Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Používat provozní sběrnice, nebo průmyslový Ethernet?

číslo 4/2005

Používat provozní sběrnice, nebo průmyslový Ethernet?

Koncepty komunikace z pohledu datových kabelů

Provozní sběrnice, nebo Ethernet? Nejde o žádnou novou otázku – již dříve se v odborných kruzích diskutovalo, zda používat více než patnáct let osvědčený a vyzkoušený způsob komunikace prostřednictvím provozních sběrnic, nebo zda vsadit i v průmyslu na Ethernet, jehož počátky v kancelářském oblasti sahají do počátku 70. let dvacátého století. Pro průmyslové použití to ovšem musí být Ethernet v „průmyslovém„ provedení a s podstatně vylepšenými vlastnostmi (mezní frekvencí, přenosovou rychlostí). Komunikaci lze realizovat buď v dílčích oblastech, nebo jako koncept procházející všemi stupni hierarchické struktury automatizace, a nebo dokonce, u firem s globální působností, pomocí protokolu TCP/IP celosvětově.

Obě řešení vyžadují bezproblémové propojení sítě. Analogicky k nervovému systému člověka je to podmínkou funkčnosti řídicího systému. O bezdrátovém propojení (např. Bluetooth) se sice často diskutuje, ale naprostá většina sítí je v současné době realizována kabely. Tradiční sběrnicová technika buď pracuje s osvědčenými měděnými sběrnicovými kabely různých konstrukcí a průřezů, nebo používá v závislosti na vzdálenosti, resp. požadovaném přenosovém pásmu (mezní frekvenci), optické kabely POF (Polymer Optical Fibre, plastový optický kabel, používá se do délky přibližně 60 m) nebo PCF (Polymer Clad Fibre, optický kabel se skleněnými vlákny a plastovým obalem, používá se do délky přibližně 500 m) a nebo klasický optický kabel se skleněnými vlákny (do vzdálenosti až několika kilometrů).

Co určuje konstrukci kabelu?

Vedle druhu vodiče (měděný nebo optický), který je, jak bylo uvedeno, dán požadovanou délkou kabelu a mezní frekvencí, má rozhodující význam uložení kabelu, dané druhem jeho použití. V podstatě je nutné rozlišit mezi pevným, flexibilním nebo vysoce flexibilním uložením kabelu, respektovat zatížení na zkrut a použití ve venkovním prostředí (odolnost proti ultrafialovému záření) nebo uložení v zemi. Toto rozlišení je zohledněno např. také ve standardu komunikačního systému Profinet založeného na Ethernetu. Rozlišují se zde následující typy kabelů: typ A pro pevné uložení – po instalaci žádný pohyb, typ B pro pohyblivé uložení – příležitostný pohyb, popř. vibrace, a typ C pro vysoce flexibilní použití – trvalý pohyb nebo vibrace, torzní zatížení, popř. speciální použití. Jak již bylo řečeno, na konstrukci kabelu má rozhodující vliv druh použití. Pro pevné uložení se u měděného vodiče používá plný měděný drát, kdežto pro pohyblivé použití převážně lankový vodič složený ze sedmi drátů. Vysoce flexibilní kabely, popř. kabely odolné proti torznímu namáhání, se vyrábějí z žil, jejichž lankové jádro je složeno z devatenácti jemných drátů. Dalšími významnými parametry jsou délka zkrutu a materiál izolace žil.

Obr. 1.

Obr. 1. Lapp Kabel již léta nabízí pod obchodní značkou Etherline dvou- a čtyřpárové kabely pro průmyslový Ethernet, především pro pevné, flexibilní a vysoce flexibilní uložení, v provedení pro klasickou připojovací techniku, ale i v provedení tzv. Fast Connect

Kromě vodiče hraje důležitou roli i vnější plášť. Materiál vnějšího pláště je nutné zvolit podle podmínek vnějšího prostředí (s ohledem na mechanické, chemické a tepelné zatížení).

Ve vlečných řetězech se používají převážně kabely s pláštěm z PUR (polyuretan), pro velmi vysoké nebo nízké teploty je často možné použít jako materiál pláště pouze silikon nebo PTFE (polytetrafluorethylen), které těmto teplotám odolávají. V případě chemického zatížení (oleje, tuky, chladicí kapaliny, maziva apod.) je nutné přesně specifikovat zatěžující látku, aby bylo možné exaktně zvolit materiál pláště s odpovídající odolností.

Bylo by chybné se domnívat, že tato kritéria platí pouze v oblasti sběrnicových systémů pro měděné kabely – je třeba je zohledňovat i při používání optických kabelů. Parametry zatížení nebo druhy pohybu kabelů jsou obdobné jako u měděných sběrnicových kabelů. Proto je nutné i zde volit odpovídající typ konstrukce kabelu a použité materiály.

Na co je nutné dát pozor při použití Ethernetu?

Mnozí říkají, že průmyslovému Ethernetu patří budoucnost. Požadavek na globální komunikaci v podniku je pochopitelný. Jsou ale projektantům a uživatelům známy také předpoklady pro použití Ethernetu?

Z hlediska techniky přenosu je nutné použít kabelové rozvody LAN minimálně kategorie 5. V případě pevného uložení to není žádný problém, protože zde je k dispozici dostatek zkušeností ze strukturované kabeláže v kancelářské oblasti. Kdo ale zaručí, že bude mezní frekvence, resp. šířka pásma, kdykoliv k dispozici i při každém druhu flexibilního nebo vysoce flexibilního uložení (ve vlečném řetězu, u robotů apod.)? Průmysl právem požaduje funkční bezpečnost a bezporuchovost, a to i ve všech pohyblivých uloženích. To je výzva výrobcům kabelů, neboť za prvé se v kancelářské oblasti při použití kabelů LAN kategorie 5 požadavek na vysoce flexibilní použití nevyskytoval a za druhé mají běžné vysoce flexibilní kabely (ovládací i datové) robustní konstrukci.

Přenosové rychlosti se u průmyslového Ethernetu pohybují mezi 100 Mb/s (rychlý Ethernet) a 1 Gb/s (gigabitový Ethernet). V současné době je pro většinu uživatelů dostačující rychlost 100 Mb/s, ale přesto se již vyskytují první požadavky na vyšší rychlosti; to je z hlediska kabelové techniky ještě obtížnější zadání.

Dalším problémem je volba dvoupárového nebo čtyřpárového kabelu. Rychlý Ethernet vyžaduje pouze dva dvojnásobně stíněné páry. Přesto je ale i v průmyslu znatelný trend k používání čtyř párů, stejně jako v kancelářské oblasti. Kabely zpočátku obsahovaly vodiče s průřezem AWG24 (plný vodič) pro pevné uložení nebo AWG26 (s lankovým jádrem ze sedmi drátů) pro flexibilní použití a AWG26 (s lankovým jádrem z devatenácti drátů) pro vysoce flexibilní použití. Mezitím se začíná jako průmyslový standard vyvíjet Profinet s kabely s průřezem žil AWG22 pro všechny typy aplikací (včetně robotů). AWG22 má tu výhodu, že lze stejně jako v kancelářích při jakémkoliv druhu použití dosáhnout délky segmentu 100 m. Nevýhoda je při použití konektorů: pro AWG24 a AWG26 může být použit standardní konektor RJ45, ale pro AWG22 je nutné použít konektor RJ45 modifikovaný pro průmyslové použití.

Jaká je budoucnost komunikací?

Jaký je stav v oblasti norem pro průmyslový Ethernet? Na evropské úrovni se velmi brzy očekává návrh projektového týmu CENELEC EN 50173-3 Generic cabling systems – Part 3: Industrial premise, na světové úrovni potom návrh ISO/IEC 24702 Cabling Systems for Industrial Premises. Co se týče zapouzdřeného průmyslového konektoru RJ45, je zde deset různých návrhů norem, z nichž jsou evidentně upřednostňovány tři návrhy různých zájmových skupin.

Jakým směrem se ale komunikační technika principiálně ubírá? Jednoznačná odpověď (buď-nebo) není, protože oba způsoby komunikace, provozní sběrnice i průmyslový Ethernet, mají právo na existenci, a proniknutí systémů na bázi Ethernetu na trh bude jistě ještě nějakou dobu trvat. Provozní sběrnicové systémy jsou v současné době ještě cenově příznivější i vyzrálejší a uživatelé této technice důvěřují. Také v budoucnu budou existovat obě komunikační metody současně a trh bude akceptovat pouze takové ethernetové komunikační systémy, které budou integrovat již etablované provozní sběrnice – jejich příkladem může být např. Profinet. Kromě toho nejsou ještě uspokojivě vyřešeny některé technické aspekty, jako např. provoz v reálném čase, bezpečnost apod. Přesto existuje vysoká pravděpodobnost, že průmyslový Ethernet se bude vyvíjet dál a komunikační systém Profinet bude v tomto vývoji hrát významnou roli.

Karel Krejza, produktový manažer,
Lapp Kabel, s. r. o., Holešov

LAPP KABEL s. r. o.
Tovární 1333
769 01 Holešov
tel.: 573 501 011
fax: 573 394 650
e-mail: info@lappkabel.cz
http://www.lappkabel.cz