Главной неразрешимой проблемой при интеграции сети обычного Ethernet для промышленного поля является то, что маршрутизация и доставка пакетов информации по протоколу TCP/IP не может обеспечить нужный уровень производительности в масштабах реального действия, что крайне необходимо для работы многих автоматизированных систем управления и обработки, например, того же завода. Для программ промышленного назначения требуется иной протокол передачи данных, который бы полностью использовал максимум физических уровней Ethernet и мог поддерживать определенную связь между множеством датчиков, контроллеров, рабочих механизмов и прикладных программ. Именно для этого был разработан Industrial (промышленный) Ethernet, для поддержания связи которого требовались особые типы кабелей.
Содержание
Данный вид протоколов передачи данных относится к основному набору Ethernet, которые «завязаны» на обычное оборудование, т.е. работают через физические и канальные уровни, и по сетевым, и по транспортным интернет-протоколам, ориентированы на специально разработанный прикладной уровень (использование специальных программ). Вся сеть сосредоточена на постоянном поддержании правильности передачи/получения данных внутри сети, путем их постоянного и даже чрезмерного контроля, особенно для тех точек, где это более необходимо для производства конкретной операции.
Для работы промышленного Ethernet используется более надежное оборудование и кабельные расходники, имеющие особые разъемы, которые могут сильно отличаться от обычных. В частности, они призваны выдерживать более тяжелые условия окружающего пространства, что характерно для большинства крупных предприятий-производителей (наглядный пример – работа сети в условиях крупного плавильного цеха с повышенной температурой). Соответственно, рассматриваемый тип проводов должен обладать более мощным уровнем фильтрации, экранирования, заземления, что поможет ему справиться с «грязным» окружающем электромагнитным фоном (имеются ввиду и помехи и излучения).
В данном вопросе можно выделить несколько критериев, касающихся индустриальных проводов:
Отсюда ясно, что локальные домашние или офисные коммутационные поля могут отступать от указанных критериев, т.к. их проводка не эксплуатируется в чрезвычайно сложных условиях и прекращение их работы вряд ли остановит какой-либо критически важный производственный процесс.
Главное для рассматриваемого типа расходного материала – это его производительность и надежность. Производительность будет складываться из:
Требования к параметру надежности включают в себя:
Как и для офисных кабелей, для индустриальных также важен уровень защиты от негативного воздействия близлежащих зон с высокой электромагнитной активностью. Например, поле может быть проложено непосредственно по участку, где проводится дуговая сварка, чьи аппараты сильно искажают фон. Это же относится и к переключающим реле, и к иным источникам переменного тока. Обычно, в таких зонах сетевому участку даже может потребоваться не общая защита F/UTP, а индивидуальная S/FTP.
Промышленная проводка отличается от обычной особыми требования к номинальной эксплуатационной температуре и оболочечному материалу. Для рассматриваемых расходников последний стандартно выполняется из поливинилхлорида, ибо он не слишком дорог в производственном плане. Однако, для специализированных предприятий может потребоваться куда более прочная оболочка. К таковой можно отнести фторированный этилен-полипропилен (FEP) либо термопластичный эластомер (ТРЕ). Подобная защита способна выдерживать крайне экстремальные температуры от -50 до +125 градусов по Цельсию, тогда как классический ПВХ держится на уровне от нуля градусов до +75. Тем более, FEP- и ТРЕ-оболочки обладают большей гибкостью, устойчивы к прямому ультрафиолету, могут размещаться в морской воде, тяжелых жидких масляных субстанциях. Также, популярным оболочечным материалом является и полиуретан, он, конечно, не сможет работать в таких широких границах температур как ТРЕ и FEP, но имеет улучшенную прочность в плане растяжения, большую химическую устойчивость, может успешно противостоять истиранию. Отсюда можно сделать вывод, что полиуретан механически более прочен и практика показывает, что разорвать/надрезать его очень сложно. Им отлично можно оснастить центральные жилы через штамповку. Отдельно стоит упомянуть термопластичный полиуретан и хлорированный полиэтилен. Они являются самыми прочными и дорогими, но далеко не самыми экологичными (широко применяются на вредных производствах).
Витая пара промышленного Ethernet-кабеля также бывает многожильной или одножильной. Многожильные используются на крупном производстве ровно также, как и их собратья в офисах, – для патч-кордов, что обуславливается их особой гибкостью. Разница заключается лишь в том, что они не ограничиваются только коммуникационной функцией, так как на производстве может возникнуть множество ситуаций, при которых провод находится в постоянном движении и может подвергнуться скручиванию/растяжению (например, движущиеся части конвейерных роботов).
При соприкосновении промышленного Ethernet-провода с любым силовым, параллельные токоподающие кабели и Ethernet-кабель должны быть разведены – меду ними должно быть минимум от 20 до 30 сантиметров свободного пространства. Чем больше это разделение, тем устойчивее будет происходить передача данных. Если же линия протянута внутри трубки из металла, то каждая секция такого защитного чехла должна прочно соединяться со следующей, создавая эффект неразрывности цепи. Если же приходится прокладывать провода внутри щитков распределения, то там минимальное расстояние от токопроводящих элементов должно составлять минимум 3 сантиметра. При этом, следует избегать сильных перегибов.
Стандартные хабы-распределители не используются в индустриальном Ethernet, ибо они будут выполнять роль не более, чем повторителей на множественных портах. Лучше на линии использовать специальные управляемые коммутаторы. Неуправляемые коммутаторы в промышленном коммутационном поле тоже допустимы, но предпочтительнее первые, хоть они и дороже.
В индустриальном Ethernet присутствует три вида трафика:
Как правило, стандартный кабель для предприятия может легко достичь показателя в 100 передач на секунду. Однако, в любом поле будет присутствовать некое количество трансфера (передаваемой информации), которое прямо не выполняет какой-либо руководящей/производственной функции, например, периодический отчет печатающего устройства о своем состоянии управляющему центру (грубо говоря, принтер должен иногда отчитываться головному компьютеру, что он готов к работе или работать не может). Таким образом, снабжение кабельной сети управляемыми коммутаторами позволит выставить приоритет для сигналов, в зависимости от их важности, и придавать большее внимание практическим производственным командам.
Даже сегодня большинство инженеров-сетевиков на крупных предприятиях используют, так сказать, творческие, но не всегда эффективные варианты прокладки Industrial Ethernet-кабелей. Ярким примером может стать (уже ставший притчей во языцах) способ крепления проводов к водопроводным трубам на черную изоленту или скотч. Однако, такой метод, при возникновении ситуации отказа, может существенно повысить стоимость ремонта и далеко не быстро способствовать восстановлению скоростной передачи информации.
Монтаж кабеля равно, как и он сам, должен соответствовать будущим условиям эксплуатации и их специфике. Например, кабель, предназначенный для работы в плавильных металлургических цехах, на автоматической конвейерной сборке автомобилей, вряд ли подойдет к работе на хладокомбинате. Всю нужную информацию о расходнике можно почерпнуть из сопроводительной документации, которая, благодаря требованиям к соблюдению уровня международной сертификации, обладает максимумом данных касательно особенностей монтажа и использования. Грамотно обеспечив промышленную сеть шнурами нужного типа, можно качественно снизить время простоев, равно как и расходы на ремонт.
Для стандартного офиса типично, что их Ethernet-сеть монтируется в сравнительно спокойной и чистой среде, где провода легко спрятать за стенами, под полом или в потолочном перекрытии. Для самого же сетевого оборудования, будь оно активное или пассивное, достаточно просто найти надежно защищенную зону.
В промышленной сфере ситуация совершенно иная. Все провода, коннекторы и т.п. подобные элементы, по сути, являются неотделимой частью общей автоматизированной системы управления и перманентно находятся в сложных окружающих условиях. Простые Ethernet-провода, даже самого дорого сорта, попросту не смогут «выжить» долго в такой обстановке. Соответственно, для промышленности требуется определенная прочность всего коммутационного поля. Отсюда ясно, что офисные решения не подходят для промышленных целей. Применяемые расходники должны быть пригодны к эксплуатации в условиях интенсивного трения, учитывать возможность прямого контакта с горюче-смазочными веществами, спокойно реагировать на высокое электромагнитное излучение, быть способными работать в условиях очень высоких или очень низких температур, успешно переносить колебания напряжения, а также воздействия вибраций и механических нагрузок.
Перед покупкой необходимо выполнить несколько основных этапов:
Предназначается для сетей UTP 4 с длиной 35 метров, используется для построения проводных локальных сетей индустриального назначения. Образец черного цвета применяется для прокладки снаружи здания, подходит для передачи команд на автоматизированное производственное оборудование от контролирующего устройства. Скорость передачи не превышает 100 Mb/sec. Товар состоит из омедненного алюминия, гарантированно обеспечивает указанную скорость без просадок. Соответствует стандартам ANSI\TIA\EIA-568-B. В комплекте идет набор коннекторов RJ-45 с колпачками, что позволяет изготовить отрезки витой пары нужной длины в виде патч-кордов. Витая пара работает и хранится в помещениях и на улице в температурном диапазоне от -40 до +75 °С. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 878 рублей.
Это 4-парный образец, выполнен из медной проволоки, классифицирован по улучшенной категории 5Е. Каждая жила изолирована слоем диэлектрика – полиэтиленом высокой плотности с цветовым различием. Данный товар используется при монтаже небольших сетей на производстве. В основном применяется в помещениях, где воздействие стороннего электромагнитного излучения будет минимально. Обозначение кабеля UTP складывается из типа, указания категории и структуры сердечника, числа пар и диаметра токопроводящей жилы в мм. Если кабель имеет жилы по американскому дюймовому стандарту диаметров, то вместо диаметра часто указывается номер AWG, где номеру 24 соответствует диаметр жилы приблизительно 0,51 мм. Наиболее типовая оболочка характерна для горизонтальных кабелей и представляет собой трубку из поливинилхлоридного пластиката серого цвета с добавкой мела для лучшего обламывания при разделке. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 2200 рублей.
Жила этого товара изготовлена из высокопрочного, устойчивого к изгибу и износостойкого ПВХ материала, который рекомендуется для скоростной передачи в суровых условиях. Имеется супер-помехоустойчивость, что обеспечивает высокоскоростное прохождение сигнала. Используя очень мягкий термостойкий ПВХ-материал, число возможных изгибов может достигать более 30 миллионов раз. Сам образец водонепроницаемый, маслостойкий, термостойкий (+80 по Цельсию), устойчивый к ультрафиолетовому излучению, огнестойкий. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 2260 рублей.
Данная витая пара TWIST состоит из 4-х скрученных между собой с разным шагом пар. Каждая пара представляет собой две медные жилы, диаметром 24 AWG, каждая жила находится в полиэтиленовой (HDPE) изоляции. Общая плотная внешняя оболочка из ПВХ (PVC) достаточно мягкая, при этом покрытие обладает высокой прочностью.
Цельные жилы (solid) выполнены из бескислородной электротехнической меди с диаметром 0,48 мм, что обеспечивает полосу пропускания 100 МГц и соответствие кабеля современным телекоммуникационным стандартам. Предел пропускной способности выше, чем у CCA (омедненного алюминия), так как сигнал идет по всей жиле, а не только по внешнему омедненному контуру. Одножильный кабель из меди не боится изгибов, он более устойчив к изломам, по сравнению с омедненным алюминием (ССА). Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 2500 рублей.
Такой четырехпарный образец имеет категорию 5e, изготовлен на основе витой пары и предназначен для использования в сетях Industrial Ethernet, для передачи данных со скоростью до 1 Гбит/c. Товар выполнен в экранированном исполнении F/UTP и предназначен для стационарной прокладки как внутри, так и вне зданий. Диаметр проводников составляет 0,50 мм (24 AWG). Экранирование выполнено полиэфирной алюминиевой фольгой с дренажным проводником. Внешняя оболочка выполнена из ПВХ, стойкого к УФ. Внутренняя оболочка также выполнена из ПВХ. На внешней оболочке нанесены метровые метки длины кабеля. Может применяться в системах с классом защиты IP67, в агрессивных промышленных средах. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 30600 рублей.
Это одна витая пара, на 22 AWG, многожильные проводники выполнены из луженой меди, изоляция жил произведена из полиэтилена, общий экран из алюминиевой фольги Beldfoil Z-Fold с усовершенствованным закорачивающим сгибом (покрытие 100%), имеется многожильный дренажный провод, внешняя оболочка — поливинилхлорид. Область применения : промышленное назначение. Используется для реализации функций управления и контроля, передачи низкочастотных сигналов. Экранирование
произведено на основе алюминизированной полиэстерной пленки Beldfoil Z-Fold с усовершенствованным закорачивающим сгибом, покрытие — 100%. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 53000 рублей.
Модель применяется в сетях Industrial Ethernet, Gigabit Ethernet, 100BaseTX, 100BaseVG ANYLAN, 155ATM, 622ATM, NTSC/PAL, AES/EBU цифровое видео, AES51, RS-422, RJ-45. Используется в неблагоприятной, помехонасыщенной среде. Эксплуатируется при частотах до 200 МГц. Подходит для применения в условиях агрессивной среды и вне помещений (CMX-Outdoor). Пригодна для прокладки в стояках и кабельных каналах (CMR). Соответствует стандартам ISO/IEC 11801 кат. 5e, ANSI/TIA/EIA 568B.2 кат. 5e, NEMA WC-63.1 кат. 5e, соответствует требованиям NEC/(UL): CMR, CMX-Outdoor, UL 444. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 112700 рублей.
Эта конструкция проводников однопроволочная (solid), калибр AWG – 24, диаметр проводника в изоляции – 0,85 мм, предельное отклонение по диаметру проводника в изоляции — 0,05 мм, изоляция проводников представлена материалом FEP (фторированный этилен-пропилен) Teflon. Длина полной бухты – 500 метров. Рекомендованная стоимость для розничных сетей – 181000 рублей.
Правильная прокладка промышленных Ethernet-кабелей критически важна для поддержания любого автоматизированного производственного оборудования в доступном состоянии. Неисправность сетевых компонентов и проводников является причиной более чем 70% отказов сетей, в то время как ОС ответственна за остальные 20%, а рабочие приложения – за остальное. Стоимость этих компонентов минимальна по сравнению с ущербом от отказов сетей, где стоимость простоев может измеряться тысячами долларов в минуту.
