4 errores al seleccionar un cable Ethernet o de bus industrial

No todos los cables de datos son iguales. Muchos usuarios no se dan cuenta de ello hasta que se encuentran con problemas y errores en la transmisión de datos en sus aplicaciones industriales. En este artículo, aprenderá cuáles son los errores más comunes a la hora de seleccionar un cable Ethernet o de bus industrial 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 diferentes 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, cables coaxiales, telefónicos y de bus, diversos sistemas Ethernet o cables de microondas para aplicaciones especiales que requieren transmisión en el rango de gigahercios. La selección del cable incorrecto puede provocar rápidamente costosas interrupciones y errores.

En general, los cables de datos son cables de baja capacidad. Esto significa que se acumula la menor cantidad posible de energía eléctrica en el cable al transferir datos. Esta energía eléctrica tiene un impacto negativo en la calidad de la señal. La capacidad depende en parte del material de aislamiento del cable. Los cables de bus y Ethernet modernos utilizan principalmente materiales como PE o PP, que ofrecen un aislamiento especialmente bueno, lo que se determina midiendo la constante dieléctrica (εr). Cuanto menor sea este valor, mejor aislamiento tendrá el material y menor será la capacidad del cable. Por eso, se puede utilizar un aislamiento más fino con la misma rigidez dieléctrica.

La transmisión de datos impecable se logra mediante la construcción correcta del cable. Un cable sólido, que sea perfectamente redondo y tenga un diámetro uniforme, ofrece el mejor rendimiento eléctrico. Para los cables de bus y Ethernet industriales, se prefiere la construcción según el AWG, ya que esta construcción flexible da como resultado un conductor redondo. Los cables métricos no son adecuados para esta aplicación, ya que tienen una construcción aglomerada y no son redondos. Esto da como resultado capacidades variables que perjudican en gran medida la transmisión de datos de alta frecuencia.

4 errores comunes al seleccionar cables de bus y Ethernet industriales

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 fallas en la transmisión de datos. Estos cables también tienen baja capacidad, pero presentan una impedancia característica diferente a la requerida por el estándar Ethernet. Esto da como resultado un desajuste o una discontinuidad. En los cables de datos de baja frecuencia, todos los pares se colocan en hilos paralelos. Esto significa que las cuatro longitudes de paso son iguales. Los cables Ethernet que se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia también deben estar óptimamente desacoplados. Esto se consigue utilizando cuatro longitudes de paso diferentes, que se miden individualmente. También se deben tener en cuenta las posiciones de los pares trenzados dentro de la construcción general.

2 – Par trenzado clásico en lugar de un par en estrella

Muchos estándares de comunicación industrial, como PROFInet, EtherCAT o SERCOS III, utilizan cables con dos pares trenzados, que se trenzan en lo que se denomina un par en estrella, para la transmisión de datos. En este caso, los cuatro núcleos están trenzados en una forma perfectamente redonda. La ventaja de esto es que no produce diferencias en el tiempo de tránsito. Esto difiere del par trenzado clásico, en el que los pares trenzados individuales deben tener dos longitudes de cableado diferentes debido al desacoplamiento necesario. Si se utiliza el cable de par trenzado incorrecto, podría provocar problemas con la transmisión y los tiempos de tránsito.

En los cables de cuatro hilos en estrella, los conductores que se encuentran en diagonal forman el par eléctrico. Si se ignora esta regla al conectar el cable, se modifican la impedancia característica y la diafonía en el extremo cercano (NEXT) del cable, lo que también puede reducir la calidad de la transmisión. Incluso los cables de sensor de cuatro hilos apantallados no son adecuados para su uso como cables Ethernet o de bus industriales de alta frecuencia, a pesar de que su construcción parece comparable a primera vista. La diferencia es que la resistencia del aislamiento del conductor no está diseñada para Ethernet y el trenzado no es perfectamente redondo en su construcción. Esto da como resultado un cable que funciona de manera inadecuada debido a una impedancia característica, NEXT y atenuación del cable inadecuados.

3 – Cable demasiado largo o diámetro demasiado pequeño

Otro ejemplo clásico son los segmentos demasiado largos. Según el estándar Ethernet, se debe utilizar un repetidor después de un máximo de 100 metros de longitud. Este recibe la señal débil y la transmite de nuevo con toda su potencia. En la práctica, se pueden encontrar segmentos con longitudes superiores a 100 metros, pero que no cumplen con las normas aplicables. En estos casos, el aumento de las temperaturas, el envejecimiento y otros factores pueden provocar rápidamente defectos o fallos. Los cables más finos con diámetros AWG 26 están limitados a 60-70 metros. Es importante recordar que cada conector enchufable es una unión que provoca pérdidas por atenuación y reflexión, lo que reduce el alcance.

4 – Conector incorrecto

Es habitual que se utilicen conectores no estándar y no probados en aplicaciones Ethernet, como los conectores D-Sub o M12, que tienen codificación A y un diseño de 8 pines. Estos conectores transmiten datos, pero la calidad se reduce significativamente debido a la diafonía en el extremo cercano (NEXT) más baja. La razón de esto es la posición del pin central, que no cumple con las normas e impide la transmisión de datos.

Según los estándares de Ethernet, las caras de conector admisibles para el mejor cableado de datos son enchufes/tomas apantallados:

> RJ45 de 4 pines (100 Mbit de 4 pines)
> RJ45 de 8 pines (Gbit de 8 pines)
> M8 y M12 con codificación D (100 Mbit)
> M8 con codificación A de 4 pines (100 Mbit)
> M12 con codificación P (100 Mbit)
> M12 con codificación X (Gbit)
> Ix Industrial (Gbit)
> Mini-IO
> SPE (Single Pair Ethernet)

Además, existen diversos estándares como PROFInet, EtherCAT o SPE (Single Pair Ethernet) que pueden transmitir datos y energía en un enchufe híbrido. Estos cumplen con las normas IEC, han sido evaluados por las organizaciones apropiadas o están siendo estandarizados.

Conectores Ethernet híbridos estandarizados

> M8 SPE acc. según IEC 63171-6
> M12 SPE según IEC 63171-7
> M12 con codificación 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 tienen sus propias soluciones híbridas en sus carteras que no están estandarizadas pero que han sido probadas y evaluadas para la conformidad con Ethernet. Como principio básico, se recomienda siempre utilizar conectores Ethernet estandarizados y evaluados.

Al seleccionar cables de datos para aplicaciones industriales, los usuarios deben cumplir con las normas correspondientes para evitar fallos y averías. Los usuarios 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 de conexión. Además, el envejecimiento de los componentes individuales puede provocar a largo plazo una reducción de la calidad de la transmisión y provocar interrupciones. Con 45 años de experiencia, HELUKABEL es experto en tecnología de conexión y se complace en ayudar a los usuarios a identificar los cables Ethernet o de bus industriales perfectos para su aplicación industrial.