Не всі кабелі передачі даних однакові. Багато користувачів не усвідомлюють цього, поки не зазнають перебоїв і помилок у передачі даних своїх промислових програм. Тож розглянемо найпоширеніші помилки під час вибору промислового кабелю Ethernet або BUS-кабелю та як їх уникнути.

Усі кабелі та проводи, які будь-яким чином сприяють зв’язку, зазвичай називають кабелями передачі даних. Однак існують значні відмінності, наприклад, абсолютно різні структури мідних і оптоволоконних кабелів. Мідні кабелі передачі даних бувають різних типів, наприклад, низькочастотні кабелі, коаксіальні, телефонні та BUS-кабелі, різноманітні системи Ethernet або мікрохвильові кабелі для спеціальних застосувань, які потребують передачі в діапазоні гігагерц. Вибір неправильного кабелю може швидко призвести до збоїв, помилок та непередбачених витрат.

Загалом кабелі передачі даних є кабелями малої ємності. Це означає, що під час передачі даних у кабелі накопичується якомога менше електричної енергії. Ця електрична енергія негативно впливає на якість сигналу. Ємність частково залежить від матеріалу ізоляції кабелю. Сучасні BUS-кабелі та кабелі Ethernet переважно використовують такі матеріали, як PE або PP, що забезпечують високий рівень ізоляції, яка визначається шляхом вимірювання діелектричної проникності (εr). Чим нижче це значення, тим краще матеріал ізолює, і тим менша ємність кабелю. Ось чому при однаковій діелектричній міцності можна використовувати більш тонку ізоляцію.

Порівняння матеріалів ізоляції кабелю

Бездоганна передача даних досягається завдяки правильній конструкції кабелю. Моножила ідеальної круглої форми та однакового діаметру забезпечує найкращі електричні характеристики. Серед промислових кабелів Ethernet і BUS-кабелів перевага надається конструкції AWG через те, що його конструкція забезпечує круглу форму провідника. Метричні кабелі не підходять для даного застосування, оскільки вони мають пучкову конструкцію і не є круглими. Це призводить до змінної ємності, яка сильно погіршує високочастотну передачу даних.

Поширені помилки під час вибору промислових кабелів Ethernet і BUS-кабелів

1. Низькочастотні кабелі для високочастотних додатків

Вибір низькочастотних кабелів для високочастотних з’єднань Ethernet є поширеною причиною збоїв у передачі даних. Ці кабелі також мають низьку місткість, але демонструють відмінний від стандарту Ethernet імпенданс (хвильовий опір). Це призводить до невідповідності або розриву. У низькочастотних кабелях передачі даних усі пари прокладаються паралельними жилами. Це означає, що всі чотири довжини укладання однакові. Кабелі Ethernet, які використовуються у високочастотних додатках, також відокремлені між собою. Це досягається за допомогою чотирьох різних довжин прокладки, які вимірюються окремо. Положення кручених пар у загальній конструкції також слід враховувати.

*Помилкова розв’язка (ліворуч) і правильна розв’язка (праворуч)

2. Класична багатожильна пара замість зіркової четвірки

У багатьох промислових стандартах зв’язку, таких як PROFInet, EtherCAT або SERCOS III, для передачі даних використовуються кабелі з двома крученими парами, які скручуються у так звану зіркову четвірку. Усі чотири жили мають ідеальну круглу форму. Перевага полягає в тому, що така конструкція дозволяє уникнути різниці в часі доставки. Вона відрізняється від класичного багатожильного з’єднання, де окремі виті пари повинні мати дві різні довжини багатожильної прокладки через необхідність бути відокремленими між собою. Якщо використовується невідповідний кабель вита пара, це може призвести до проблем із передачею даних та часом їх проходження.

2 пари

• 4 х діаметр жили

• 3 x скручування

• Пари відповідно до ілюстрації

• Пряма жила

• Різний час проходження сигналу

Зіркова четвірка

• 2.4 х діаметр жили

• 1 x скручування

• Діагональні жили створюють електричну пару: білий/синій і помаранчевий/жовтий

• Ідентичний час проходження сигналу

В зіркових четвірках жили розташовані по діагоналі одна від одної, утворюючи електричну пару. Якщо це правило ігнорується під час підключення кабелю, імпенданс і перехресні перешкоди на ближньому кінці (NEXT) кабелю змінюються, що також може знизити якість передачі. Навіть екрановані чотирижильні сенсорні кабелі не підходять для використання як високочастотні промислові кабелі Ethernet або BUS-кабелі, незважаючи на те, що їх конструкція на перший погляд здається схожою. Різниця полягає в тому, що тип ізоляції жили не призначений для Ethernet, а скрутка не є ідеально круглою. Це призводить до неналежного функціонування кабелю через невідповідний імпенданс, електромагнітні перехресні наведення (перешкоди) і затухання сигналу.

3. Занадто довгий кабель або занадто малий діаметр

Іншим класичним прикладом є занадто довгі сегменти кабелю. Відповідно до стандарту Ethernet мережевий репітер необхідно використовувати після максимум 100 метрів довжини. Він приймає слабкий сигнал і знову передає його на повну силу. На практиці можна зустріти сегменти довжиною понад 100 метрів, однак вони не відповідають чинним стандартам. У цих випадках підвищення температури, старіння кабелю та інші фактори можуть швидко призвести до дефектів або збоїв. Довжина більш тонких кабелів із перерізом жили AWG 26 обмежена 60–70 метрами. Важливо пам’ятати, що кожен штекерний з’єднувач є з’єднанням, яке спричиняє втрати через затухання сигналу та відбивання сигналу, що зменшує відстань на яку передається сигнал.

4. Невірний підбор конектору

Це розповсюджена практика, коли у додатках Ethernet використовуються нестандартні та неперевірені штекери, наприклад штекери D-Sub або M12, які мають A-код і 8-контактний дизайн. Ці штекери дійсно передають дані, однак якість значно знижується через нижче перехідне затухання, яке заміряється на ближньому кінці сусідньої пари (NEXT). Причиною цього є розташування середнього контакту, яке не відповідає стандартам і перешкоджає передачі даних.

Відповідно до стандартів Ethernet, для оптимальної передачі даних допустимими є екрановані роз'єми (штекери/розетки):

• RJ45 4-pin (100 Mbit 4-pin)

• RJ45 8-pin (Gbit 8-pin)

• D-coded M8 & M12 (100 Mbit)

•  A-coded M8 4-pin (100 Mbit)

• P-coded M12 (100 Mbit)

• X-coded M12 (Gbit)

• ix Industrial (Gbit)

• Mini I/O

• Single Pair Ethernet (SPE)

Крім того, існують різні стандарти, такі як PROFINET, EtherCAT або Single Pair Ethernet (SPE), які можуть передавати дані та живлення в одному гібридному штекері. Вони або відповідають нормам IEC, або були оцінені відповідними організаціями, або знаходяться на стадії стандартизації.

Стандартизовані гібридні штекери Ethernet M8 SPE згідно з IEC 63171-6:

• M8 SPE acc. to IEC 63171-6

• M12 SPE acc. to IEC 63171-7

• Y-coded M12 acc. to IEC 61076-2-113

• M23 acc. to IEC 61076-2-117

• RJ45 Hybrid acc. to IEC 61076-3-106

• ix Industrial acc. to IEC 61076-3-124

Деякі виробники конекторів мають власні гібридні рішення у своєму портфоліо, які не стандартизовані, але пройшли перевірку та оцінку на відповідність Ethernet. В якості основного критерію рекомендується завжди дотримуватися стандартизованих і перевірених роз'ємів Ethernet.

Отже, вибираючи кабелі передачі даних для промислового застосування, користувачі повинні дотримуватися відповідних критеріїв, щоб запобігти збоям і несправностям. Користувачі також повинні звернути увагу на довжину окремих сегментів, кількість штекерів і діаметри інсталяційних і патч-кабелів. Крім того, старіння окремих компонентів може в довгостроковій перспективі призвести до зниження якості передачі та до перебоїв. Маючи 30-річний досвід, СІВАКС є експертом у технологіях з’єднання та радо допоможе користувачам вибрати ідеальні промислові кабелі Ethernet або BUS-кабелі із багатотисячного асортименту HELUKABEL для промислового застосування.