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图片来源：Helukabel（和柔）
下一代制造业的革命已经来临，为了在这场工业革命中实现更大的投资回报和竞争优势，企业领导者们需要规划如何进行战略扩张，最重要的是如何处理好他们的数据。
并非所有数据电缆都是一样的。许多用户直到在工业应用中遇到中断或数据传输问题时，才会意识到这一点。了解用户在选择工业以太网或总线电缆时最常见的问题以及如何避免这些问题非常重要。
所有以任何方式实现通信的电缆和电线，通常都可以被称为数据电缆。但是，它们之间存在显着差异，例如包括铜和光纤在内的多种结构。铜质数据电缆有多种类型：低频电缆、同轴电缆、电话电缆和总线电缆、各种以太网系统或用于需要千兆赫兹传输速率的特殊应用的微波电缆。选择错误的电缆会很快导致代价高昂的中断和错误。
一般来说，数据电缆是低容量电缆。这意味着由于电缆对信号质量的负面影响，在传输数据时电缆中积累的电能需要尽可能的少。容量部分取决于电缆的绝缘材料。
▲图1：电缆绝缘材料的比较。图片来源: Helukabel
现代总线和以太网电缆主要使用聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）等材料，由于这些材料的介电常数具有特别好的绝缘性。该值越低，材料的绝缘性能越好，电缆的容量越低。这就是为什么相同的介电强度，可以使用更薄的绝缘材料。
适合的电缆结构可实现良好的数据传输。圆形且直径一致的实心导线具有最佳的电气性能。对于工业以太网和总线电缆而言，最好采用美国线规（AWG）电缆，因为这种灵活的结构会产生圆形导体。公制电缆不适合这种应用CONTROL ENGINEERING China版权所有，因为它们是束状结构，不是圆形的。这会导致容量不稳定，严重影响高频数据传输。
01 为工业应用选择电缆时的四个常见错误
1 在高频应用中使用低频电缆
为高频以太网连接选择低频电缆是造成数据传输故障的一个常见原因。这些高频电缆的容量也很低，但表现出与以太网标准要求不同的特性阻抗。这会导致不匹配或不连续。在低频数据电缆中，所有电缆对都平行铺设。这意味着所有四个敷设长度都是相同的。高频应用中使用的以太网电缆，必须进行最佳解耦。这是通过四种不同的敷设长度来实现的，这些长度是单独测量的。还必须考虑双绞线在整体结构中的位置。
2 传统双绞线而不是星形四绞线
许多工业通信标准，如Profinet、EtherCAT或SERCOS III，都使用双绞线电缆进行数据传输，双绞线对被绞合成所谓的星形四绞线。在这里，所有四根导线都绞合成完美的圆形。这样做的好处是它不会导致传输时间的差异。这与传统的双绞线不同，由于需要解耦，单个双绞线必须具有不同的绞合线长度。如果使用了不合适的双绞线，可能会导致传输以及传输时间问题。
▲图2：解耦性差（左）和解耦性好（右）的示例。
在星形四绞线中，彼此对角位置的导体形成电缆对。在连接电缆时，如果忽略此规则，电缆的特性阻抗和近端串扰也会发生变化，这也可能会降低传输质量。即使是屏蔽的四芯电缆也不适合用作高频工业以太网或总线电缆，尽管乍一看它们的结构相似。不同之处在于www.cechina.cn，导体绝缘强度不是为以太网设计的，绞合在结构上也不是完美的圆形。由于特性阻抗、近端串扰和电缆衰减不合适，这会导致电缆功能不足。
3 电缆太长或直径太小
另一个典型的例子是电缆段太长。根据以太网标准，必须使用中继器之前的最大电缆长度为328英尺（100米）。该设备接收较弱的信号经增强后继续传输。在实践中，可以找到长度超过328英尺的通信段，但这不符合适用标准。在这些情况下，温度升高、老化和其它因素可能会迅速导致缺陷或故障。
AWG 26等较细的电缆，长度需要限制在197至230英尺（60至70米）之间。重要的是要记住，每个连接器都是一个接头，会通过衰减和反射造成损耗，从而缩小范围。
4 使用了错误的连接器
以太网应用中经常使用非标准和未经测试的连接器，如D-Sub或M12插头，这些插头采用8针设计进行A 编码。这些连接器确实能够传输数据www.cechina.cn，但由于近端串扰较低，质量显著下降。原因是中间引脚的定位不符合标准，影响了数据传输。
▲图3：从左到右依次为X编码的M12连接器、D-sub连接器、A编码的M12连接器。
根据以太网标准，最佳数据布线所允许的插接面是屏蔽连接器（公插头/母插座）：
■ RJ45 4 针（100 Mbit 4针）
■ RJ45 8 针（Gbit 8针）
■ D 编码 M8 和 M12（100 Mbit）
■ A 编码 M8 4针（100 Mbit）
■ P 编码 M12（100 Mbit）
■ X 编码 M12（Gbit）
■ ix工业（Gbit）
■ 迷你 I/O
■ 单对以太网（SPE）。
此外，还有一些标准，如Profinet、EtherCAT或SPE，可以在一个混合插头中传输数据和电源。这些要么遵守IEC规范，要么已经经过某些组织的评估，要么正在实现标准化。标准化的混合以太网插头包括：
■ 符合IEC 63171-6标准的 M8 SPE
■ 符合IEC 63171-7标准的 M12 SPE
■ 符合IEC 61076-2-11标准的 Y 编码 M12
■ 符合IEC 61076-2-117标准的 M23
■ 符合IEC 61076-3-106标准的 RJ45混合
■ 符合IEC 61076-3-124标准的 ix工业
某些连接器制造商在其产品组合中使用了自己的混合解决方案CONTROL ENGINEERING China版权所有，这些解决方案没有标准化CONTROL ENGINEERING China版权所有，但已经经过以太网合规性测试和评估。作为一个基本原则，建议坚持使用标准化和经过评估的以太网连接器。
在为工业应用选择数据电缆时，用户应遵守适当的标准，以防止故障和失效。用户还必须注意单个网段的长度、连接器的数量以及安装和接插电缆的不同直径。此外，从长期来看，单个组件的老化也会导致传输质量下降和中断。
关键概念：
■ 将低频电缆用于高频以太网会因阻抗不匹配和解耦不良而造成中断。
■ 合适的电缆绝缘材料可确保数据传输中的低电容和更好的信号质量。
思考一下：
您的工厂在选择数据电缆时遇到哪些问题？
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