Sieci Ethernet przemysłowy zostały zaprojektowane w celu zapewnienia szybkiej i niezawodnej komunikacji między maszynami, sterownikami, czujnikami, kamerami i innymi urządzeniami przemysłowymi. Jednak w przeciwieństwie do typowej sieci biurowej, Ethernet przemysłowy często działa w środowiskach z silnikami, falownikami, kablami zasilającymi, przekaźnikami i innymi źródłami zakłóceń elektrycznych.
W tym miejscu ekranowanie kabla staje się istotne.
Czym jest ekranowanie kabla?
Ekranowanie kabla to warstwa przewodząca umieszczona wokół przewodów sygnałowych wewnątrz kabla Ethernet. W zależności od konstrukcji kabla, ekran może być wykonany z materiałów takich jak plecionka metalowa, folia lub kombinacja obu.
Zadaniem osłony jest redukcja wpływu zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) na transmisję danych.
W środowisku fabrycznym kable Ethernet mogą przebiegać w pobliżu:
- Silniki i napędy silnikowe
- Systemy serwo
- Napędy o zmiennej częstotliwości (VFD)
- Kable energetyczne wysokoprądowe
- Zasilacze impulsowe
- Przekaźniki i styczniki
- Sprzęt spawalniczy
- Inne maszyny przemysłowe
Urządzenia te mogą generować szum elektromagnetyczny, który może zakłócać działanie pobliskich kabli komunikacyjnych.
Jak EMI wpływa na przemysłowy Ethernet?
Ethernet przesyła dane za pomocą sygnałów elektrycznych. Gdy w kablu pojawią się niepożądane zakłócenia elektromagnetyczne, może to wpłynąć na jakość przesyłanego sygnału.
W zależności od środowiska i instalacji, nadmierne zakłócenia mogą powodować:
- Błędy komunikacyjne
- Retransmisje pakietów
- Przerywane połączenia sieciowe
- Zwiększone opóźnienie
- Niestabilna komunikacja maszynowa
- Nieoczekiwana awaria sieci
Tego typu problemy mogą być szczególnie trudne do zdiagnozowania, ponieważ sieć może sprawiać wrażenie, że działa normalnie w pewnych warunkach, ale może stać się niestabilna, gdy w pobliżu zacznie działać sprzęt.
Ekranowanie pomaga zmniejszyć ilość zakłóceń zewnętrznych, które przedostają się do przewodów sygnałowych.
Dlaczego ekranowanie jest ważniejsze w zastosowaniach przemysłowych?
Typowa sieć biurowa zazwyczaj charakteryzuje się względnie kontrolowanym środowiskiem elektromagnetycznym. Sieci przemysłowe działają inaczej.
Kable Ethernet mogą wymagać korzystania ze wspólnych korytek lub ścieżek kablowych z przewodami zasilającymi oraz mogą być instalowane w pobliżu urządzeń generujących znaczne zakłócenia elektromagnetyczne.
Na przykład maszyna może zawierać obydwa:
Strona zasilania
Silnik → Serwonapęd → Kabel zasilający
I
Strona komunikacyjna
PLC → Przełącznik Ethernet → Urządzenie przemysłowe
Jeżeli kabel komunikacyjny przebiega przez środowisko o dużym natężeniu zakłóceń, prawidłowa konstrukcja i instalacja kabla stają się ważnymi czynnikami wpływającymi na niezawodność komunikacji.
Dlatego w zastosowaniach przemysłowych powszechnie stosuje się ekranowane kable Ethernet.
Ekranowanie nie jest tym samym co uziemienie
Istotną kwestią jest to, że posiadanie kabla ekranowanego nie oznacza automatycznie, że system ekranowania będzie działał prawidłowo.
Ekran kabla jest częścią większego systemu, który obejmuje:
- Złącza
- Interfejsy urządzeń
- Zakończenie osłony
- Uziemienie/połączenie
- Prowadzenie kabli
- Praktyki instalacyjne
Źle zakończona lub nieprawidłowo podłączona osłona może nie zapewnić oczekiwanej ochrony.
W przypadku przemysłowego Ethernetu należy zatem rozpatrywać całe połączenie jako system, a nie brać pod uwagę wyłącznie kabla.
Typowe ekranowane kable Ethernet przemysłowe
W różnych zastosowaniach przemysłowych stosuje się różne konstrukcje złączy i kabli.
Kable Ethernet M12
Złącza M12 są powszechnie stosowane w automatyce przemysłowej ze względu na ich kompaktową i solidną konstrukcję.
W zależności od zastosowania złącza Ethernet M12 można stosować w systemach takich jak PROFINET, EtherCAT, przemysłowy Gigabit Ethernet i innych przemysłowych sieciach komunikacyjnych.
Ekranowane kable Ethernet RJ45
Ekranowane połączenia RJ45 są również powszechnie stosowane w przemysłowych szafach sterowniczych, przełącznikach, systemach wizyjnych i innym sprzęcie bazującym na sieci Ethernet.
Mogą być stosowane w przypadku korzystania ze standardowych interfejsów RJ45, jednak wymagana jest dodatkowa ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
Kable Ethernet o wysokiej elastyczności
Sprzęt robotyczny i maszyny automatyczne mogą wymagać kabli Ethernet, które wielokrotnie przesuwają się w łańcuchu kablowym.
W tego typu zastosowaniach należy brać pod uwagę nie tylko parametry elektryczne kabla, ale również wymagania mechaniczne, takie jak elastyczność i powtarzalność ruchów.
Ekranowanie to tylko jeden element niezawodnej sieci Ethernet w przemyśle
Wybór kabla ekranowanego ma znaczenie, ale nie jest to jedyny czynnik wpływający na niezawodność sieci.
Niezawodna instalacja przemysłowego Ethernetu powinna również uwzględniać:
Prowadzenie kabli: W miarę możliwości należy prowadzić kable komunikacyjne z dala od silnych źródeł zakłóceń elektromagnetycznych.
Dobór złącza: Złącze powinno być odpowiednie do środowiska przemysłowego i wymaganego interfejsu Ethernet.
Zakończenie ekranu: Ekran musi być prawidłowo zintegrowany ze złączem oraz systemem uziemienia/połączenia wyrównawczego urządzenia.
Wymagania mechaniczne: Zastosowania, w których występują wibracje, zginanie lub ruch łańcucha ciągnącego, wymagają odpowiedniej konstrukcji kabla.
Wymagania transmisyjne: Kategoria kabla, konstrukcja przewodnika, długość i prędkość sieci powinny odpowiadać wymaganiom danego zastosowania.
Wniosek
Przemysłowy Ethernet działa w środowiskach, które mogą być znacznie bardziej hałaśliwe niż typowe sieci biurowe. Silniki, napędy, kable zasilające i inny sprzęt przemysłowy mogą wprowadzać zakłócenia elektromagnetyczne, które mogą wpływać na niezawodność komunikacji.
Ekranowanie pomaga zredukować wpływ tych zakłóceń, ale skuteczna ochrona wymaga czegoś więcej niż tylko doboru kabla ekranowanego. Konstrukcja kabla, złącza, zakończenie ekranu, uziemienie, sposób prowadzenia przewodów i wymagania mechaniczne – wszystkie te elementy muszą ze sobą współgrać.
W przypadku zastosowań Ethernetu przemysłowego dobór odpowiedniego kabla powinien zatem rozpocząć się od ustalenia środowiska instalacji, a nie tylko od wyboru typu złącza.
Potrzebujesz niestandardowego kabla Ethernet przemysłowego?
Firma Alvin's Cables obsługuje niestandardowe konfiguracje kabli do zastosowań przemysłowych, w tym M12 Ethernet, ekranowane RJ45, Ethernet o dużej elastyczności, systemy wizyjne i inne wymagania dotyczące łączności przemysłowej.
Podaj naszemu zespołowi informacje na temat typu złącza, długości kabla, wymagań sieciowych i środowiska aplikacji, a my pomożemy Ci potwierdzić odpowiednią konfigurację kabla.
