜或導管；或者直接內置在電纜中（如本文詳細論述）。

電纜上的 EMI 屏蔽方法可以是法拉第屏蔽罩（電纜導線(xiàn)周?chē)B續覆蓋的一層導電材料），或是法拉第籠（圍繞電纜導線(xiàn)的導電網(wǎng)）。前者通常由箔制成，而后者則由編織線(xiàn)制成。

箔屏蔽通常由薄鋁制成，可提供低成本、高柔性的連續屏蔽，但較難接地。

編織線(xiàn)是銅線(xiàn)編織網(wǎng)，較易接地，但在某些情況下不能提供 100% 的覆蓋率 — 因為小孔可以讓高頻信號穿透。因此，為了使法拉第籠有效工作，網(wǎng)中的所有孔或間隙必須明顯小于要阻擋輻射的波長(cháng)。有些制造商在編織屏蔽線(xiàn)上鍍錫，以改善 EMI 保護效果。另一些則通過(guò)多層屏蔽（例如在各個(gè)線(xiàn)對之間以及整根電纜周?chē)?，確保在非常嘈雜的環(huán)境中獲得干凈的信號。與其他選擇相比，這種屏蔽可能更昂貴且柔性較低。

屏蔽籠和屏蔽罩都是反射電磁輻射的導體，以防止輻射進(jìn)入電纜導線(xiàn)束內部。電纜中的屏蔽通常放置于導線(xiàn)周?chē)慕^緣層之間。然后，此屏蔽層通常接地，以有效分散 EM 能量。 

圖 3：Lapp USA 的 ?LFLEX CONNECT SERVO 電纜包括電力和數據連接以及連接器，與 Siemens、Rockwell/AB、Indramat、Lenze 和 SEW 驅動(dòng)器和伺服電機搭配使用更簡(jiǎn)單。這些電纜中的 EMC 屏蔽由制造商在自動(dòng)化工序中完成，該工序去除電纜護套并鋪設屏蔽層，使其與連接器360° 接觸。（圖片來(lái)源：Lapp USA）

工業(yè)電纜絕緣層選擇

絕緣層是圍繞導線(xiàn)的非導電材料。除了防止電線(xiàn)間傳導或對地傳導，絕緣層通常還有防止磨損和液體入侵的作用。需要注意的是，僅靠絕緣層并不能阻擋 EMI，磁場(chǎng)和輻射會(huì )直接穿過(guò)絕緣層。下面是一些常見(jiàn)的絕緣材料。

聚氯乙烯 (PVC) 是一種廉價(jià)且常用的絕緣材料。工作溫度范圍約為 -55° 至 +105°C，并且可耐受普通溶劑和燃料。電容和衰減會(huì )導致一些功率損耗。

半硬質(zhì) PVC (SR-PVC) 具有比其他選擇更高的耐磨性；類(lèi)似的阻燃聚氯乙烯（阻燃 PVC）材料還具有優(yōu)異的阻燃性。

聚乙烯 (PE) 具有低電容，非常適合高速數據傳輸。它不可彎曲且易燃，工作溫度范圍為 -65° 至 +80°C。

氯化聚乙烯 (CPE) 具有出色的耐熱和防火性能，通常用于工業(yè)電力和控制電纜。

硅膠具有很高的耐熱性（甚至高達 180°C），以及阻燃性和柔韌性。

玻璃纖維通常用于需要極高耐熱性的應用，例如鑄造和金屬加工。它可以在高達 480°C 的持續高溫下使用。

請注意，本文提供的工作條件僅供參考。在將電纜用于特定應用之前，設計工程師應始終參考電纜制造商提供的規格。

工業(yè)電纜護套

在一些電纜中，電氣絕緣和外部保護功能是分開(kāi)的，每種功能都使用最優(yōu)的材料。在這種情況下，提供電絕緣的內層稱(chēng)為絕緣層，而提供保護的外層稱(chēng)為護套。這樣可以同時(shí)提高韌性和柔性。

為了提供專(zhuān)門(mén)的保護，可以使用不同的護套材料，以防止磨損、液體、高溫、化學(xué)品或微生物等威脅。一些常見(jiàn)的護套材料包括：

聚氨酯 (PUR) 具有高韌性和柔性，以及耐化學(xué)性、耐水性和耐磨性。但是，聚氨酯易燃。較差的電氣性能意味著(zhù)它不適合用作絕緣材料。

尼龍 具有出色的韌性、柔性，以及耐磨性和耐化學(xué)性。

氯丁橡膠 是一種合成熱固性橡膠，具有優(yōu)異的耐磨性、耐刺穿性、耐油性和耐溶劑性。它使用壽命長(cháng)，常用于軍事用途。

丁苯橡膠(SBR)是一種熱固性橡膠，具有出色的耐磨性、耐油性和耐溶劑性。Mil-C-55668電纜采用了這種材料。

工業(yè)電纜的絞線(xiàn)排列

電纜內的各絞線(xiàn)可采用許多不同的方式來(lái)排列，以賦予不同的撓曲特性。

實(shí)心導線(xiàn)由單根粗電線(xiàn)組成，成本低廉但堅硬且韌性較差。

束絞線(xiàn)相對簡(jiǎn)單，所有股都沿相同方向絞合在一起，但比實(shí)心電纜更具韌性。

同心絞線(xiàn)中間有一根線(xiàn)，上面纏繞著(zhù)一層線(xiàn)；任何連續層沿交替方向絞合。這樣可以生產(chǎn)出適合在自動(dòng)化應用中使用的平滑電纜。

繩絞線(xiàn)具有以其他各種方式絞合在一起的電纜束，這也是一種旨在產(chǎn)生柔性電纜的設計。

最后關(guān)于工業(yè)電纜連接器的說(shuō)明

工業(yè)自動(dòng)化的電纜連接器與電纜本身一樣，也可進(jìn)行定制。該主題將在另一篇文章中介紹，并將討論這些連接器的各種組合（以及接頭和夾持選項）。但是，值得注意的是，連接器越來(lái)越多地專(zhuān)門(mén)用于特定的組件，例如上面提到的伺服電機電纜。

此外，如今的電纜連接器提供高度專(zhuān)業(yè)化的設計，以保持對環(huán)境條件的耐受性。連接器的侵入防護等級采用與外殼相同的方式來(lái)評定，都是使用侵入防護 (IP) 代碼來(lái)標示。這些代碼由兩位數字組成，其中第一位數字表示對異物和灰塵的防護等級，第二位數字表示對液體的防護等級。第一位數字范圍從 0（無(wú)保護）到 6（塵密）。第二位數字范圍從 0（無(wú)保護）到 8（1 米深水連續浸泡保護）。

在其他方面，電纜連接器的標準化幾何形狀也有助于簡(jiǎn)化規格。例如，模塊化RJ連接器在數據傳輸電纜中越來(lái)越常見(jiàn)。請注意，在此上下文中，術(shù)語(yǔ) RJ 代表標準插座，起源于其電話(huà)系統應用。從技術(shù)上而言，現代的模塊化連接器實(shí)際上根本不是 RJ 連接器。這些連接器可以使用專(zhuān)用的壓接工具快速而可靠地裝配到端接電纜上。這些工具可以在一次操作中固定連接器并形成電接觸。盡管工廠(chǎng)組裝的電纜更為可靠，但這樣允許在現場(chǎng)進(jìn)行高效便捷的電纜組裝。這種類(lèi)型的連接器插頭通常有一個(gè)卡舌，將連接器牢固地固定在插座上，并且通常有一個(gè)透明的塑料體，便于直觀(guān)地檢查內部觸點(diǎn)。

圖 4：所示的第二個(gè)和第三個(gè)電纜連接器是 RJ 連接器。（圖片來(lái)源：Lapp USA）

來(lái)源：Lisa Eitel，DigiKey