Il sistema nervoso dell'automazione: una guida ai cavi di controllo

Mentre i cavi di alimentazione forniscono la potenza ai sistemi industriali, i cavi di controllo costituiscono il sistema nervoso critico. Questi cavi specializzati trasmettono i segnali a bassa energia e le istruzioni che comandano i motori, attivano le valvole, raccolgono i dati dei sensori e orchestrano complessi processi automatizzati. Dalle linee di assemblaggio in fabbrica e dalle centrali elettriche ai sistemi di gestione degli edifici, i cavi di controllo garantiscono che il cervello di un sistema (PLC, DCS) comunichi in modo preciso con i suoi arti (attuatori, sensori). La loro affidabilità ha un impatto diretto sull'efficienza operativa, sulla sicurezza e sui tempi di attività.

Anatomia della precisione: costruzione del nucleo e materiali
Un cavo di controllo è progettato per garantire l'integrità del segnale, non solo la conduttività. La sua struttura a strati è studiata appositamente:

• Conduttore: in genere utilizza rame stagnato a trefoli sottili. La trefolatura offre flessibilità per l'installazione in canaline e condotti, mentre la stagnatura previene l'ossidazione alle terminazioni, garantendo una connessione stabile e a bassa resistenza nel tempo.

• Isolamento: ogni conduttore è isolato individualmente con materiali come PVC, polietilene (PE) o polietilene reticolato (XLPE). La scelta è equilibrata in termini di flessibilità, rigidità dielettrica e resistenza a oli, calore o sostanze chimiche. La codifica a colori è standard per una facile identificazione del circuito (ad esempio, marrone/blu/verde-giallo).

• Schermatura (per applicazioni critiche): in ambienti elettricamente rumorosi, una schermatura in rame intrecciato, lamina o composito viene applicata sul nucleo. Questa schermatura funge da gabbia di Faraday, proteggendo i segnali analogici sensibili (ad esempio, 4-20 mA) o i dati digitali dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) generate da motori e azionamenti.

• Guaina/strato interno: spesso un nastro legante o uno strato estruso tiene insieme il nucleo e fornisce una superficie liscia sopra lo scudo.

• Guaina esterna: il rivestimento protettivo finale, solitamente realizzato in PVC, poliuretano (PUR) o composti LSZH (Low Smoke Zero Halogen). Definisce la durabilità meccanica del cavo e la resistenza all'abrasione, agli oli, alla luce solare e alla propagazione delle fiamme.

Priorità di produzione: garantire l'affidabilità fin dalla fabbrica
La produzione di cavi di controllo richiede un'attenzione meticolosa ai dettagli per prevenire guasti sul campo:

• Precisione nella trefolatura e nell'isolamento: la trefolatura dei conduttori deve essere uniforme per evitare squilibri di capacità. Lo spessore dell'isolamento deve essere controllato con estrema costanza per mantenere un'impedenza uniforme e prevenire punti deboli soggetti a guasti.

• Integrità della schermatura: per i cavi schermati, la percentuale di copertura e la continuità della schermatura sono fondamentali. Qualsiasi spazio vuoto o collegamento inadeguato può rappresentare un punto di ingresso per le interferenze elettromagnetiche (EMI). Il filo di drenaggio deve essere correttamente integrato.

• Purezza e compatibilità dei materiali: le impurità nei composti isolanti o di rivestimento possono creare percorsi conduttivi o causare un invecchiamento precoce. I materiali nei progetti multistrato devono essere chimicamente compatibili per prevenire la migrazione e la degradazione.

• Test rigorosi: ogni lotto di produzione deve essere sottoposto a test rigorosi, tra cui:

• Test ad alta tensione (Hi-Pot): per garantire l'assenza di difetti di isolamento.

• Test di continuità e resistenza: per ogni conduttore.

• Test di efficacia della schermatura: per le versioni schermate.

• Test di resistenza al fuoco e sui materiali: per verificare la conformità agli standard dichiarati (ad esempio, IEC 60332, IEC 60754).

Il dilemma schermato vs. non schermato: una scelta applicativa chiave
La prima decisione critica è la scelta del tipo di cavo giusto:

• Cavi di controllo non schermati: utilizzati in ambienti elettricamente silenziosi (ad esempio, quadri elettrici, brevi tratti lontani dalle linee elettriche) per segnali di accensione/spegnimento discreti o per l'alimentazione di dispositivi non sensibili. Sono più flessibili ed economici.

• Cavi di controllo schermati (ad esempio, tipi con designazioni /P o /F): obbligatori in ambienti industriali rumorosi. Utilizzati per:

• Segnali analogici (termocoppie, circuiti 4-20 mA).

• Comunicazioni digitali tramite bus di campo (Profibus, DeviceNet).

• Qualsiasi cavo che passi parallelamente ai cavi di alimentazione o vicino ai convertitori di frequenza variabile (VFD).

• Per garantire l'efficacia è fondamentale che la terminazione dello schermo sia corretta su entrambe le estremità.

Migliori pratiche di installazione: protezione del percorso del segnale
Anche un cavo perfetto può rompersi se installato in modo errato:

• Raggio di curvatura: rispettare il raggio di curvatura minimo indicato dal produttore (in genere 10-15 volte il diametro del cavo) per evitare di danneggiare i conduttori e la schermatura.

• Separazione dalle linee elettriche: mantenere una distanza di separazione adeguata (ad esempio, minimo 300 mm) dai cavi di alimentazione CA. Se l'incrocio è inevitabile, farlo con un angolo di 90 gradi.

• Terminazione della schermatura: utilizzare pressacavi e connettori adatti per cavi schermati per mantenere un contatto a 360 gradi tra la schermatura e il punto di messa a terra. Evitare connessioni ""pigtail"", che compromettono la reiezione dei disturbi ad alta frequenza.

• Gestione dei cavi: fissare i cavi in ​​canaline o canaline per evitare sollecitazioni e abrasioni. Evitare fasci stretti che possono causare accumulo di calore.

Dove sono indispensabili: applicazioni industriali fondamentali
I cavi di controllo sono la linfa vitale dell'automazione moderna:

• Automazione di fabbrica: collegamento di controllori logici programmabili (PLC) a sensori, pulsanti, avviatori di motori e spie luminose sulle linee di produzione.

• Industrie di processo: nei settori petrolifero e del gas, chimico e farmaceutico per i sistemi di controllo distribuito (DCS), che collegano le sale di controllo a valvole, pompe e trasmettitori.

• Energia e infrastrutture: all'interno di sistemi ausiliari di centrali elettriche, impianti di trattamento delle acque e sistemi di gestione degli edifici HVAC.

• Macchinari e robotica: fornitura di connessioni flessibili per parti mobili su macchine CNC, bracci robotici e sistemi di trasporto.

Nell'era dell'Industria 4.0 e della produzione intelligente, la domanda di sistemi di acquisizione e controllo dati affidabili è maggiore che mai. L'umile cavo di controllo, spesso trascurato, è un elemento fondamentale per questa intelligenza. La sua progettazione, produzione e installazione rappresentano una catena di precisione in cui qualsiasi anello debole può compromettere un intero sistema. Comprendendone la struttura, selezionando attentamente la tipologia più adatta all'ambiente elettrico e rispettando rigorose procedure di installazione, ingegneri e tecnici garantiscono che i comandi impartiti dai sistemi di controllo vengano trasmessi fedelmente, mantenendo il nostro mondo automatizzato fluido e sicuro.