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【工业以太网】 工业以太网电缆探秘

时间: 2022-01-04
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【工业以太网】

【工业以太网】 工业以太网电缆探秘


之前,小福分享了【工业以太网连接器集锦】,包括M系列以及一些新型的小型连接器,例如iX和新兴的单对以太网连接器。但是,如若电缆无法提供相同的保护功能,那么只有连接器设计成可抵御工业环境又有什么用呢?


在数据速率能力方面,工业以太网电缆实际上与典型的商业级以太网电缆没有什么不同。同企业LAN一样,最常见的工业以太网电缆为5e类、6类和6A类电缆。光纤电缆也同样用于工业以太网应用,但在工厂车间却并不常见。在工厂车间,电缆长度较短,速度通常低于10 Gb/s。然而,光纤刚好是需要更长距离以及更细、更轻巧的柔性电缆等应用的理想选择,这种电缆可避免电气噪声和火花危害。因此,在工业环境中,光纤更多地用于铁路和交通、石油和天然气炼油厂、军事和采矿等场景。


尽管传输性能相同,但工业级以太网电缆需要更为坚固的结构以应对更恶劣的环境,例如极端温度、湿度、腐蚀性化学物质、振动、弯曲和干扰。让我们仔细研究一下工业级以太网电缆与商业级电缆之间的区别。

屏蔽噪声




【工业以太网】 工业以太网电缆探秘

如同在商业环境中一样,工厂中的高干扰区域将使用屏蔽电缆,例如电缆需要铺设在弧焊机、开关继电器、交流驱动以及其他噪声源附近。存在严重干扰的区域可能不仅需要整体屏蔽(F/UTP),而且可能既需要单独屏蔽,也需要整体屏蔽(S/FTP)。


对于更为严苛的工业环境来说,采用“MICE”标准,其中M为机械(冲击、振动),I为浸入(粉尘、液体),C为气候和化学(温湿度、腐蚀性气体),E为电磁干扰(噪声)。MICE中的“E”用于测试电磁干扰

【工业以太网】 工业以太网电缆探秘

Fluke CableAnalyzer系列测试仪能够根据以下等级测试MICE标准中的“E”——E1用于数据室或办公室环境,E3用于靠近强电磁干扰源的区域,E2用于E1和E3区域之间的电缆走线区域。这些测试能查看MICE标准中涵盖的平衡参数,包括横向转换损耗(TCL)和等电平横向转换转移损耗(ELTCTL)。E值越高,对TCL和ELTCTL的要求越严格,以屏蔽更多会破坏数据包的EMI。


需要护套


【工业以太网】 工业以太网电缆探秘


使工业以太网电缆与众不同的主要因素是温度等级和护套材料。商业级电缆使用的聚氯乙烯(PVC)护套在轻工业环境中很常见,因为其具有高性价比,并且耐油,但是工业电缆通常要求的更多。例如,氟化乙烯聚丙烯(FEP)护套材料和热塑性弹性体(TPE)可以承受约-50°C至约125°C的极端温度,而PVC则可承受0°C至约75°C的极端温度。TPE电缆还具有更好的柔韧性,并耐日晒、臭氧、腐蚀性海水和重油,因此通常用于工业室外和海洋应用。


聚氨酯(PUR)是工业以太网电缆最常用的护套材料之一。尽管PUR的温度范围不如FEP和TPE,但其具有很高的拉伸强度、并且耐化学腐蚀,具有柔韧性和耐磨性——机械强度高、不易切割或撕裂,因此非常适合机械加工和冲压应用。


工业以太网电缆的其他护套材料包括热塑性聚氨酯(TPU或TMPU)和氯化聚乙烯(CPE)。护套材料类型的选择与环境及应用相关,并与成本也有一点关系。再次强调,M.I.C.E.(尤其是C)被用于确定合适的护套材料。

需要柔韧性



【工业以太网】 工业以太网电缆探秘

同商业级双绞线电缆一样,工业以太网电缆也采用实心或绞合结构。由于绞合电缆具有更好的柔韧性,因此可用作商业环境中的跳线,用于工业以太网的绞合电缆具有同样的柔韧性,不同之处在于,它们不只可用作跳线,因为在工业环境中,很多地方的电缆需要经常弯曲、卷绕和扭曲,例如机器人技术和其他重复运动应用。


大多数绞合以太网电缆的每根导线由七股32 AWG绞合线组成,但用于工业环境的高挠性电缆的绞合股数更高,每根导线由19股绞合线组成。甚至还有超高挠性电缆,每根导线由60股以上的绞合线组成。当然,股数越多,每根绞合线的规格就越小,通常为40 AWG,以使整根电缆的规格保持不变。如果以弯曲次数来衡量,普通绞合以太网电缆的挠性寿命通常约为50,000次弯曲,而高挠性电缆则可达到100万至1000万次弯曲。高挠性电缆还采用更柔韧的电缆护套材料,例如TPE。


与商业级跳线中采用的多股绞合电缆一样,多股绞合工业以太网电缆也具有更高的插入损耗和直流电阻。好在工业以太网中使用的大多数高挠性电缆的长度都非常短,通常小于3米,因此插入损耗通常不是问题。


测试工业以太网时,您不必像担心连接器接口类型那样担心电缆类型,测试仪可以连接,但是电缆的整体性能肯定会影响测试结果。


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