راهنمای نصب تجهیزات ابزار دقیق روی DIN Rail و کابل‌کشی تابلو برای کاهش نویز

ریل DIN و استاندارد TH35

ریل DIN رایج‌ترین روش نصب تجهیزات کوچک در تابلوهای برق و ابزار دقیق است. نوع TH35 (که به آن Top Hat Rail هم می‌گویند) در استاندارد EN 60715 تعریف شده، پهنای آن ۳۵ میلی‌متر است و در دو عمق ۷٫۵ و ۱۵ میلی‌متر ساخته می‌شود. ترانسمیترها، ایزولاتورها و ماژول‌های Modbus دلیجه ارتباط پویا همه روی ریل TH35 نصب می‌شوند و ابعاد یکسان ۱۱۴٫۶ × ۹۹ × ۲۲٫۶ میلی‌متر دارند که چیدمان یکدست تابلو را ساده می‌کند.

روش نصب و جدا کردن

1. لبهٔ بالایی پشت دستگاه را روی لبهٔ بالایی ریل قلاب کنید.
2. پایین دستگاه را به سمت ریل فشار دهید تا گیرهٔ فنری با صدای مشخص روی لبهٔ پایینی قفل شود.
3. برای جدا کردن، پیش از هر کار ترمینال‌های پلاگین را بیرون بکشید، سپس گیرهٔ پایینی را با پیچ‌گوشتی تخت به پایین بکشید و دستگاه را از پایین بچرخانید و بردارید.
4. در دو انتهای هر گروه از تجهیزات از نگه‌دارندهٔ انتهایی (End Stop) استفاده کنید تا ماژول‌ها روی ریل سُر نخورند.

ریل را با پیچ کافی و در فاصله‌های منظم به صفحهٔ نصب ببندید. ریلی که در اثر وزن تجهیزات یا کشش کابل‌ها خم شود، به مرور گیره‌ها را شل می‌کند.

چیدمان تابلو: جداسازی سیگنال و قدرت

مهم‌ترین تصمیم در طراحی تابلوی ابزار دقیق، جدا کردن ناحیه‌ها است. هرچه سیگنال‌های ضعیف آنالوگ از مدارهای قدرت و کلیدزنی دورتر باشند، نویز کمتری دریافت می‌کنند.

• ناحیهٔ قدرت (کلید، کنتاکتور، اینورتر) جدا از ناحیهٔ ابزار دقیق
• داکت جداگانه برای کابل‌های سیگنال آنالوگ و ارتباطی
• عبور کابل سیگنال و قدرت از هم با زاویهٔ ۹۰ درجه، نه موازی
• فاصلهٔ کافی ماژول‌های ابزار دقیق از منابع گرما مانند اینورتر و منبع تغذیه
• ورود کابل‌های فیلد از سمتی که مستقیم به ترمینال‌های ورودی برسد
• فضای خالی برای توسعهٔ آینده روی ریل و در داکت‌ها

دمای داخل تابلو همیشه از دمای سالن بیشتر است. بیشتر محصولات DEP برای دمای محیط ۱۰− تا ۶۰+ درجه طراحی شده‌اند و ضریب دمایی تجهیزات آنالوگ نشان می‌دهد که دقت با افزایش دما کم می‌شود. فاصله‌گذاری بین گروه‌های تجهیزات، تهویه یا فن تابلو و دور نگه داشتن ماژول‌ها از بالای اینورتر، به پایداری اندازه‌گیری کمک می‌کند.

تغذیهٔ ۲۴ ولت DC

ولتاژ نامی تغذیهٔ محصولات DEP ۲۴ ولت DC و بازهٔ مجاز آن ۲۲ تا ۲۶ ولت است. این بازه نسبتاً تنگ است و چند نکته در طراحی تغذیه را مهم می‌کند:

• تنظیم ولتاژ منبع: خروجی منبع تغذیه را روی ۲۴ ولت تنظیم کنید و ولتاژ را در ترمینال دورترین ماژول، در حالت بار کامل، اندازه بگیرید.
• جدا کردن تغذیهٔ ابزار دقیق: تجهیزات ابزار دقیق را از منبعی که شیر برقی، رله و کنتاکتور را تغذیه می‌کند جدا کنید، یا دست‌کم برای آن‌ها خروجی و فیوز جداگانه در نظر بگیرید.
• فیوزبندی گروهی: تجهیزات را در چند گروه با فیوز یا قطع‌کنندهٔ جداگانه تغذیه کنید تا اتصال کوتاه در یک گروه کل تابلو را خاموش نکند.
• توزیع با سطح مقطع کافی: برای ردیف‌های طولانی، تغذیه را از دو سر یا با شینهٔ توزیع ببرید تا افت ولتاژ روی سیم‌های پل‌شده زیاد نشود.
• محاسبهٔ توان: مصرف هر دستگاه را از کاتالوگ جمع بزنید (برای مثال ایزولاتور در بار کامل کمتر از ۳٫۵ وات و ماژول ۸ کاناله کمتر از ۱٫۵ وات) و منبعی با حاشیهٔ دست‌کم ۳۰ درصد انتخاب کنید.

همهٔ مدل‌های DEP در برابر معکوس شدن پلاریته محافظت شده‌اند، اما این حفاظت جایگزین دقت در سیم‌بندی نیست.

ترمینال‌بندی و سیم‌کشی

ترمینال‌های محصولات DEP از نوع پلاگین جداشدنی‌اند و سیم تا ۲٫۵ میلی‌متر مربع را می‌پذیرند. مزیت این ترمینال‌ها این است که می‌توان دستگاه را بدون باز کردن سیم‌ها تعویض کرد.

1. سرسیم وارو (Ferrule): برای سیم‌های افشان همیشه از سرسیم مناسب استفاده کنید. رشته‌های آزاد سیم به مرور زیر پیچ جابه‌جا می‌شوند و اتصال سست یا اتصال کوتاه با ترمینال کناری ایجاد می‌کنند.
2. سفت کردن پیچ: پیچ ترمینال را محکم ولی بدون فشار بیش از حد ببندید و پس از چند روز کار، به‌خصوص در محیط‌های پرلرزش، دوباره بررسی کنید.
3. برچسب‌گذاری: هر سیم و هر پلاگین را با شمارهٔ تگ و شمارهٔ ترمینال علامت بزنید. پلاگین‌های بی‌برچسب هنگام تعویض دستگاه به‌راحتی جابه‌جا می‌شوند.
4. کشش مکانیکی: کابل‌ها را در داکت مهار کنید تا وزن آن‌ها روی ترمینال نیفتد.
5. کمترین طول شیلد بازشده: شیلد کابل را فقط به اندازهٔ لازم باز کنید و رشته‌های سیگنال را تا نزدیک ترمینال درون شیلد نگه دارید.

زمین ابزار دقیق و شیلد

در بسیاری از تابلوها یک شینهٔ جداگانه برای زمین ابزار دقیق (Instrument Earth) در نظر گرفته می‌شود که شیلد کابل‌های سیگنال به آن وصل می‌شود و این شینه در یک نقطه به زمین حفاظتی تابلو متصل است. این روش اجازه نمی‌دهد جریان‌های نشتی و نویز تجهیزات قدرت از مسیر شیلد کابل‌های سیگنال عبور کنند.

• شیلد کابل‌های آنالوگ را در یک سر، معمولاً سمت تابلو، زمین کنید.
• از اتصال شیلد به ترمینال منفی سیگنال یا به بدنهٔ دستگاه در محل‌های مختلف پرهیز کنید.
• اتصال زمین را با سیم کوتاه و سطح مقطع کافی انجام دهید.

دلیل این قواعد در مقالهٔ حلقهٔ زمین و ایزولاسیون گالوانیکی توضیح داده شده است.

اثر نویز صنعتی بر سیگنال‌های آنالوگ و روش‌های کاهش آن

نویز هر سیگنال الکتریکی ناخواسته‌ای است که روی سیگنال اندازه‌گیری سوار می‌شود. در سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر، نویز به شکل نوسان عدد، پرش‌های لحظه‌ای یا آفست ثابت دیده می‌شود. در سیگنال‌های بسیار ضعیف‌تر مانند ولتاژ میکروولتی ترموکوپل، اثر نویز به‌مراتب شدیدتر است و به همین دلیل تبدیل سیگنال سنسور در نزدیکی آن اهمیت دارد.

کاهش نویز در منبع

کنترل نویز در محل تولید آن ارزان‌تر از حذف آن در مقصد است. روی بوبین کنتاکتورها و شیرهای برقی AC از مدار RC (Snubber) یا وریستور و روی بوبین‌های DC از دیود هرزگرد استفاده کنید. برای اینورترها کابل موتور شیلددار، فیلتر مناسب و زمین‌کردن صحیح طبق دستورالعمل سازنده را رعایت کنید.

کاهش نویز در مسیر و مقصد

• ایزولاسیون: ایزولاتور سیگنال مسیر رسانشی نویز و حلقهٔ زمین را قطع می‌کند. جزئیات در مقالهٔ اهمیت ایزولاسیون گالوانیکی آمده است.
• تبدیل در نزدیکی سنسور: سیگنال جریان یا دیجیتال (Modbus) در برابر نویز بسیار مقاوم‌تر از ولتاژ میلی‌ولتی ترموکوپل یا مقاومت RTD است.
• فیلتر نرم‌افزاری: فیلتر کارت ورودی یا میانگین‌گیری در PLC نوسان‌های کوچک را صاف می‌کند، اما جایگزین رفع علت نویز نیست و پاسخ سیستم را کند می‌کند.
• سیم‌کشی درست: اصول سیم‌کشی حلقهٔ آنالوگ در مقالهٔ مقاومت بار و سیم‌بندی حلقه ۴ تا ۲۰ و سیم‌کشی شبکهٔ ارتباطی در مقالهٔ اجرای شبکهٔ RS-485 آمده است.

چک‌لیست تحویل تابلو

1. همهٔ دستگاه‌ها روی ریل قفل شده‌اند و End Stop در دو انتهای هر گروه نصب است.
2. ولتاژ تغذیه در ترمینال دورترین دستگاه، در بار کامل، بین ۲۲ و ۲۶ ولت است.
3. همهٔ سیم‌ها سرسیم و برچسب دارند و پیچ ترمینال‌ها سفت است.
4. کابل‌های سیگنال و قدرت در داکت‌های جدا هستند.
5. شیلدها فقط در یک سر و به شینهٔ زمین ابزار دقیق وصل شده‌اند.
6. LED تغذیهٔ همهٔ دستگاه‌ها روشن است و هیچ LED خطایی روشن نیست.
7. مقدار هر کانال در PLC یا SCADA با مقدار مرجع مقایسه و ثبت شده است.

پرسش‌های متداول