【技術文章】細看工業乙太網電纜

細看工業乙太網電纜


前陣子,我們推出了有關各種工業乙太網連接器的Blog,包括M系列以及一些新型的小型連接器,例如iX和新興的單對乙太網連接器。但是,如果設計出一種能夠承受工業環境而卻沒有提供相同保護的電纜這些連接器又有什麼用呢?


實際上,工業乙太網電纜在數據速率能力方面與普遍商業級乙太網電纜沒有什麼不同。就像一般企業區域網路一樣,最常見的工業乙太網電纜用的是5e類,6類和6A類。在工業乙太網的應用中也會使用光纖電纜作為傳輸媒介,但在工廠車間卻不是那麼普遍,因為在工廠車間中,電纜長度較短,且速度通常低於10 Gb / s。光纖佈線是我們在需要長距離和小空間,以及更輕巧柔性電纜應用中的理想選擇,這種電纜可避免電磁干擾和火花危害。這就是為什麼相對在工業環境中,我們發現鐵路和運輸,石油和天然氣精煉,軍事的應用中的更傾向使用光纖的原因。

雖然傳輸性能相同,但工業級的乙太網電纜需要更堅固的結構以面對更惡劣的環境,像是極端的溫度、濕度、腐蝕性化學物質、振動、彎曲和干擾等等。

現在讓我們仔細研究一下將工業乙太網電纜與商業級電纜區分開的一些原因。


隔離雜訊

如同在商業環境中,工廠中具有高干擾的區域將使用遮蔽式電纜,例如電纜需要在電焊機、開關繼電器、交流變頻器和其他雜訊源附近鋪設的地方。受到干擾的區域可能不僅需要單層遮蔽式纜線(F / UTP),視環境干擾嚴重程度可能還須使用到雙層遮蔽式的纜線(S / FTP)來更有效的阻絕雜訊干擾。

對於惡劣的工業環境,在標準中有個可以對環境做分級的指標-“MICE”,其中M是機械(撓性,振動),I是接口(濕氣),C是氣候(溫度),E是電磁(雜訊)。MICE中的“E”用於測試電磁干擾。

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FlukeNetworks CableAnalyzer系列測試儀能夠測試M.I.C.E標準中的“E”:E1用於數據室或辦公室環境,E3用於靠近強電磁干擾源的區域,E2用於E1和E3區域之間的電纜佈線。這些測試著重於M.I.C.E標準中所涵蓋的平衡參數,包括橫向轉換損耗(TCL)和等效電平橫轉換傳輸損耗(TCTL)。越高的E值具有越嚴格的TCL和ETCTL平衡要求,以阻絕更多會造成數據傳輸異常的電磁干擾。


護套要求

讓工業乙太網電纜與眾不同的是它對於環境溫度的極限值以及使用的護套材質。商業級電纜使用的聚氯乙烯(PVC)護套在輕工業環境中非常普遍,因為它具有最佳的價位並且耐油,但是工業電纜通常需要更高等級的防護。例如使用,聚全氟乙烯丙烯(FEP)護套和熱塑性彈性體(TPE)可以承受約-50°C至約125°C的極端溫度,而PVC僅可承受0°C至約75°C的極端溫度。TPE電纜還具有更好的柔韌性,並耐日光、臭氧、腐蝕性海水和重油,因此通常用於室外工業和海洋應用。

                                      

用於工業乙太網電纜中的最常見的護套材質之一是聚氨酯(PUR)。儘管PUR的耐溫範圍不如FEP和TPE,但它具有很高的抗拉強度,並且具有耐化學腐蝕、柔韌性和耐磨性,它機械強度高難以切割或撕裂,因此適合使用於機械加工和沖壓應用。

在工業乙太網電纜上發現的其他護套材質包括熱塑性聚氨酯(TPU或TMPU)和氯化聚乙烯(CPE)。選擇護套材料的類型與使用環境和應用有高度相關(也與成本有關)。透過使用M.I.C.E分級(尤其是C)以挑選適合、正確的護套材質。


柔韌性

像商業級雙絞線電纜一樣,工業乙太網電纜也採用單股或多股結構。正如將具高度靈活性的多股電纜用於商業環境中的跳線一樣,用於工業以太網的多股電纜也具有高度靈活性。不同之處在於,它們不局限於跳線,因為在工業環境中,電纜經常會被彎曲和扭曲(例如機器人和其他重複運動的應用),因此在許多地方都有多股電纜存在。

大多數的多股乙太網電纜導體通常由七股32 AWG絞線所組成,但用於工業環境中電纜具有更高的柔韌性(由19股所組成)。甚至有超高柔性電纜,每根導線最多可纏繞60股。當然,絞線越多,每根絞線的規格(通常為40 AWG)也會越小,以保持整個電纜規格不變。以使用周期數來計算,普通多股乙太網電纜的撓性壽命通常約為50,000個使用週期,而高撓性電纜則可使用約1至1000萬個週期。同時,高撓性電纜使用更柔韌的電纜護套材質,例如TPE。

如同在商業環境中使用的多股電纜一樣,多股工業乙太網電纜也存在著更高的插入損耗和直流電阻的問題。但好消息是,工業乙太網中使用的大多數高柔韌性電纜的長度都非常短(通常小於3米),因此插入損耗通常不會是問題所在。

雖然在測試工業乙太網時,您無需考慮電纜類型只需考慮使用的連接器介面能否與測試儀連接。但是在使用電纜的選擇上,其整體的性能必定會影響您的最終測試結果。




譯者,翰特科技 應用工程師 葉俊誠 譯 (2020)。

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2020-05-25
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