Jak vybrat správný datový kabel pro Vaši průmyslovou aplikaci

Všechny kabely a vodiče, které jakýmkoli způsobem přispívají ke komunikaci, se běžně označují jako datové kabely. Mezi nimi však existují významné rozdíly, jako jsou zcela odlišná struktura měděných a optických kabelů. Měděné datové kabely se dodávají v mnoha různých typech, jako jsou nízkofrekvenční kabely, koaxiální, telefonní a sběrnicové kabely, různé ethernetové systémy nebo mikrovlnné kabely pro speciální aplikace vyžadující přenos v rozsahu gigahertzů. Výběr špatného kabelu může rychle vést k nákladným poruchám a chybám.

Obecně datové kabely jsou kabely s nízkou kapacitou. To znamená, že při přenosu dat se v kabelu akumuluje co nejméně elektrické energie. Tato elektrická energie má negativní dopad na kvalitu signálu. Kapacita je částečně závislá na izolačním materiálu kabelu. Moderní sběrnicové a ethernetové kabely využívají především materiály jako PE nebo PP, které poskytují obzvláště dobrou izolaci, která se určuje měřením dielektrické konstanty (εr). Čím nižší je tato hodnota, tím lépe materiál izoluje a tím nižší je kapacita kabelu. To je důvod, proč lze použít tenčí izolaci, zatímco je použita stejná dielektrická pevnost.

Dokonalého přenosu dat je dosaženo správnou konstrukcí kabelu. Nejlepší elektrický výkon nabízí pevný vodič, který je dokonale kulatý a má jednotný průměr. Pro průmyslové ethernetové a sběrnicové kabely je preferována konstrukce podle AWG, protože tato flexibilní konstrukce má za následek kruhový vodič. Metrické kabely nejsou pro tuto aplikaci vhodné, protože mají svazkovou konstrukci a nejsou kulaté. To má za následek proměnlivé kapacity, které silně zhoršují vysokofrekvenční přenos dat.

1. Nízkofrekvenční kabely pro vysokofrekvenční aplikace

Volba nízkofrekvenčních kabelů pro vysokofrekvenční ethernetová připojení je častou příčinou poruch při přenosu dat. Tyto kabely mají také nízkou kapacitu, ale vykazují jinou charakteristickou impedanci, než vyžaduje standard Ethernet. To má za následek nesoulad nebo diskontinuitu. U nízkofrekvenčních datových kabelů jsou všechny páry uloženy v paralelních pramenech. To znamená, že všechny čtyři délky pokládky jsou stejné. Ethernetové kabely používané ve vysokofrekvenčních aplikacích musí být také optimálně odděleny. Toho je dosaženo použitím čtyř různých délek pokládky, které jsou individuálně měřeny. Rovněž je třeba vzít v úvahu polohy stočených párů v rámci celkové konstrukce.

2. Klasické stočení do párů místo do hvězdicových čtyřek

Mnoho průmyslových komunikačních standardů, jako je PROFInet, EtherCAT nebo SERCOS III, používá pro přenos dat kabely se dvěma splétanými páry, které jsou stočeny do takzvané hvězdicové čtyřky. Zde jsou všechna čtyři jádra splétána v dokonale kulatém tvaru. Výhodou toho je, že to nevede k žádným rozdílům v době přenosu. Tím se liší od klasického lankového párování, kde jednotlivé spletené páry musí mít dvě různé délky lankového položení kvůli požadovanému oddělení. Pokud použijete nesprávný spletený pár, může to vést k problémům s přenosovými časy.

Ve hvězdicových čtyřkách jsou tvoří elektrický pár jádra, která jsou proti sobě diagonálně umístěna. Pokud je toto pravidlo při připojování kabelu ignorováno, změní se charakteristická impedance a NEXT (Near End Cross Talk) kabelu, což může rovněž snížit kvalitu přenosu. Ani stíněné čtyřžilové senzorové kabely nejsou vhodné pro použití jako vysokofrekvenční průmyslové ethernetové nebo sběrnicové kabely, přestože jejich konstrukce vypadá na první pohled srovnatelně. Rozdíl je v tom, že pevnost izolace jádra není určena pro Ethernet a žíly nejsou konstrukčně dokonale kulaté. To má za následek neadekvátně fungující kabel v důsledku nevhodné charakteristické impedance, NEXT a útlumu kabelu.

3. Příliš dlouhý kabel nebo příliš malý průměr

Dalším klasickým příkladem jsou příliš dlouhé segmenty. Podle standardu Ethernet musí být opakovač použit maximálně po 100 metrech délky. Ten přijme slabý signál a znovu jej přenese v plné síle. V praxi se lze setkat s úseky delšími než 100 metrů, ty však nejsou v souladu s platnými normami. V těchto případech mohou rostoucí teploty, stárnutí a další faktory rychle vést k defektům nebo poruchám. Tenčí kabely s průměry AWG 26 jsou omezeny na 60 - 70 metrů. Je důležité si uvědomit, že každý konektor je spoj, který způsobuje ztráty útlumu a odrazem, které snižují dosah.

4. Nevhodný konektor

Je běžným jevem, že se v ethernetových aplikacích používají nestandardní a netestované konektory, jako jsou konektory D-Sub nebo M12, které mají 8kolíkový design. Tyto konektory přenášejí data, ale kvalita je výrazně snížena kvůli nižšímu přeslechu Near End Cross Talk (NEXT). Důvodem je umístění prostředního kolíku, které není v souladu s normami a brání přenosu dat.

Podle norem Ethernet jsou přípustnými plochami konektorů pro nejlepší datovou kabeláž stíněné konektory/zásuvky:

• RJ45 4-kolíkový (100 Mbit 4-pin)
• RJ45 8- kolíkový (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-IO
• SPE (Jendopárový Ethernet)

Kromě toho existují různé standardy, jako jsou PROFInet, EtherCAT nebo SPE (Jednopárový Ethernet), které mohou přenášet data a napájení v jednom hybridním konektoru. Ty se buď řídí normami IEC, nebo byly vyhodnoceny příslušnými organizacemi, nebo jsou standardizovány.

Standardizované hybridní ethernetové zástrčky

• M8 SPE podle IEC 63171-6
• M12 SPE podle IEC 63171-7
• Y-coded M12 podle IEC 61076-2-113
• M23 podle IEC 61076-2-117
• RJ45 Hybrid podle IEC 61076-3-106
• Ix Industrial podle IEC 61076-3-124

Někteří výrobci konektorů mají ve svém portfoliu svá vlastní hybridní řešení, která nejsou standardizovaná, ale byla testována a vyhodnocena z hlediska shody s Ethernetem. Jako základní zásadu doporučujeme držet se vždy standardizovaných a vyhodnocených konektorů Ethernet.

Shrňme si podstatné:

Při výběru datových kabelů pro průmyslové aplikace by uživatelé měli dodržovat příslušné normy, aby se předešlo poruchám a závadám. Uživatelé musí také věnovat pozornost délkám jednotlivých segmentů, počtu konektorů a různým průměrům instalačních a propojovacích kabelů. Navíc stárnutí jednotlivých komponent může z dlouhodobého hlediska vést ke snížení kvality přenosu a k výpadkům. Společnost HELUKABEL je díky svým 45letým zkušenostem odborníkem na propojovací techniku a ráda pomůže uživatelům při hledání nejvhodnějších průmyslových ethernetových nebo sběrnicových kabelů pro jejich průmyslové aplikace.