这些小活动你都参加了吗?快来围观一下吧!>>
电子产品世界 » 论坛首页 » 综合技术 » 测试测量 » 了解:工业以太网铜缆布线

共1条 1/1 1 跳转至

了解:工业以太网铜缆布线

菜鸟
2020-06-12 15:27:46     打赏

 Xerox Palo Alto Research Center (PARC)  20 世纪 70 年代最先开发的以太网已发展成为全世界最常见的网络系统。在过去的几十年中,行业标准经历巨大变化和扩展,这使以太网能够满足原始开发人员从未想象过的各种应用。

其中一项应用即为工业以太网。供应商和标准组织采用以太网的基础物理层创建各种技术,例如PROFINETEthernet/IP(工业协议)、EtherCAT  Modbus-TCP,而后针对工业自动化对这些技术进行优化。

 

布线标准连接器

所有工业以太网应用均采用类似于常规以太网用途的双绞线铜缆或光纤布线,并针对工厂环境进行了一定的改动。国际标准组织 (ISO) 和电信工业协会 (TIA) 制定了一套规范,确定工业场所内的潜在环境条件。其被称为机械、侵蚀、气候/化学、电磁规范。MICE 等级描述不同的环境条件级别,MICE 1 为常见办公环境,MICE 2 为轻微恶劣环境,MICE 3 为重工业环境。

若要满足这些要求,供应商开发出了特定的线缆和连接器。这包括可以在被压碎、加热、浸没或暴露于腐蚀性化学品的同时操作的电缆。在大多数情况下,这会影响电缆外护套的要求,无论是 MICE 1 还是 MICE 3,电气特性保持不变。但是,电磁要求中存在的显著差异,其中针对 E1E2  E3 规定了横向转换损耗 (TCL) 的特定要求。该规范测量电缆抵抗外部电信号干扰的能力,例如焊机、变速驱动器和高压电源产生的电信号。

由于连接器可成为侵蚀点,因此需要特别审查。一种方法是将标准 8 针模块化连接器 (RJ-45) 装入密封的螺纹插座中。该连接器的优势为:可与多数常规以太网设备和电缆兼容。M12 连接器专为更严格的冲击和振动应用而开发,具有小型圆形锁定螺钉型连接器,可包括两对 (M12-D) 或四对 (M12-X)。常见的工业布线配置包括在电缆一端的模块化 8 针连接器,另一端连接到 M12 连接器。

解决布线问题

一半以上的工业以太网问题根源在于布线。部分问题在启动过程中立即出现,有些问题在连接时并未显现,直至环境变化引起通信故障。以太网是一种强大的技术,即使在边缘环境下也可以继续通信 ,但这些情况的变化可能会导致通信问题或全面故障。以下为最常见的布线问题。

连通性 – 布线的最基本要求是,一端的引脚连接到另一端的正确引脚。布线中的任何布线错误或开口都会导致通信故障。当引脚与另一端的适当引脚连接,但是电缆配对不正确时,有可能会出现一种不太好理解的问题,即分离对。这可能导致间歇性或硬性故障。

长度 – 一般情况下,以太网线缆长度限制为 100 米。如线缆过长,则在两种情况下可能导致问题出现。首先,信号在通过电缆传播时会变弱 – 如果信号太长,则其可能太弱而无法在远端正确接收。其次,以太网设计时,旨在特定时间范围内响应,由太长的电缆引起的延迟会干扰该定时。这两种错误都有可能导致硬性故障或间歇性问题。例如,由于线缆损耗随温度增加,如线缆过长,可能在较低温度下可接受地传输,但在较高温度下会失效。

串扰 – 其为测量线缆内配对间的电磁干扰。例如,在发送对上发送的信号可以对接收对产生干扰信号。****可以将此干扰解释为正在输入信号和停止发送。这同样可能导致硬性故障或间歇性故障。随着信号频率的增加,串扰也会增加,这使其成为网络电缆最优性能的主要决定因素。

屏蔽完整性 – 许多工业以太网电缆都包含屏蔽层,其通常是金属箔,将每对电缆包裹在外部电缆护套内。该屏蔽层旨在减少外部电磁干扰 (EMI) 的影响,其也可来自电缆附近的高压或高电流设备。EMI 可能导致电缆传输错误,导致速度减慢甚至全面故障。这样的故障问题非常难以排除,原因是其仅在干扰大到足以克服信号平衡时才可发生,如使用附近的电机启动或焊接工具。为使屏蔽层更高效,线缆应与其路径共同屏蔽,单个屏蔽层的连通性都可能极大降低其性能。因此,屏蔽层的测试必须能确保屏蔽整个路径。由于屏蔽层通常接地,因此其为特别难的测量。简单的直流测量将无法判定屏蔽层是否连通,或其是否两端接地。

横向变换损耗 (TCL) – 其为线缆平衡的测量,该功能旨在配对的两个接线处传输相同信号。双绞线电缆通过配对内两根导线上相等但相反的信号之间的差分,实现高水平的抗噪性。如果布线导致信号不均等,外部噪声可能会对信号造成干扰,并使信号失真到接收设备无法识别的程度。如上述备注,EMI 的问题很难分离和解决。若要解决该问题,为了解决这个问题,标准组织已经为 MICE E1E2  E3 环境开发了 TCL 要求。

务必注意:根据上述要求,使用由制造商认证的电缆和连接器,这对于无差错操作非常重要,但无法保证。有时,即使最好的供应商也可以生产不合规格的产品,更常见的是,不正确的安装技术也可能使优质组件变的糟糕。

电缆测试意味着更长的正常运行时间

组织配备适当的电缆测试工具,并了解其基本用途,通过三种方式使用,以增加正常运行时间:

Faster Startup – 连接线缆前,测量上述备注参数,这是确保满足必要规格以适当工作的唯一方式。

预防异常停机 – 由于线缆在启动时通过数据,因此无法保证在所有情况下都能继续工作。安装后的环境变化可能导致故障。根据上述备注参数,如果线缆测试通过,则稍后基于这些要素的线缆故障机会可能减少。

更快地解决问题 – 即使是经过测试的电缆也可能因滥用而发生故障,例如意外切割、拉开或熔化。如出现网络故障,快速诊断布线问题可节省大量时间。其不需要花费数小时替换可疑线缆,只需几秒即可测试其是否完好,从而可针对其他故障排除工作。如线缆循坏,测试仪的诊断可以查明问题。例如,如果了解了故障是否在远端连接器,这意味着您可花费几分钟替换损坏的连接器,不需要几个小时重新进行整体布线。

总之,安装时的测试线缆可加速启动流程,防止未来出现的问题。出现故障时,使用线缆测试仪可节省数小时的故障排除和停机时间。

工业互联网的线缆测试工具

线缆测试工具可分为两类:部署前测试仪和故障排除设备。

部署前(认证)测试人员 – 这些工具可为上述备注的所有线缆参数提供测试,包括串扰、屏蔽集成和TCLDSX CableAnalyzer 系列是唯一可测量所有参数的线缆测试仪(包括屏蔽集成及布线路径)。测试仪可判定结果合格不合格,可创建记录报告。我们只能通过启动前的认证工具测试方式了解线缆是否满足上述特定规格,这也是防止布线问题的最佳方式。这些工具还可用于故障排除,不仅可定位损坏线缆,还可定位更困难问题,如线缆进水,或连接器不满足规格要求。

故障排除工具 – 这些工具可验证线缆是否适当连接(包括分离对测试),并且可以测量电缆的长度,并识别电缆断裂的位置。通过消除布线问题,让团队专注于问题的真正所在,即使线缆不存在问题,也可以节省大量时间。

无法投资认证测试仪的团队仍然可以从新项目中获益,方式为租赁或招募线缆测试承包商,以在启动前测试线缆。其可通过低成本故障排除工具,处置任何设施,消除必要时间,以在发生故障时安排装置租赁或合约商。解决单个网络故障时,可节省时间,从而节约成本。

 

如果有需求的话,请支持正版,参见FLUKE官方旗舰店或一实天勤科技

技术问题请咨询:4006 846 656

 





关键词: 以太网     铜缆    

共1条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]