No todos los cables de datos son iguales. Muchos usuarios no se dan cuenta de esto hasta que experimentan interrupciones y errores en la transmisión de datos en sus aplicaciones industriales. En este artículo, aprenderá cuáles son los errores más comunes al seleccionar un cable Ethernet industrial o de bus y cómo evitarlos.
Todos los cables y conductores que contribuyen de alguna manera a la comunicación se denominan comúnmente cables de datos. Sin embargo, existen diferencias significativas, como las estructuras completamente distintas de los cables de cobre y de fibra óptica. Los cables de datos de cobre se presentan en muchos tipos diferentes, como cables de baja frecuencia, coaxiales, telefónicos y de bus, diversos sistemas Ethernet o cables de microondas para aplicaciones especiales que requieren transmisión en el rango de los gigahercios. La selección de un cable incorrecto puede provocar rápidamente interrupciones y errores costosos.
En general, los cables de datos son cables de baja capacitancia. Esto significa que, al transferir datos, se acumula la menor cantidad posible de energía eléctrica en el cable. Esta energía eléctrica tiene un impacto negativo en la calidad de la señal. La capacitancia depende en parte del material de aislamiento del cable. Los cables modernos de bus y Ethernet utilizan principalmente materiales como PE o PP, que proporcionan un aislamiento especialmente bueno, determinado mediante la medición de la constante dieléctrica (εr). Cuanto menor es este valor, mejor es la capacidad aislante del material y menor es la capacitancia del cable. Por esta razón, puede utilizarse un aislamiento más delgado cuando se mantiene la misma rigidez dieléctrica.
| Material | VDE-Label | Dielectric Constant | Halogen free |
|---|---|---|---|
| PVC | Y | 3.6–6 | no |
| PVC +90°C | Yw | 4–6.5 | no |
| PE | 2Y | 2.3 | yes |
| PE foamed | 02Y | 1.6–1.8 | yes |
| PP | 9Y | 2.3–2.4 | yes |
| PP foamed | 1.6–1.8 | yes | |
| PUR | 11Y | 4–7 | yes* |
| FEP | 6Y | 2.1 | no |
Una transmisión de datos óptima se logra mediante la construcción correcta del cable. Un conductor sólido, perfectamente redondo y con un diámetro uniforme, ofrece el mejor rendimiento eléctrico. Para cables Ethernet industriales y de bus, se prefiere una construcción según AWG, ya que esta estructura flexible da como resultado un conductor redondo. Los cables métricos no son adecuados para esta aplicación, ya que tienen una construcción cableada (en haces) y no son redondos. Esto genera capacitancias variables que afectan significativamente la transmisión de datos de alta frecuencia.
Errores comunes al seleccionar cables Ethernet industriales y de bus
1 – Cables de baja frecuencia para aplicaciones de alta frecuencia
La selección de cables de baja frecuencia para conexiones Ethernet de alta frecuencia es una causa común de fallos en la transmisión de datos. Estos cables también son de baja capacitancia, pero presentan una impedancia característica diferente de la requerida por el estándar Ethernet. Esto da lugar a una desadaptación o discontinuidad.
En los cables de datos de baja frecuencia, todos los pares están trenzados con el mismo paso. Esto significa que las cuatro longitudes de paso son iguales. En cambio, los cables Ethernet utilizados en aplicaciones de alta frecuencia deben estar óptimamente desacoplados. Esto se logra mediante el uso de cuatro longitudes de paso diferentes, medidas individualmente. También deben tenerse en cuenta las posiciones de los pares trenzados dentro de la construcción general del cable.
Mal desacoplamiento (izquierda) y buen desacoplamiento (derecha)
2 – Trenzado clásico en lugar de star quad
Muchos estándares de comunicación industrial, como PROFInet, EtherCAT o SERCOS III, utilizan cables con dos pares trenzados, que se trenzan formando lo que se denomina un star quad, para la transmisión de datos. En este caso, los cuatro conductores están cableados en una forma perfectamente redonda. La ventaja de esto es que no se producen diferencias en el tiempo de tránsito de la señal.
Esto difiere del trenzado clásico, donde los pares trenzados individuales deben tener dos longitudes de paso diferentes debido al desacoplamiento requerido. Si se utiliza un cable de pares trenzados incorrecto, pueden producirse problemas en la transmisión y en los tiempos de tránsito.
2 pares
- 4 × diámetro del conductor
- 3 × cableado
- Pares según ilustración
- Configuración sencilla
- Diferentes tiempos de tránsito de la señal
Star quad
- 2,4 × diámetro del conductor
- 1 × cableado
- Los conductores diagonales forman el par eléctrico: blanco/azul y naranja/amarillo
- Tiempos de tránsito de señal idénticos
En los star quad, los conductores situados diagonalmente entre sí forman el par eléctrico. Si esta regla se ignora al conectar el cable, se modifican la impedancia característica y la diafonía de extremo cercano (NEXT), lo que también puede reducir la calidad de transmisión.
Incluso los cables de sensores apantallados de cuatro conductores no son adecuados para su uso como cables Ethernet industriales o de bus de alta frecuencia, a pesar de que su construcción pueda parecer comparable a primera vista. La diferencia radica en que la rigidez dieléctrica del aislamiento de los conductores no está diseñada para Ethernet y el cableado no es perfectamente redondo. Esto da como resultado un funcionamiento inadecuado del cable debido a una impedancia característica, NEXT y atenuación no apropiadas.
3 – Longitud excesiva del cable o diámetro demasiado pequeño
Otro ejemplo clásico son los segmentos demasiado largos. Según el estándar Ethernet, debe utilizarse un repetidor después de un máximo de 100 metros de longitud. Este recibe la señal débil y la transmite nuevamente a plena potencia. En la práctica, sin embargo, se encuentran segmentos con longitudes superiores a 100 metros, aunque no cumplen con las normas aplicables.
En estos casos, el aumento de la temperatura, el envejecimiento y otros factores pueden provocar rápidamente defectos o fallos. Los cables más delgados con diámetros AWG 26 están limitados a 60–70 metros. Es importante recordar que cada conector es una unión que provoca pérdidas por atenuación y reflexión, lo que reduce el alcance.
4 – Conector incorrecto
Es común que se utilicen conectores no estándar y no probados en aplicaciones Ethernet, como conectores D-Sub o M12 con codificación A y diseño de 8 pines. Estos conectores transmiten datos, pero la calidad se reduce significativamente debido a la menor diafonía de extremo cercano (NEXT). La razón es la posición del pin central, que no cumple con las normas y dificulta la transmisión de datos.
Según los estándares Ethernet, las interfaces de conexión admisibles para el mejor cableado de datos son conectores/hembras apantallados:
- RJ45 4 pines (100 Mbit, 4 pines)
- RJ45 8 pines (Gbit, 8 pines)
- M8 y M12 codificados D (100 Mbit)
- M8 codificado A, 4 pines (100 Mbit)
- M12 codificado P (100 Mbit)
- M12 codificado X (Gbit)
- Ix Industrial (Gbit)
- Mini-IO
- SPE (Single Pair Ethernet)
Además, existen distintos estándares como PROFInet, EtherCAT o SPE (Single Pair Ethernet) que pueden transmitir datos y energía en un conector híbrido. Estos cumplen normas IEC, han sido evaluados por las organizaciones correspondientes o se encuentran en proceso de estandarización.
Conectores híbridos Ethernet estandarizados
- M8 SPE según IEC 63171-6
- M12 SPE según IEC 63171-7
- M12 codificado Y según IEC 61076-2-113
- M23 según IEC 61076-2-117
- RJ45 híbrido según IEC 61076-3-106
- Ix Industrial según IEC 61076-3-124
Algunos fabricantes de conectores ofrecen sus propias soluciones híbridas en sus catálogos que no están estandarizadas, pero han sido probadas y evaluadas en cuanto a conformidad Ethernet. Como principio básico, se recomienda siempre utilizar conectores Ethernet estandarizados y evaluados.
Conclusión
Al seleccionar cables de datos para aplicaciones industriales, los usuarios deben cumplir las normas correspondientes para evitar fallos y malfuncionamientos. También deben prestar atención a las longitudes de los segmentos individuales, la cantidad de conectores y los diferentes diámetros de los cables de instalación y patch. Además, el envejecimiento de los componentes individuales puede, a largo plazo, provocar una reducción en la calidad de transmisión y generar interrupciones.
Con 45 años de experiencia, HELUKABEL es un experto en tecnología de conexión y está disponible para ayudar a los usuarios a identificar los cables Ethernet industriales o de bus ideales para su aplicación industrial.
