如何为您的工业应用选择正确的数据电缆?

许多用户在工业应用中遇到数据传输中断错误后才意识到需要使用合适的数据电缆。

数据电缆有着差异,比如铜缆和光纤电缆的结构完全不同。铜数据电缆包含很多类型,例如低频电缆、同轴电缆、电话电缆和总线电缆、各种以太网系统或用于需要在千兆赫兹范围内传输的特殊应用的微波电缆。

数据线缆在传输数据时积聚尽可能少的电能。这种电能对信号质量有负面影响,容量部分取决于电缆的绝缘材料。现代总线和以太网电缆主要使用PE或PP等材料,通过测量介电常数(εr)来确定绝缘性能。该值越低,说明材料绝缘性能越好,电缆的容量越低。这就是为什么当使用相同的介电强度时,可以使用更薄的绝缘。

电缆绝缘材料比较

材料VDE-标签介电常数无卤素
PVCY3.6-6no
PVC +90°CYw4-6.5no
PE2Y2.3yes
PE foamed02Y1.6-1.8yes
PP9Y2.3-2.4yes
PP foamed 1.6-1.8yes
PUR11Y4-7yes*
FEP6Y2.1no
*取决于使用的阻燃剂

实心导线拥有均匀的圆形直径,提供最好的电气性能实现原始数据传输。对于工业以太网和总线电缆,首选根据AWG(美制电线标准的简称)的结构线缆,这种灵活的结构会导致圆形导体。公制电缆有束状结构,非圆形导致容量变化,严重影响高频数据传输。

选择工业以太网和总线电缆的常见错误

1、在高频应用使用低频电缆

高频以太网连接选用低频电缆是数据传输出现故障的常见原因。这些电缆容量低,与以太网标准所要求特性阻抗不同,导致不匹配。在低频数据电缆中,所有的数据对都是平行的,所以四层长度相同。在高频应用中以太网电缆最佳解耦是通过使用四种不同的铺设长度来实现的,这些长度是单独测量的。双绞线在整体结构中的位置也必须考虑在内。

Poor and Good Decoupling
低频解耦(左)和高频解耦(右)

2、双绞电缆代替星绞四线电缆

许多工业通信标准,如PROFInet、EtherCAT或SERCOS III,使用带有双绞线的电缆进行数据传输,双绞线被拧成所谓的四边形。所有四个核都以完美的圆形排列在一起,优点是不会导致运输时间的差异。而经典的双绞线配对中,由于需要解耦,单个双绞线必须具有两个不同的双绞线长度。如果使用不正确的双绞线,可能会导致传输和传输时间的问题。

2 Pairs

双绞电缆

  • 4x芯径
  • 3x绞
  • 按图示配对
  • 简单
  • 不同的信号传输时间
Star Quad

星绞电缆

  • 2.4芯径
  • 1x绞
  • 对角芯线创建电对:白色/蓝色和橙色/黄色
  • 相同的信号传输时间

在星四边形中,彼此对角线相反的核心形成了电对。如果在连接电缆时忽略此规则,则会改变电缆的特性阻抗和近端串扰(NEXT),从而降低传输质量。即使是经过筛选的四芯传感器电缆也不适合用作高频工业以太网或总线电缆,即使结构相似,但核心绝缘强度不适用于以太网,并且绞合在构造中也不是完美的圆形。由于不合适的特性阻抗、NEXT和电缆衰减,这将导致电缆功能不充分。

3、电缆过长或直径过小

根据以太网标准,中继器必须在最大长度为100米后使用。它接收弱信号,并再次以全强度发送。在实践中,可以找到长度超过100米的段长,但这些段不符合适用的标准。温度升高、老化和其他因素可能很快导致缺陷或故障。AWG26直径较细的电缆限制在60 - 70米。每个插头连接器都是一个通过衰减和反射导致损耗的接头,这会缩小范围。

4、错误的插头

在以太网应用中使用非标准和未经测试的插头是很常见的,例如D-Sub或M12插头,它们采用8针设计的A编码。这些插头确实可以传输数据,但是由于较低的近端串扰(NEXT),质量会显着降低。造成这种情况的原因是中间引脚的定位不符合标准,阻碍了数据的传输。

Overview different connector faces

根据以太网标准,最佳数据布线的允许连接器面是屏蔽插头/插座:

  • 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-IO
  • SPE (Single Pair Ethernet)

此外,还有不同的标准,例如 PROFInet、EtherCAT 或 SPE(单对以太网),可以在一个混合插头中传输数据和电源。这些要么符合IEC规范,要么已经过适当组织的评估,要么正在标准化。

标准化混合以太网插头

  • M8 SPE acc. to IEC 63171-
  • 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

某些插头制造商在其产品组合中拥有自己的混合解决方案,这些解决方案尚未标准化,但已通过以太网合规性测试和评估。作为基本原则,建议始终坚持使用标准化和经过评估的以太网插头连接器。

在选择数据电缆时,用户应遵守适当的标准,以防止故障和故障。必须注意各个段的长度、插头的数量以及安装和跳线的不同直径。此外,从长远来看,单个组件的老化会导致传输质量下降和中断。HELUKABEL拥有45年的经验,是连接技术方面的专家,很乐意支持用户为其工业应用确定完美的工业以太网或总线电缆!

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