Jste zde

Novinky: Kabely pro inteligentní systémy dle Industry 4.0

Antonín Vojáček, 5. Únor 2016 - 18:54

S rostoucím objemem a množstvím dat vzájemné komunikace průmyslových strojů a systémů musí držet krok i kabeláž jako stále v průmyslu nevyužívanějším nosným médiem. Výrobci kabelů pak zvláště pro průmyslovou ethernetovou komunikaci a ne ethernetu založených průmyslových sběrnicích vyvíjejí nové kabely v kategorii Cat.5 i Cat.6 i připojovací konektory vhodné pro náročné průmyslové prostředí. Pojďme se podívat na novinky v této oblasti.

Industry 4.0

O Industry 4.0 se intenzivně diskutuje již déle než čtyři roky. Pod označením "Industry 4.0 / Industrie 4.0 / Průmysl 4.0" se zvláště mezi manažery a na politické úrovni v rámci EU označuje tzv. 4. průmyslová revoluce, která je založená na výrazné decentralizaci řízení rozsáhlých systémů a vzájemné přímé komunikaci a samostatné řízení mezi jednotlivými stroji a zařízeními ve výrobní lince bez jakéhokoliv zásahu lidské obsluhy. Cílem je přitom dosažení výhod ve výrobě pomocí tzv. inteligentní továrny (Smart Factory). Jde o schopnost změn, efektivitu využití zdrojů, ergonomickou konfiguraci a integraci zákazníků a obchodních partnerů do obchodních a výrobních procesů. Industry 4.0 má za úkol zajistit firmám technický náskok evropských výrobců v mezinárodní konkurenci.

Po tak dlouhé diskuzi se stále častěji vyžaduje, aby se k této změně konečně přistoupilo. To znamená, že jsou vyžadovány jasné, realizovatelné koncepty. Zvláště mnoho německých firem, jako například stuttgartský jeden z předních dodavatelů integrovaných řešení a značkových výrobků v oblasti kabelových a spojovacích technologií společnost Lapp group / Lappkabel, přijalo tuto výzvu, tak jako mnoho jiných výrobců z oboru automatizace.

Industry 4.0 vychází převážně ze síťového propojení firemních a obchodních procesů. Od úrovně ERP (Enterprise Resource Planning) až po úroveň snímač/akční člen. Jen tak je možné přenášet data z výrobních linek přímo do řídicích systémů pro plánování nebo výrobu. Spolehlivé síťové propojení výroby na všech úrovních je možné pouze s integrovaným konceptem kabeláže a připojení, který dovoluje jednotnou instalaci. I když se jako jednotná technologie prosadil Ethernet, je třeba podle druhu aplikace zohlednit různé požadavky ohledně přenosové rychlosti, mechanické odolnosti nebo specifikací jednotlivých systémů.

Kabely pro ethernetovou komunikaci v systémech dle Industry 4.0

Tam, kde mezi sebou a na úrovni ERP komunikují celé stroje a součásti zařízení, musí být zaručena dostatečná přenosová rychlost v „Backbone“ - páteři zařízení. Tím se zabrání vzniku problémových míst a existuje možnost pozdější přestavby nebo rozšíření zařízení. Proto by zařízení měla být podle vize Industry 4.0 budována také mnohem důsledněji modulárně. U kabeláže podle standardu Cat. 6A je páteř zařízení v každém případě progresivně dimenzována až pro 10 Gbit/s. Toto síťové propojení poskytuje také dostatečné rezervy a zajišťuje možnost rozšíření. Páteřní rozvody jsou obvykle pevně vedeny přes kabelové lávky nebo kabelové žlaby. Konkrétně pro pohyblivé části zařízením, kde páteř musí být často uložena také v energetických řetězech, vyvinula společnost LAPP KABEL s.r.o. typ kabelu ETHERLINE® Cat.6A FD, které jsou pro energetické řetězy vhodné a které zajišťují spolehlivý přenos dat i po mnoha milionech ohybových cyklů.

Komunikační kabel Lapp kabel typ Etherline Cat.6 FD pro komunikaci rychlostí až 10 Gbitů za sekundu.

Třída Cat.6A však není vyhrazena pouze pro páteřní rozvody. Taková síťová připojení jsou zapotřebí i u komplexních snímačů, jako jsou průmyslové kamery, protože musí zajišťovat velkou přenosovou rychlost. Pro připojení je nezbytný také konektor RJ45 podle standardu Cat.6A, pro které je v mnoha případech a mnoha průmyslových odvětvích vyžadována také vodotěsnost a odolnost proti znečištění podle IP67. Pro tyto účely jsou vhodným řešením konektory M12. Pro splnění požadavků Cat.6A, navíc Lapp kabel doplnil nabídku konektoru M12 s běžným kódováním D o variantu s kódováním X.

Konektory RJ-45 a M12 od Lapp kabelu pro rychlou průmyslovou ethernetovou komunikace s rozvody třídy Cat. 6A.

Uvnitř stroje nebo výrobní buňky se pak nejčastěji používají 4žilové kabely standardu Cat.5. Ty disponují maximální přenosovou rychlostí 100 Mbit/s, což je zpravidla dostačující pro síťové propojení ovládání s decentralizovanými I/O systémy nebo strojově orientovaných vizualizací. Na této úrovni se pak často používají průmyslové "ethernetové sběrnice" jako PROFINET^®, Ethernet/IP nebo EtherCAT. Velkou výhodou přenosové rychlosti 100 Mbit/s je, že zde stačí použít čtyři žíly namísto osmi, které jsou zapotřebí pro přenosovou rychlost 1 Gbit/s. Tím se podstatně sníží náročnost připojení a kabely jsou kompaktnější.

U běžných strojů je na úrovni senzor/akční člen většinou k dispozici jen velmi málo místa. A běžné průmyslové ethernetové kabely Cat.5 často vyžadují kvůli velkému vnějšímu průměru a velkým poloměrům ohybu příliš mnoho místa. Pak je tedy nutno sestrojit větší stroj nebo nebudou kabely namontovány s požadovaným poloměrem ohybu podle instalačního předpisu.

Pro tyto aplikace společnost Lapp kabel vyvinula kabely s označením ETHERLINE® EC, což jsou speciální 4-žilové ethernetové kabely Cat.5e s vnějším průměrem jen 5 mm mají minimální poloměr ohybu pouze 16 mm. To umožňuje dimenzovat i energetické řetězy extrémně malé (s nejmenším poloměrem ohybu 40 mm). Malých průměrů kabelů se dosáhne uspořádáním žil do tzv. hvězdicové čtyřky a tenkým lankem o průřezu AWG26. U hvězdicové čtyřky se žíly nestáčí do párů, tak jak je to běžné u datových kabelů, ale všechny čtyři žíly jsou spleteny dohromady. Robustní vnější plášť z PUR umožňuje použití i při vysokém mechanickém zatížení nebo v prostředí s olejem. Další možností pro úsporu místa je konektor M8. Je podstatně menší než konektor M12 používaný u průmyslového Ethernetu. Kompaktní kabely ETHERLINE^® EC a konektory M8 jsou dostupné také jako konfekce, která mimo odolnosti splňuje také požadavky na těsnost podle IP67.

Speciální tenký komunikační kabel Lapp kabel typ Etherline ED Cat.5 FD o průměru jen 5 mm pro lepší montáž v malých zařízeních.

Z příkladů vyplývá, že pomocí odstupňovaného Ethernetu je možné dosáhnout na míru šitých řešení síťového propojení. Stávající zařízení mohou být již dnes optimalizována pro nezbytnou přenosovou rychlost, mechanickou odolnost a okolní podmínky a připravena pro Smart Factory.