Cum să alegeți cablul de date corect pentru aplicația dumneavoastră industrială

Toate cablurile și conductorii care contribuie în orice fel la comunicații sunt denumite în mod obișnuit cabluri de date. Există însă diferențe semnificative, cum ar fi structurile complet diferite ale cablurilor din cupru și fibră optică. Cablurile de date din cupru sunt disponibile în mai multe tipuri, precum cabluri pentru frecvențe joase, coaxiale, telefonice și Bus, diverse sisteme Ethernet sau Cabluri RF pentru aplicații speciale, care necesită transmisii în intervalul gigahertzilor.

În general, cablurile de date sunt cabluri cu capacitate redusă. Aceasta înseamnă că, în timpul transferului de date, se acumulează cât mai puțină energie electrică în cablu, deoarece această energie electrică afectează negativ calitatea semnalului. Capacitatea depinde parțial de materialul de izolație al cablului. Cablurile modern de tip Bus și Ethernet folosesc în principal materiale, precum PE (Polietilenă) sau PP (Polipropilenă), care oferă o izolație deosebit de bună. Calitatea izolației este determinată prin măsurarea constantei dielectrice (εr). Cu cât această valoare este mai mică, cu atât materialul izolează mai bine, iar capacitatea cablului este mai mică. Acesta este motivul pentru care se poate utiliza o izolație mai subțire atunci când se menține aceeași rezistență dielectrică.

Transmisia impecabilă a datelor se realizează printr-o construcție corectă a cablului. Un conductor solid, care este perfect rotund și are un diametru uniform, oferă cea mai bună performanță electrică. Pentru cablurile industriale Ethernet și Bus, construcția conform standardului AWG (American Wire Gauge) este preferată, deoarece această construcție flexibilă conduce la un conductor rotund. Cablurile metrice nu sunt potrivite pentru această aplicație, deoarece au o construcție din mănunchiuri, care nu este rotundă. Acest lucru duce la capacități variabile, care afectează semnificativ transmisia de date la frecvențe înalte.

1. Cabluri de joasă frecvență pentru aplicații de înaltă frecvență

Alegerea cablurilor pentru frecvențe joase pentru conexiuni Ethernet de înaltă frecvență este o cauză frecventă a defecțiunilor în transmisia datelor. Deși aceste cabluri au o capacitate redusă, ele prezintă o impedanță caracteristică diferită față de cea necesară conform standardului Ethernet, rezultând într-o nepotrivire sau discontinuitate. În cablurile pentru frecvențe joase, toate perechile de fire sunt așezate în fire paralele, ceea ce înseamnă că toate cele patru lungimi de răsucire sunt identice. În schimb, cablurile Ethernet utilizate în aplicații de înaltă frecvență trebuie să fie optim decuplate, iar acest lucru se realizează prin utilizarea a patru lungimi de răsucire diferite, fiecare fiind măsurată individual. De asemenea, poziționarea perechilor torsadate în cadrul construcției generale a cablului trebuie luată în considerare pentru a menține performanța transmisiei.

2. Pereche torsadată clasic în loc de formațiunea în stea (Star Quad)

Multe standardele de comunicație industrială, cum ar fi PROFInet, EtherCAT sau SERCOS III, utilizează cabluri cu două perechi torsadate care sunt răsucite într-o configurație denumită formațiune în stea (star quad), pentru transmisia de date. Aici, toți cei patru conductori sunt torsadați într-o formă perfect rotundă. Beneficiul acestei configurații este că nu apar diferențe în timpul de tranzit al semnalelor. Acest lucru diferă de configurația torsadată clasică, unde perechile torsadate individual trebuie să aibă două lungimi de răsucire diferite datorită decuplării necesare. Dacă se utilizează un cablu cu perechi torsadate incorect, pot apărea probleme cu timpul de transmisie și de tranzit a semnalului.

În configurație de stea (star quad), conductoarele care sunt poziționate diagonal opus unul față de celălalt formează perechea electrică. Dacă această regulă este ignorată la conectarea cablului, impedanța caracteristică și NEXT (near-end crosstalk – diafonie la capătul apropiat) ale cablului se modifică, ceea ce poate reduce calitatea transmisiei. Chiar și cablurile pentru senzori cu patru conductori, ecranate, nu sunt adecvate pentru utilizarea ca cabluri industriale Ethernet sau de tip Bus de înaltă frecvență, deși construcția lor poate părea comparabilă la prima vedere. Diferența constă în faptul că rezistența izolației a conductorului nu este destinată pentru Ethernet, iar răsucirea nu este perfect rotundă. Acest lucru duce la un cablu care funcționează necorespunzător din cauza impedanței caracteristice nepotrivite, NEXT și atenuării cablului.

3. Cablu prea lung sau diametru prea mic

Un alt exemplu clasic îl reprezintă segmentele de cabluri care sunt prea lungi. Conform standardului Ethernet, trebuie folosit un repeater după maximum 100 de metri lungime. Acesta primește semnalul slab și îl retransmite la capacitate maximă. În practică, pot fi întâlnite segmente cu lungimi mai mari de 100 de metri, însă acestea nu sunt conforme cu standardele aplicabile. În aceste cazuri, temperaturile crescute, îmbătrânirea și alți factori pot duce rapid la defecte sau defecțiuni. Cablurile mai subțiri, cu diametre AWG 26, sunt limitate la 60 - 70 de metri. Este important să ne amintim că fiecare conector de tip plug este o îmbinare care cauzează pierderi prin atenuare și reflecție, ceea ce reduce raza de acțiune a cablului. Aceste aspecte trebuie luate în considerare pentru a asigura o transmisie de calitate.

4. Conector nepotrivit

Se întâmplă frecvent ca în aplicațiile Ethernet să fie utilizate conectori neconformi și netestați, cum ar fi mufele D-Sub sau M12, care sunt codificați tip A cu un design și au o construcție cu 8 pini. Deși acești conectori pot transmite date, calitatea transmisiei este semnificativ redusă din cauza unui NEXT (near-end crosstalk) inferior. Motivul este poziționarea pinului central, care nu respectă standardele și împiedică transmisia optimă a datelor.

Conform standardelor Ethernet, cele mai bune rezultate în cablarea de date se obțin utilizând conectori ecranați (screened plugs/sockets):

• RJ45 4-pini (100 Mbit 4-pini)
• RJ45 8-pini (Gbit 8-pini)
• M8 & M12 codificare tip D (100 Mbit)
• M8 4-pini codificare tip A (100 Mbit)
• M12 codificare tip P (100 Mbit)
• M12 codificare tip X (Gbit)
• Ix Industrial (Gbit)
• Mini-IO
• SPE (Ethernet cu o singură pereche)

În plus, există diverse standarde precum PROFInet, EtherCAT sau SPE (Ethernet cu o singură pereche) care pot transmite atât date, cât și energie într-un singur conector hibrid. Aceste standarde fie aderă la normele IEC, fie au fost evaluate de organizațiile corespunzătoare, fie sunt în proces de standardizare.

Conectori hibrizi Ethernet standardizați

• M8 SPE în conformitate cu IEC 63171-6
• M12 SPE în conformitate cu IEC 63171-7
• M12 codare Y în conformitate cu IEC 61076-2-113
• M23 în conformitate cu IEC 61076-2-117
• RJ45 Hybrid în conformitate cu IEC 61076-3-106
• Ix Industrial în conformitate cu IEC 61076-3-124

Anumiți producători de conectori oferă în portofoliile lor soluții hibride proprii care nu sunt standardizate, dar care au fost testate și evaluate pentru conformitatea cu Ethernet. Ca principiu de bază, se sugerează întotdeauna utilizarea conectorilor Ethernet standardizați și evaluați.

De reținut:

Atunci când se selectează cabluri de date pentru aplicații industriale, utilizatorii trebuie să respecte standardele corespunzătoare pentru a preveni defectele și disfuncțiile. De asemenea, utilizatorii trebuie să acorde atenție lungimii segmentelor individuale, numărului de conectori și diferitelor diametre ale cablurilor de instalare și conectare. În plus, îmbătrânirea componentelor individuale poate duce, pe termen lung, la o reducere a calității transmisiei și la întreruperi. Cu 45 de ani de experiență, HELUKABEL este un expert în tehnologia de conectare și este bucuroasă să sprijine utilizatorii în identificarea celor mai potrivite cabluri industriale Ethernet sau Bus pentru aplicațiile lor industriale.