Kabel czujnikowy

W nowoczesnych systemach automatyki przemysłowej, robotyki i zaawansowanych instalacjach budynkowych, kabel czujnikowy pełni rolę cyfrowego układu nerwowego. To nie jest zwykły przewód. To wyspecjalizowane medium transmisyjne, zaprojektowane z myślą o jednym, krytycznym zadaniu: bezbłędnym i niezawodnym przesyłaniu delikatnych sygnałów analogowych lub cyfrowych z czujnika do jednostki sterującej. Jego konstrukcja musi zapewnić maksymalną integralność sygnału, chroniąc go przed degradacją i zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) w często trudnych i zaszumionych środowiskach przemysłowych.

Budowa i fundamentalna rola ekranowania

Podstawą kabla czujnikowego są cienkie, precyzyjnie wykonane żyły miedziane, najczęściej w postaci elastycznej linki, aby zapewnić odporność na wibracje i ułatwić podłączenie do kompaktowych złączy. Jednak jego najważniejszą cechą konstrukcyjną, która odróżnia go od prostych kabli sterowniczych, jest system ekranowania. Stanowi on tarczę, która chroni wrażliwy sygnał przed wszechobecnym w przemyśle szumem elektromagnetycznym, generowanym przez silniki, falowniki, linie zasilające czy operacje spawania.

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest ekran zbiorczy, wykonany z oplotu z ocynowanych drucików miedzianych lub folii aluminiowej laminowanej tworzywem. Oplot zapewnia doskonałą ochronę przed zakłóceniami o niskiej częstotliwości i charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, podczas gdy folia jest bardziej skuteczna w tłumieniu zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Najwyższy poziom ochrony oferują kable, w których zastosowano oba te rozwiązania jednocześnie (ekran z folii i oplotu). W aplikacjach o najwyższych wymaganiach, na przykład przy przesyłaniu sygnałów z czujników analogowych o bardzo niskim poziomie, stosuje się kable, w których każda para żył jest indywidualnie ekranowana, a całość jest dodatkowo chroniona ekranem zbiorczym. Prawidłowe podłączenie (uziemienie) ekranu jest absolutnie kluczowe dla jego skuteczności.

Specjalizacja w zależności od typu czujnika

Kable czujnikowe są często projektowane z myślą o współpracy z konkretnymi typami czujników i standardami przemysłowymi.

Do podłączania prostych czujników indukcyjnych, pojemnościowych czy optycznych w standardzie PNP/NPN najczęściej stosuje się kable 3- lub 4-żyłowe. Dwie żyły służą do zasilania czujnika (+V, 0V), a trzecia (i czwarta) do przesyłania sygnału wyjściowego.

W przypadku czujników analogowych, przesyłających sygnał w standardzie prądowym 4-20 mA lub napięciowym 0-10 V, kluczowa jest jakość ekranowania, aby zapobiec zafałszowaniu wartości pomiarowej.

Do bardziej zaawansowanych zastosowań, takich jak podłączanie enkoderów inkrementalnych lub absolutnych, wymagane są kable wieloparowe (np. 4x2x0,25 mm²), w których poszczególne pary przenoszą sygnały A/B/Z oraz linie zasilające.

Na rynku dostępne są również gotowe, fabrycznie zarobione przewody połączeniowe (konektorowe). Z jednej strony posiadają one zalany, szczelny wtyk (najczęściej w standardzie M8 lub M12), a z drugiej strony wolne końce do podłączenia w szafie sterowniczej. Takie rozwiązanie gwarantuje pewność i szczelność połączenia po stronie czujnika (często IP67) i znacząco przyspiesza prace instalacyjne.

Parametry techniczne i odporność środowiskowa

Poza konstrukcją elektryczną, o przydatności kabla decyduje jego wytrzymałość mechaniczna i chemiczna. Materiał powłoki zewnętrznej musi być dopasowany do warunków panujących w aplikacji. Standardowy polwinit (PVC) jest wystarczający do większości zastosowań stacjonarnych w suchym środowisku. W aplikacjach, gdzie kabel jest narażony na ciągły ruch (np. w prowadnicach kablowych robotów), oleje, smary czy agresywne chłodziwa, stosuje się powłoki wykonane z poliuretanu (PUR). PUR charakteryzuje się wyjątkową odpornością na ścieranie, rozrywanie i działanie chemikaliów. W przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym wymagane są z kolei specjalne powłoki odporne na częste mycie i środki dezynfekujące.

Kluczowe parametry elektryczne, na które należy zwrócić uwagę, to pojemność żyła/żyła i żyła/ekran, która ma wpływ na transmisję sygnałów o wysokiej częstotliwości, oraz rezystancja pętli, istotna przy długich odcinkach kabla.

Wybór odpowiedniego kabla czujnikowego to inwestycja w niezawodność i precyzję całego systemu automatyki. To od jego jakości zależy, czy informacja z "oczu i uszu" maszyny dotrze do jej "mózgu" (sterownika) w sposób kompletny i niezakłócony.