Le reti Ethernet industriali sono progettate per fornire una comunicazione rapida e affidabile tra macchine, controllori, sensori, telecamere e altri dispositivi industriali. A differenza di una tipica rete da ufficio, tuttavia, le reti Ethernet industriali spesso operano in ambienti con motori, inverter, cavi di alimentazione, relè e altre fonti di interferenza elettrica.
È qui che la schermatura dei cavi diventa importante.
Che cos'è la schermatura dei cavi?
La schermatura dei cavi è uno strato conduttivo posto attorno ai conduttori di segnale all'interno di un cavo Ethernet. A seconda della struttura del cavo, la schermatura può essere realizzata con materiali quali treccia metallica, lamina metallica o una combinazione di entrambi.
Lo scopo dello schermo è ridurre l'impatto delle interferenze elettromagnetiche (EMI) sulla trasmissione dei dati.
In un ambiente di fabbrica, i cavi Ethernet possono passare vicino a:
- Motori e azionamenti per motori
- Sistemi servoassistiti
- Azionamenti a frequenza variabile (VFD)
- cavi di alimentazione ad alta corrente
- Alimentatori switching
- Relè e contattori
- Attrezzatura per saldatura
- Altri macchinari industriali
Questi dispositivi possono generare rumore elettromagnetico che potrebbe interferire con i cavi di comunicazione vicini.
In che modo le interferenze elettromagnetiche (EMI) influiscono sull'Ethernet industriale?
Ethernet trasmette i dati utilizzando segnali elettrici. Quando un rumore elettromagnetico indesiderato si accoppia al cavo, può influire sulla qualità del segnale trasmesso.
A seconda dell'ambiente e dell'installazione, un'interferenza eccessiva può contribuire a:
- Errori di comunicazione
- Ritrasmissioni dei pacchetti
- Connessioni di rete intermittenti
- Latenza aumentata
- Comunicazione macchina instabile
- Interruzione imprevista della rete
Questi problemi possono essere particolarmente difficili da diagnosticare perché la rete può sembrare funzionare normalmente in determinate condizioni e diventare instabile quando le apparecchiature vicine entrano in funzione.
La schermatura contribuisce a ridurre la quantità di interferenze esterne accoppiate ai conduttori del segnale.
Perché la schermatura è più importante nelle applicazioni industriali?
Una tipica rete d'ufficio presenta solitamente un ambiente elettromagnetico relativamente controllato. Le reti industriali sono diverse.
I cavi Ethernet potrebbero dover condividere canaline o percorsi con i cavi di alimentazione e potrebbero essere installati vicino ad apparecchiature che generano un significativo rumore elettromagnetico.
Ad esempio, una macchina può contenere entrambi:
Lato potenza
Motore → Servoazionamento → Cavo di alimentazione
E
lato della comunicazione
PLC → Switch Ethernet → Dispositivo industriale
Se il cavo di comunicazione attraversa un ambiente rumoroso, una corretta costruzione e installazione del cavo diventano fattori importanti per mantenere una comunicazione affidabile.
Per questo motivo i cavi Ethernet schermati sono comunemente utilizzati nelle applicazioni industriali.
La schermatura non è la stessa cosa della messa a terra.
Un punto importante da sottolineare è che avere un cavo schermato non significa automaticamente che il sistema di schermatura funzionerà correttamente.
La schermatura del cavo fa parte di un sistema più ampio che comprende:
- Connettori
- Interfacce delle apparecchiature
- Terminazione dello scudo
- Messa a terra/collegamento equipotenziale
- Instradamento dei cavi
- Procedure di installazione
Una schermatura terminata in modo inadeguato o collegata in modo errato potrebbe non fornire la protezione prevista.
Per l'Ethernet industriale, l'intera connessione dovrebbe quindi essere considerata come un sistema, piuttosto che limitarsi a esaminare il singolo cavo.
Tipi comuni di cavi Ethernet industriali schermati
Le diverse applicazioni industriali utilizzano diverse tipologie di connettori e cavi.
Cavi Ethernet M12
I connettori M12 sono ampiamente utilizzati nell'automazione industriale grazie al loro design compatto e robusto.
A seconda dell'applicazione, i connettori Ethernet M12 possono essere utilizzati per sistemi come PROFINET, EtherCAT, Gigabit Ethernet industriale e altre reti di comunicazione industriali.
Cavi Ethernet RJ45 schermati
Le connessioni RJ45 schermate sono comuni anche negli armadi di controllo industriali, negli switch, nei sistemi di visione artificiale e in altre apparecchiature basate su Ethernet.
Possono essere adatti quando si utilizzano interfacce RJ45 standard, ma è necessaria una protezione aggiuntiva contro le interferenze elettromagnetiche.
Cavi Ethernet ad alta flessibilità
Le apparecchiature robotiche e i macchinari automatizzati possono richiedere cavi Ethernet che si muovono ripetutamente attraverso una catena portacavi.
In queste applicazioni, il cavo deve essere valutato non solo in base alle prestazioni elettriche, ma anche in base a requisiti meccanici quali flessibilità e resistenza ai movimenti ripetuti.
La schermatura è solo una parte di un'Ethernet industriale affidabile.
La scelta di un cavo schermato è importante, ma non è l'unico fattore che influisce sull'affidabilità della rete.
Un'installazione Ethernet industriale affidabile dovrebbe inoltre tenere conto dei seguenti aspetti:
Instradamento dei cavi: Quando possibile, tenere i cavi di comunicazione lontani da forti fonti di interferenza elettromagnetica.
Selezione del connettore: il connettore deve essere adatto all'ambiente industriale e all'interfaccia Ethernet richiesta.
Terminazione della schermatura: la schermatura deve essere correttamente integrata con il connettore e il sistema di messa a terra/collegamento equipotenziale dell'apparecchiatura.
Requisiti meccanici: le applicazioni che comportano vibrazioni, flessioni o movimenti di catena portacavi richiedono una costruzione del cavo adeguata.
Requisiti di trasmissione: la categoria del cavo, la struttura del conduttore, la lunghezza e la velocità di rete devono corrispondere ai requisiti dell'applicazione.
Conclusione
L'Ethernet industriale opera in ambienti che possono essere significativamente più rumorosi rispetto alle tipiche reti da ufficio. Motori, azionamenti, cavi di alimentazione e altre apparecchiature industriali possono introdurre interferenze elettromagnetiche che possono compromettere l'affidabilità della comunicazione.
La schermatura contribuisce a ridurre l'impatto di queste interferenze, ma una protezione efficace dipende da ben più della semplice scelta di un cavo schermato. La costruzione del cavo, i connettori, la terminazione della schermatura, la messa a terra, il percorso di instradamento e i requisiti meccanici devono tutti funzionare in sinergia.
Per le applicazioni Ethernet industriali, la scelta del cavo più adatto dovrebbe quindi partire dall'ambiente di installazione specifico, e non solo dal tipo di connettore.
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