Hoe selecteer je de juiste datakabel voor je industriële toepassing?

Alle kabels en draden die op enige manier bijdragen aan communicatie worden gewoonlijk datakabels genoemd. Er zijn echter aanzienlijke verschillen, zoals de geheel verschillende structuren van koper- en glasvezelkabels. Koperen datakabels komen in veel verschillende typen voor, zoals laagfrequente kabels, coaxiale kabels, telefoonkabels, buskabels, diverse Ethernet-systemen, of microgolfkabels voor speciale toepassingen die transmissie in het gigahertz-bereik vereisen. Het selecteren van de verkeerde kabel kan snel leiden tot kostbare verstoringen en fouten.

In het algemeen zijn datakabels kabels met een lage capaciteit. Dit betekent dat er zo weinig mogelijk elektrische energie in de kabel wordt opgeslagen tijdens het overbrengen van data. Deze elektrische energie heeft een negatief effect op de signaalkwaliteit. De capaciteit is deels afhankelijk van het isolatiemateriaal van de kabel. Moderne bus- en Ethernetkabels gebruiken voornamelijk materialen zoals PE (polyethyleen) of PP (polypropyleen), die een bijzonder goede isolatie bieden, wat wordt bepaald door het meten van de diëlektrische constante (εr). Hoe lager deze waarde is, hoe beter het materiaal isoleert en hoe lager de capaciteit van de kabel. Hierdoor kan dunnere isolatie worden gebruikt bij dezelfde diëlektrische sterkte.

Een zuivere gegevensoverdracht wordt bereikt door de juiste kabelconstructie. Een massieve draad, die perfect rond is en een uniforme diameter heeft, biedt de beste elektrische prestaties. Voor industriële Ethernet- en buskabels heeft de constructie volgens de AWG de voorkeur, omdat deze flexibele constructie resulteert in een ronde geleider. Metrische kabels zijn niet geschikt voor deze toepassing, omdat ze een samengebonden constructie hebben en niet rond zijn. Dit leidt tot variabele capaciteiten die een sterke invloed hebben op de gegevensoverdracht bij hoge frequenties.

1. Lage-frequentie kabels voor hoge-frequentie toepassingen

Het selecteren van lage-frequentie kabels voor hoge-frequentie Ethernetverbindingen is een veelvoorkomende oorzaak van storingen in de gegevensoverdracht. Deze kabels hebben ook een lage capaciteit, maar vertonen een andere karakteristieke impedantie dan wat vereist is volgens de Ethernetstandaard. Dit leidt tot een mismatch of discontinuïteit. In lage-frequentie datakabels zijn alle paren parallel gelegd. Dit betekent dat alle vier de leglengtes hetzelfde zijn. Ethernetkabels die gebruikt worden in hoge-frequentie toepassingen moeten ook optimaal gedecoupleerd zijn. Dit wordt bereikt door vier verschillende leglengtes te gebruiken, die individueel gemeten worden. Ook moet rekening gehouden worden met de posities van de getwiste paren binnen de totale constructie.

2. Klassieke gedraaide paren in plaats van een sterquad

Veel industriële communicatiestandaarden, zoals PROFInet, EtherCAT of SERCOS III, gebruiken kabels met twee getwiste paren die tot een sterquad zijn getwist voor gegevensoverdracht. Hierbij zijn alle vier de kernen in een perfect ronde vorm gedraaid. Het voordeel hiervan is dat er geen verschillen in doorvoertijd zijn. Dit in tegenstelling tot de klassieke gedraaide paren, waarbij de individuele getwiste paren twee verschillende gedraaide lengtes moeten hebben vanwege de vereiste ontkoppeling. Als de verkeerde getwiste-parenkabel wordt gebruikt, kan dit problemen veroorzaken met de transmissie en doorvoertijden.

Bij sterquads vormen de kernen die diagonaal tegenover elkaar liggen het elektrische paar. Als deze regel wordt genegeerd bij het aansluiten van de kabel, worden de karakteristieke impedantie en de near-end crosstalk (NEXT) van de kabel gewijzigd, wat de transmissiekwaliteit kan verminderen. Zelfs afgeschermde vieraderige sensorkabels zijn niet geschikt voor gebruik als hoge-frequentie industriële Ethernet- of buskabels, ondanks dat hun constructie op het eerste gezicht vergelijkbaar lijkt. Het verschil is dat de kernisolatiesterkte niet bedoeld is voor Ethernet, en de stranding is niet perfect rond in de constructie. Dit resulteert in een onvoldoende functionerende kabel vanwege ongeschikte karakteristieke impedantie, NEXT en kabeldemping.

3. Te Lange Kabel of te Kleine Diameter

Een ander klassiek voorbeeld zijn segmenten die te lang zijn. Volgens de Ethernet standaard moet er na maximaal 100 meter lengte een repeater worden gebruikt. Deze ontvangt het zwakke signaal en zendt het opnieuw uit op volle sterkte. In de praktijk kunnen segmenten met lengtes langer dan 100 meter voorkomen, maar deze voldoen niet aan de geldende normen. In deze gevallen kunnen stijgende temperaturen, veroudering en andere factoren snel leiden tot defecten of storingen. Dunnere kabels met AWG 26 diameters zijn beperkt tot 60 – 70 meter. Het is belangrijk om te onthouden dat elke stekkerverbinding een verbinding is die verlies veroorzaakt door demping en reflectie, wat het bereik vermindert.

4. Verkeerde Stekker

Het komt vaak voor dat niet-standaard en ongeteste stekkers worden gebruikt in Ethernet toepassingen, zoals D-Sub of M12 stekkers, die A-gecodeerd zijn met een 8-pins ontwerp. Deze stekkers kunnen weliswaar gegevens overdragen, maar de kwaliteit is aanzienlijk verminderd vanwege lagere near-end crosstalk (NEXT). De reden hiervoor is de positie van de middelste pin, die niet in overeenstemming is met de normen en de gegevensoverdracht belemmert.

Volgens Ethernet standaarden zijn toegestane connectoraansluitingen voor de beste datakabels afgeschermde stekkers/stopcontacten:

• RJ45 4-pin (100 Mbit 4-pin)
• RJ45 8-pin (Gbit 8-pin)
• D-gecodeerde M8 & M12 (100 Mbit)
• A-gecodeerde M8 4-pin (100 Mbit)
• P-gecodeerde M12 (100 Mbit)
• X-gecodeerde M12 (Gbit)
• Ix Industrial (Gbit)
• Mini-IO
• SPE (Single Pair Ethernet)

Daarnaast zijn er verschillende standaarden zoals PROFInet, EtherCAT, of SPE (Single Pair Ethernet) die gegevens en stroom kunnen overbrengen via één hybride stekker. Deze voldoen aan IEC normen, zijn geëvalueerd door de juiste organisaties, of zijn in de standaardisatiefase.

Gestandaardiseerde Hybride Ethernet Stekkers:

• M8 SPE volgens IEC 63171-6
• M12 SPE volgens IEC 63171-7
• Y-gecodeerde M12 volgens IEC 61076-2-113
• M23 volgens IEC 61076-2-117
• RJ45 Hybride volgens IEC 61076-3-106
• Ix Industrial volgens IEC 61076-3-124

Sommige stekkerfabrikanten hebben hun eigen hybride oplossingen in hun portfolio die niet gestandaardiseerd zijn maar wel getest en geëvalueerd zijn voor Ethernet conformiteit. Als basisprincipe wordt altijd aangeraden om vast te houden aan gestandaardiseerde en geëvalueerde Ethernet stekkerverbindingen.

Belangrijke punten om te onthouden:

Bij het selecteren van datakabels voor industriële toepassingen moeten gebruikers zich houden aan de juiste normen om storingen en defecten te voorkomen. Gebruikers moeten ook letten op de lengtes van de individuele segmenten, het aantal stekkers, en de verschillende diameters van installatie- en patchkabels. Bovendien kan veroudering van individuele componenten op lange termijn leiden tot een afname in transmissiekwaliteit en onderbrekingen. Met 45 jaar ervaring is HELUKABEL een expert in verbindings technologie en staat klaar om gebruikers te ondersteunen bij het vinden van de perfecte industriële Ethernet- of buskabels voor hun toepassing.