کابل اتوبوس صنعتی Manufacturers

تحمل امپدانس مشخصه و چرایی تاثیر مستقیم آن بر قابلیت اطمینان شبکه اتوبوس

هر پروتکل فیلدباس صنعتی که از یک خط انتقال متوازن دیفرانسیل - PROFIBUS DP، DeviceNet، CANopen، سیستم‌های مبتنی بر RS-485 استفاده می‌کند - یک امپدانس مشخصه اسمی را برای کابل خود مشخص می‌کند که معمولاً 120 Ω است. این مقدار یک قرارداد دلخواه نیست: با مقاومت‌های پایانی که در هر انتهای بخش گذرگاه قرار می‌گیرند مطابقت دارد، و ترکیب امپدانس کابل و مقاومت پایانی منطبق بر آن چیزی است که انعکاس سیگنال را که در غیر این صورت فریم‌های داده را خراب می‌کند، سرکوب می‌کند. هنگامی که امپدانس مشخصه واقعی کابل از مقدار مشخص شده منحرف می‌شود، مقاومت‌های پایانی دیگر تطابق امپدانس کاملی را ایجاد نمی‌کنند و بازتاب‌های جزئی در امتداد گذرگاه حرکت می‌کنند و نویز را به انتقال سیگنال اضافه می‌کنند و نرخ خطای بیت را افزایش می‌دهند - به ویژه در نرخ‌های باود بالا و نزدیک به حداکثر طول قطعه مجاز پروتکل.

امپدانس مشخصه با هندسه جفت پیچ خورده کابل تعیین می شود: به طور خاص، نسبت قطر هادی به قطر خارجی عایق، و ثابت دی الکتریک ماده عایق. برای هدف 120 Ω، این پارامترها باید در طول ساخت به شدت کنترل شوند. یک دیوار عایق که 5 درصد نازک‌تر از اسمی است، امپدانس را تقریباً 3-4 Ω کاهش می‌دهد - انحرافی که کوچک به نظر می‌رسد اما می‌تواند باعث ایجاد ضرایب انعکاس قابل اندازه‌گیری در بخش‌هایی شود که در نزدیکی محدوده‌های طول نامی خود کار می‌کنند. ترکیبات عایق دی الکتریک فوم دار یا سلولی، که ثابت دی الکتریک موثر را در مقایسه با عایق جامد کاهش می دهد، در کابل های باس ممتاز برای رسیدن به امپدانس هدف با دیواره عایق نازک تر استفاده می شود و قطر کلی کابل را کاهش می دهد و در عین حال دقت الکتریکی را حفظ می کند. کابل هایی که امپدانس اسمی 120 Ω را برآورده می کنند اما با تلرانس های وسیع تری تولید می شوند (± 15 Ω در مقابل ± 5 Ω قابل دستیابی با تولید کنترل شده) تغییرات امپدانس نقطه به نقطه را در طول خود نشان می دهند که توسط مقاومت های پایانی اصلاح نمی شوند و به عنوان منابع بازتابی توزیع شده در بخش باس ظاهر می شوند.

تحمل امپدانس به ندرت در گزارش‌های تست کابل استاندارد قابل مشاهده است، که معمولاً فقط مقاومت DC، مقاومت عایق و ظرفیت خازن را اندازه‌گیری می‌کنند - هیچ کدام مستقیماً مشخصات امپدانس مشخصه را در طول کابل نشان نمی‌دهند. تست بازتاب سنجی حوزه زمان (TDR)، که یک پالس سریع به پایین کابل می فرستد و بازتاب ها را به عنوان تابعی از فاصله اندازه گیری می کند، ابزار مناسبی برای ارزیابی ثبات امپدانس در طول کابل باس است. مشخص کردن تست TDR به عنوان بخشی از معیارهای پذیرش کابل - و درخواست ردیابی TDR به عنوان یک محصول تحویلی - تضمین معنی‌داری از کیفیت امپدانس را فراهم می‌کند که اندازه‌گیری‌های مقاومت و ظرفیت به تنهایی نمی‌توانند تامین کنند. Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. هندسه عایق کنترل شده و طول لایه ثابت را در تولید کابل اتوبوس اعمال می کند و یکنواختی امپدانس را هدف قرار می دهد که از عملکرد اتوبوس قابل اعتماد در طول قطعه نامی کامل پشتیبانی می کند.

الزامات کابل پروتکل خاص که معمولاً در طول تدارکات نادیده گرفته می شوند

پروتکل‌های فیلدباس صنعتی مختلف، الزامات بسیار خاصی را برای ساخت کابل ایجاد می‌کنند که فراتر از توصیف‌گر عمومی "جفت پیچ خورده محافظ" است. خرید یک کابل بدون صلاحیت که فقط پارامترهای الکتریکی اصلی - امپدانس صحیح، محافظ کافی - را برآورده می‌کند، در حالی که الزامات ساخت و ساز خاص پروتکل را از دست می‌دهد، سیستم‌هایی را ایجاد می‌کند که در شرایط ایده‌آل کار می‌کنند اما تحت بارگذاری سیگنال و تنش‌های محیطی تاسیسات واقعی تخریب یا خراب می‌شوند. خانواده‌های پروتکل‌های زیر، هر کدام الزامات کابل الزام‌آوری دارند که توجه فردی را در طول مشخصات الزامی می‌کند.

کابل PROFIBUS DP نوع A نه تنها امپدانس اسمی 135-165 Ω و حداکثر ظرفیت خازنی 30 pF/m را مشخص می‌کند، بلکه حداقل مقاومت حلقه 110 Ω/km را نیز مشخص می‌کند - حد مقاومت پایین‌تری که ممکن است غیرمعمول به نظر برسد. این کران پایین برای جلوگیری از ایجاد یک خط انتقال با مشخصه تضعیف خیلی کم توسط هادی های بسیار ضخیم وجود دارد که باعث افزایش زمان حلقه پایین بازتاب و بدتر شدن یکپارچگی سیگنال در نرخ باود بالا می شود. استاندارد PROFIBUS همچنین پوشش محافظ قیطان مسی را حداقل 85 درصد مشخص می کند، زیرا سپر به عنوان زمین مرجع سیگنال برای لایه فیزیکی RS-485 عمل می کند و پوشش ناکافی امپدانس سپر را در فرکانس های سیگنال بالا می برد و رد حالت معمول را کاهش می دهد.

پروتکل‌های EtherCAT، PROFINET و اترنت صنعتی که با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه یا 1 گیگابیت بر ثانیه کار می‌کنند، به کابل‌هایی نیاز دارند که عملکرد الکتریکی رده 5e یا رده 6 را مطابق با استاندارد IEC 11801 داشته باشند، اما با شرایط مکانیکی اضافی که کابل اترنت درجه اداری آن را حمل نمی‌کند. کابل اترنت صنعتی معمولاً باید با استاندارد IEC 61156-6 (برای نصب ثابت) یا IEC 61156-7 (برای استفاده از زنجیره کششی و انعطاف پذیری پیوسته) مطابقت داشته باشد، که حداقل شعاع خمش، مقاومت بار کششی و استحکام در برابر مواد شیمیایی صنعتی - سیالات برش، مایعات هیدرولیک، روغن های تمیز کننده، را مشخص می کند. استفاده از کابل Cat5e استاندارد درجه اداری در یک برنامه اترنت صنعتی، مشخصات الکتریکی را در روز اول برآورده می‌کند، اما تحت قرار گرفتن در معرض مکانیکی و شیمیایی که در محیط‌های کارخانه معمول است، به سرعت تخریب می‌شود.

چگونه ظرفیت کابل اتوبوس در هر متر حداکثر طول قطعه و تعداد گره را محدود می کند

حداکثر طول قطعه و حداکثر تعداد گره‌های مجاز در یک قطعه فیلدباس، پارامترهای پروتکل دلخواه نیستند - آنها از بارگذاری سیگنالی که با ظرفیت کابل بیشتر و ظرفیت‌های ورودی گره بیشتر به گذرگاه اضافه می‌شود، مشتق می‌شوند. درک این رابطه به طراحان سیستم اجازه می‌دهد تا زمانی که جداول استاندارد طول بخش برای طرح‌بندی کارخانه بسیار محدودکننده هستند، یا زمانی که آرایش گره متراکم در یک بخش کوتاه به طور غیرمنتظره‌ای به حد بارگذاری خود نزدیک می‌شود، تصمیم‌گیری آگاهانه در مورد انتخاب کابل بگیرند.

برای پروتکل‌های فیلدباس مبتنی بر RS-485، هر گره متصل به گذرگاه باری را به راننده خط به شکل یک بار واحد ارائه می‌کند - که در ابتدا به عنوان امپدانس ورودی 12 کیلو اهم تعریف می‌شد، اگرچه بسیاری از فرستنده‌های گیرنده مدرن بارهای واحد کسری 1/4 یا 1/8 را ارائه می‌دهند که به گره‌های بیشتری در هر بخش اجازه می‌دهد. ظرفیت کابل به عنوان یک بار توزیع شده در طول سگمنت عمل می کند: در 12 مگابیت بر ثانیه، PROFIBUS DP حداکثر ظرفیت قطعه 30 nF را مشخص می کند که در صورت استفاده از کابل 30 pF/m به حداکثر طول کابل 100 متر ترجمه می شود. همان بودجه 30 nF در کابلی با ظرفیت خازنی 50 pF/m، بخش را تنها به 60 متر محدود می کند. این بدان معناست که خرید کابلی با مشخصات پایین‌تر که در هزینه هر متر صرفه‌جویی می‌کند، می‌تواند مستقیماً طرح‌بندی قابل دستیابی سیستم را کاهش دهد، و به طور بالقوه به تکرارکننده‌های اضافی یا تقسیم‌بندی قطعه‌ای نیاز دارد که هزینه بسیار بیشتری نسبت به صرفه‌جویی در کابل دارد.

ظرفیت کابل از نظر فیزیکی توسط همان عوامل هندسی تعیین می شود که امپدانس مشخصه را کنترل می کنند - قطر هادی، ضخامت دیواره عایق و ثابت دی الکتریک. کابلی که برای ظرفیت خازنی کم بهینه شده است، معمولاً از عایق ضخیم با فوم یا ترکیب سلولی کم دی الکتریک ثابت استفاده می کند که به طور همزمان مقادیر امپدانس مشخصه بالایی (135-165 Ω) مشخص شده توسط PROFIBUS را به دست می آورد. این دو ویژگی - ظرفیت کم و امپدانس بالا - از نظر هندسی سازگار هستند و با تصمیمات طراحی یکسانی به دست می‌آیند، به همین دلیل است که کابل‌های باس با کیفیت بالا می‌توانند هر دو نیاز را به طور همزمان برآورده کنند، در حالی که کابل‌های مقرون‌به‌صرفه که امپدانس را بدون کنترل ظرفیت خازنی (یا برعکس) برآورده می‌کنند، محدودیت‌هایی ایجاد می‌کنند که تنها در اندازه کامل شبکه آشکار می‌شوند. کابل Zhishang کابل های باس را با هر دو پارامتر کنترل شده به عنوان مشخصات اولیه تولید می کند، و به طراح سیستم فضای سر تا قسمت کاملی را که پروتکل اجازه می دهد، ارائه می دهد.

ساخت کابل اتوبوس پیوسته انعطاف پذیر برای کاربردهای رباتیک و محور متحرک

کابل اتوبوس صنعتی ربات‌های نصب‌شده روی بازوهای ربات، ربات‌های هفت محوره مشترک، سیستم‌های انتقال خطی و محورهای ماشین ابزار، نیازهای مکانیکی را تجربه می‌کنند که کاملاً متفاوت از سیم‌کشی پانل‌های نصب ثابت است. یک بازوی روباتی که 60 چرخه در دقیقه را طی یک عملیات سه شیفتی انجام می دهد، تقریباً 100000 چرخه انعطاف پذیری را در روز جمع می کند - که در یک دوره یک ساله به 25 میلیون چرخه می رسد. در این تعداد چرخه، هر عنصری از ساختار کابل که به طور خاص برای خمش دینامیکی مهندسی نشده است، به محل بالقوه شروع خرابی تبدیل می‌شود: شکستگی سیم هادی، شکستگی بافته‌های محافظ، ترک‌خوردگی عایق در نقاط خم، و لایه‌برداری ژاکت از عناصر زیرین، همگی به حالت‌های خرابی واقعی تبدیل می‌شوند که در طول عمر سرویس استاندارد کابل قابل رفع باشد.

ساخت کابل اتوبوس انعطاف‌پذیر پیوسته به هر حالت خرابی از طریق انتخاب‌های طراحی خاص رسیدگی می‌کند. رساناها از بهترین کلاس رشته های موجود (کلاس 6 در IEC 60228 یا معادل آن)، با قطر سیم های مجزا به کوچکی 0.04-0.06 میلی متر برای هادی های با مقطع کوچک استفاده می کنند. سیم‌های ریز تنش خمشی را توزیع می‌کنند به طوری که در طول چرخه‌های حداقل شعاع خمشی مشخص‌شده کابل، هیچ سیمی فراتر از حد الاستیک خود کشیده نشود. پیچش جفت با طول لایه بهینه‌سازی شده اعمال می‌شود که نه خیلی کوتاه است (که باعث می‌شود هادی‌های بیرونی تحت خمش و شکستگی سفت شوند) و نه خیلی طولانی (که باعث می‌شود هندسه جفت تحت انعطاف به هم ریخته و امپدانس را در نقطه خم تغییر دهد). سپر کلی، اگر یک قیطان بافته شود، از قیطان سیم ریز با زاویه بافت و پوشش که به طور خاص برای حفظ تداوم و درصد پوشش از طریق شمارش چرخه خم محاسبه شده است، استفاده می‌کند - سپر طراحی‌شده برای نصب استاتیک، مدارهای باز را در سیم‌های قیطانی منفرد در کسری از عمر انعطاف‌پذیری مورد نیاز برای کاربردهای روبات ایجاد می‌کند.

انتخاب مواد ژاکت در کابل‌های باس منعطف پیوسته صرفاً به انتخاب یک ترکیب انعطاف‌پذیر نیست - ژاکت همچنین باید سطح مقطع استوانه‌ای کابل را از طریق خم شدن مکرر بدون بیضی‌شدن حفظ کند، که هندسه دی الکتریک را تغییر می‌دهد و امپدانس مشخصه کابل را از مقدار اسمی آن دور می‌کند. ژاکت‌های PUR (پلی اورتان) انتخاب ارجح برای اکثر کاربردهای کابل باس منعطف پیوسته هستند: PUR ترکیبی از مقاومت سایشی بالا با بازیابی الاستیک ثابت پس از تغییر شکل است، به این معنی که کابل پس از هر چرخه خمشی به جای تغییر شکل تدریجی به سمت یک پروفیل بیضی، به سطح مقطع اولیه خود باز می‌گردد. مقاومت PUR در برابر روغن های هیدرولیک، مایعات برش و مواد تمیز کننده صنعتی که به طور جهانی در محیط های ماشین ابزار وجود دارند، یک مزیت اضافی نسبت به ژاکت های TPE است که انعطاف پذیری قابل مقایسه ای را ارائه می دهند اما مقاومت شیمیایی کمتری در برابر هیدروکربن های آروماتیک و آلیفاتیک که معمولاً در روان کننده های ماشین یافت می شوند، ارائه می دهند.

عناصر ساختمانی که Flex پیوسته را از کابل اتوبوس نصب ثابت متمایز می کند

• کلاس استرندینگ هادی: رشته سیم ریز کلاس 6 (IEC 60228) در مقابل کلاس 2 یا کلاس 5. رشته های ریزتر تنش خمشی را توزیع می کنند و عمر خستگی را با مرتبه ای از بزرگی یا بیشتر در شعاع خمشی دینامیکی کابل افزایش می دهند.
• طول خواب بهینه جفت: کنترل شده برای جلوگیری از تغییر امپدانس تحت خمش؛ کوتاهی بیش از حد باعث سفت شدن بیش از حد هادی در شعاع خم داخلی می شود، طولانی بودن بیش از حد باعث اعوجاج هندسه جفت می شود.
• سپر بافته سیم ریز: بافته شده از سیم‌هایی با قطر کمتر از 0.10 میلی‌متر با زاویه قیطان محاسبه‌شده که درصد پوشش را در طول تعداد چرخه خمش نامی بدون شکستگی سیم‌ها حفظ می‌کند.
• ژاکت بیرونی PUR: بازیابی سطح مقطع الاستیک را پس از خم شدن فراهم می کند و از بیضی شدن پیشرونده که امپدانس مشخصه را تغییر می دهد جلوگیری می کند. همچنین در برابر روغن ها و مواد شیمیایی صنعتی مقاوم است.
• جداسازی عناصر غیر چسبنده: پرکننده ها و کلاسورها بین عناصر کابل باید امکان حرکت نسبی را در طول خمش فراهم کنند. ساختارهای پیوندی که از لغزش بین عنصری جلوگیری می کنند، تنش برشی ایجاد می کنند که باعث شکستگی عناصر داخلی در نقطه خم می شود.